DE2722953C2

DE2722953C2 - Verfahren und Meßvorrichtung zur Überprüfung der Auflage und/oder Abdeckung einer Öl- oder Gas-Pipeline

Info

Publication number: DE2722953C2
Application number: DE2722953A
Authority: DE
Inventors: John Blessum Skedsmokorset Dahl; Johnny Fetsund Schatvet; Kristian Li Skarsvag
Original assignee: Institutt for Atomenergi
Current assignee: Institutt for Atomenergi
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1985-07-04
Also published as: US4146791A; DE2722953A1; GB1563540A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Auflage und/oder Abdeckung einer auf dem Boden eines Gewässer, insbesondere auf dem Meeresboden, verlegten Öl- oder Cis-Pipeline. Die Erfindung betrifft auch eine Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfal rens.

Es ist bekannt, in eine Pipeline einen mit Meßgeräten ausgerüsteten, sogenannten Rohrleitungsmolch einzuführen und längs des Weges des Rohrleitungsmolches durch die Pipeline Messungen durchzuführen (US-PS 64 127). Ein solcher Rohrleitungsmolch besitzt in der Regel ein zylindrisches Gehäuse und ist mit Laufrädern an der Innenwand der Pipeline abgestützt. Er wird durch das die Pipeline durchströmende Öl oder Gas durch die ä

Pipeline befördert. '"

Öl- oder Gas-Pipelines werden vielfach auf dem Boden eines Gewässers, insbesondere auf dem Meeresboden verlegt, wobei in den letzten Jahren derartige Unterwasser-Pipelines in immer größeren Wassertiefen verlegt wurden.

Eine Öl- oder Gas-Pipeline auf dem Meeresboden wird vorzugsweise in Sand verlegt, um eine gute Auflage/u haben und um dadurch unter anderem übermäßige Spannungen in der Pipeline unter dem Kinfluß äußerer

bo Belastungen zu vermeiden. An Stellen, an denen eine derartige Verlegung der Pipeline schwierig isl, beispielsweise bei felsigem Boden, wird zur Fir/.iclung einer bestmöglichen Auflage und eines bestmöglichen Schutzes der Pipeline der Boden ausgeglichen und die Pipeline durch vorgefertigte Bctonprotckloren abgedeckt. Infolge der Seebewegungen kann der Sand um die Pipeline herum fortgewaschen und die Pipeline bloßgelegt werden. Dies kann zu nachstehenden Nachteilen führen:

a) starke Spannungen in den Teilen der Pipeline, welche dem Wasser ausgesetzt sind;

- b) die Möglichkeit, daß Bodennetze und Schiffsankersich hinter der Pipeline verhaken;

c) die Möglichkeit, daß Schiffswracks die Pipeline beschädigen können.

Es war bereits immer schwierig, sicherzustellen, daß eine Pipeline einwandfrei abgedeckt und abgestützt ist, wobei die Überwachungsprobleme mit zunehmenden Wassertiefen wachsen. Bisher wurde eine derartige Oberwachung beispielsweise durch Unterwasserfotografie durchgeführt. Es ist jedoch nicht immer möglich, eine zufriedenstellende Überwachung mittels visueller Einrichtungen durchzuführen, und es kann auf jeden Fall in der Praxis passieren, daß es kaum möglich ist, die gesamte Länge einer ausgelegten Pipeline auf diese Weise zu überwachen.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Meßvorrichtung zur Überprüfung der Auflage und/oder der Abdeckung einer auf dem Boden eines Gewässers, insbesondere auf dem Meeresboden, verlegte,! Öl- oder Gas-Pipeline zu schaffen, mittels welchem bzw. mittels welcher eine einwandfreie Zustandsprüfung einer derartigen Pipeline in ihrer gesamten Länge ohne Schwierigkeiten durchführbar ist.

In verfahrensmäßiger Hinsicht schlägt hierzu die Erfindung vor, daß die natürliche Radioaktivität der die Pipeline umgebenden Stoffe gemessen wird und mit früheren Meßwerten der natürlichen Radioaktivität des Wassers bzw. der Auflage- und/oder Abdeckstoffe verglichen wird.

