管道完整性管理過程中管道中線數據的應用與優化

劉翼 王波 彭強 成海軍 李躍東 解金良

1中國石油管道有限責任公司西氣東輸分公司科技信息中心

2四川德源石油天然氣工程有限公司

3中國石油遼河油田分公司曙光采油廠

由“被動維修”轉變為基于數據評價的“主動維修”，逐步向基于風險的完整性管理發展，以及由模塊化管理推動數據的“主動應用”，明確工作重點是實現管道數據管理的最終目標[1-2]。現階段，管道數據管理與應用遭遇瓶頸，主要表現在數據類型多而雜、關聯性較差、精度低，無法實現管道完整性管理中的深層次應用。管道中線數據作為管道核心數據之一，具有精度高、關聯性好等特點，在數據展示、分析等方面應用廣泛。根據應用需求分析現有管道中線數據現狀，在滿足需求與規范的情況下提出相應的中線數據恢復措施，為運營單位開展相關業務提供參考[3]。

1 中線數據在管道管理過程中的應用

1.1 特征屬性基準

隨著時間推移，管道數據量會越來越大，因此構建完整性管理平臺需建立數據之間的關聯，形成網絡化、結構化的數據分類與管理尤為重要[4-5]。以內檢測數據為例，不同時間段的內檢測數據對同一管道特征的編號、里程、時鐘等要素的定義會隨著累積誤差而變化（圖1），因此通過單一要素的數據管理、匹配不能實現兩次檢測數據的對齊，特征的相對位置關系也會發生變化。運營者無法通過數據比對分析管道風險，數據的應用、分析不能有效擴展，同時無法實現數據歸類、集成化管理。

圖1 同一管道兩次內檢測數據表述不統一情況Fig.1 Non-uniform condition of two inspections for the same pipeline

管道中線數據可提供閥門、三通、彎頭、管道附屬物等特征地理位置信息，該坐標信息以大地作為基準面，在空間上可以準確反應物體位置關系，不會隨著時間、角度、檢測技術的改變而發生變化，因此以管道中線坐標作為管道特征屬性基準進行數據編碼具有唯一性與準確性，可實現數據管理中的快速查詢與比對功能。

1.2 GIS展示與特征定位

GIS技術在管道行業應用廣泛，是優良的數據采集、處理平臺[6-9]。管體缺陷維修維護是管道運營的首要任務，而定位則是進行管體缺陷維修維護的基礎。由于管道檢測數據相對獨立，單一數據類型無法準確獲得管道環境信息，因此只能通過現場踏勘或者挖探坑的方式試探性進行位置確認。此種方式致使修復作業進度緩慢，同時造成大量的資源浪費，如何通過現有數據整合、數據分析提高工作效率是各方亟待解決的問題。

獲得準確的管道中線數據以后，可結合GIS技術將不同管道數據進行疊加展示。GIS展示底層數據時如不具備展示條件，可通過數據關聯、匹配進行坐標轉換、計算。通過管道特征坐標進行位置關聯，實現管道地面環境以及剖面形態的直觀反應。業務人員可在室內完成管道環境調查，包含坐標、相對位置關系、地面類型、埋深等內容。該種方式既實現了管道特征的快速定位與可開挖性分析，又能通過多源數據疊加進行管道風險后果識別，對完整性管理過程起到了優化作用。

1.3 內腐蝕分析

內腐蝕分析是管道完整性管理的重要組成部分，以管道內檢測數據作為內腐蝕風險分析依據是目前較為成熟的技術方式[10-11]。單一的內檢測數據只能針對高風險的缺陷點進行維修維護，而局部和區域性的內腐蝕傾向、腐蝕發展則需要依據內檢測數據與其他檢測數據相結合進行腐蝕風險管理。

管道內腐蝕一般呈現底部集中趨勢，內檢測器能夠檢測出疑似內腐蝕點的時鐘位置分布以及缺陷尺寸信息，但是檢測器也存在誤判的情況，在有限的資金要求下，只需要對具有發展性的腐蝕缺陷進行關注。此種需求下可結合管道中線測繪數據進行內腐蝕分析。綜合性分析步驟如下：

