Долго загружается сайт?

Проверьте свою скорость интернет-соединения

Статистика посещений

Яндекс.Метрика Индекс цитирования.

Новости

Удар молнии - новый ключ к защите трубопроводов

    В прошлом считалось, что удары молний были случайными или зависели от расположения какого-то высокого или расположенного высоко объекта. Новые открытия показывают, что это не главные факторы, а огромную роль играет геология. Места геологических разломов получают много больше ударов молний. Как известно, зоны активных разломов весьма хороши для поисков нефти и природного газа, но могут быть неподходящими для трубопроводов.
    Речь идет о тех местах, где часто происходят сбросы и фильтрации, однако сдвиги горных пород могут нанести серьезный ущерб трубопроводам, используемым для продвижения ресурсов на рынок сбыта. Оказывается, что это может быть только верхушкой айсберга в изучении взаимосвязи между разломами пород и трубопроводами. Последствия от электрических токов Земли, обусловленные разломами пород и влияющими на трубопроводную промышленность, в буквальном смысле шокируют.

Некоторые показатели по ударам молнией

    Чтобы в этом разобраться, необходимо обратиться к июню 1752 года, когда Бенджамин Франклин использовал бумажного змея в виде устаревшего метода по раскрытию тайн молнии [2]. Начиная с этого времени и особенно в последнее десятилетие, технический прогресс позволил получить достаточно подробную информацию о молниях, и обнаруженные тайны меняют саму промышленность, включая поиск природного газа и нефти, горнодобывающую и водную промышленность, электрические линии управления, и уже сейчас ... трубопроводные системы.
    Информация по ударам молнией стала новым геофизическим типом данных, который используется при разведке природных ресурсов [4]. В январе 2013 года в США был выдан патент компании Dynamic Measurement по методу использования информации по молниям для помощи поиска нефти, газа, вода, минералов и других природных ресурсов [3]. Новые открытия показали, что эта технология затронет ряд отраслей промышленности.
    Молния была признанной проблемой для энергосервисных компаний. Как показали исследования, из 242 случаев аварий резервуаров по хранению нефти 80 (33 %) были вызваны молниями [1]. Теперь оказывается, что молния может служить разгадкой к пониманию некоторых проблем, которые в прошлом казались совершенно невзаимосвязанными. Разряды молнии в землю могут приходиться в определенные места трубопроводной системы, которые более склонны к коррозии и другим вредным воздействиям.
    Разломы (сдвиги) пород - это по сути электромагнитные зоны нагрева, где электрические токи из атмосферы взаимодействуют с глубинными токами, называемыми "теллурическими" или "токами Земли". Все это также вредно для трубопроводов и резервуаров по хранению, и молния является новым ключом к пониманию того, как идентифицировать те области, которые нуждаются в дополнительной катодной защите.
    Ройс Нельсон является соучредителем Dynamic Measurement, а также был соучредителем компании Landmark Graphics, предлагающий революционные решения по разведке нефти и газа. Он сыграл важную роль в проектировании и строительстве первой автономной станции 3D сейсморазведки и считает, что новая технология, связанная с молнией, будет еще большей инновацией. По его словам, чтобы разобраться, как эта технология работает, мы должны сначала понять новые открытия, связанные с исследованиями молний.
    "Места ударов молний имеют тенденцию группироваться; эти места группировок, как правило, достаточно насыщены в течение долгого времени. Места ударов, по-видимому, больше контролируются геологическим движением токов Земли, чем топографией, растительностью или инфраструктурой", - говорит Нельсон. "Мы определили, что удары молний, обладающие специфическими признаками, склонны к концентрации вдоль линий разломов пород или в пределах опредеденных блоков разломов".
    Другими словами, удары молний, которые формируются из-за метеорологических соображений, более склонны к удару о землю в места, где расположены электромагнитные зоны нагрева. Компания Dynamic Measurement выявляет эти зоны для поисковых работ. Список клиентов компании сейчас быстро растет. Недавнее открытие указывает, что результаты ударов молний подтверждаются и в воде при глубине 200-300 футов, где единственное влияние оказывает геология, так как нет различия в разнице высот над уровнем моря (рисунок 1 - Слева - нефтяные месторождения Южного Техаса, а справа - участки по плотности попадания молний, сохраняющиеся при переходе в Мексиканский залив).
    При глубине свыше 300 футов влияние геологии ослабляется за счет разделения водой земли и атмосферы. Фут снега оказывает примерно такое же влияние на удары молний, как и 300 футов воды.
    Что связывает все это вместе? Если взглянуть масштабно, то заряженные частицы, исходящие от солнца, входят в атмосферу Земли и заряжают ионо- и магнитосферу. Электрические токи движутся глубоко под землей, точнее говоря по поверхности Мохоровича и волнах расплавленного никеля и железа жидкого внешнего ядра. Ионосфера и заряженная поверхность Мохоровича, а также родственные породы совместно действуют как гигантский конденсатор (хранилище). Молния стабилизирует этот конденсатор, преодолевая воздушный диэлектрик.

