2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University XRDQFW pmi-15922 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/15922 Энергетика Energy industry Mathematical modeling of the electric field of an in-line diagnostic probe of a cathode-polarized pipeline Математическое моделирование электрического поля внутритрубного диагностического зонда катодно-поляризуемого трубопровода Krizskii Vladimir N. Кризский В. Н. Krizskii Vladimir N. Krizskiy_VN@pers.spmi.ru 0000-0002-4244-4692 Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint Petersburg Mining University (Saint Petersburg, Russia) Kosarev Oleg V. Косарев О. В. Kosarev Oleg V. kosarev_ov@pers.spmi.ru 0000-0003-3427-6593 Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint Petersburg Mining University (Saint Petersburg, Russia) Aleksandrov Pavel N. Александров П. Н. Aleksandrov Pavel N. alexander@igemi.troitsk.ru 0000-0002-2101-0625 Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН (Москва, Россия) Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences (Moscow, Russia) Luntovskaya Yana A. Лунтовская Я. А. Luntovskaya Yana A. s215026@stud.spmi.ru 0000-0001-9694-4732 Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint Petersburg Mining University (Saint Petersburg, Russia) 06 09 2023 2024 265 156 164 10 07 2022 20 06 2023 29 02 2024 © Vladimir N. Krizskii, Oleg V. Kosarev, Pavel N. Aleksandrov, Yana A. Luntovskaya 2023 В. Н. Кризский, О. В. Косарев, П. Н. Александров, Я. А. Лунтовская Vladimir N. Krizskii, Oleg V. Kosarev, Pavel N. Aleksandrov, Yana A. Luntovskaya CC BY 4.0 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/15922

Рассмотрена математическая модель внутритрубного контроля состояния сопротивления изоляции катодно-поляризуемых магистральных продуктопроводов по данным электрометрии. Актуальность работы обусловлена возможностью создания внутритрубных индикаторов дефектов внутренней изоляции магистральных трубопроводов для хорошо проводящих электрический ток транспортируемых жидкостей и расширения за счет этой информации функционала систем мониторинга и управления станций катодной защиты магистральных продуктопроводов. Отличительные особенности математической модели: учет влияния электропроводности транспортируемой жидкости на распределение электрических полей; учет влияния сопротивления внешнего и внутреннего изоляционного покрытия; использование электрического поля внутритрубного диагностического зонда для контроля качества внутренней изоляции. Практическая значимость заключается в развитии методов моделирования управляющих подсистем электрохимических систем защиты магистральных трубопроводов от коррозии и разработке специального математического и алгоритмического обеспечения систем мониторинга и управления режимами работы станций катодной защиты магистральных продуктопроводов.

A mathematical model of the in-line control of the insulation resistance state for cathodically polarized main pipelines according to electrometry data is considered. The relevance of the work is caused by the opportunity to create in-line internal isolation defects indicators of the main pipelines for transported liquids that are good conductors and expand the functionality of monitoring and controlling cathodic protection systems of the main pipelines. Features of the mathematical model are: consideration of the electric conductivity of transported liquid influence on electric field distribution; consideration of the influence of external and internal insulating coating resistance; use of the electric field of an in-line diagnostic probe for quality control of internal insulation. Practical significance consists in the development of modeling methods for control subsystems of main pipeline protection against corrosion and the development of special mathematical and algorithmic support systems for monitoring and controlling the operating modes of the cathodic protection station of main pipelines.

