长输管道打孔盗油气监检测技术现状及展望

刘文会，张 丰，王 军，滕延平，邵 建，刘振斌，张 鑫，刘兵兵，马宏宇

(1.国家管网集团北方管道公司 管道科技研究中心，河北 廊坊 065000；2.国家管网集团北方管道公司 北京(呼和浩特)输油气分公司，呼和浩特 010000；3.国家管网集团北方管道公司，河北 廊坊 065000；4.国家管网集团北方管道公司 山东输油有限公司，山东 日照 276800)

打孔盗油气是国内管道运营企业面临的突出的安全风险之一。据统计，国内近10年公开报道的管道安全事故，外部风险因素是引起管道事故的主要原因，其中人为影响(偷盗油气)引起的事故占10%[1]。打孔盗油问题给管道企业带来的风险主要有以下3个方面[2-3]：①打孔盗油给管道企业带来了严重安全隐患。盗油分子实施盗油焊接作业往往时间仓促，焊接质量低下，很容易发生油气泄漏事故，导致严重环保事件。②打孔盗油事件可导致重大直接经济损失。据统计，某公司已经发生打孔盗油事件上万次，直接经济损失巨大。③打孔盗油事件可导致管道运营公司面临巨大社会舆论压力，产生恶劣社会影响。

近年来，各管道运行企业对打孔盗油气的预防与检测开展了大量的监检测技术研究，目前主要的监检测技术有管道安全预警技术和管道泄漏监测技术，它们是保障管道安全运行、降低管道泄漏损失和后果的重要监检测。此外，利用管道内检测或者外检测技术也可以对打孔盗油进行识别。然而，各类技防措施在实际的生产应用中均存在技术局限性。本文对目前国内已有的打孔盗油气监检测技术的技术原理及在生产时间中应用的优缺点进行了综述，并进行了技术展望。

1 打孔盗油气类型

常见的打孔盗油气作业方式主要有焊接式、抱箍式、钢钎式和粘接式[2-3]。

1)焊接式。焊接式盗油阀是目前最为常见的盗油方式，盗油分子在挖开的管道上面直接焊接一短管，短管带有螺纹，通过螺纹连接安装一个长度小于20 cm的钻孔控制阀，然后打盗油孔，盗油分子根据需要的长短，在钻孔控制阀门上装上一定长度的管子，管子末端再装一个放油控制阀。此种盗油装置安装两个阀门，钻孔控制阀通常打开，盗油分子通过操作放油控制阀来盗取原油。

2)抱箍式。盗油分子一般用较大规格的扁钢(一般宽12～300 mm)，做成环形管卡状盗油装置，扁钢上焊接短节，短节上带有螺纹，螺纹连接安装上盗油阀门，利用铅块容易挤压变形的特点作为密封，通过拧紧环形管卡状装置两端的螺丝，使盗油装置严密贴合在管道上，然后打孔盗油。

3)钢钎式。盗油分子用较粗(一般为DN 32 mm左右)有一定长度的无缝钢管制成一钎头带锥度的钢钎，在锥头侧面开孔，在钎尾安装一旁通阀。盗油分子通过用特制钻头在管道上开一未穿透孔，再通过机械外力将钢钎打人管道，进行盗油。

4)粘接式。盗油分子把盗油阀通过垫板直接粘接在管道上，再开孔盗油。

2 监检测技术

目前，对油气管道打孔盗油气的检测与识别监检测技术有管道泄漏监测系统、管道光纤预警系统、管道内检测技术、外检测技术等。

2.1 管道泄漏监测系统

管道泄漏监测系统是目前打孔盗油气识别的主要技术，目前国内油气管道正在使用的泄漏监测系统[4]主要为负压波法、音波法和流量平衡法，以及这3种方法的复合方法。其中负压波法的技术原理[5]是采集管道沿线各站场和阀室的压力、流量等管道运行参数，通过监测管道泄漏所产生的负压波和流量输差进行管道泄漏事件的识别和定位。负压波检漏定位原理如图1所示[6]。

图1 负压波检漏定位原理

图1中，X为泄漏点至首端距离，m；L为管道长度，m；a为负压波在管道中的传播速度，m/s；t1为负压波到达首端的时刻；t2为负压波到达末端的时刻。

管道泄漏监测系统已经成为输油管道重要的监测系统。在实际生产应用中，管道泄漏检测系统可实时识别定位出管道油气泄漏时间和泄漏的大体位置，结合现场排查确定是否为打孔盗油。但对于打孔盗油等泄漏量小很小的情况，该系统的预警和定位存在一定的误差，存在漏报或者误报。

