無人機(jī)在油氣領(lǐng)域應(yīng)用及展望
李廣月1 劉德生2 劉峻峰1
1中國石油化工股份有限公司油田事業(yè)部;
2中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院
無人機(jī)技術(shù)是一項融合無人駕駛飛機(jī)、控制系統(tǒng)、控制鏈路及其它相關(guān)支持設(shè)備等多個專業(yè)的高新技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計,2016年我國民用無人機(jī)市場總規(guī)模超過百億,2035年將達(dá)到460億元。民用無人機(jī)已應(yīng)用于地質(zhì)地貌測繪、應(yīng)急救災(zāi)、高壓輸電線路巡查、環(huán)境監(jiān)測、資源勘探、治安監(jiān)控等多個方面。
中國石化油田板塊油氣集輸和長輸管線約7萬公里,跨度大、范圍廣,部分管線處于地形地貌復(fù)雜、自然環(huán)境惡劣、環(huán)境敏感區(qū)域,輸送介質(zhì)危險性大,加之打孔盜油、違章占壓等情況時有發(fā)生,給管道保護(hù)帶來了巨大挑戰(zhàn)。常規(guī)人工巡檢速度慢、成本高、效率低、受自然和地理條件制約大,無人機(jī)技術(shù)具有機(jī)動靈活、使用便捷、維護(hù)簡單等特點,將在油氣領(lǐng)域得到越來越多的關(guān)注[1- 7]。
無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
近年來,中國石化油田板塊在勝利油田、普光氣田、塔河油田等油氣生產(chǎn)重點區(qū)域配套無人機(jī),經(jīng)過選型論證、航線制定、試飛、測試、應(yīng)用等階段,實現(xiàn)了無人機(jī)日常巡檢、隱患排查、應(yīng)急指揮等功能(見圖1),提升了重點區(qū)域風(fēng)險監(jiān)控水平,為下步工業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
圖1 無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用示意圖
勝利油田通過分析不同類型無人機(jī)的優(yōu)缺點,選用垂直起降電池固定翼無人機(jī)承擔(dān)主要飛行任務(wù),六旋翼無人機(jī)作為補(bǔ)償,性能參數(shù)見表1。其中,固定翼無人機(jī)承擔(dān)長輸管道、海洋平臺的巡護(hù)任務(wù),六旋翼無人機(jī)承擔(dān)日常巡護(hù)和異常情況目標(biāo)跟蹤任務(wù)。截至目前,共實施32.7 km的輸油管線巡檢700余架次、采油管理區(qū)巡檢300余架次、海洋采油平臺巡檢10余架次,巡檢頻次由一日四巡增加為一日八巡,增加了巡護(hù)機(jī)動性,減輕了員工勞動強(qiáng)度,年節(jié)約綜合費用約47萬元,圖2為海上油區(qū)及海洋平臺巡檢影像圖。
圖2 勝利油田的海上油區(qū)及海洋平臺巡檢影像圖
普光氣田作為國內(nèi)最大的高酸氣田,平均H2S含量為15%,管線、站場一旦發(fā)生泄漏后果非常嚴(yán)重。2015年,購置了2臺工業(yè)級無人機(jī),其機(jī)體和云臺采用專業(yè)碳纖維材料制造,空機(jī)質(zhì)量2650 g,巡航速度12 m/s,續(xù)航時間40 min,航線飛行距離30 km,遙控半徑3 km,抗風(fēng)能力12 m/s。經(jīng)過4輪指導(dǎo)飛行,確定了27條巡檢路線,涵蓋所有集氣站及閥室、管道、隧道、跨越。系統(tǒng)已正式上線運行,并成功進(jìn)行了多次自主飛行,完成巡檢視頻拍攝及高清影像拍攝,達(dá)到了無人巡檢的目的(見圖3)。
圖3 普光氣田無人機(jī)巡檢路線圖
西北油田根據(jù)油公司模式,探索開展無人機(jī)區(qū)域巡線,以買服務(wù)為主,依托代運行隊伍進(jìn)行無人機(jī)采購與應(yīng)用,共有無人機(jī)10余臺,每臺無人機(jī)每日巡線不少于20條管線,對油田安全平穩(wěn)運行發(fā)揮了重要作用。重點應(yīng)用于涉水管線和穿越胡楊林管線(見圖4),達(dá)到了隱患管線無人機(jī)巡檢全覆蓋,巡檢時間縮短30%,已發(fā)現(xiàn)10余處管線泄漏,單次泄漏面積下降62.9%,節(jié)約治污費3萬元/次。同時,針對新疆特殊的社會環(huán)境,實現(xiàn)了安全動態(tài)及時掌握,做到“早發(fā)現(xiàn),早報告,早處置”,有效預(yù)防暴恐事件和人為破壞。
圖4 塔河油田無人機(jī)巡檢圖
認(rèn)識與體會
(1) 無人機(jī)巡檢相比傳統(tǒng)人工巡檢具有諸多優(yōu)點。一是無人機(jī)具有速度快、機(jī)動靈活等特點,可降低員工勞動強(qiáng)度、提高工作效率;二是無人機(jī)適合人員或車輛無法及時到達(dá)的特殊地區(qū)巡檢,可獲取彩色影像、監(jiān)控視頻及熱紅外影像等多種數(shù)據(jù),能進(jìn)行管道沿線的定期普查和重點區(qū)域詳查;三是可解決惡劣條件下(極端高空作業(yè)場所、地質(zhì)災(zāi)害場所、泄漏危險場所)員工的安全問題。
(2) 無人機(jī)在油氣領(lǐng)域應(yīng)用尚處于起步階段。據(jù)調(diào)研,國內(nèi)外油氣公司均在進(jìn)行無人機(jī)應(yīng)用的嘗試,但大都處在試飛、測試、探索階段,還沒有真正實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。中國石化油田板塊開展了無人機(jī)的初步應(yīng)用,程度較淺,管道、油區(qū)巡檢尚沒有成熟可靠的技術(shù)方案。