Dieses Verfahren ist besonders dann interessant, wenn Pipelines, welche in Sand verlegt sind, überwacht werdensollen. '5

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Tatsache aus. daß der Meeresboden normalerweise eine natürliche Radioaktivität infolge Natrium —40, Uran undThroiuni mit ihren Tochterprodukten besitzt. Im Vergleich zu dieser Radioaktivität ist die Radioaktivität von Seewasser, öl und Erdgas sehr schwach.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die natürliche Radioaktivität der Umgebung der Pipeline mittels einer Meßvorrichtung messen, welche durch die Pipeline hindurchgeführt wird und .· jnigstens einen Strahlungsdetektor aufweist.

Die Zählrate derartiger Detektoren ist tin Maß der Radioaktivität des durch die Elektroden beobachteten Volumens, und wenn die Zählrate über geringe Zeitintervalle integriert wird, kann ein Zählprofil über geringe Zeitintervalle integriert wird, kann ein Zählprofil als Funktion der gemessenen Entfernung entlang der Pipeline gebildet werden. Ein derartiges Profil kann erstellt v/erden, soba'd die Pipeline in Betrieb genommen wird, so daß gleiche Messungen zu einem späteren Zeitpunkt offenbaren können, ob das Profil sich verändert hat. Jegliche Veränderung des Profils kann einer Veränderung der Auflage und/oder der Abdeckung der Pipeline zugeschrieben werden.

Üblicherweise wird die Meßvorrichtung von dem die Pipeline durchströmenden Öl oder Gas durch die Pipeline befördert. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Meßvorrichtung derart ausgebildet, daß jo sie die vom Strahlungsdetektor gemessenen Werte aufzeichne'..

Vorzugsweise werden in der Mc-ßvorrichtung die von einem die durchlaufenden Verbindungen der Rohrschüsse zählenden Zählgerät abgegebenen Verbindungen der Rohrschüsse zählenden Zählgerät abgegebenen Zahlenwerte aufgezeichnet, so daß die Laufstrecke längs der Pipeline registriert werden kann. Um die in der Meßvorrichtung aufgezeichneten Meßwerte sammeln zu können, wird die Meßvorrichtung nach Durchlaufen der Pipeline aus derselben entfernt, und die aufgezeichneten Werte werden vor einem erneuten Einsatz gesammelt.

Eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung des vorbeschriebenen Verfahrens ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens ein lösbar mit einem Gehäuseträger verbundenes Instrumentengehäuse aufweist.

Dabei kann diese Meßvorrichtung mit einer vom öl- oder Gasstrom beaufschlagbaren Treibmuffe versehen sein. Der Gehäuseträger der Meßvorrichtung kann Lainräder aufweisen, welche an der Innenwandung der Pipeline entlanglaufen können. Erfindungsgemäß sind diese Laufräder vorzugsweise rund um die Vorrichtung verteilt, so daß eine Zentrierung der Vorrichtung in der Pipeline erzielbar ist.

Außerdem sind zweckmäßigerw°ise die Laufräder über federbeaufschlagte Arme derart mit dem Gehäuseträger verbunden, daß sie ständig an der Wandung der Pipeline anliegen. Vorzugsweise ist im Instrumentengehäuse ein Strahlungsdetektor angeordnet, welcher einen die Meßwerte speichernden elektronischen Speicher speist. Als Strahlungsdetektor wird erfindungsgemäß ein plastischer Scintillator oder alternativ ein NaI(TI)-Kristall verwendet.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung besitzt diese zumindest einen Satz aus vier Strrhlungsdetektoren mit annähernd gleicher Leistung, welche derart über den Umfang verte'lt sind, daß sic symmetrisch zur durch die Längsachse der Pipeline hindurchgehenden waagerechten bzw. senkrechten F.benc angeordnet sind. Dabei werden die MeS vci .c eines jeden Strahlungsdetektors mit denen der anderen Detektoren des Sat/.es verglichen.

Hei dieser Ausführung ist es nicht erforderlich, ein Zählprofil als I unklion der gemessenen Entfernung längs 5^ri der Pipeline /u erstellen, wie dies eingangs erwähnt wurde. Indem die symmetrische Anordnung der Strahlungsdetektoren gegenüber der Längsachse der Pipeline ausgenutzt wird, wenn die jeweiligen Zählungen der Detektoren verglichen werden, kann die Auflage und/oder die Abdeckung der Pipp'ine direkt überprüft werden, selbst wenn Be/ugsme3werte für eine adäquat abgedeckte i.eitung fehlen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert; es zeigt eo

Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung der impulshöhenverteilung, gemessen mit einem standardmäßigen Geometriefaktor auf Sedimentproben vom Frigg-OIfeld in der Nordsee;