Токи Земли

    Токи Земли также встречаются в близповерхностных стратиграфических слоях глубиной 5-30 футов. Эти токи в значительной степени обусловлены более глубокими теллурическими токами с поверхности Мохоровича и внешнего ядра. Когда эти подповерхностные токи Земли, которые могут перемещаться вдоль проводящей сланцевой породы или заполненного пластовой водой песчанового слоя, встречаются с разломами пород, то начинают двигаться вдоль линий этих разломов.
    Эти токи повышаются, когда дополнительны токи попадают в линию разлома и застревает в специфических блоках этой линии. Удар молнией формируется, когда "молния-лидер" спускается ниже уровня грозы, который обычно располагается на высоте 10-25 футов, отыскивая контакт с токами Земли. Молнии-лидеры слегка похожи на пальцы, простирающиеся к земле, и, когда контакт происходит, возникает вспышка от удара молнией.
    То, что делает Dynamic Measurement сейчас не могло быть сделано 10 лет назад. Это более глубокое понимание сущности молнии является прямым результатом технического прогресса, который позволяет ученым анализировать практически каждый элемент. Один удар молнии может распространяться на 150 миль от облака к облаку, пока не произойдет разряда молнии в землю. Токи Земли, по-видимому, являются наиболее определяющими для определения физического положения мест удара молнии.
В континентальной части США каждое место удара молнией измеряется в пределах 100-500 футов. Измеряемые атрибуты включают полярность, является ли разряд негативным или позитивным, время нарастания импульса от момента, когда энергия отсутствует до полной интенсивности, пиковый ток, время от пика до нуля (время в микросекундах от максимального значения тока до окончания разряда), количество датчиков, регистриурющих разрядов, и некоторые качественные измерения.
    Каждый элемент молнии имеет уникальный характерный признак, который может быть измерен, статистически сравним и проанализирован. Как только неверная информация исключается из базы данных, местоположения разрядов или атрибуты молнии отмечают на карте. Существуют модели, включающие эти характерные черты, которые объединяются и устанавливают связь с тектонических нарушениями.
    "Только недавно мы поняли, что Земля - это единая энергетическая система, и мы сейчас знаем, что удары молний - это не случайные события, и они дают нам важные ключи к разгадке того, что происходит в недрах Земли", - говорит Нельсон. "Большинство ученых считают, что мы сумасшедшие, когда они познакомились с нашей концепцией по изучению молний, но они почти всегда высказываются так "это изменит мировоззрение по отношению к молниям"".

Исследования методом сопротивлений

    Промышленная разведка использовала метод сопротивлений как разведывательный инструмент с тех пор, как братья Шлюмберже испытали свой первый зонд коротажа сопротивления наклонной скважины в 1927 году. С этого времени десятки различных геофизических методов разрабатывались для измерения сопротивления, включая магнитотеллурический, электромагнитный, при помощи лазерных магнитометров, а также используя аэромагниторазведку со сверхвысокой разрешающей способностью.
    Сегодня мы уже обнаружили, как разряды молнии реагируют на электрические токи в Земле, какие токи видоизменяются, встречая элементы сопротивления в виде нефти, газа, воды, соли и др. и элементы, проводящие ток, то есть минералы (медь, железо, золото, серебро, цинк, редкоземельные элементы и др.).
    Места ударов молний и карта характерных признаков этих разрядов совмещаются посредством зон сопротивления и проводимости, и, в частности, при интеграции с другими геологическими и геофизическими данными могут быть использованы для прогнозирования научных основ геологического строения и геологических особенностей, например разломов пород.

