集群化管道泄漏监测技术在油田中的应用

罗娟?臧国军?高莉

摘要：原油的输送管道是油田生产的生命之路，一旦管道发生穿孔，将会造成大量的原油或天然气的泄漏，不仅造成能源的浪费，同时也会给周围环境造成严重污染。对集群化管道进行泄漏监测，能够快速定位管道的泄漏区域，及时处理突发的管道泄漏问题，使石油企业的损失降到最低，降低由于泄漏对环境造成的危害。

关键词：集群化输油管道；泄漏监测；技术应用

一、国内集群化油气管道泄漏监测技术的发展现状

我国集群化管道泄漏监测技术的发展是近几十年内发展起来的，20世纪80年代，我国石油企业的专家结合国外的先进技术对我国输油管道的内检测技术进行了研究和探讨，并结合我国石油企业的发展现状提出了适合我国石油开发特点的集群化管道泄漏检测技术要点，取得了初步的成果，但没有应用到实际生产中。直至20世纪90年代开始我国才引进了漏磁检测的设备，这才标志着我国的管道泄漏检测技术开始正式的研究和应用，经过20多年的研究和应用我国的漏磁检测技术取得了飞速的发展，从引进国外设备到自主研发更高精度的漏磁检测仪器，我国的轴向漏磁检测技术已经达到了国外先进水平，但是超声波检测技术则处于起步阶段，未来的研究和发展有很大的空间[1]。

二、石油管道泄漏检测技术的分类研究

（一）石油管道泄漏监测技术应用的优点

随着科学技术的飞速发展，高新技术和高精尖的仪器设备的应用大大提高了石油生产以及经营管理的自动化程度，集群化石油管道泄漏监测技术的研究和应用越来越成熟。集群化管道泄漏检测技术的优点主要体现在以下几个方面：

1.准确性。输油管道一旦发生泄漏，管道泄漏监测系统能够快速准确地找到泄漏的位置，并对该位置进行定位报警，提醒工作人员快速的处理。同时，泄漏检测系统还会结合管道输油的运行状况，给出正确的报警信息，降低检修人员的无用功。

2.灵敏性。管道泄漏监测系统的识别精度比较大，一些细微的泄漏都会监测到，提醒工作人员对此处的管道进行密切的监督，降低更大事故的发生。

3.实时性。管道泄漏监测系统能够实时地对工况下的运输管道进行监控，对于管道运输过程中的各种参数的变化能进行收集和汇总，将动态数据进行分析，对于存在异常的状况进行报警，提醒工作人员对此数据进行关注。

（二）石油管道泄漏监测技术的分类

石油管道泄漏自动监测技术在国内外得到了广泛的发展和应用。西方发达国家石油工业化发展比较早，对于管道泄漏监测要求比较高。我国的石油工业起步较晚，但发展迅速，在实际生产过程中对管道泄漏监测也是非常重视的。石油管道泄漏自动监测技术不仅可以提高能源的利用率，降低对环境的危害，同时提高企业的经济效益，降低能源的浪费。石油企业管道泄漏监测技术，大致可以分为三类：生物法、设备法和综合法。

1.生物方法

生物法，顾名思义就是利用人或是经过训练的动物对管道泄漏状况进行的判断和分析的方法。这种技术方法是最传统的泄漏检测方法，这种方法是最直接、最准确的方式，但是由于需要消耗大量的人力，实效性比较差。由于需要人或是经过训练的动物对管道释放的气体或是发出的声音进行判断，同时对管道附属设备进行人工检查，不能及时的发现管道泄漏。往往是管道已经泄漏了，才能发现问题。起不到预防的作用，一旦发生泄漏，石油企业的损失比较大。

2.硬件方法

硬件法主要是利用管道监测设备来实现对管道运行状况的监测，通过在运输管道上加装直观的检测仪表和仪器来完成的。如压力传感器、气体检测仪表以及温度传感器等，能够直接或是间接检测运行的输油管道的实际运行状况。如图1，在输油管道上安装监测仪表，定期对管道的运行状况进行实地检查和校核。声学检测器被广泛应用在监测输油管道的实际运行状况，通过声波模拟管道内流体的流动状态来反应管道的运行状况，声学检测技术主要是识别运行过程中的管道发出的声音，来判断是否存在泄漏状况，最终对泄漏点进行定位。如图2，输油管道的运行状况，对于出现异常的地点进行明确的定位。这种检测技术需要耗费大量的人力物力，需要人员持续的工作，工作强度比较大，对于工作人员的专业性和工作敬业精神要求比较高。

3.软件方法

软件法主要是根据SCADA系统将管道采集到的流量和压力以及温度和流速等数据，进行系统化的分析，与模拟的数据对比，找出差异点，进而分析输油管道的整体运行状况，来辨别管道内是否发生泄漏。西方国家对管道运输的安全非常重视，在输油管道的安全运输上投入很大，系统的研究和应用了管道泄漏监测系统。现阶段应用最广泛的SCADA技术就是通过测定管道进出口的压力和流量的变化进行整体分析，来确定管道是否发生泄漏。这种具有数据监测、数据收集以及汇总整理并进行分析的系统还可以对数据进行图像显示。该系统的监测精度比较高，一旦环境中的泄漏量达到1.6kg/s及以上，会立刻激发报警模式，提醒工作人员迅速去检修，防止损失的进一步扩大。

