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无人机在油气领域应用及展望

来源:《管道保护》杂志 作者:李广月 刘德生 刘峻峰 时间:2018-7-6 阅读:

李广月[1] 刘德生[2] 刘峻峰[1]

1中国石油化工股份有限公司油田事业部

2中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院

无人机技术是一项融合无人驾驶飞机、控制系统、控制链路及其它相关支持设备等多个专业的高新技术。据统计,2016年我国民用无人机市场总规模超过百亿,2035年将达到460亿元。民用无人机已应用于地质地貌测绘、应急救灾、高压输电线路巡查、环境监测、资源勘探、治安监控等多个方面。

中国石化油田板块油气集输和长输管线约7万公里,跨度大、范围广,部分管线处于地形地貌复杂、自然环境恶劣、环境敏感区域,输送介质危险性大,加之打孔盗油、违章占压等情况时有发生,给管道保护带来了巨大挑战。常规人工巡检速度慢、成本高、效率低、受自然和地理条件制约大,无人机技术具有机动灵活、使用便捷、维护简单等特点,将在油气领域得到越来越多的关注[1- 7]。

1 无人机技术应用现状

近年来,中国石化油田板块在胜利油田、普光气田、塔河油田等油气生产重点区域配套无人机,经过选型论证、航线制定、试飞、测试、应用等阶段,实现了无人机日常巡检、隐患排查、应急指挥等功能(见图1),提升了重点区域风险监控水平,为下步工业化应用奠定了基础。

图1 无人机技术应用示意图

胜利油田通过分析不同类型无人机的优缺点,选用垂直起降电池固定翼无人机承担主要飞行任务,六旋翼无人机作为补偿,性能参数见表1。其中,固定翼无人机承担长输管道、海洋平台的巡护任务,六旋翼无人机承担日常巡护和异常情况目标跟踪任务。截至目前,共实施32.7公里的输油管线巡检700余架次、采油管理区巡检300余架次、海洋采油平台巡检10余架次,巡检频次由一日四巡增加为一日八巡,增加了巡护机动性,减轻了员工劳动强度,年节约综合费用约47万元,图2为海上油区及海洋平台巡检影像图。

图2 胜利油田的海上油区及海洋平台巡检影像图

普光气田作为国内最大的高酸气田,平均H2S含量为15%,管线、站场一旦发生泄漏后果非常严重。2015年,购置了2台工业级无人机,其机体和云台采用专业碳纤维材料制造,空机质量2650g,巡航速度12 m/s,续航时间40min,航线飞行距离30 km,遥控半径3 km,抗风能力12 m/s。经过4轮指导飞行,确定了27条巡检路线,涵盖所有集气站及阀室、管道、隧道、跨越。系统已正式上线运行,并成功进行了多次自主飞行,完成巡检视频拍摄及高清影像拍摄,达到了无人巡检的目的(见图3)。

图3 普光气田无人机巡检路线图

西北油田根据油公司模式,探索开展无人机区域巡线,以买服务为主,依托代运行队伍进行无人机采购与应用,共有无人机10余台,每台无人机每日巡线不少于20条管线,对油田安全平稳运行发挥了重要作用。重点应用于涉水管线和穿越胡杨林管线(见图4),达到了隐患管线无人机巡检全覆盖,巡检时间缩短30%,已发现10余处管线泄漏,单次泄漏面积下降62.9%,节约治污费3万元/次。同时,针对新疆特殊的社会环境,实现了安全动态及时掌握,做到“早发现,早报告,早处置”,有效预防暴恐事件和人为破坏。

图4 塔河油田无人机巡检图

2  认识与体会

(1) 无人机巡检相比传统人工巡检具有诸多优点。一是无人机具有速度快、机动灵活等特点,可降低员工劳动强度、提高工作效率;二是无人机适合人员或车辆无法及时到达的特殊地区巡检,可获取彩色影像、监控视频及热红外影像等多种数据,能进行管道沿线的定期普查和重点区域详查;三是可解决恶劣条件下(极端高空作业场所、地质灾害场所、泄漏危险场所)员工的安全问题。