Трубопроводы

    Так почему же разломы пород так вредны для трубопроводов за пределами возможного мощного удара молниями? Исследователи из компании Dynamic Measurement предположили это, так как считают, что токи Земли разъедают трубопроводы и ускоряют коррозию.
    Кроме того, эти геомагнитно индуцированные токи или создаваемые ими зоны также оказывают влияние на трубопроводы и даже линии электропередач путем создания помех для выхода потока электричества на поверхность, и, возможно, миграции газа, нефти или воды в подповерхностный пласт. Чем больше трубопроводов вступает в контакт с такими разломами, тем больше риск; эффект может быть вреден для линий трубопровода по перекачке природного газа, которые имеют более токопроводящую воду.

На рисунке ниже показаны зоны нагрева, которые могут быть идентифицированы, например, близ Хьюстона.

    Недавние исследования показали, что эти индуцированные геомагнитной системой токи могут изменить поток электричества в энергосистеме так сильно, что даже может произойти отключение энергопитания [5]. Эти токи также получили название "космическая погода", но в действительности это заряженные частицы от солнца, попадающие в атмосферу и протекающие как электрическое поле Земли. Исследование, проведенное в Финляндии, заключило, что эти индукционные токи в технических системах, например трубопроводах, являются по сути источниками заземления нейтрали сложной цепи, и что их влияние  в значительной степени зависит от конфигурации самого трубопровода [5].
Dynamic Measurement выявил, что эти токи более активны вдоль линий разломов пород точно также, как токи Земли и молнии. В прошлом, вполне вероятно, эти вредные факторы не рассматривались компаниям при планировании или закладке линий. Это будет легко изменить в будущем. Принимая во внимание и защищая трубопроводы от этих зон, вызванных геомагнитными индукционными токами, можно легко продлить их службу на 25%.

    Нет сомнений, что технологический прогресс изменит будущее энергосервисных компаний, и молния станет новым типом информации, который станет применять промышленность. Последние достижения в способности определять и анализировать молнии делают все это вполне возможным. В то время, как эта технология находится на ранних стадиях развития, все указывает на то, что это будет полезно многим компаниям, которые, возможно, ранее никогда этого не рассматривали, и позволит в буквальном смысле слова сэкономить миллиарды долларов. Наверняка известно одно: мы никогда не будем смотреть на молний так же, как и раньше.

Автор статьи: Jim Siebert - главный метеоролог компании Houston Fox 26 News и соучредитель компании Dynamic Measurement.

Список используемой литературы:

1. James I. Chang and Cheng-Chung Lin, “Исследование аварий резервуаров,” Journal of Loss Prevention in the Process Industries 19 (2006), 51-59, accepted 26 May 2005.
2. John S. Fridman, “Гром среди ясного неба – история молний: Science, Superstition and Amazing Stories of Survival,” 2008, Bantam Dell, NY, NY, pp. 78-82.
3. H. Roice Nelson, Jr., et al, “Метод для обнаружения подземных природных ресурсов,” United States Patent US 8,344,721 B2, Jan. 1, 2013.
4. H.R. Nelson, Jr., D. James Siebert, and Les R. Denham, “Данные молнии, новый геофизический тип данных,” American Association of Petroleum Geologist Annual Convention, Pittsburgh, PA, paper 1556546, 20 May 2013.
5. Risto Pirjola, Antti Pulkkinen, Ari Viljanen, “Исследование влияния эффекта "космической погоды" на финский трубопровод по передаче природного газа и финскую высоковольтную энергосистему,” Advances in Space Research Volume 31, Issue 4, 2003, Pages 795–805.

 


Источник: "Pipeline and Gaz Journal"

Перевод выполнен ООО "ЦДКНХО"

Создание лидирующих сайтов для бизнеса
студия Циколия