4.负压波法

负压波是指管道泄漏时所产生的一种负压波动。一旦运输的管道发生泄漏，管道进出口两侧的压力会出现差值，同时由于泄漏位置的压力下降，管道内会形成一种类似声波的现象，俗称负压波。负压波的传播速度与管道内的输送液体物理性质有关，液体的密度和弹性以及管材的摩擦力都会影响负压波的传播速度。实际应用中，可根据站内操作来检验调整理论计算的压力波速度。利用负压波原理对输油管道的泄漏进行监测，是近年来随着科技的进步逐渐衍生出来的，能够很好地发挥高新技术的作用，各种监测仪表的广泛应用，使得监测系统近两年才真正取得突破，在生产中发挥举足轻重的作用。

三、集群化管道泄漏监测系统的介绍和应用

集群化管道泄漏监测系统是以管道结构为主要监控主体，应用现代化的精密仪器仪表，以及信息网络分析处理技术、全球定位技术以及输油管道的各项物理参数等，建立的综合监测系统平台，对集群化管道以及输油站进行管道运输状况的监测和记录，不仅能对集群化管道的运行状况进行详细的记录，同时也对出现异常的状况进行报警和反馈，明确问题或是故障发生的具体位置，帮助工作人员迅速找到事故的发生位置，提高抢修效率。

各子系统将采集到的实时数据保存在数据库中，并根据各子系统监测的对象设置阈值，一旦有异常报警信息出现，将会定位出异常腐蚀受力的管线，并直接出现在GIS地图中，方便进行在线和离线的直接评估。

（一）管集群化道泄漏监测系统的介绍

集群化输油管道泄漏监测报警定位系统以负压波法为基本方法，将管道进行数字化模拟，结合实际的压力、温度以及传送速度等参数，对出现异常的位置进行报警和定位。不仅如此，还要根据输油管道实际的运行状况来对报警和定位进行系统的划分，设定优先级别，这样在人群聚集区域内能够快递识别和报警，迅速处理泄漏。在人烟稀少的地区，明确泄漏点，降低人员的损耗，快速找到泄漏位置，并通过分析泄漏的实际状况采取相应的应对措施。

（二）输油管道监测系统的构成

输油管道泄漏监测报警定位系统主要有数据采集系统、数据传输系统、数据分析处理系统三大部分组成。

1.数据采集系统

在输油站以及集油站末端安装采集系统，分别对管道前后的压力、流量以及温度进行数据的采集和收集。并将各处收集到的数据进行压缩整合，再由通信系统发送到终端处理器上，进行数据的整合和分析处理。在对管道内的石油运输状况进行数据采集过程中，要保证其准确性和高效性，这就需要进出口站的压力、流量以及温度等测量仪表的准确和稳定有很高的要求。同时还要保证进出口站数据的同步性，可采用物理定位的方式进行标记，定期对仪表进行校对。

2.数据传输系统

集群化管道泄漏检测系统的数据通信系统是整个系统的血液部分，起到了数据的整合和传输以及预处理的作用。集群化管道的泄漏监测系统主要是根据计算机的编程技术在以管道的实际运行为主要平台，结合上下游的压力和温度的信号采集的数据，结合MATLAB网络平面，自主编程，实现基于图像处理的基本算法，并精确判断运行数据中的压力变化，进而确定泄漏的位置和区域，并能理论计算出泄漏量的大小，进而进行报警。

采用MATLAB自带的DB6小波，实现小波变换滤波，滤除噪声信号，保障压力数据准确可靠，为后期泄漏监测算法提供可用数据。为快速检测和准确定位压力曲线上的负压波，提出一种基于图像处理的算法。该方法将压力数值转化为图像灰度值，将压力曲线上的负压波起始点定位等价为图像的边缘检测[3]。当发生泄漏事故时，管道泄漏监测系统中的差值分析通过驱动电脑声卡，发出报警声音，提醒值班员工，以便在第一时间将问题解决。

3.终端分析处理系统

终端分析系统主要是对接收到的起始站的运行数据进行分析和处理，明确运输管道出现的泄漏时间，并通过计算确定好泄漏的位置和泄漏量，并在得到数据异常后发出声光扥报警提示。终端系统界面显示起始站的温度、压力和温度以及流量的状况，通过实时变化曲线等体现运行数据。

四、结语

随着计算机技术，人工智能仿真模拟技术以及数字化技术的广泛应用，集群化管道的泄漏监测系统的精度越来越高，准确性和实效性大大降低了集群化管道的泄漏和进一步恶化的风险，能够及时止损。集群化管道泄漏监测系统发挥了巨大的作用，随着科技的进一步发展，将基于硬件的方法和基于软件的方法更有效地结合互补仍是研究的热点和趋势。石油集群化管道的泄漏检测技术未来发展的路还很长，需要石油工业人员的工通过努力来实现。降低输油管道的泄漏风险，更好地为企业和人们的美好生活服务。

参考文献

[1]付道明，孙军，贺志刚，等.国内外管道泄漏检测技术研究进展[J].2004，32（3）：48-51.

[2]贺晓斌[1，2].输油管道泄漏检测技术研究[J].科技传播，2012，（10）：142-142.

[3]王彦升，陈雷，葛煊铸，等.油气管道泄漏检测技术发展研究现状[J].山东工业技术，2013（10）：192-193.

作者单位：中国石油长庆油田分公司