Fig. 2, 3 und 4 Diagramme zur Darstellung der Anzahl der Zählungen seitens des Strahlungsdetektors als Funktion der Zählzcit unter verschiedenen Bedingungen;

F i g. 5 ein Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemäüen Meßvorrichtung; und

Fig.6—11 Diagramme zur Darstellung der Resultate der Berechnungen mittels eines mathematischen Modells der bevorzugten Durchführungsart des erl'indungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt die Impulszahi pro Kanal und Stunde als Funktion der Impulshöhe (die Impulshöhenverteilung)

für Sedimentproben vom Frigg-Ölfeld in der Nordsee, welche mittels eines Gammastrahlen-Spektrometcrs mit einem NaI(Tl)-Kristall (mit Thallium aktiviertes Nal-Kristall) als Detektor gemessen wurden. Die eingezeichneten Symbole ST50A. ST50C und ST50D bedeuten verschiedene Sedimentproben, wie sie in Tabelle V angegeben sind. Die gemessene Radioaktivität ist auf Natrium —40, Uran und Thorium mit ihren Tochterprodukten zurückzuführen. Einige der Isotopen und die entsprechenden Gammastrahlen-Energien sind in der Figur durch Pfeile angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mittels mathematischer Modelle überprüft, um festzustellen, ob statistisch wichtige Resultate unter typischen Bedingungen für eine bestimmte Länge einer Pipeline cr/iclbiir sind.

Dabei wurden zwei einfache Modelle entwickelt, und zwar ein Modell für einen unendlichen Block mit Abschirmung zwecks Berechnung der Intensität der Gammastrahlung unmittelbar über dem Meeresboden, und ein zylindrisches Modell zwecks Berechnung der intensität innerhalb eines in einer Pipeline angeordneten Instrumentengehäuses.

Das mathematische Modell eines Zylinders wurde durch Messungen getestet, welche mit einem Gammastrahlen-Spektrometer durchgeführt wurden, welches einen Detektor aus einem Nal(TI)-Kristall mit einem Durchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 5,1 cm aufwies und axial in einem Rohr angeordnet war. Dabei wurden zwei Rohrausführungen verwendet, und zwar ein waagerechtes Rohr mit einem Durchmesser von 19,5 cm und einer Länge von 220 cm sowie ein anderes Rohr mit einem Durchmesser von 4,8 cm, welches vertikal in den Boden eingetrieben wurde. Die Resultate dieser Messungen gibt nachstehende Tabelle I wieder.

Tabelle I

Durchgeführte Messungen im Fetsund

Versuch

Schichtdicke (cm) Sediment Wasser

Integrierte Zühlrale (min ~')

Beton Stahl Wasser im gemessen korrigiert

Zylinder in bezug auf

Hintergrund

I	117-)
2	0
3	0
4	60")
5	0
Darin	bedeuten:

58") 250Ό 25(K)

53^b) 250^)

0,4
3.4
3.4
3,4
1,1

3,8

3.8

3,8

6,1

2297 414 106 740 813

2191 308

634 707

^a) über dem Detektor;

^b) Wassertiefe;

··) über und unter dem Detektor.

Die Versuche 1 und 4 wurden im Glomma-Fluß im Fetsund (Norwegen) durchgeführt, während die Versuche 2.3 und 5 im Eis auf einem kleinen See nahebei durchgeführt wurden.

Die erzielten Resultate wurden nachstehenden Überlegungen unterworfen:

1) Vergleich bestimmter Zählraten-Verhältnisse, wie sie beobachtet bzw. berechnet wurden (siehe Tabelle II); Tabellen
Relative Zählratcn

Verhältnis

Experimentell

Berechnet

K₀ K, K₂

2.05
2,29
029

l,70^a)

133

034=)

Dabei bedeuten:

^a) Berechnet für ein Verhältnis SvJS*. = 0,44, wobei S.„ und S_n die Quellenstärken (Gammastrahlen/cm³ - sea) im Sediment bzw. im Beton sind,

und

X₀ = K, = K₁ =

-*>. und

wobei /ι für die Intensität der Gammastrahlung (Gammastrahlen/cm² · see.) steht, der obere Index auf die Versuchszahl (siehe Tabelle I) hinweist und die unteren Indices I =0,1 auf die Strahlung vom Sediment bzw. vom Beton hinweisen.