 Ключевые слова математическое моделирование электрического поля катодная электрохимическая защита магистрального трубопровода внешнее и внутреннее изоляционное покрытие внутритрубная диагностика коррозия метод фиктивных источников градиент электрического поля вычислительный эксперимент электрическое зондирование Keywords mathematical modeling of the electric field main pipeline cathodic electrochemical protection external and internal insulating coating in-line diagnostics corrosion fictitious source method electric field gradient computational experiment electric probing Нишкевич Ю.А., Козлов И.А. Коррозия: способы борьбы с коррозией в нефтяной промышленности. М.: НИЦ ИНФРА-М, 2018. 88 с. DOI: 10.12737/monography_59a018d0867c99.11635048 Nishkevich Yu.A., Kozlov I.A. Corrosion: methods of corrosion control in the oil industry. Moscow: NITs INFRA-M, 2018, p. 88 (in Russian). DOI: 10.12737/monography_59a018d0867c99.11635048 Мустафин Ф.М., Чэнь Цюнь, Мустафин О.Ф. и др. Пассивная защита трубопроводов от коррозии // Neftegaz.RU. 2020. № 2. С. 86-90. Mustafin F.M., Chen' Tsyun', Mustafin O.F. et al. Passive protection of pipelines from corrosion. Neftegaz.RU. 2020. N 2, p. 86-90 (in Russian). Бурков П.В., Бурков В.П., Фатьянов Д.С., Тимофеев В.Ю. Исследование напряженно-деформированного состояния промысловых трубопроводов подвергшихся воздействию ручейковой коррозии // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2018. № 3. С. 5-12. DOI: 10.26730/1999-4125-2018-3-5-12 Burkov P.V., Burkov V.P., Fat'yanov D.S., Timofeev V.Yu. Studying the stress-strain state of oilfield pipelines exposed to rill corrosion. Vestnik of Kuzbass State Technical University. 2018. N 3, p. 5-12 (in Russian). DOI: 10.26730/1999-4125-2018-3-5-12 Исмайылов Г.Г., Искендеров Э.Х., Исмайылова Ф.Б. Проблемы гидродинамической коррозии в мультифазных трубопроводах // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2021. Т. 57. № 1. С. 106-112. DOI: 10.31857/S0044185621010125 Ismaiylov G.G., Iskenderov E.Kh., Ismaiylova F.B. Problems of hydrodynamic corrosion in multiphase pipelines. Fizikokhimiya poverkhnosti i zashchita materialov. 2021. Vol. 57. N 1, p. 106-112 (in Russian). DOI: 10.31857/S0044185621010125 Болобов В.И., Попов Г.Г. Методика испытаний трубопроводных сталей на стойкость к «ручейковой» коррозии // Записки Горного института. 2021. Т. 252. С. 854-860. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.7 Bolobov V.I., Popov G.G. Methodology for testing pipeline steels for resistance to grooving corrosion. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 252, p. 854-860. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.7 Агиней Р.В., Исупова Е.В., Гуськов С.С., Мусонов В.В. Теоретическая оценка скорости коррозии магистральных трубопроводов, вызванной влиянием геомагнитно-индуцированного источника блуждающего тока // Наука и техника в газовой промышленности. 2020. № 4. С. 62-73. Aginei R.V., Isupova E.V., Guskov S.S., Musonov V.V. Theoretical estimation of the corrosion rate of main pipelines caused by the influence of a geomagnetic-induced stray current source. Nauka i tekhnika v gazovoi promyshlennosti. 2020. N 4, p. 62-73 (in Russian). Бахтизин Р.Н., Зарипов Р.М., Коробков Г.Е., Масалимов Р.Б. Оценка влияния внутреннего давления, вызывающего дополнительный изгиб трубопровода // Записки Горного института. 2020. Т. 242. С. 160-168. DOI: 10.31897/PMI.2020.2.160 Baktizin R.N., Zaripov R.M., Korobkov G.E., Masalimov R.B. Assessment of internal pressure effect, causing additional bending of the pipeline. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 242, p. 160-168. DOI: 10.31897/PMI.2020.2.160 Shammazov I.A., Sidorkin D.I., Dzhemilev E.R. Research of the Dependence of the Pipeline Ends Displacement Value When Cutting Out Its Defective Section on the Elastic Stresses in the Pipe Body // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. Vol. 988. Iss. 2. № 022077. DOI: 10.1088/1755-1315/988/2/022077 Shammazov I.A., Sidorkin D.I., Dzhemilev E.R. Research of the Dependence of the Pipeline Ends Displacement Value When Cutting Out Its Defective Section on the Elastic Stresses in the Pipe Body. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. Vol. 988. Iss. 2. N 022077. DOI: 10.1088/1755-1315/988/2/022077 Litvinenko V.S., Dvoynikov M.V., Trushko V.L. Elaboration of a conceptual solution for the development of the Arctic shelf from seasonally flooded coastal areas // International Journal of Mining Science and Technology. 