智能時代下致密氣集輸管道風險評價技術研究

楊宇光,張明明,韋濤,李強,侯東升

(1.中聯煤層氣有限責任公司,北京 100015;2.中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司,天津 300452)

近年來,隨著我國對天然氣資源量需求的迅猛增加,常規天然氣儲量日益減少,我國能源供應安全問題日趨突出。致密氣層氣是一種蘊藏于頁巖層的非常規天然氣資源,其在中國的可采儲量居世界首位,已成為天然氣增儲上產的重要領域。中海油致密氣產區位于鄂爾多斯盆地邊緣,工區地表環境以及管輸介質和生產工況較為復雜,使得地面集輸管道受到來自內部和外部的安全威脅,極易出現管道腐蝕、第三方損壞、地質災害等引發管道失效泄漏的事件發生,如果管控不及時,很可能繼而導致火災、爆炸等重大危害事故的發生,給企業造成較大的經濟損失和惡劣的社會影響。因此,如何對致密氣集輸管網進行更為有效的安全管理,保障管網的安全性和可靠性,已成為氣田迫切需要思考和解決的問題。

基于風險的完整性管理是國際上廣泛認可的管道安全管理模式[1],而致密氣管網所處工區地表地形、管輸介質及生產工況復雜,內外風險因素多,風險評價工作耗時、耗力、耗財,因此如何借助當前新興智能化技術來高效支撐致密氣管網風險評價與管理也就成為本文研究的重點,旨在為提高致密氣集輸管道完整性管理水平提供重要支持[2]。

1 致密氣集輸管道風險評價體系

由于缺少完整和可靠的失效數據的積累,以及概率模型所要求的數據的復雜性和精確性,概率風險評價法尚未得到廣泛應用。目前基于可用的致密氣集輸管道數據資料,將采用基于肯特指數評分法而建立的致密氣集輸管道半定量風險評價方法[3]。其中失效可能性指標包含第三方損壞、腐蝕、設計與施工缺陷、運行與維護誤操作、地質災害五項,總分值為五項之和共400分,各項指標分值配比分別為100,100,50,50,100;失效后果指標包含管輸介質危害性、影響對象和泄漏擴散影響系數三項,總分值為三項之積共600分,各項指標分值配比分別為10,10,6;致密氣集輸管道風險評價指標體系見表1,各管段相對風險值計算見式(1)。

表1 致密氣集輸管道風險評價指標體系

R=L/C

(1)

式中:L—管段失效可能性分數;C—管段失效后果分數;R—管段相對風險值。

根據管段的風險計算結果,按照表2來確定管段的風險級別。

表2 管道相對風險等級劃分標準

2 致密氣管道風險智能評價系統

致密氣集輸管道智能風險評價以評價指標體系為依據,充分運用高清衛星遙感、物聯網、大數據、云計算、人工智能等信息化技術,建立智能化的風險評價系統,全方位感知管道風險信息,實時動態計算管道風險水平,多方式呈現管道風險狀態,智能決策風險管控措施,預測風險發展趨勢,從而為致密氣集輸管網風險管控提供平臺支持。致密氣管道風險智能評價系統的架構如圖1所示。

圖1 致密氣田集輸管道風險智能評價系統架構

評價系統分為感知層、傳輸層、數據管理層、技術支持層、數據管理層和應用管理層。感知層將多渠道采集管道風險數據信息;傳輸層利用網絡資源實現數據信息傳送;技術支持層內嵌管網GIS系統、評價體系、智能算法、高清衛星地圖、評價報告模版等;數據管理負責采集數據的分類、提取、清洗、轉換、存儲、推送等;應用管理層執行管網GIS管理、風險評價與監測預警、風險狀態大屏展示、智能移動終端管理、評價系統管理等任務。智能評價系統的應用流程如圖2所示。

圖2 致密氣集輸管道風險智能評價系統應用流程

3 致密氣管道風險評價智能技術

3.1 風險狀態實時更新

當前新一代信息化感知技術蓬勃發展并得到廣泛應用,這為管道風險信息的全方位感知創造了條件。結合山西地區致密氣田集輸管網內外環境特征,通過開發分布式光纖泄漏振動監測預警系統、AI音視頻監控系統和智能終端移動巡檢系統,運用監測地表位移的成孔徑雷達干涉測量技術、管道智能內外檢測技術、大數據管理技術等,可實時采集、傳輸、辨析和存儲威脅管道的各種數據信息。同時,將風險數據感知系統與風險評價體系、風險決策優化算法和云計算技術進行有機整合,可形成風險實時計算平臺,實現基于數據驅動的管道風險實時評估和風險狀態更新。

3.2 風險智能監測預警

利用大數據挖掘技術對采集的管道風險源歷史數據進行分析,找到各項底層指標因素數據的動態變化規律,建立底層指標數據和管道相對風險數據的大數據集;在此基礎上引入智能預測算法開展大規模的數據訓練,建立管道風險預測模型[4-5];按照表1所示的管道相對風險等級劃分標準設定風險預警閾值,并建立風險管理決策優化模型,當預測風險值達到不可接受水平線時發出風險預警信號,同時輸出高風險管段的最優維護決策。

3.3 風險狀態多維展示

通過三維管線建模工具,結合致密氣管網屬性信息,建立三維管線模型,形象展現地下管網的埋深、材質、形狀、走向以及工井結構和周邊環境,直觀地描述地下管線的空間層次和位置,形成一套完善的地下管網數據資源管理數字化、可視化的三維管線系統。在此基礎上,將管道內外風險源信息和管道風險狀態數據同步至三維系統中,并提供各類查詢、統計、分析、顯示等功能,方便管理人員直觀實時掌握全網風險狀態和風險源信息[6],更好地實現致密氣管網風險的精細化、數字化、智能化管理。

4 結束語

探索了智能時代背景下致密氣田集輸管網風險評價技術的建設方案,提出了基于肯特指數評分法的致密氣管道半定量風險評價方法,構建了由感知層、傳輸層、數據管理層、技術支持層、數據管理層和應用管理層組成的風險智能評價系統架構,提出了系統關鍵支撐技術的建設思路。管道智能風險評價系統是管道完整性智能管理系統的重要組成部分,在建設時應結合完整性管理系統和企業自身信息化建設現狀,統籌規劃,分步實施,避免重復性建設,同時應緊跟智能化技術發展動態,確保系統的先進性和可擴展性。