2) Vergleich der absoluten Quellcnwerte wie mittels des zylindrischen Modells berechnet (aus den Daten in Tabelle 1) mit Quellenstärken, welche bei Mustern mittels eines Gammastrahlen-Spektrometers mit einem Standard-Geometriefaktor und einem 7,6 cm χ 7,6 cm NaI(TI)-Kristall als Detektor gemessen wurden (siehe TahiHle III).

Tabellen!

Qucllenstärken von Sediment und Beton

Quelle

Λη Ort und Stelle») ■SV(Giininiastrahlen/cm · see. .S"» (nCi/kg)

Standard-Geometrie
S„(nCi/kg)

Sediment
Sediment
Beton
Beton

Dabei bedeuten:

0,731-)
0,77')
1.14'I)
1.36-··)

10.1 10.6 10.4 12.4

13.7

^a) Die Dichte des Sediments wurde mit 1,95 g/cm³ bei einem Wassergehalt von 20 Gcw.-% gemessen;

^b) aus Versuch 1;

^c) aus Versuch 4 (zusammen mit 2); 25

^d) aus Versuch 2;
^c) aus Versuch 5.

Wie die Tabelle Il und III zeigen, wurden in beiden Fällen gute Übereinstimmungen erzielt. Gleiche Messunge .unmittelbar über dem Meeresboden ergaben eine gute Übereinstimmung mit dem Modell eines unendlichen jo Blockes.

Qucllenstärken in der Nordsee wurden durch zwei Verfahren berechnet:

1. Durch Messungen, welche auf dem Meeresboden offshore von Yorkshire in England (J. M. Miller und

G. D. Symons, Nature 242 (1973) 184 mittels des Modells für einen unendlichen Block durchgeführt wurden 35 (siehe Tabelle IV):

2. Mit Sedimentmustern aus der Nordsee, Beton, öl und Ölabfällen, gemessen mit einem Standard-Geometriefaktor (siehe Tabelle V).

Tabelle IV

Quellenstärken des Meeresbodens offshore der Yorkshire-Küste

Bezeichnung

Zählungen (s~ ')^a)

S„(Gammastrahlen
(cm³ - see.))

S»-(nCi/kg)

Meereslehm 30

Meeres-Kalkstein Schiefer mit Kalkstein-Schicht 90

Meereslehm Schiefer 180

0,39

1.2

2,3

5,3 16 32

^a) Gemessen mit einem 7,6 χ 7,6 cm Nal(TI)-Detektor mit einer Beaufschlagung von 50 keV.
Tabelle V
Quellenstärken von Mustern, gemessen mit Standard-Geometriefaktor

Muster

S„(nCi/kg)

5, (Gammastrahlen/(cm^J · see))

Sediment von:	4,9	0.29
Frigg	3,9	0,23
Beryl	3,5	0,20
Alwyn	7,7	0,45
Frigg (ST50A)	19.8	1.17
FriserfST56Dl	19,5	1,15
Frigg (ST59C)	0
Öl	U	0.04
Öl-Abfälle	42	0.38
Beton

Man stellt fest, daß die jeweiligen Werte der Quellenstärken der Ölfeldsedimente, wie sie durch die obigen Verfahren 1) bzw. 2) gefunden wurden, im wesentlichen innerhalb der gleichen Größenordnung liegen. Die Radioaktivität ist nicht meßbar bei öl und sehr gering bei ölabfällen.

Die natürliche Gammastrahlung läßt sich durch Detektoren verschiedener Typen aufspühren oder messen, doch wird vorzugsweise für diesen Zweck erfindungsgemäß ein Nal(TI)-Kristall oder ein plastischer Scintillator verwendet. Ersterer hat eine höhere Leistungsfähigkeil, doch ist bei großen Detektoren der Unterschied relativ gering. Außerdem liefert das Nal(TI)-Kristall etwa 3mal mehr Licht als der plastische Scintillator bei gleicher Energiemenge. Andererseits ist der plastische Scintillator unempfindlicher und preiswerter als der Nal(Til)-Kris ta II.

ίο Mit dem zylindrischen Modell wird die Anzahl der Zählungen als Funktion der Zeit bei einer Siandard-Öl-Pipeline von 34" (etwa 86 cm) mit typischen Quellenstärken gemäß Tabelle IV und V berechnet und mit:

1) einem Nal(Tl)-Kristall (7,6 χ 7,6 cm) in axialer Lage.

