楊宇光,張明明,韋濤,李強(qiáng),侯東升

(1.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司,北京 100015;2.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)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(guī)天然氣儲量日益減少,我國能源供應(yīng)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(guī)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(chǎn)的重要領(lǐng)域。中海油致密氣產(chǎn)區(qū)位于鄂爾多斯盆地邊緣,工區(qū)地表環(huán)境以及管輸介質(zhì)和生產(chǎn)工況較為復(fù)雜,使得地面集輸管道受到來自內(nèi)部和外部的安全威脅,極易出現(xiàn)管道腐蝕、第三方損壞、地質(zhì)災(zāi)害等引發(fā)管道失效泄漏的事件發(fā)生,如果管控不及時,很可能繼而導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等重大危害事故的發(fā)生,給企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會影響。因此,如何對致密氣集輸管網(wǎng)進(jìn)行更為有效的安全管理,保障管網(wǎng)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(fēng)險的完整性管理是國際上廣泛認(rèn)可的管道安全管理模式[1],而致密氣管網(wǎng)所處工區(qū)地表地形、管輸介質(zhì)及生產(chǎn)工況復(fù)雜,內(nèi)外風(fēng)險因素多,風(fēng)險評價工作耗時、耗力、耗財,因此如何借助當(dāng)前新興智能化技術(shù)來高效支撐致密氣管網(wǎng)風(fēng)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(fēng)險評價體系

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

表1 致密氣集輸管道風(fēng)險評價指標(biāo)體系

R=L/C

(1)

式中:L—管段失效可能性分?jǐn)?shù);C—管段失效后果分?jǐn)?shù);R—管段相對風(fēng)險值。

根據(jù)管段的風(fēng)險計算結(jié)果,按照表2來確定管段的風(fēng)險級別。

表2 管道相對風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 致密氣管道風(fēng)險智能評價系統(tǒng)

致密氣集輸管道智能風(fēng)險評價以評價指標(biāo)體系為依據(jù),充分運用高清衛(wèi)星遙感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等信息化技術(shù),建立智能化的風(fēng)險評價系統(tǒng),全方位感知管道風(fēng)險信息,實時動態(tài)計算管道風(fēng)險水平,多方式呈現(xiàn)管道風(fēng)險狀態(tài),智能決策風(fēng)險管控措施,預(yù)測風(fēng)險發(fā)展趨勢,從而為致密氣集輸管網(wǎng)風(fēng)險管控提供平臺支持。致密氣管道風(fēng)險智能評價系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 致密氣田集輸管道風(fēng)險智能評價系統(tǒng)架構(gòu)

評價系統(tǒng)分為感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)管理層、技術(shù)支持層、數(shù)據(jù)管理層和應(yīng)用管理層。感知層將多渠道采集管道風(fēng)險數(shù)據(jù)信息;傳輸層利用網(wǎng)絡(luò)資源實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳送;技術(shù)支持層內(nèi)嵌管網(wǎng)GIS系統(tǒng)、評價體系、智能算法、高清衛(wèi)星地圖、評價報告模版等;數(shù)據(jù)管理負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)的分類、提取、清洗、轉(zhuǎn)換、存儲、推送等;應(yīng)用管理層執(zhí)行管網(wǎng)GIS管理、風(fēng)險評價與監(jiān)測預(yù)警、風(fēng)險狀態(tài)大屏展示、智能移動終端管理、評價系統(tǒng)管理等任務(wù)。智能評價系統(tǒng)的應(yīng)用流程如圖2所示。

圖2 致密氣集輸管道風(fēng)險智能評價系統(tǒng)應(yīng)用流程

3 致密氣管道風(fēng)險評價智能技術(shù)

3.1 風(fēng)險狀態(tài)實時更新

當(dāng)前新一代信息化感知技術(shù)蓬勃發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用,這為管道風(fēng)險信息的全方位感知創(chuàng)造了條件。結(jié)合山西地區(qū)致密氣田集輸管網(wǎng)內(nèi)外環(huán)境特征,通過開發(fā)分布式光纖泄漏振動監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、AI音視頻監(jiān)控系統(tǒng)和智能終端移動巡檢系統(tǒng),運用監(jiān)測地表位移的成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)、管道智能內(nèi)外檢測技術(shù)、大數(shù)據(jù)管理技術(shù)等,可實時采集、傳輸、辨析和存儲威脅管道的各種數(shù)據(jù)信息。同時,將風(fēng)險數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)與風(fēng)險評價體系、風(fēng)險決策優(yōu)化算法和云計算技術(shù)進(jìn)行有機(jī)整合,可形成風(fēng)險實時計算平臺,實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的管道風(fēng)險實時評估和風(fēng)險狀態(tài)更新。

3.2 風(fēng)險智能監(jiān)測預(yù)警

利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對采集的管道風(fēng)險源歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,找到各項底層指標(biāo)因素數(shù)據(jù)的動態(tài)變化規(guī)律,建立底層指標(biāo)數(shù)據(jù)和管道相對風(fēng)險數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)集;在此基礎(chǔ)上引入智能預(yù)測算法開展大規(guī)模的數(shù)據(jù)訓(xùn)練,建立管道風(fēng)險預(yù)測模型[4-5];按照表1所示的管道相對風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定風(fēng)險預(yù)警閾值,并建立風(fēng)險管理決策優(yōu)化模型,當(dāng)預(yù)測風(fēng)險值達(dá)到不可接受水平線時發(fā)出風(fēng)險預(yù)警信號,同時輸出高風(fēng)險管段的最優(yōu)維護(hù)決策。

3.3 風(fēng)險狀態(tài)多維展示

通過三維管線建模工具,結(jié)合致密氣管網(wǎng)屬性信息,建立三維管線模型,形象展現(xiàn)地下管網(wǎng)的埋深、材質(zhì)、形狀、走向以及工井結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)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(wǎng)數(shù)據(jù)資源管理數(shù)字化、可視化的三維管線系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上,將管道內(nèi)外風(fēng)險源信息和管道風(fēng)險狀態(tài)數(shù)據(jù)同步至三維系統(tǒng)中,并提供各類查詢、統(tǒng)計、分析、顯示等功能,方便管理人員直觀實時掌握全網(wǎng)風(fēng)險狀態(tài)和風(fēng)險源信息[6],更好地實現(xiàn)致密氣管網(wǎng)風(fēng)險的精細(xì)化、數(shù)字化、智能化管理。

4 結(jié)束語

探索了智能時代背景下致密氣田集輸管網(wǎng)風(fēng)險評價技術(shù)的建設(shè)方案,提出了基于肯特指數(shù)評分法的致密氣管道半定量風(fēng)險評價方法,構(gòu)建了由感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)管理層、技術(shù)支持層、數(shù)據(jù)管理層和應(yīng)用管理層組成的風(fēng)險智能評價系統(tǒng)架構(gòu),提出了系統(tǒng)關(guān)鍵支撐技術(shù)的建設(shè)思路。管道智能風(fēng)險評價系統(tǒng)是管道完整性智能管理系統(tǒng)的重要組成部分,在建設(shè)時應(yīng)結(jié)合完整性管理系統(tǒng)和企業(yè)自身信息化建設(shè)現(xiàn)狀,統(tǒng)籌規(guī)劃,分步實施,避免重復(fù)性建設(shè),同時應(yīng)緊跟智能化技術(shù)發(fā)展動態(tài),確保系統(tǒng)的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性。