無(wú)人機(jī)技術(shù)在油氣勘探領(lǐng)域的應(yīng)用研究

陶俊亦 錢浩東 雍鵬 駱新穎

針對(duì)油氣勘探行業(yè)中出現(xiàn)的井噴失控、環(huán)境污染等高危應(yīng)急事件，利用無(wú)人機(jī)技術(shù)對(duì)事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的全局圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳輸，通過作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)快速布點(diǎn)檢測(cè)和察看，實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、異常點(diǎn)的智能識(shí)別分析與預(yù)警，從而快速確定污染范圍，安全高效的開展應(yīng)急檢測(cè)及處置工作。

一、引言

無(wú)人機(jī)技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于航空測(cè)繪、影視拍攝、農(nóng)業(yè)植保、電力巡視、消防、軍工等領(lǐng)域，但在石油行業(yè)勘探領(lǐng)域的應(yīng)用較少。油氣勘探行業(yè)屬于高危行業(yè)，發(fā)生井噴失控、環(huán)境污染等應(yīng)急事件后，主要靠人工在地面踏勘判斷事故現(xiàn)場(chǎng)情況和對(duì)周邊硫化氫等有毒有害氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、靈活性機(jī)動(dòng)性差、信息滯后嚴(yán)重，影響事故處置效率。本文利用無(wú)人機(jī)技術(shù)用于油氣輸氣管線巡檢，對(duì)事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的全局圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳輸，實(shí)現(xiàn)快速布點(diǎn)檢測(cè)、察看污染狀況和污染帶，快速確定污染范圍，以達(dá)到減少人員工作量、降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、提升工作效率的目的，從而安全高效的開展應(yīng)急檢測(cè)及處置工作，保證油氣生產(chǎn)作業(yè)安全、高效進(jìn)行。

二、工業(yè)無(wú)人機(jī)在勘探領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國(guó)的油氣管道總里程已近15萬(wàn)公里，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和居民的日常生活提供著重要的能源。為了保證能源傳輸?shù)陌踩仨殞?duì)它們進(jìn)行定期巡查。對(duì)于石油管線的巡檢項(xiàng)目，尤其是長(zhǎng)距離輸油輸氣管道、區(qū)域性油氣田斷塊系統(tǒng)而言，這些項(xiàng)目經(jīng)常要求“短平快”，測(cè)量周期短、任務(wù)重、質(zhì)量高，區(qū)域內(nèi)地形、地貌復(fù)雜多變，常常穿越無(wú)人區(qū)如沙漠戈壁、森林、高山等，有時(shí)人員和測(cè)量?jī)x器無(wú)法到達(dá)。

傳統(tǒng)的石油管線巡檢工作主要是通過安檢員的定期巡查和上級(jí)督查部門的不定期抽查兩種方式，都是采用人工接觸方式，其勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)程序復(fù)雜、資源配置臃腫繁多、工效低、周期較長(zhǎng)，往往無(wú)法按時(shí)保質(zhì)保量完成測(cè)量任務(wù)。近幾年，中國(guó)石油為中俄原油管道租用了載人直升機(jī)進(jìn)行巡護(hù)，雖然提高了管道巡護(hù)應(yīng)變能力，但此方式存在安全問題和空域申請(qǐng)問題，受到天氣、空管、高成本等多方面影響，每天過頂?shù)臅r(shí)間固定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)應(yīng)急觀測(cè)。

無(wú)人機(jī)低空攝影測(cè)量相對(duì)于載人機(jī)成本較為廉價(jià)，實(shí)施便利、運(yùn)輸維護(hù)、作業(yè)成本較低；它不僅可以完成長(zhǎng)輸管道、油氣田領(lǐng)域內(nèi)可行性研究、初設(shè)、施工圖各階段測(cè)量工作，還可以開展管道監(jiān)測(cè)與維護(hù)工作；可以省去耗時(shí)耗力的人工測(cè)量，航測(cè)成圖速度快，信息反饋及時(shí)，提高工作效率。

三、應(yīng)急搶險(xiǎn)、災(zāi)害普查場(chǎng)景下的無(wú)人機(jī)工作模式

針對(duì)石油勘探開發(fā)中井筒作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的突發(fā)事件的特殊性和不確定性，特別是發(fā)生井噴失控這種災(zāi)難性事件，影響面廣、危害性大，對(duì)安全、環(huán)境、資源的破壞性強(qiáng)。在處理過程中要快速調(diào)集區(qū)域最近資源形成快速響應(yīng)機(jī)制，并及時(shí)掌握事件變化的趨勢(shì)、研制應(yīng)對(duì)方案。為了解決以上問題，開發(fā)了一套基于無(wú)人機(jī)的應(yīng)急搶險(xiǎn)模式，利用無(wú)人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知和綜合調(diào)度，提升企業(yè)的應(yīng)急管理水平，也為管理人員及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、應(yīng)急指揮提供了決策依據(jù)。