2) einem plastischen Scintillator (Durchmesser 15,2 cm und Länge 30,5 cm) in axialer Position,

3) vier plastischen Scintillatoren in gleicher Abmessung wie vorstehend in einem Abstand von 27 cm von der Achse und mit Winkeln von jeweils 90° zwischen den einzelnen Detektoren.

Die Vorspannung beträgt 50 keV bei der Alternative 1) und hat bei den Alternativen 2) und 3) einen Wert, wfilrhpr 7(Wn Hpr Zähirate mi· 50 k?v entSTicht. Bsrcchnun^en zeigen, daß ein Gswinnfaktor 5 bezüglich der Zählrate beim Umschalten von der Alternative 1) zur Alternative 2) erzielbar ist. Außerdem wird ein Zählratenfaktor von 1,5 gewonnen, wenn man einen Detektor aus der axialen Position in die Position 27 cm von der Achse entfernt verschiebt, und ein Faktor 4 wird gewonnen, wenn man vier Detektoren anstelle eines einzigen verwendet.

Infolgedessen ist die Zählrate bei der Alternative 3) dreißigmal so hoch wie bei der Alternative 1).

Die Berechnungen wurden für einen einzigen Wert ^5, =0,39 Gammastrahlen/cm³ · see.) der Quellenstärke in Beton durchgeführt sowie für zwei Werte der Quellenstärke im Sediment fS„ = 0,39 und 1,2 Gammastrahlen/ cm³ ■ see). Dabei wurden vier verschiedene Bedingungen angenommen:

1) Öl-Pipeline mit Betonmantel, im Meeresboden verlegt;
2) Öl-Pipeline mit Betonmantel, frei im Wasser hängend;

3) Öl-Pipeline ohne Betonmantel, im Meeresboden verlegt;

4) Öl-Pipeline ohne Betonmantel, frei im Wasser hängend, wobei angenommen wird, daß sich dadurch der passende Strahlungshintergrund vom Detektor und Instrumentengehäuse ergibt (siehe C. G. Clayton. Proc. Panel of Nuclear Techniques in Geochemistry and Geophysics, Vienna, 1974(IAEA, Vienna 1974) 109).

In allen Fällen wurde eine Wandstärke von 1,4 cm und einen Innendurchmesser von 20 cm für das Instrumentengehäuse angenommen.

Es kann angenommen werden, daß wichtige Resultate für eine bestimmte Leitungslänge erzielbar sind, welche im vorliegenden Fall auf 6 m festgelegt ist. Bei einer Geschwindigkeit von 3 m/sec. für den Gehäuseträger entspricht diese Länge 2 see. Die erzielten Resultate sind in F i g. 2 wiedergegeben.

Die F i g. 2 zeigt die Anzahl von Zählungen als Funktion der Zählzeit, gemessen mit vier Strahlungsd uektoren in Form von plastischen Scintillatoren (15,2 cm Durchmesser, 30,5 cm Länge), welche bei den vier angenommenen Bedingungen 27 cm von der Achse einer Öl-Pipeline entfernt angeordnet sind.

Die dünneren Linien beiderseits einer jeden dickeren Hauptlinie stellen die Summe von drei Standardabweichungen dar. Hier werden systematische Fehler angenommen, um die gleiche Bedingung als statistische Fehler zu ergeben.

Die angenommenen Quellenstärken betragen in Fig.2 für Sediment 0,39 Gammastrahlen/cm³ · see. Die Quellenstärke bei Beton ist mit S, = 0,39 Gammastrahlen/cm³ ■ see. angenommen worden.

Als Ergebnis der erzielten Resultate läßt sich feststellen, daß ein 7,6 χ 7,6 cm NaI(TI)-KrislaII in axialer so Position (Alternative 1) nicht zwischen den vorgenannten vier Bedingungen unterscheiden kann, während ein axial angenordneter plastischer Scintillator von 15,2 cm Durchmesser und 30,5 cm Länge zwischen diesen vier Bedingungen bei hohen Quellenstärken unterscheiden kann und vier derartige Detektoren, welche 27 cm von der Achse entfernt angeordnet sind, zwischen den vier Bedingungen bei den am meisten üblichen Qnellenstärkcn jedoch nicht bei sehr geringen Quellenstärken unterscheiden können.

Es kann somit gefolgert werden, daß ein Detektorsystem, welches aus vier plastischen Scintillatoren besteht, zwischen bestimmten, genau festgelegten Bedingungen bezüglich der Auflage und/oder der Abdeckung von Öl-Pipelines bei typischen Quellenstärken der umgebenden Stoffe im Verlaufe eines Zeitintervalls von nur 2 see. unterscheiden kann.