2.2 管道光纤预警系统

管道光纤预警系统是近几年发展起来的一种技术，其技术原理[7]是利用与管道同沟敷设的通信光缆中的光纤作为分布式振动传感器，监测管道伴行光缆沿线的振动信号，实现对第三方施工或人为破坏等管道安全的威胁事件的识别和定位。光纤预警系统工作原理如图2所示。

图2 光纤预警系统工作原理

管道光纤预警系统在实际的生产应用中可实时对第三方施工或人为破坏等管道安全的威胁事件的识别和定位，能够对打孔盗油气不法作业实时监测和报警。但受外部干扰较多，漏报警、误报警率高。此外，对于早期建设的部分没有光纤的管道，该技术无法应用。

2.3 管道内检测技术

管道内检测技术[8]主要有漏磁检测、超声测厚检测、超声裂纹检测、几何检测、中心线检测(inertial measurement unit，IMU)等。管道内检测技术识别打孔盗油阀门的原理是，通过内检测器检测安装盗油阀门时在管壁上形成的孔洞或者外接支管情况来识别盗油阀门。管道内检测器装置结构如图3所示[9]。

图3 管道内检测器装置结构

管道内检测技术在实际生产应用中可以识别管道上已经存在的打孔盗油阀门或者支管等设施，但识别时效性较差。《油气输送管道完整性管理规范》(GB 32167—2015)[10]规定内检测时间间隔需要根据风险评价和上次完整性评价结果综合确定，实际生产中管道内检测间隔期约为5～8年。所以内检测技术不能实时地发现管道打孔盗油作业。此外一些管道由于输量或者管道内部环境因素，导致不能开展内检测。2018年中石油管道公司研制成功打孔盗油专用检测器，并在日东原油管道线上进行了试用，应用效果较好。相较于常规内检测，打孔盗油专用检测器的检测周期有所缩短，但也存在检测时效性和识别精度的问题。

2.4 管道外检测技术

常用的管道外检测技术[11]有皮尔逊测试法(Pearson)、多频管中电流法(PCM)、直流电位梯度法(DCVG)、标准管地电位测试技术(P/S)、密间隔电位测试法(CIPS/CIS)等。管道外检测技术检测打孔盗油阀门的技术原理是采用管道防腐层检漏设备(PCM)检测出管道上的外接金属物的位置及方向，结合开挖验证，找出打孔盗油设施。PCM设备检测系统示意图如图4所示[12]。

图4 PCM检测系统示意图

在实际生产应用中，管道外检测技术可检测出管道上的外接金属物，结合开挖验证，能够识别打孔盗油点。但该方法仅限于识别外接支管为金属管道类型的打孔盗油气设施识别，对于黏结的非金属管道无法检出。此外，外检测作业一般检测周期为3年，也存在因检测周期导致检测时效性差的问题。

3 技术展望

随着智慧管网、智能管道的建设，长输管道打孔盗油气监检测技术出现了新的研究方向。主要表现在以下几个方面：

3.1 视频监控识别系统

基于对管道上方第三方活动破坏的监测报警，目前视频监控系统在管道上进行了安装应用，尤其是在管道高后果区，并呈现逐渐增多的态势。随着人工智能在各个行业的发展，目前人工智能视频监控系统实现对管道状态的实时监测的同时，可同步识别出监测范围内的管道的第三方破坏事件，包括对打孔盗油不法作业的实时识别和报警。但是，受限于视频监控设施的监控范围以及识别报警算法的精度，视频监控系统识别打孔盗油不法行为报警准确率还有待进一步提升。

3.2 无人机巡护

目前无人机已经在农业播种、快递投运等多个行业开展了广泛应用。对于一些处于地形复杂的无人区、原始森林、山川等地域的管道安全管理，可使用无人机进行巡护。通过对管道路由的监测识别，可以发现管道上方的第三方作业情况，包括实时识别正在进行的打孔盗油不法行为以及通过分析管道路由地形地貌变化、土壤油气迹象等识别出疑似打孔盗油作业。但由于无人机自身的续航里程以及识别分析算法的不成熟，无人机巡护识别打孔盗油行为技术还需要进一步地技术研发。

此外，通过对焊接作业期间管道电位的变化分析研究，提出可以通过监测分析管道电位的变化来识别打孔盗油焊接作业。现场应用表明该技术可及时识别和报警出焊接类打孔盗油气作业。随着智能化管道建设，智能测试桩将在管道阴极保护领域广泛应用，通过智能测试桩监测分析管道电位的变化，结合打孔盗油焊接识别算法，可以及时识别报警出管道上的打孔盗油气不法作业，保障管道安全高效运行。