（一）鉆井現(xiàn)場(chǎng)布局

鉆井現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生應(yīng)急搶險(xiǎn)突發(fā)事件后，需要對(duì)①井口②節(jié)流管匯③放噴管匯④壓井管匯⑤點(diǎn)火池⑥遠(yuǎn)程控制臺(tái)⑦鉆臺(tái)⑧緊急集合點(diǎn)⑨井場(chǎng)全景情況進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像回傳，供后臺(tái)管理人員掌握現(xiàn)場(chǎng)整體態(tài)勢(shì)同時(shí)掌握關(guān)鍵位置的實(shí)際情況。

（二）無(wú)人機(jī)在應(yīng)急搶險(xiǎn)場(chǎng)景下的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)在井場(chǎng)發(fā)生三級(jí)井控風(fēng)險(xiǎn)，井噴失控前將現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)點(diǎn)位視頻信息傳回至公司車載應(yīng)急通信系統(tǒng)，輔助指揮人員在后臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵點(diǎn)位的監(jiān)控，掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)應(yīng)急指揮決策提供依據(jù)。

1.井場(chǎng)整體實(shí)際正射圖

無(wú)人機(jī)地形測(cè)量是指以普通數(shù)碼相機(jī)為影像傳感器（可見光為主），以低空飛行器（無(wú)人機(jī)為主）為載體，通過手動(dòng)或自動(dòng)曝光方式獲取被測(cè)物體高重疊度、高分辨率序列影像，通過專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件（SVS近低空攝影測(cè)量軟件、Pix4Dmapper軟件、Mapmatrix軟件），輸出以DOM（數(shù)字正射影像圖）、DEM（數(shù)字高程模型）、為主的影像產(chǎn)品。

井場(chǎng)建設(shè)完畢后，對(duì)井場(chǎng)進(jìn)行二維建模，生成井場(chǎng)整體實(shí)際正射圖作為備份（圖2），在發(fā)生應(yīng)急搶險(xiǎn)情況時(shí)調(diào)出有利于對(duì)井場(chǎng)整體布局情況進(jìn)行快速了解。

2.井場(chǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)圖片、視頻回傳

利用多旋翼無(wú)人機(jī)任意高度懸停的特性，結(jié)合鉆完井井場(chǎng)擺放布局的具體情況，開展模擬應(yīng)急搶險(xiǎn)情況下的鉆完井現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的圖片回傳。利用攝像頭可變焦性能獲取關(guān)鍵區(qū)域視頻并實(shí)時(shí)回傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，為決策部署提供關(guān)鍵信息。

（三）無(wú)人機(jī)在災(zāi)害普查場(chǎng)景下的應(yīng)用

利用無(wú)人機(jī)技術(shù)獲取井場(chǎng)、管網(wǎng)部署區(qū)域正射信息，開展井場(chǎng)周邊自然災(zāi)害普查，形成井場(chǎng)周邊環(huán)境災(zāi)害成像（圖3），摸清自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患底數(shù)，查明重點(diǎn)地區(qū)抗災(zāi)能力，客觀認(rèn)識(shí)石油領(lǐng)域自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)水平，為企業(yè)和地方各級(jí)人民政府有效開展自然災(zāi)害防治工作、切實(shí)保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)信息和科學(xué)決策依據(jù)。

通過傾斜攝像頭獲取井場(chǎng)周邊三維影像，數(shù)據(jù)更加立體全面，使災(zāi)害判斷更加準(zhǔn)確。通過無(wú)人機(jī)+信息化技術(shù)，探索一條應(yīng)急搶險(xiǎn)模式下的無(wú)人機(jī)工作模式，在自然災(zāi)害普查方面提供測(cè)繪精度級(jí)別的正射信息，推動(dòng)工業(yè)無(wú)人機(jī)成為石油行業(yè)的基礎(chǔ)工具。

四、結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用研究在近幾年獲得了不錯(cuò)的成果，在許多帶有危險(xiǎn)性或者工作量巨大的野外工作中，應(yīng)用現(xiàn)代科技產(chǎn)物已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，也是數(shù)字化、智能化時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)。相比其他行業(yè)，油氣勘探行業(yè)屬于高危行業(yè)，無(wú)人機(jī)技術(shù)在油氣行業(yè)的運(yùn)用還處于起步階段，該項(xiàng)技術(shù)對(duì)于油氣行業(yè)是一項(xiàng)持久而意義重大的創(chuàng)新，將無(wú)人機(jī)技術(shù)與當(dāng)前日新月異的高新技術(shù)相結(jié)合，來減輕人工野外巡檢的工作量和工作風(fēng)險(xiǎn)，提高巡檢效率，是目前無(wú)人機(jī)在石油行業(yè)的發(fā)展方向，并且前景廣闊。

作者單位：中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院C6084D8E-4726-4A24-A912-68DF98A9884C