無人機在油氣領域應用及展望

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部；

2中國石油化工股份有限公司石油勘探開發研究院

無人機技術是一項融合無人駕駛飛機、控制系統、控制鏈路及其它相關支持設備等多個專業的高新技術。據統計，2016年我國民用無人機市場總規模超過百億，2035年將達到460億元。民用無人機已應用于地質地貌測繪、應急救災、高壓輸電線路巡查、環境監測、資源勘探、治安監控等多個方面。

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雜、自然環境惡劣、環境敏感區域，輸送介質危險性大，加之打孔盜油、違章占壓等情況時有發生，給管道保護帶來了巨大挑戰。常規人工巡檢速度慢、成本高、效率低、受自然和地理條件制約大，無人機技術具有機動靈活、使用便捷、維護簡單等特點，將在油氣領域得到越來越多的關注[1- 7]。

無人機技術應用現狀

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重點區域配套無人機，經過選型論證、航線制定、試飛、測試、應用等階段，實現了無人機日常巡檢、隱患排查、應急指揮等功能（見圖1），提升了重點區域風險監控水平，為下步工業化應用奠定了基礎。

圖1 無人機技術應用示意圖

勝利油田通過分析不同類型無人機的優缺點，選用垂直起降電池固定翼無人機承擔主要飛行任務，六旋翼無人機作為補償，性能參數見表1。其中，固定翼無人機承擔長輸管道、海洋平臺的巡護任務，六旋翼無人機承擔日常巡護和異常情況目標跟蹤任務。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，年節約綜合費用約47萬元，圖2為海上油區及海洋平臺巡檢影像圖。

圖2 勝利油田的海上油區及海洋平臺巡檢影像圖

普光氣田作為國內最大的高酸氣田，平均H2S含量為15%，管線、站場一旦發生泄漏后果非常嚴重。2015年，購置了2臺工業級無人機，其機體和云臺采用專業碳纖維材料制造，空機質量2650 g，巡航速度12 m/s，續航時間40 min，航線飛行距離30 km，遙控半徑3 km，抗風能力12 m/s。經過4輪指導飛行，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

西北油田根據油公司模式，探索開展無人機區域巡線，以買服務為主，依托代運行隊伍進行無人機采購與應用，共有無人機10余臺，每臺無人機每日巡線不少于20條管線，對油田安全平穩運行發揮了重要作用。重點應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%，已發現10余處管線泄漏，單次泄漏面積下降62.9%，節約治污費3萬元/次。同時，針對新疆特殊的社會環境，實現了安全動態及時掌握，做到“早發現，早報告，早處置”，有效預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人工巡檢具有諸多優點。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巡檢，可獲取彩色影像、監控視頻及熱紅外影像等多種數據，能進行管道沿線的定期普查和重點區域詳查；三是可解決惡劣條件下（極端高空作業場所、地質災害場所、泄漏危險場所）員工的安全問題。

（2） 無人機在油氣領域應用尚處于起步階段。據調研，國內外油氣公司均在進行無人機應用的嘗試，但大都處在試飛、測試、探索階段，還沒有真正實現工業化應用。中國石化油田板塊開展了無人機的初步應用，程度較淺，管道、油區巡檢尚沒有成熟可靠的技術方案。

（3） 無人機的有效應用應按需配置、人機配合。針對各自需要，優選配置相應的無人機類型，例如管道巡檢選用固定翼無人機，日常巡檢、應急搶險選用多旋翼無人機?，F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，發現問題能及時指導巡檢人員到位處理，發現可疑人員和車輛能持續跟蹤。

（4） 無人機在油氣領域應用仍面臨一定挑戰。一是無人機的安全性和穩定性有待加強，包括無人機續航能力，高海拔、復雜地形、雨雪天、大風、低溫等特殊條件下的安全工作能力，及感知和機動規避能力等；二是無人機的經濟性仍需提高，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用程度；三是無人機應用的合法合規問題，國際上未形成民用無人機管理的通用標準規范，我國制定了臨時民用無人機管理規定，還在不斷優化和修正，從產品質量認證、市場準入，到駕駛員培訓、飛行資質認證、空域管制等都需完善、規范。

展望

（1）近年來，國家和企業層面都高度重視信息化工作，將無人機技術與信息化、工業化進行高度結合，是油田企業提升生產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、勘探開發業務協同平臺和油氣生產信息化建設，把無人機獲取的數據、影像、視頻導入到管道完整性、運營管理、風險管控、應急救援等模塊，必將進一步提升可視化、數字化、自動化、智能化水平，實現提高生產效率、轉變生產管理方式的目的。

（2）無人機多功能集成是未來的發展方向。隨著無人機技術的發展，用戶更為重視無人機實現的使用效能，平臺、載荷、測控、傳輸、后期處理等技術的集成度會逐步提高，向深度融合方向發展，針對不同航程、不同空域、不同載荷的個性化需求，實現多種載荷、多種任務的集成化、系列化。

（3）無人機服務將趨于完善。包括兩個層次：一是產品售后服務，包括無人機維護保 養、人員培訓、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資質的公司與油田企業簽訂服務合同，提供無人機技術、無人機維護、無人機駕駛、空域申請、數據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：北京航空航天大學出版社， 2011.

[2] 趙永明.無人機航攝系統在長距離輸油（氣）管道測量中的應用探討. 礦山測量， 2011 (1)： 12-15.

[3] 武海彬. 無人機系統在油氣管道巡檢中的應用研究.中國石油和化工標準與質量 , 2014 (9) :105-106.

[4] 常文見，孟凡輝，王倉，等. 無人機遙感技術在長輸管道中的應用探討. 價值工程， 2013(32)： 197-198.

[5] 高姣姣，顏宇森，盛新蒲，等. 無人機遙感在西氣東輸管道地質災害調查中的應用. 水文地質工程地質， 2010(6)： 126-129.

[6] 康煜姝，武斌. 無人機在油氣長輸管道中的應用. 當代化工， 2015(8)： 2045-2047.

[7] 楊偉 楊帆. 無人機在長輸管道常規巡檢中的應用.能源與節能， 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事業部地面工程與設備管理處處長。

來源：《管道保護》2017年第3期（總第34期）

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