(2) 无人机在油气领域应用尚处于起步阶段。据调研,国内外油公司均在进行无人机应用的尝试,但大都处在试飞、测试、探索阶段,还没有真正实现工业化应用。中国石化油田板块开展了无人机的初步应用,程度较浅,管道、油区巡检尚没有成熟可靠的技术方案。

(3) 无人机的有效应用应按需配置、人机配合。针对各自需要,优选配置相应的无人机类型,例如管道巡检选用固定翼无人机,日常巡检、应急抢险选用多旋翼无人机。现阶段无人机尚不能完全替代人工,需建立无人机巡检与地面巡检人员的配合机制,发现问题能及时指导巡检人员到位处理,发现可疑人员和车辆能持续跟踪。

(4) 无人机在油气领域应用仍面临一定挑战。一是无人机的安全性和稳定性有待加强,包括无人机续航能力,高海拔、复杂地形、雨雪天、大风、低温等特殊条件下的安全工作能力,及感知和机动规避能力等;二是无人机的经济性仍需提高,目前一套无人机动辄几十万、上百万,在一定程度上制约了应用程度;三是无人机应用的合法合规问题,国际上未形成民用无人机管理的通用标准规范,我国制定了临时民用无人机管理规定,还在不断优化和修正,从产品质量认证、市场准入,到驾驶员培训、飞行资质认证、空域管制等都需完善、规范。

3  展望

(1) 近年来,国家和企业层面都高度重视信息化工作,将无人机技术与信息化、工业化进行高度结合,是油田企业提升生产管理效率的重要途径。中国石化油田板块按照集团公司的要求,正在开展智能化管线管理系统、勘探开发业务协同平台和油气生产信息化建设,把无人机获取的数据、影像、视频导入到管道完整性、运营管理、风险管控、应急救援等模块,必将进一步提升可视化、数字化、自动化、智能化水平,实现提高生产效率、转变生产管理方式的目的。

(2) 无人机多功能集成是未来的发展方向。随着无人机技术的发展,用户更为重视无人机实现的使用效能,平台、载荷、测控、传输、后期处理等技术的集成度会逐步提高,向深度融合方向发展,针对不同航程、不同空域、不同载荷的个性化需求,实现多种载荷、多种任务的集成化、系列化。

(3) 无人机服务将趋于完善。包括两个层次:一是产品售后服务,包括无人机维护保养、人员培训、配套软硬件升级等方面;二是无人机厂家或具有无人机服务资质的公司与油田企业签订服务合同,提供无人机技术、无人机维护、无人机驾驶、空域申请、数据处理等整套解决方案。

参考文献:

[1] 李红军.航空航天概论,北京:北京航空航天大学出版社,2011.

[2] 赵永明.无人机航摄系统在长距离输油(气)管道测量中的应用探讨. 矿山测量,2011 (1):12-15.

[3] 武海彬. 无人机系统在油气管道巡检中的应用研究.中国石油和化工标准与质量 , 2014 (9) :105-106.

[4] 常文见,孟凡辉,王仓,等. 无人机遥感技术在长输管道中的应用探讨. 价值工程,2013(32):197-198.

[5] 高姣姣,颜宇森,盛新蒲,等. 无人机遥感在西气东输管道地质灾害调查中的应用. 水文地质工程地质,2010(6):126-129.

[6] 康煜姝,武斌. 无人机在油气长输管道中的应用. 当代化工,2015(8):2045-2047.

[7] 杨伟 杨帆. 无人机在长输管道常规巡检中的应用.能源与节能,2015 (11):132-133.

作者:李广月,中国石油化工股份有限公司油田勘探开发事业部地面工程与设备管理处处长。

《管道保护》2017年第3期(总第34期)

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