智能時(shí)代下致密氣集輸管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)研究

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(lái),隨著我國(guó)對(duì)天然氣資源量需求的迅猛增加,常規(guī)天然氣儲(chǔ)量日益減少,我國(guó)能源供應(yīng)安全問(wèn)題日趨突出。致密氣層氣是一種蘊(yùn)藏于頁(yè)巖層的非常規(guī)天然氣資源,其在中國(guó)的可采儲(chǔ)量居世界首位,已成為天然氣增儲(chǔ)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(lái)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(shí),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(huì)影響。因此,如何對(duì)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(wèn)題。

基于風(fēng)險(xiǎn)的完整性管理是國(guó)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(xiǎn)因素多,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作耗時(shí)、耗力、耗財(cái),因此如何借助當(dāng)前新興智能化技術(shù)來(lái)高效支撐致密氣管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理也就成為本文研究的重點(diǎn),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(xiǎn)評(píng)價(jià)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(xiǎn)評(píng)價(jià)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(píng)分法而建立的致密氣集輸管道半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(jì)與施工缺陷、運(yùn)行與維護(hù)誤操作、地質(zhì)災(zāi)害五項(xiàng),總分值為五項(xiàng)之和共400分,各項(xiàng)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(duì)象和泄漏擴(kuò)散影響系數(shù)三項(xiàng),總分值為三項(xiàng)之積共600分,各項(xiàng)指標(biāo)分值配比分別為10,10,6;致密氣集輸管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)表1,各管段相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算見(jiàn)式(1)。

表1 致密氣集輸管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(duì)風(fēng)險(xiǎn)值。

根據(jù)管段的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果,按照表2來(lái)確定管段的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。

表2 管道相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 致密氣管道風(fēng)險(xiǎn)智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)

致密氣集輸管道智能風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為依據(jù),充分運(yùn)用高清衛(wèi)星遙感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等信息化技術(shù),建立智能化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng),全方位感知管道風(fēng)險(xiǎn)信息,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算管道風(fēng)險(xiǎn)水平,多方式呈現(xiàn)管道風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài),智能決策風(fēng)險(xiǎn)管控措施,預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展趨勢(shì),從而為致密氣集輸管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管控提供平臺(tái)支持。致密氣管道風(fēng)險(xiǎn)智能評(píng)價(jià)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(xiǎn)智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)架構(gòu)

評(píng)價(jià)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(xiǎn)數(shù)據(jù)信息;傳輸層利用網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)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(píng)價(jià)體系、智能算法、高清衛(wèi)星地圖、評(píng)價(jià)報(bào)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(chǔ)、推送等;應(yīng)用管理層執(zhí)行管網(wǎng)GIS管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)大屏展示、智能移動(dòng)終端管理、評(píng)價(jià)系統(tǒng)管理等任務(wù)。智能評(píng)價(jià)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(xiǎn)智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)應(yīng)用流程

3 致密氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)智能技術(shù)

3.1 風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)實(shí)時(shí)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(xiǎn)信息的全方位感知?jiǎng)?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(guò)開(kāi)發(fā)分布式光纖泄漏振動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、AI音視頻監(jiān)控系統(tǒng)和智能終端移動(dòng)巡檢系統(tǒng),運(yùn)用監(jiān)測(cè)地表位移的成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)、管道智能內(nèi)外檢測(cè)技術(shù)、大數(shù)據(jù)管理技術(shù)等,可實(shí)時(shí)采集、傳輸、辨析和存儲(chǔ)威脅管道的各種數(shù)據(jù)信息。同時(shí),將風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系、風(fēng)險(xiǎn)決策優(yōu)化算法和云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行有機(jī)整合,可形成風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)計(jì)算平臺(tái),實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的管道風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)更新。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)智能監(jiān)測(cè)預(yù)警

利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)采集的管道風(fēng)險(xiǎn)源歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,找到各項(xiàng)底層指標(biāo)因素?cái)?shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,建立底層指標(biāo)數(shù)據(jù)和管道相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)集;在此基礎(chǔ)上引入智能預(yù)測(cè)算法開(kāi)展大規(guī)模的數(shù)據(jù)訓(xùn)練,建立管道風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型[4-5];按照表1所示的管道相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警閾值,并建立風(fēng)險(xiǎn)管理決策優(yōu)化模型,當(dāng)預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)值達(dá)到不可接受水平線時(shí)發(fā)出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào),同時(shí)輸出高風(fēng)險(xiǎn)管段的最優(yōu)維護(hù)決策。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)多維展示

通過(guò)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(xiǎn)源信息和管道風(fēng)險(xiǎn)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(jì)、分析、顯示等功能,方便管理人員直觀實(shí)時(shí)掌握全網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)和風(fēng)險(xiǎn)源信息[6],更好地實(shí)現(xiàn)致密氣管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)的精細(xì)化、數(shù)字化、智能化管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

探索了智能時(shí)代背景下致密氣田集輸管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)的建設(shè)方案,提出了基于肯特指數(shù)評(píng)分法的致密氣管道半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(xiǎn)智能評(píng)價(jià)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(xiǎn)評(píng)價(jià)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(shí)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(shí)施,避免重復(fù)性建設(shè),同時(shí)應(yīng)緊跟智能化技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài),確保系統(tǒng)的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性。