2022. Vol. 32. Iss. 1. P. 113-119. DOI: 10.1016/j.ijmst.2021.09.010 Litvinenko V.S., Dvoynikov M.V., Trushko V.L. Elaboration of a conceptual solution for the development of the Arctic shelf from seasonally flooded coastal areas. International Journal of Mining Science and Technology. 2022. Vol. 32. Iss. 1, p. 113-119. DOI: 10.1016/j.ijmst.2021.09.010 Манько П.О., Кочергин А.В. Диагностика трубопроводов с применением внутритрубных дефектоскопов // Вестник Луганского государственного университета имени Владимира Даля. 2021. № 9 (51). С. 35-39. Manko P.O., Kochergin A.V. Diagnostics of pipelines using in-tube defectoscopes. Vestnik Lugansk Vladimir Dahl National University. 2021. N 9 (51), p. 35-39 (in Russian). Movchan I.B., Yakovleva A.A. Approach to automation of field diagnosis data interpretation for localization of pitting in the pipeline wall // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019. Vol. 10. № 2. P. 1571-1581. Movchan I.B., Yakovleva A.A. Approach to automation of field diagnosis data interpretation for localization of pitting in the pipeline wall. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019. Vol. 10. N 2, p. 1571-1581. Глинкин Д.Ю., Межуев А.В., Юдин М.И. Перспективные направления развития ультразвуковых внутритрубных диагностических приборов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2019. Т. 9. № 4. С. 434-439. DOI: 10.28999/2541-9595-2019-9-4-434-439 Glinkin D.Y., Mezhuev A.V., Yudin M.I. Promising areas for developing ultrasonic inline inspection tools. Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation. 2019. Vol. 9. N 4, p. 434-439 (in Russian). DOI: 10.28999/2541-9595-2019-9-4-434-439 Базылев Д.Н., Романович В.А., Ведяков А.А. Автоматизированный метод внутритрубного ультразвукового контроля с использованием фазированной антенной решетки // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2019. Т. 62. № 9. С. 805-813. DOI: 10.17586/0021-3454-2019-62-9-805-813 Bazylev D.N., Romanovich V.A., Vedyakov A.A. Automated method of in-tube ultrasonic control using phased antenna array. Journal of Instrument Engineering. 2019. Vol. 62. N 9, p. 805-813 (in Russian). DOI: 10.17586/0021-3454-2019-62-9-805-813 Жуков А.Д., Григорьев М.В., Данилов В.Н. Исследование вопроса идентификации трещиноподобного коррозионно-механического дефекта акустическими внутритрубными инспекционными приборами // Контроль. Диагностика. 2020. № 2. С. 56-63. DOI: 10.14489/td.2020.02.pp.056-063 Zhukov A.D., Grigoriev M.V., Danilov V.N. The research for an identification of crack – like corrosion – mechanical defect by acoustic in-line inspection tools. Testing. Diagnostics. 2020. N 2, p. 56-63 (in Russian). DOI: 10.14489/td.2020.02.pp.056-063 Потапов А.И., Кондратьев А.В. Неразрушающий контроль многослойных сред методом годографа скорости упругих волн // Записки Горного института. 2020. Т. 243. С. 348-356. DOI: 10.31897/PMI.2020.3.348 Potapov A.I., Kondratev A.V. Non-destructive testing of multilayer medium by the method of velocity of elastic waves hodograph. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 243, p. 348-356. DOI: 10.31897/PMI.2020.3.348 Mitolo M., Pettinger A. Interactions Between Cathodically Protected Pipelines and Grounding Systems // IEEE Transactions on Industry Applications. 2016. Vol. 52. Iss. 5. P. 3694-3698. DOI: 10.1109/tia.2016.2582795 Mitolo M., Pettinger A. Interactions Between Cathodically Protected Pipelines and Grounding Systems. IEEE Transactions on Industry Applications. 2016. Vol. 52. Iss. 5, p. 3694-3698. DOI: 10.1109/tia.2016.2582795 Болотнов А.М., Хисаметдинов Ф.З. Определение сопротивления изоляции трубопровода по результатам измерений разности потенциалов «грунт – труба» // Вестник Башкирского университета. 2017. Т. 22. № 1. С. 20-24. Bolotnov A.M., Khisametdinov F.Z. Determining the state of pipe insulation protection according to the results of measurements of “soil-pipe” potential difference. Bulletin of Bashkir University. 2017. Vol. 22. N 1, p. 20-24 (in Russian). Dzhala R., Verbenets B., Dzhala V. et al. Contactless testing of insulation damages distribution of the underground pipelines // Procedia Structural Integrity. 2022. Vol. 36. P. 17-23. DOI: 10.1016/j.prostr.2021.12.077 Dzhala R., Verbenets B., Dzhala V. et al. Contactless testing of insulation damages distribution of the underground pipelines. Procedia Structural Integrity. 