В настоящее время трубопроводный транспорт газа является важной составляющей экономики России и стран - потребителей голубого топлива. Поэтому непрерывный мониторинг состояния трубопроводов и оперативное обнаружение утечек крайне важны для предотвращения экономического ущерба и ущерба окружающей среде. Для мониторинга повреждений на протяженных подводных участках трубопроводов используются специализированные суда и воздушный флот, что подразумевает большие финансовые затраты и дискретность наблюдений.
Настоящая работа посвящена разработке подхода к дистанционному обнаружению аварийных утечек газа из подводных газопроводов, позволяющему дополнить, а в обозримом будущем, возможно, заменить дорогостоящие визуальные наблюдения. В серии лабораторных экспериментов, моделирующих процесс выноса ПАВ на поверхность воды пузырьковым потоком, были получены структура средних течений в толще воды и поля скорости в тонком поверхностном слое, создаваемых пузырьковыми потоками различной интенсивности [1, 2]. Получены экспериментальные зависимости характеристик пленки ПАВ на поверхности воды от времени работы «пузырькового насоса», таких как коэффициент поверхностного натяжения, упругость и относительный коэффициент затухания мелкомасштабных волн под пленкой [1]. Характер этих зависимостей подтверждает факт накопления пленки ПАВ на поверхности воды под действием пузырькового потока.
На основе полученных экспериментальных данных разрабатывается физическая модель процесса формирования пленки ПАВ на поверхности воды под действием всплывающих пузырьков газа. Согласно этой модели, ПАВ, выносимые пузырьками на поверхность воды, формируют вокруг области выхода газа сликовое пятно. Расстояние, на котором будет локализовываться пленка ПАВ, зависит от интенсивности пузырькового потока и от масштаба скоростей приповерхностного слоя воды. А ширина формируемого пятна (слика) зависит от соотношения скорости растекания пленки и скорости приводного ветра.
Проведенные полевые эксперименты подтвердили образование пятна пленки ПАВ вблизи области выхода газа, что указывает на возможность его дистанционного обнаружения в натурных условиях при наличии приводного ветра не более 2-10 м/с. А по морфологии пятна, его местоположению и характеристикам гашения волн в нем (контрасту), можно будет судить о характеристиках газового выброса.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант №18-38-00861 мол_а).