In einer Gas-Pipeline ist die Absorption der Gammastrahlung geringer als bei einer Öl-Pipeline, so daß die Zählrate bei einem gegebenen Detektor entsprechend höher ist

Eine erfmdungsgemäße Meßvorrichtung wird anhand des in F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend im einzelnen erläutert. I

In dieser Figur trägt eine Pipeline 1 einen Betonmantel 2. Innerhalb dieser Pipeline 1 ist eine Meßvorrichtung bewegbar angeordnet, weiche aus einem Gehäuseträger 3 mit vier identischen Instrumentengehäusen 4 besteht Die Instrumentengehäuse 4 sind lösbar am Gehäuseträger 3 mittels federbeaufschlagter Gelenkträger 5 befestigt Die Meßvorrichtung wird durch den Ostrom über eine Treibmuffe 6 angetrieben. Um sicherzustellen, daß die Meßvorrichtung in der Pipeline 1 zentriert wird, sind acht federbeaufschlagte Steuerarme 7 mit Lauf rädern 8 vorgesehen, wobei diese Laufräder 8 an der Innenwandung der Pipeline entlanglaufen. Wenn die Meßvorrich-

tung eine Krümmung in der Pipeline 1 durchlaufen muß, werden nicht dargestellte Druckfedern an den Steuerarmen 7 urd den Gelenkstäben 5 zusammengepreßt, so daß verhindert wird, daß die Meßvorrichtung in der Pipeline 1 steckenbleibt. Die Steuerarme 7 sind an Haltern 10 und 12 befestigt, welche ihrerseits mit dem Kopf 9 oder dem rückwärtigen Teil des Gehäuseträg^rs 3 verbunden sind. Der Gehäuseträger 3 besitzt einen abnehmbaren Deckel 11.

Diese Meßvorrichtung wird in die Pipeline 1 durch eine Abzweigleitung eingeführt, welche ursprünglich keinerlei Öl enthält. Nach Schließen des Einlaufendes der Abzweigleitung wird sie zur Pipeline hin geöffnet, so daß die Meßvorrichtung in diese geführt werden kann.

Das Gewicht der Meßvorrichtung sollte möglichst niedrig gehalten werden, um den Verschleiß der Laufräder 8 und der Pipeline 1 durch die Laufräder 8 so gering wie möglich zu halten. Bezüglich der konstruktiven Ausbildung ist es besonders wichtig, daß verhindert wird, daß diese Vorrichtung in der Pipeline 1 steckenbleibt, da dies die schwerwiegendsten Konsequenzen für den Betrieb der Pipeline 1 haben kann. Falls jedoch die Meßvorrichtung trotzdem in der Pipeline 1 stecken bleiben sollte, können die verschiedenen Bestandteile der Vorrichtung abgerissen und mit dem Öl- oder Gasstrom aus der Pipeline 1 herausgespült werden.

Das Instrumeniengehäuse 4 ist derart ausgelegt, daß es statische Drücke bis zu 150 kp/cm² aushalten kann. Dieses Gehäuse läßt sich leicht vom Träger entfernen und die aufgezeichneten Daten können ohne öffnen des Gehäuses gewonnen werden.

Ein Di'jh'.ungs/ählcr ist tjpryri :ingrnrrlnn Haß er \cc\c Verbindung zwischen den einzelnen Rohrschüssen längs der Pipeline 1 entweder mechanisch oder durch Ultraschalleinrichtungcn registrieren kann.

Das Inst anu-nlengehäuse4 enthält folgende Komponenten:

— einen Detektor für die Gammastrahlung, welcher aus einem NaI(TI)-Kristall oder aus einem plastischen Scintillator bestehen kann, welcher einen Lichtimpuls für jeden zerstreuten oder absorbierten Gamma· strahl abgeben kann;

— einen Fotomultiplikator, welcher einen elektrischen Impuls für jeden empfangenen Lichtimpuls erzeugt;

— einen kombinierten Verstärker und Impulsformer, welcher diese elektrischen Impulse verstärkt und geeignet formt;

— einen Diskriminator, welcher einen Standard-elektrischen Ausgang für jeden einen Schwellenwert (bias value) überschreitenden Eingangsimpuls erzeugen kann;

— eine Speichereinrichtung, zur Speicherung relevanter Betriebsdaten (beispielsweise der Anzahl der Ausi| gangsimpulse seitens des Diskriminators während einer Zählperiode und die Referenzzahl dieser Periode);

" — eine aufladbare Batterie mit Netzteil; und

— Anschlüsse zur Abnahme der aufgezeichneten Daten vom Gehäuse.

