智能时代下致密气集输管道风险评价技术研究

杨宇光,张明明,韦涛,李强,侯东升

(1.中联煤层气有限责任公司,北京 100015;2.中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司,天津 300452)

近年来,随着我国对天然气资源量需求的迅猛增加,常规天然气储量日益减少,我国能源供应安全问题日趋突出。致密气层气是一种蕴藏于页岩层的非常规天然气资源,其在中国的可采储量居世界首位,已成为天然气增储上产的重要领域。中海油致密气产区位于鄂尔多斯盆地边缘,工区地表环境以及管输介质和生产工况较为复杂,使得地面集输管道受到来自内部和外部的安全威胁,极易出现管道腐蚀、第三方损坏、地质灾害等引发管道失效泄漏的事件发生,如果管控不及时,很可能继而导致火灾、爆炸等重大危害事故的发生,给企业造成较大的经济损失和恶劣的社会影响。因此,如何对致密气集输管网进行更为有效的安全管理,保障管网的安全性和可靠性,已成为气田迫切需要思考和解决的问题。

基于风险的完整性管理是国际上广泛认可的管道安全管理模式[1],而致密气管网所处工区地表地形、管输介质及生产工况复杂,内外风险因素多,风险评价工作耗时、耗力、耗财,因此如何借助当前新兴智能化技术来高效支撑致密气管网风险评价与管理也就成为本文研究的重点,旨在为提高致密气集输管道完整性管理水平提供重要支持[2]。

1 致密气集输管道风险评价体系

由于缺少完整和可靠的失效数据的积累,以及概率模型所要求的数据的复杂性和精确性,概率风险评价法尚未得到广泛应用。目前基于可用的致密气集输管道数据资料,将采用基于肯特指数评分法而建立的致密气集输管道半定量风险评价方法[3]。其中失效可能性指标包含第三方损坏、腐蚀、设计与施工缺陷、运行与维护误操作、地质灾害五项,总分值为五项之和共400分,各项指标分值配比分别为100,100,50,50,100;失效后果指标包含管输介质危害性、影响对象和泄漏扩散影响系数三项,总分值为三项之积共600分,各项指标分值配比分别为10,10,6;致密气集输管道风险评价指标体系见表1,各管段相对风险值计算见式(1)。

表1 致密气集输管道风险评价指标体系

R=L/C

(1)

式中:L—管段失效可能性分数;C—管段失效后果分数;R—管段相对风险值。

根据管段的风险计算结果,按照表2来确定管段的风险级别。

表2 管道相对风险等级划分标准

2 致密气管道风险智能评价系统

致密气集输管道智能风险评价以评价指标体系为依据,充分运用高清卫星遥感、物联网、大数据、云计算、人工智能等信息化技术,建立智能化的风险评价系统,全方位感知管道风险信息,实时动态计算管道风险水平,多方式呈现管道风险状态,智能决策风险管控措施,预测风险发展趋势,从而为致密气集输管网风险管控提供平台支持。致密气管道风险智能评价系统的架构如图1所示。

图1 致密气田集输管道风险智能评价系统架构

评价系统分为感知层、传输层、数据管理层、技术支持层、数据管理层和应用管理层。感知层将多渠道采集管道风险数据信息;传输层利用网络资源实现数据信息传送;技术支持层内嵌管网GIS系统、评价体系、智能算法、高清卫星地图、评价报告模版等;数据管理负责采集数据的分类、提取、清洗、转换、存储、推送等;应用管理层执行管网GIS管理、风险评价与监测预警、风险状态大屏展示、智能移动终端管理、评价系统管理等任务。智能评价系统的应用流程如图2所示。

图2 致密气集输管道风险智能评价系统应用流程

3 致密气管道风险评价智能技术

3.1 风险状态实时更新

当前新一代信息化感知技术蓬勃发展并得到广泛应用,这为管道风险信息的全方位感知创造了条件。结合山西地区致密气田集输管网内外环境特征,通过开发分布式光纤泄漏振动监测预警系统、AI音视频监控系统和智能终端移动巡检系统,运用监测地表位移的成孔径雷达干涉测量技术、管道智能内外检测技术、大数据管理技术等,可实时采集、传输、辨析和存储威胁管道的各种数据信息。同时,将风险数据感知系统与风险评价体系、风险决策优化算法和云计算技术进行有机整合,可形成风险实时计算平台,实现基于数据驱动的管道风险实时评估和风险状态更新。

3.2 风险智能监测预警

利用大数据挖掘技术对采集的管道风险源历史数据进行分析,找到各项底层指标因素数据的动态变化规律,建立底层指标数据和管道相对风险数据的大数据集;在此基础上引入智能预测算法开展大规模的数据训练,建立管道风险预测模型[4-5];按照表1所示的管道相对风险等级划分标准设定风险预警阈值,并建立风险管理决策优化模型,当预测风险值达到不可接受水平线时发出风险预警信号,同时输出高风险管段的最优维护决策。

3.3 风险状态多维展示

通过三维管线建模工具,结合致密气管网属性信息,建立三维管线模型,形象展现地下管网的埋深、材质、形状、走向以及工井结构和周边环境,直观地描述地下管线的空间层次和位置,形成一套完善的地下管网数据资源管理数字化、可视化的三维管线系统。在此基础上,将管道内外风险源信息和管道风险状态数据同步至三维系统中,并提供各类查询、统计、分析、显示等功能,方便管理人员直观实时掌握全网风险状态和风险源信息[6],更好地实现致密气管网风险的精细化、数字化、智能化管理。

4 结束语

探索了智能时代背景下致密气田集输管网风险评价技术的建设方案,提出了基于肯特指数评分法的致密气管道半定量风险评价方法,构建了由感知层、传输层、数据管理层、技术支持层、数据管理层和应用管理层组成的风险智能评价系统架构,提出了系统关键支撑技术的建设思路。管道智能风险评价系统是管道完整性智能管理系统的重要组成部分,在建设时应结合完整性管理系统和企业自身信息化建设现状,统筹规划,分步实施,避免重复性建设,同时应紧跟智能化技术发展动态,确保系统的先进性和可扩展性。