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(xiàng)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(gè)專業(yè)的高新技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(gè)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(xiǎn)性大，加之打孔盜油、違章占壓等情況時(shí)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?xiàng)l件制約大，無人機(jī)技術(shù)具有機(jī)動(dòng)靈活、使用便捷、維護(hù)簡單等特點(diǎn)，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(diǎn)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(shí)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(diǎn)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)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(diǎn)，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(shí)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(dòng)性，減輕了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，年節(jié)約綜合費(fèi)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(shí)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(yùn)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(yùn)行隊(duì)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(yùn)行發(fā)揮了重要作用。重點(diǎn)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(shí)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(fèi)3萬元/次。同時(shí)，針對新疆特殊的社會環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了安全動(dòng)態(tài)及時(shí)掌握，做到“早發(fā)現(xiàn)，早報(bào)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(diǎn)。一是無人機(jī)具有速度快、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，可降低員工勞動(dòng)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(shí)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(diǎn)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(xiǎn)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(shí)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(xiǎn)選用多旋翼無人機(jī)?，F(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(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(yùn)營管理、風(fēng)險(xiǎn)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(dòng)化、智能化水平，實(shí)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(shí)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(gè)性化需求，實(shí)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(gè)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)：
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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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