無人機在油氣領(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

無人機技術(shù)是一項融合無人駕駛飛機、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年我國民用無人機市場總規(guī)模超過百億，2035年將達到460億元。民用無人機已應(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，無人機技術(shù)具有機動靈活、使用便捷、維護簡單等特點，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，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 無人機技術(shù)應(yīng)用示意圖

勝利油田通過分析不同類型無人機的優(yōu)缺點，選用垂直起降電池固定翼無人機承擔(dān)主要飛行任務(wù)，六旋翼無人機作為補償，性能參數(shù)見表1。其中，固定翼無人機承擔(dān)長輸管道、海洋平臺的巡護任務(wù)，六旋翼無人機承擔(dān)日常巡護和異常情況目標(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，增加了巡護機動性，減輕了員工勞動強度，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，其機體和云臺采用專業(yè)碳纖維材料制造，空機質(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，并成功進行了多次自主飛行，完成巡檢視頻拍攝及高清影像拍攝，達到了無人巡檢的目的（見圖3）。

圖3 普光氣田無人機巡檢路線圖

西北油田根據(jù)油公司模式，探索開展無人機區(qū)域巡線，以買服務(wù)為主，依托代運行隊伍進行無人機采購與應(yīng)用，共有無人機10余臺，每臺無人機每日巡線不少于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），達到了隱患管線無人機巡檢全覆蓋，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 塔河油田無人機巡檢圖

認識與體會

（1） 無人機巡檢相比傳統(tǒng)人工巡檢具有諸多優(yōu)點。一是無人機具有速度快、機動靈活等特點，可降低員工勞動強度、提高工作效率；二是無人機適合人員或車輛無法及時到達的特殊地區(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)外油氣公司均在進行無人機應(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） 無人機的有效應(yīng)用應(yīng)按需配置、人機配合。針對各自需要，優(yōu)選配置相應(yīng)的無人機類型，例如管道巡檢選用固定翼無人機，日常巡檢、應(yīng)急搶險選用多旋翼無人機。現(xiàn)階段無人機尚不能完全替代人工，需建立無人機巡檢與地面巡檢人員的配合機制，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） 無人機在油氣領(lǐng)域應(yīng)用仍面臨一定挑戰(zhàn)。一是無人機的安全性和穩(wěn)定性有待加強，包括無人機續(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，及感知和機動規(guī)避能力等；二是無人機的經(jīng)濟性仍需提高，目前一套無人機動輒幾十萬、上百萬元，在一定程度上制約了應(yīng)用程度；三是無人機應(yīng)用的合法合規(guī)問題，國際上未形成民用無人機管理的通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，我國制定了臨時民用無人機管理規(guī)定，還在不斷優(yōu)化和修正，從產(chǎn)品質(zhì)量認證、市場準(zhǔn)入，到駕駛員培訓(xùn)、飛行資質(zhì)認證、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，將無人機技術(shù)與信息化、工業(yè)化進行高度結(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）無人機多功能集成是未來的發(fā)展方向。隨著無人機技術(shù)的發(fā)展，用戶更為重視無人機實現(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)，包括無人機維護保 養(yǎng)、人員培訓(xùn)、配套軟硬件升級等方面；二是無人機廠家或具有無人機服務(wù)資質(zhì)的公司與油田企業(yè)簽訂服務(wù)合同，提供無人機技術(shù)、無人機維護、無人機駕駛、空域申請、數(shù)據(jù)處理等整套解決方案。

參考文獻：

[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.

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[3] 武海彬. 無人機系統(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.

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[5] 高姣姣，顏宇森，盛新蒲，等. 無人機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.

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[7] 楊偉 楊帆. 無人機在長輸管道常規(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》2017年第3期（總第34期）

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