Normalerweise wird das Instrumentengehäuse 4 nur für die periodische Wartung geöffnet.

Alternativ können Teile der elektronischen Ausrüstung auch im Gehäuseträger 3 angeordnet werden. Diese Teile können dann in den Gehäuseträger 3 durch die vom Deckel 11 abgedeckte Öffnung eingesetzt werden, wobei in diesem Fall die Instrumentengehäuse 4 elektrisch mit dem Gehäuseträgee 3 über nicht dargestellte Kabel verbunden sein müssen. Allerdings sollten wenigstens die Strahlungsdetektoren und die Fotomultiplikatorcn in den Instrumentengehäusen 4 angeordnet werden.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist wenigstens ein Satz aus vier am Umfang verteilten Strahlungsdetektoren vorgesehen, welche symmetrisch zur waagerechten bzw. senkrechten Ebene durch die Längsachse der Meßvorrichtung angeordnet sind. Bei diesem AusführungsLuspiel wird die Meßvorrichtung derart in die Pipeline 1 eingesetzt, daß die Längsachse der Vorrichtung mit der Längsachse der Pipeline 1 übereinstimmt. Die Meßvorrichtung ist derart geformt, daß sie zur waagerechten bzw. senkrechten Ebene durch die Längsachse der Meßvorrichtung annähernd symmetrisch ausgebildet ist. Außerdem kann ein Stabilisierungsgewicht unter dem Schwerpunkt der Meßvorrichtung aufgehängt werden. Diese Stabilisierungseinrichtung sollte derart angeordnet werden, daß sie die aktiven Strahlungsdetektoren der Vorrichtung nicht abschirmt, sie kann jedoch andererseits auf irgendwie geeignete Weise ausgebildet werden, um ' eine Verdrehung der Meßvorrichtung in der Pipeline 1 zu verhindern.

\ Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung wurde mittels eines weiteren mathematischen Modells überprüft, um zu entscheiden, ob für eine gegebene Länge der Pipeline statistisch wichtige Resultate bei typischen Fällen erzielbar sind.

Die Resultate dieser Berechnungen sind in den Fig.4 bis 6 dargestellt, wobei die Fig.4 als Diagramm die Gammastrahlungsintensität und die F i g. 5 Anisotropien sowie F i g. 6 Korrelationsquotienten zeigen.

Das vorerwähnte zylindrische Modell, welches zur Berechnung der Strahlungsintensität innerhalb einer Meßvorrichtung in einer Pipeline verwendet wurde, wird für den vorstehenden Zweck derart abgewandelt, daß die Intensität für eine arbiträre Höhe in bezug auf den Meeresboden berechnet werden kann. Die Resultate derartiger Berechnungen sind in Fig.4 angegeben, welche die Gammastrahlungsintensität ohne Betonmantel für den unteren (N), den oberen (O), den linken (oder rechten) (V) Detektor als Funktion der Höhe der Pipeline-Achse in bezug auf den Meeresboden zeigt. Die Quellenstärke des Seeboden-Sediments wurde mit S,,,= 1.0Gammastrahlen/cm¹ · see.angenommen.

Die Auflage und die Abdeckung der Pipeline läßt sich als Anisotropien der natürlichen Hintergrundstrahlung ausdrucken. Die Abwärts/Aufwärts-Anisotropie kann bestimmt werden durch

65 λ (^Ν-°λ

in gleicher Weise läßt sich die Abwärts/Seiten-Anisotropie bestimmen durch

(\I2V+H)-O ""* {\I2(V+H)+O ·

und die Seiten/Aufwärts-Anisotropie durch

_ (1 /2 V +H)-O) ^A'-~ (\I2(V+H)+O)·
to

wobei N. O. V und // die Anzahl der Zahlungen innerhalb einer bestimmten Zeitspanne für den linieren, den t oberen, den linken und den rechten Detektor des Satzes bedeuten.