(3) 無人機(jī)的有效應(yīng)用應(yīng)按需配置、人機(jī)配合。針對各自需要,優(yōu)選配置相應(yīng)的無人機(jī)類型,例如管道巡檢選用固定翼無人機(jī),日常巡檢、應(yīng)急搶險選用多旋翼無人機(jī)。現(xiàn)階段無人機(jī)尚不能完全替代人工,需建立無人機(jī)巡檢與地面巡檢人員的配合機(jī)制,發(fā)現(xiàn)問題能及時指導(dǎo)巡檢人員到位處理,發(fā)現(xiàn)可疑人員和車輛能持續(xù)跟蹤。
(4) 無人機(jī)在油氣領(lǐng)域應(yīng)用仍面臨一定挑戰(zhàn)。一是無人機(jī)的安全性和穩(wěn)定性有待加強(qiáng),包括無人機(jī)續(xù)航能力,高海拔、復(fù)雜地形、雨雪天、大風(fēng)、低溫等特殊條件下的安全工作能力,及感知和機(jī)動規(guī)避能力等;二是無人機(jī)的經(jīng)濟(jì)性仍需提高,目前一套無人機(jī)動輒幾十萬、上百萬元,在一定程度上制約了應(yīng)用程度;三是無人機(jī)應(yīng)用的合法合規(guī)問題,國際上未形成民用無人機(jī)管理的通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,我國制定了臨時民用無人機(jī)管理規(guī)定,還在不斷優(yōu)化和修正,從產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證、市場準(zhǔn)入,到駕駛員培訓(xùn)、飛行資質(zhì)認(rèn)證、空域管制等都需完善、規(guī)范。
展望
(1)近年來,國家和企業(yè)層面都高度重視信息化工作,將無人機(jī)技術(shù)與信息化、工業(yè)化進(jìn)行高度結(jié)合,是油田企業(yè)提升生產(chǎn)管理效率的重要途徑。中國石化油田板塊按照集團(tuán)公司的要求,正在開展智能化管線管理系統(tǒng)、勘探開發(fā)業(yè)務(wù)協(xié)同平臺和油氣生產(chǎn)信息化建設(shè),把無人機(jī)獲取的數(shù)據(jù)、影像、視頻導(dǎo)入到管道完整性、運營管理、風(fēng)險管控、應(yīng)急救援等模塊,必將進(jìn)一步提升可視化、數(shù)字化、自動化、智能化水平,實現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、轉(zhuǎn)變生產(chǎn)管理方式的目的。
(2)無人機(jī)多功能集成是未來的發(fā)展方向。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展,用戶更為重視無人機(jī)實現(xiàn)的使用效能,平臺、載荷、測控、傳輸、后期處理等技術(shù)的集成度會逐步提高,向深度融合方向發(fā)展,針對不同航程、不同空域、不同載荷的個性化需求,實現(xiàn)多種載荷、多種任務(wù)的集成化、系列化。
(3)無人機(jī)服務(wù)將趨于完善。包括兩個層次:一是產(chǎn)品售后服務(wù),包括無人機(jī)維護(hù)保 養(yǎng)、人員培訓(xùn)、配套軟硬件升級等方面;二是無人機(jī)廠家或具有無人機(jī)服務(wù)資質(zhì)的公司與油田企業(yè)簽訂服務(wù)合同,提供無人機(jī)技術(shù)、無人機(jī)維護(hù)、無人機(jī)駕駛、空域申請、數(shù)據(jù)處理等整套解決方案。
參考文獻(xiàn):
[1] 李紅軍.航空航天概論,北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2011.
[2] 趙永明.無人機(jī)航攝系統(tǒng)在長距離輸油(氣)管道測量中的應(yīng)用探討. 礦山測量, 2011 (1): 12-15.
[3] 武海彬. 無人機(jī)系統(tǒng)在油氣管道巡檢中的應(yīng)用研究.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量 , 2014 (9) :105-106.
[4] 常文見,孟凡輝,王倉,等. 無人機(jī)遙感技術(shù)在長輸管道中的應(yīng)用探討. 價值工程, 2013(32): 197-198.
[5] 高姣姣,顏宇森,盛新蒲,等. 無人機(jī)遙感在西氣東輸管道地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的應(yīng)用. 水文地質(zhì)工程地質(zhì), 2010(6): 126-129.
[6] 康煜姝,武斌. 無人機(jī)在油氣長輸管道中的應(yīng)用. 當(dāng)代化工, 2015(8): 2045-2047.
[7] 楊偉 楊帆. 無人機(jī)在長輸管道常規(guī)巡檢中的應(yīng)用.能源與節(jié)能, 2015 (11): 132-133.
作者:李廣月,中國石油化工股份有限公司油田勘探開發(fā)事業(yè)部地面工程與設(shè)備管理處處長。
來源:《管道保護(hù)》2017年第3期(總第34期)
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