（1）按照NACE SP0206—2006《干天然氣輸送管道內腐蝕直接評價法》中的DG-ICDA間接檢測的方法，采集管道高程數據，通過計算管道積液臨界傾角得到管道可能發生內腐蝕的區域。臨界傾角計算公式為

式中：θ為臨界傾角，(°)； ρl為液體密度，g/cm3； ρg為氣體密度，g/cm3； g為重力加速，m/s2； did為內徑，mm；Vg為表觀氣體流速，m/s。

（2）依據內檢測數據，分析內部金屬損失在管道底部（4：00—8：00時鐘）是否存在一定的集中趨勢，并提取疑似存在內腐蝕缺陷的相關信息。將管道疑似內腐蝕發生位置與管道中線測繪高程進行位置疊加分析，并計算管道中心線相鄰測量點之間的管道傾角。通過管道線性展示與臨界傾角的比對，確認管道疑似內腐蝕位置在管道地勢較低處是否重合（圖2）。

圖2 臨界傾角計算與高程位置疊加Fig.2 Critical inclination calculation and elevation position superposition

（3）對重合區域進行開挖驗證，結合開挖驗證結果提出內腐蝕控制措施，如增加清管頻率，縮短內檢測周期，采用超聲導波監測等。

2 中線數據現狀

2.1 標準及規范要求不足

現階段，利用地面探測技術+定位測量技術獲取管道中線位置參數是比較普遍的做法，該過程周期較長，人員操作水平要求高，質量影響因素多。目前，國內針對管道中線數據采集、定位的規范較少，部分內容不適用或者不全面，無法獲得滿足完整性管理需求的管道中線數據。標準及規范的不足之處是：①針對采集要素、誤差影響因素、質量控制措施要求不夠全面；②采集數據的探查作業與精度要求未分類說明，部分場景欠缺；③數據的采集、修正以及使用目的不夠明確，造成數據現狀錯亂、不匹配；④未充分考慮已有控制信息、采集數據關系，造成一定的資源浪費以及數據重復。

2.2 應用層級低

管道中線數據采集分為建設期與運營期兩個階段。建設期采集管道特征要素較少，沒有管道埋深與環境信息，受控制系統影響，數據不能統一管理與GIS展示；運營期采集中線數據普遍未做平滑處理，由于采集內容、密度存在規范上的局限性，數據的應用偏差較大或無法進行關聯匹配。結合上述標準及規范要求不足的情況，造成管道中線測繪數據的應用層級較低，大多數據只是簡單的記錄、存檔，并沒有充分挖掘數據的價值[12-14]。管道中線數據管理流程如圖3所示。

圖3 管道中線數據管理流程Fig.3 Management process of pipeline center line date

3 中線數據優化措施

管道完整性管理已進入深度研究與實施拓展階段，管道中線數據作為底層基礎數據存在較大偏差與不足，必然會對部分業務的開展造成影響。對于運營單位而言，可以建設期采集的坐標為基礎，統一轉換為國家2 000坐標系進行驗證，對拐點、地勢變化處進行數據補充采集，結合內檢測數據實現管道中線數據的優化與恢復；以內檢測器作為載體，搭載慣性測量單元（IMU）也可對中線數據進行恢復。除此之外，最好的管道中線數據獲得方式是在建設期進行數據的完整性采集，此過程需運營單位提供完整的數據采集模版與規范要求，同時需對數據進行平滑處理以及一致性復核，最終成果才能滿足數字化管道建設需求。

4 結束語

管道中線測繪數據在油氣管道完整性管理中具有很好的應用價值。由于管理理念與技術的限制，部分管道中線數據尚不完整，同時數據精度無法保證，造成現有管道中線數據應用層級較低。對運營單位而言，結合現有測繪數據對管道中線進行數據恢復是較為可行、經濟的解決方法。為避免后期出現重復性工作，后期開展中線測繪業務時，運營單位應結合自身需求與完整性管理需要對數據采集內容、格式以及應用方向進行明確，充分考慮數據對齊與匹配場景[15]。