F i g. 5 (unterer Teil) zeigt die Zählraten-Anisolropien A₁... A w> und Anvohne Betonmantel. Im oberen Ίeil der F ι g. 5 ist die Gesamtsumme der durch die unteren bzw. oberen Detektoren des Salzes ausgeführten Zählungen dargestellt, und zwar durch voll ausgezeichneten Linien, währen die Gesamtsumme der Zahlungen seitens der linken bzw. rechten Detektoren des Satzes durch gestrichelte Linien dargestellt ist Die dünneren Linien beiderseits der vorgenannten Linien zeigen eine Zuverlässigkeitsgrenze von 99,74% für eine Zählzeil von 8 see bei einer Quellenstärke von S₁₀= 1,2 Gammastrahlen/cm ■ see.

Der Korrolationsquotient ist als Funktion der Höhe in den unteren Teilen der Fig.6 (ohne Betonmantel) dargestellt Die Standardabweichung ist als Funktion der Höhe für zwei Quellenstärken im oberen Teil der Fig 6
Die Anisotropien lassen sich zur Unterscheidung folgender Positionen der Pipeline ausnutzen:

A (kaum vom Seeboden bedeckte Pipeline);

B (Pipeline-Achse in Höhe des Seebodens);

C (auf dem Meeresboden aufliegende Pipeline);

D (über dem Meeresboden hängende Pipeline).

Der Korrelationsquotient ist unabhängig von den Quellenstärken und annähernd eine lineare Funktion der j 30 Höhe der Pipeline-Achse in bezug auf den Meeresboden innerhalb eines dem Radius der Pipeline oberhalb und

unterhalb des Meeresbodens entsprechenden Bereiches.

I Iicr/.u 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überprüfung der Auflage und/oder Abdeckung einer auf dem Boden eines Gewässers, insbesondere auf dem Meeresboden, verlegten Öl- oder Gas-Pipeline, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche Radioaktivität der die Pipeline (1) umgebenden Stoffe gemessen wird und mit früheren Meßwerten der natürlichen Radioaktivität des Wassers bzw. der Auflage- und/oder Abdeckstoffe verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche Radioaktivität mittelr einer Meßvorrichtung (3—12) gemessen wird, weiche durch die Pipeline hindurchgeführt wird und wenigstens

ι ο einen Strahlungsdetektor aufweist

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßvorrichtung (3—12) die vom Strahlungsdetektor gemessenen Werte aufgezeichnet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, d iß in der Meßvorrichtung die von einem die durchlaufenden Verbindungen der Rt-hrschüsse zählenden Zählgerät abgegebenen /.ahlenwerte aufgezeichnet werden, wodurch die Laufstrecke längs der Pipeline registrierbar ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Satz aus vier Strahlungsdetektoren mit annähernd gleicher Leistung symmetrisch zur Längsachse der Pipeline (1) angeordnet wird und die Meßwerte eines jeden Strahlungsdetektors mit denen der anderen Detektoren des Satzes verglichen werden.

6. Meßv-orrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens ein lösbar mit einem Gehäuseträger (3) verbundenes Instrumentengehäuse (4) aufweist.

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseträger (3) eine vom ÖI- oder Gasstrom beaufschlagbare Treibmuffe (6) trägt.

8. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseträger (3) während des Transportes der Vorrichtung durch die Pipeline an deren Innenwandung anliegende Laufräder (8) trägt

9. Meßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufräder (8) derart rund um die Vorrichtung verteilt sind, daß eine Zentrierung der Vorrichtung in der Pipeline erzielbar ist.

10. Meßvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufräder (8) über federbeaufschlagt^ Arme (7) derart mit dem Gehäuseträger (3) verbunden sind, daß sie ständig an der Wandung der Pipeline anliegen.

11. Meßvorrichtu-.ig nac' Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Instrumentengehäuse (4) ein Strahlungsdetektor angeordnet ist und durch diesen ein die Meßwerte speichernder elektronischer Speicher speisbar ist.

35 12. Meßvorrichtung nach Anspruch 11. dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor ein plastischer Scintillator ist.

13. Meßvorrichtung nach Anspruch II. dadurch gekennzeichnet, daß der .Strahlungsdetektor ein NaI(TI)-Kristall ist.

14. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche b bis 1 !,dadurch gekennzeichnet.daß sie zumindest einen Satz aus vier derart über den Umfang verteilten Strahlungsdetektoren aufweist, daß dies.o symmetrisch /ur

durch die Längsachse der Pipeline hindurchgehenden waagerechten bzw. senkrechten Ebene angeordnet

sind.

»

15. Meßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine unter ihrem Schwerpunkt

aufgehängte Last aufweist.