2022. Vol. 36, p. 17-23. DOI: 10.1016/j.prostr.2021.12.077 Bhadran V., Shukla A., Karki H. Non-contact flaw detection and condition monitoring of subsurface metallic pipelines using magnetometric method // Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 28. Part 2. P. 860-864. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.12.313 Bhadran V., Shukla A., Karki H. Non-contact flaw detection and condition monitoring of subsurface metallic pipelines using magnetometric method. Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 28. Part 2, p. 860-864. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.12.313 Bobrov A., Kuten M. Intellectual Innovations in Acoustic Emission Control in the Safety System of Pipeline Transport // Transportation Research Procedia. 2021. Vol. 54. P. 340-345. DOI: 10.1016/j.trpro.2021.02.081 Bobrov A., Kuten M. Intellectual Innovations in Acoustic Emission Control in the Safety System of Pipeline Transport. Transportation Research Procedia. 2021. Vol. 54, p. 340-345. DOI: 10.1016/j.trpro.2021.02.081 Asadzadeh S., de Oliveira W.J., de Souza Filho C.R. UAV-based remote sensing for the petroleum industry and environmental monitoring: State-of-the-art and perspectives // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022. Vol. 208. Part D. № 109633. DOI: 10.1016/j.petrol.2021.109633 Asadzadeh S., de Oliveira W.J., de Souza Filho C.R. UAV-based remote sensing for the petroleum industry and environmental monitoring: State-of-the-art and perspectives. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022. Vol. 208. Part D. N 109633. DOI: 10.1016/j.petrol.2021.109633 Makhutov N.A., Neganov D.A., Studenov E.P., Zorin N.E. Development of status, strength and operating life diagnostics and monitoring methods for continuously operating oil trunk pipelines // Procedia Structural Integrity. 2022. Vol. 40. P. 283-295. DOI: 10.1016/j.prostr.2022.04.038 Makhutov N.A., Neganov D.A., Studenov E.P., Zorin N.E. Development of status, strength and operating life diagnostics and monitoring methods for continuously operating oil trunk pipelines. Procedia Structural Integrity. 2022. Vol. 40, p. 283-295. DOI: 10.1016/j.prostr.2022.04.038 Григорьев Г.С, Салищев М.В., Сенчина Н.П. О применимости способа электромагнитного мониторинга гидроразрыва пласта // Записки Горного института. 2021. Т. 250. С. 492-500. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.2 Grigorev G.S., Salishchev M.V., Senchina N.P. On the applicability of electromagnetic monitoring of hydraulic fracturing. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 250, p. 492-500. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.2 Голубев И.А., Голубев А.В., Лаптев А.Б. Практика применения аппаратов магнитной обработки для интенсификации процессов первичной подготовки нефти // Записки Горного института. 2020. Т. 245. С. 554-560. DOI: 10.31897/PMI.2020.5.7 Golubev I.A., Golubev A.V., Laptev А.B. Practice of using the magnetic treatment devices to intensify the processes of primary oil treating. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 245, p. 554-560. DOI: 10.31897/PMI.2020.5.7 Mayet A.M., Alizadeh S.M., Nurgalieva K.S. et al. Extraction of Time-Domain Characteristics and Selection of Effective Features Using Correlation Analysis to Increase the Accuracy of Petroleum Fluid Monitoring Systems // Energies. 2022. Vol. 15. Iss. 6. № 1986. DOI: 10.3390/en15061986 Mayet A.M., Alizadeh S.M., Nurgalieva K.S. et al. Extraction of Time-Domain Characteristics and Selection of Effective Features Using Correlation Analysis to Increase the Accuracy of Petroleum Fluid Monitoring Systems. Energies. 2022. Vol. 15. Iss. 6. N 1986. DOI: 10.3390/en15061986 Samimi A., Zarinabadi S., Shahbazi Kootenaei A.H. et al. Corrosion classification of pipelines in hydrocracking units (ISOMAX) by data mining // South African Journal of Chemical Engineering. 2020. Vol. 31. P. 44-50. DOI: 10.1016/j.sajce.2019.11.006 Samimi A., Zarinabadi S., Shahbazi Kootenaei A.H. et al. Corrosion classification of pipelines in hydrocracking units (ISOMAX) by data mining. South African Journal of Chemical Engineering. 2020. Vol. 3, p. 44-50. DOI: 10.1016/j.sajce.2019.11.006 Shafeek H., Soltan H.A., Abdel-Aziz M.H. Corrosion monitoring in pipelines with a computerized system // Alexandria Engineering Journal. 2021. Vol. 60. Iss. 6. P. 5771-5778. DOI: 10.1016/j.aej.2021.04.006 Shafeek H., Soltan H.A., Abdel-Aziz M.H. Corrosion monitoring in pipelines with a computerized system. Alexandria Engineering Journal. 