無人機技術(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，利用無人機技術(shù)對事發(fā)現(xiàn)場的全局圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時采集、傳輸，通過作業(yè)現(xiàn)場快速布點檢測和察看，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場風(fēng)險點、異常點的智能識別分析與預(yù)警，從而快速確定污染范圍，安全高效的開展應(yīng)急檢測及處置工作。

一、引言

無人機技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于航空測繪、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)場情況和對周邊硫化氫等有毒有害氣體進行監(jiān)測，作業(yè)風(fēng)險高、靈活性機動性差、信息滯后嚴(yán)重，影響事故處置效率。本文利用無人機技術(shù)用于油氣輸氣管線巡檢，對事發(fā)現(xiàn)場的全局圖像及相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時采集、傳輸，實現(xiàn)快速布點檢測、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、提升工作效率的目的，從而安全高效的開展應(yīng)急檢測及處置工作，保證油氣生產(chǎn)作業(yè)安全、高效進行。

二、工業(yè)無人機在勘探領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國的油氣管道總里程已近15萬公里，為國民經(jīng)濟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?，必須對它們進行定期巡查。對于石油管線的巡檢項目，尤其是長距離輸油輸氣管道、區(qū)域性油氣田斷塊系統(tǒng)而言，這些項目經(jīng)常要求“短平快”，測量周期短、任務(wù)重、質(zhì)量高，區(qū)域內(nèi)地形、地貌復(fù)雜多變，常常穿越無人區(qū)如沙漠戈壁、森林、高山等，有時人員和測量儀器無法到達(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，其勞動強度大、作業(yè)程序復(fù)雜、資源配置臃腫繁多、工效低、周期較長，往往無法按時保質(zhì)保量完成測量任務(wù)。近幾年，中國石油為中俄原油管道租用了載人直升機進行巡護，雖然提高了管道巡護應(yīng)變能力，但此方式存在安全問題和空域申請問題，受到天氣、空管、高成本等多方面影響，每天過頂?shù)臅r間固定，無法實現(xiàn)應(yīng)急觀測。

無人機低空攝影測量相對于載人機成本較為廉價，實施便利、運輸維護、作業(yè)成本較低；它不僅可以完成長輸管道、油氣田領(lǐng)域內(nèi)可行性研究、初設(shè)、施工圖各階段測量工作，還可以開展管道監(jiān)測與維護工作；可以省去耗時耗力的人工測量，航測成圖速度快，信息反饋及時，提高工作效率。

三、應(yīng)急搶險、災(zāi)害普查場景下的無人機工作模式

針對石油勘探開發(fā)中井筒作業(yè)現(xiàn)場發(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，對安全、環(huán)境、資源的破壞性強。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)機制，并及時掌握事件變化的趨勢、研制應(yīng)對方案。為了解決以上問題，開發(fā)了一套基于無人機的應(yīng)急搶險模式，利用無人機、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，實現(xiàn)了應(yīng)急現(xiàn)場態(tài)勢感知和綜合調(diào)度，提升企業(yè)的應(yīng)急管理水平，也為管理人員及時掌握現(xiàn)場實際情況、應(yīng)急指揮提供了決策依據(jù)。

（一）鉆井現(xiàn)場布局

鉆井現(xiàn)場發(fā)生應(yīng)急搶險突發(fā)事件后，需要對①井口②節(jié)流管匯③放噴管匯④壓井管匯⑤點火池⑥遠(yuǎn)程控制臺⑦鉆臺⑧緊急集合點⑨井場全景情況進行實時圖像回傳，供后臺管理人員掌握現(xiàn)場整體態(tài)勢同時掌握關(guān)鍵位置的實際情況。

（二）無人機在應(yīng)急搶險場景下的應(yīng)用

無人機在井場發(fā)生三級井控風(fēng)險，井噴失控前將現(xiàn)場重點點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實現(xiàn)對現(xiàn)場關(guān)鍵點位的監(jiān)控，掌握現(xiàn)場實際情況，對應(yīng)急指揮決策提供依據(jù)。

1.井場整體實際正射圖

無人機地形測量是指以普通數(shù)碼相機為影像傳感器（可見光為主），以低空飛行器（無人機為主）為載體，通過手動或自動曝光方式獲取被測物體高重疊度、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。

井場建設(shè)完畢后，對井場進行二維建模，生成井場整體實際正射圖作為備份（圖2），在發(fā)生應(yīng)急搶險情況時調(diào)出有利于對井場整體布局情況進行快速了解。

2.井場關(guān)鍵節(jié)點圖片、視頻回傳

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

（三）無人機在災(zāi)害普查場景下的應(yīng)用

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

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

四、結(jié)束語

無人機技術(shù)的應(yīng)用研究在近幾年獲得了不錯的成果，在許多帶有危險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，也是數(shù)字化、智能化時代的發(fā)展趨勢。相比其他行業(yè)，油氣勘探行業(yè)屬于高危行業(yè)，無人機技術(shù)在油氣行業(yè)的運用還處于起步階段，該項技術(shù)對于油氣行業(yè)是一項持久而意義重大的創(chuàng)新，將無人機技術(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，提高巡檢效率，是目前無人機在石油行業(yè)的發(fā)展方向，并且前景廣闊。

作者單位：中國石油集團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