油田集輸管線泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)選擇

李文康，樊書哲

(1.西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065；2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司西南管道蘭成渝輸油分公司，四川 成都 610036）

1 集輸管線分類

油田及站場(chǎng)的集輸管線按其所輸送的介質(zhì)，可歸納為以下三類[1]：

1）油管線。包含轉(zhuǎn)輸油以及部分集輸油管線。

2）氣管線。包含集氣管線和輸氣管線。

3）油氣混輸管線。大部分集油管線，包括井口出油管線及其它油氣（或油氣水）共同輸送的管線。

2 泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)分類

API1130中將使用傳感器直接監(jiān)測(cè)產(chǎn)品泄漏的方法稱為外部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。間接檢測(cè)或推測(cè)產(chǎn)品泄漏的方法稱為內(nèi)部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[2-4]。內(nèi)部泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用采集的壓力、溫度、黏度、密度、流速、聲速等管道內(nèi)部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建仿真模型，與實(shí)際流動(dòng)數(shù)據(jù)相比較，推斷油氣產(chǎn)品的泄漏。外部泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則是利用外部檢測(cè)設(shè)施進(jìn)行監(jiān)測(cè)。見圖1。

目前應(yīng)用較多，技術(shù)成熟的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有六種：

圖1 管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分類

1）光纖監(jiān)測(cè)法

光纖監(jiān)測(cè)法是以管道同溝敷設(shè)的光纖作為系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)元件，當(dāng)光纖周圍發(fā)生人員操作、車輛經(jīng)過、管道機(jī)械故障等事件時(shí)，其產(chǎn)生的震動(dòng)信號(hào)會(huì)使光纖中的傳輸光的相位及偏振態(tài)發(fā)生變化，由系統(tǒng)捕捉產(chǎn)生變化的光信號(hào)特征并分析，進(jìn)而報(bào)警和定位。

2）次聲波泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)

管道在發(fā)生泄漏時(shí)，在泄漏位置會(huì)產(chǎn)生次聲波。次聲波泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)就是利用此原理進(jìn)行監(jiān)測(cè)和定位的。次聲波的傳播距離遠(yuǎn)，容易接收，且經(jīng)過降噪處理后的次聲波泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定位精度較高。

3）負(fù)壓波泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)

負(fù)壓波泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理為：采集管道在泄漏后，由泄漏位置向兩側(cè)傳播的負(fù)壓波，根據(jù)負(fù)壓波的傳播速度以及捕捉到負(fù)壓波的時(shí)間差判斷泄漏位置。

4）質(zhì)量平衡法

質(zhì)量平衡法是基于質(zhì)量守恒方程，根據(jù)系統(tǒng)的質(zhì)量守恒關(guān)系求得管道系統(tǒng)的泄漏量，即系統(tǒng)單位時(shí)間的泄漏量等于所有進(jìn)入系統(tǒng)和流出系統(tǒng)質(zhì)量之差減去系統(tǒng)儲(chǔ)存量的變化量。

式中，Min是進(jìn)入系統(tǒng)質(zhì)量，Mout是流出系統(tǒng)質(zhì)量，是單個(gè)管道的儲(chǔ)存質(zhì)量。

5）基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模型的監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)流體的質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程建立虛擬管道模型，通過將虛擬管道模型的計(jì)算值與實(shí)際管道的測(cè)量值相比較，根據(jù)差值大小，判斷管道是否泄漏，再根據(jù)偏差特征進(jìn)行泄漏定位。

6）信號(hào)識(shí)別方法

管線正常運(yùn)行與發(fā)生泄漏時(shí)，所傳遞出的信號(hào)具有不同的特征。對(duì)管道的壓力監(jiān)測(cè)信號(hào)通過

上述六種泄漏監(jiān)測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)匯總見表1。

表1 泄漏監(jiān)測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3 不同管線的泄漏監(jiān)測(cè)方法推薦

3.1 油管線

油田集輸站場(chǎng)的輸油管線介質(zhì)單一，流動(dòng)穩(wěn)定，因此，在數(shù)據(jù)條件完備的前提下，在選擇泄漏監(jiān)測(cè)方法時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮投資較少，維護(hù)成本低的內(nèi)部泄漏監(jiān)測(cè)方法，如質(zhì)量平衡法、負(fù)壓波和實(shí)時(shí)模型法或三種方法結(jié)合使用。

3.2 氣管線

輸氣管線與輸油管線相似，管道內(nèi)均為單相介質(zhì)流動(dòng)，但是由于氣體管道波動(dòng)較大，在采用負(fù)壓波時(shí)會(huì)有較多誤報(bào)，效果不佳，因此應(yīng)選擇質(zhì)量平衡法、實(shí)時(shí)模型法或兩種方法結(jié)合使用。

3.3 油氣混輸管線

油田集輸站場(chǎng)的單井管線多為油氣混輸管線，數(shù)據(jù)條件較差，實(shí)時(shí)運(yùn)行條件的缺失不利于建立內(nèi)部泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因此在為混輸管線建設(shè)泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，只能采用外部泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如光纖或次聲波泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。但是，光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝和維護(hù)非常昂貴，對(duì)敷設(shè)條件要求較高，因此若非重要的、危險(xiǎn)高的單井管道，一般不建議敷設(shè)光纖。

4 結(jié)論及展望

目前，國(guó)內(nèi)油田站場(chǎng)的油氣集輸管線數(shù)量多，種類多，不存在一種泄漏監(jiān)測(cè)方法能夠適合所有的集輸管道。油管線和氣管線由于介質(zhì)流動(dòng)穩(wěn)定，推薦采用多種內(nèi)部泄漏監(jiān)測(cè)方法結(jié)合對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)；對(duì)于油氣混輸管線，目前還沒有非常有效的內(nèi)部泄漏監(jiān)測(cè)方法，只能依靠建設(shè)成本更高的外部泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。