2021. Vol. 60. Iss. 6, p. 5771-5778. DOI: 10.1016/j.aej.2021.04.006 Syromyatnikova A., Bolshakov A., Ivanov A. et al. The corrosion damage mechanisms of the gas pipelines in the Republic of Sakha (Yakutia) // Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 20. P. 259-264. DOI: 10.1016/j.prostr.2019.12.149 Syromyatnikova A., Bolshakov A., Ivanov A. et al. The corrosion damage mechanisms of the gas pipelines in the Republic of Sakha (Yakutia). Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 20, p. 259-264. DOI: 10.1016/j.prostr.2019.12.149 Lozovan V., Dzhala R., Skrynkovskyy R., Yuzevych V. Detection of specific features in the functioning of a system for the anti-corrosion protection of underground pipelines at oil and gas enterprises using neural networks // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 1. Iss. 5 (97). P. 20-27. DOI: 10.15587/1729-4061.2019.154999 Lozovan V., Dzhala R., Skrynkovskyy R., Yuzevych V. Detection of specific features in the functioning of a system for the anti-corrosion protection of underground pipelines at oil and gas enterprises using neural networks. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. Vol. 1. Iss. 5 (97), p. 20-27. DOI: 10.15587/1729-4061.2019.154999 Krizsky V.N., Alexandrov P.N., Kovalskii A.A., Victorov S.V. Determination Transition Resistance of Cathode-Polarized Main Pipeline on Magnetometery Data // International Journal of Mathematical, Engineering and Management Sciences. 2021. Vol. 6. № 6. P. 1729-1740. DOI: 10.33889/ijmems.2021.6.6.102 Krizsky V.N., Alexandrov P.N., Kovalskii A.A., Victorov S.V. Determination Transition Resistance of Cathode-Polarized Main Pipeline on Magnetometery Data. International Journal of Mathematical, Engineering and Management Sciences. 2021. Vol. 6. N 6, p. 1729-1740. DOI: 10.33889/ijmems.2021.6.6.102 Al-Gabalawy M.A., Mostafa M.A., Hamza A.S., Hussien S.A. Modeling of the KOH-Polarization cells for mitigating the induced AC voltage in the metallic pipelines // Heliyon. 2020. Vol. 6. Iss. 3. № e03417. DOI: 10.1016/j.heliyon.2020.e03417 Al-Gabalawy M.A., Mostafa M.A., Hamza A.S., Hussien S.A. Modeling of the KOH-Polarization cells for mitigating the induced AC voltage in the metallic pipelines. Heliyon. 2020. Vol. 6. Iss. 3. N e03417. DOI: 10.1016/j.heliyon.2020.e03417 Dzhala R., Dzhala V., Savula R. et al. Determination of components of transient resistance of underground pipeline // Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 16. P. 218-222. DOI: 10.1016/j.prostr.2019.07.044 Dzhala R., Dzhala V., Savula R. et al. Determination of components of transient resistance of underground pipeline. Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 16, p. 218-222. DOI: 10.1016/j.prostr.2019.07.044 Хисаметдинов Ф.З. Компьютерное моделирование и визуализация параметров электрического поля катодной защиты подземного трубопровода // Современные наукоемкие технологии. 2018. № 9. С. 126-130. Khisametdinov F.Z. Parameters of the electric field in cathodic protection of underground pipeline calculation and visualization. Modern high technologies. 2018. N 9, p. 126-130 (in Russian). Лутонин А.С., Богданова К.А. Разработка роботизированной платформы для подземного геомониторинга // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 12. С. 209-216. DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-209-217 Lutonin A.S., Bogdanova K.A. Development of robotic platform for underground geomonitoring. Izvestiya Tula State University. Technical sciences. 2021. Iss. 12, p. 209-216 (in Russian). DOI: 10.24412/2071-6168-2021-12-209-217 Богданова К.А. Применение алгоритмов SLAM при построении трехмерной модели подземных горных выработок // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 2. С. 134-140. Bogdanova K.A. Application of SLAM algorithms for three-dimensional modelling of mine workings. Izvestiya Tula State University. Technical sciences. 2021. Iss. 2, p. 134-140 (in Russian). Зенцов В.Н., Болотнов А.М., Удалова Е.А. и др. Оптимизация параметров электрического поля катодной защиты от коррозии газонефтепродуктопроводов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019. Т. 330. № 5. С. 35-43. DOI: 10.18799/24131830/2019/5/255 Zentsov V.N., Bolotnov A.M., Udalova E.A. et al. Optimization of parameters of electric field of gas product and oil pipes cathodic protection. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Аssets Engineering. 2019. Vol. 330. N 5, p. 35-43 (in Russian). DOI: 10.18799/24131830/2019/5/255