无人机在油气田及长输管道巡检中如何应用？

无人机在油气田及长输管道的应用

长输管道采用无人机辅助巡线（巡检）主要有以下几种情形。

一、特殊地段辅助巡线

特殊地段主要是指山区及因河流（沟壑）等阻隔人员不易通过的地方。

特殊地段无人机辅助巡线的特点是：能在人员不易到达地方的上空对管道周边情况进行航拍，大幅度提高巡线效率；基本在视距范围内进行，飞行距离比较短（几公里以内）。

特殊地段辅助巡线对无人机有以下要求。

① 便于携带。由于巡线人员日常巡线时需要将无人机携带到野外，所以一定要轻便、容易携带。

② 易于操控。操控方法简单易学，有助于减少无人机在使用中出现故障。

③ 能够悬停。发现可疑情况时可以悬停及下降高度进行近距离观察。

④ 较强的抗风、防雨能力。山谷中往往有旋风，同时紧急情况下可能需要在雨中飞行，因此必须具备较强的抗风雨能力。

⑤ 及时回传信息。应能将拍摄的视频、图片等及时传给地面操控人员，以方便实时查看巡线效果。以上几个方面的技术目前已比较成熟，可以广泛应用。

二、长距离巡线

无人机进行长距离巡线应达到以下要求。

①航程远。单航程至少达到50 km以上。

②较强的抗风、防雨能力。南方地区夏天天气易变，航行中很可能会遭遇大风雷雨。

③易于起降。长距离巡线多采用油驱旋翼机或电驱固定翼机，弹射起飞的固定翼机对起飞场地要求较高，应用受到一定限制。

④按GPS路线规划飞行。无人机必须沿管线路由按GPS路线规划飞行。

⑤地形匹配飞行。在丘陵和山区地段巡线时，为了改善图像（视频）的拍摄效果，有必要进行地形匹配飞行。

⑥实时数传。为了保证安全，必须对飞机进行全程的实时监控，需要实时数传。

⑦高质量图像（视频）。为了获取高质量的图像（视频），安装拍摄云台是一个很好的办法。

无人机拍摄的图像（视频）有两种应用方式：一是实时查看，这种方式需要搭建实时图传的通信系统；二是离线查看，这种方式需要具备图像快拼、图像快速查看及图像（视频）智能识别功能。

三、报警点核查

当接到报警线路上某点有险情或异常，而巡线人员又无法迅速到达时，则可以采用无人机进行核查。报警点核查对无人机有以下要求。

①航程远。

②较强的抗风、防雨能力。

③易于起降。

④GPS路线规划飞行。

⑤实时数传及图传。必须有实时数传以对无人机进行全程监控，同时为了查看报警点的实际情况，必须保证能够实时图传。长距离的实时数传和实时图传大多需要中继组网。

⑥悬停（定点盘旋）。无人机到达报警点，需要定点拍摄。

⑦喊话。必要的时候需要进行喊话，为了实现喊话功能则需要有实时通信系统支持。

无人机在满足以上三种情形的巡检要求外，还需考虑以下问题。

（1）高频次飞行的可靠性问题。采用无人机进行日常巡线，如需要高频次飞行，则必须考虑可靠性问题，避免因无人机故障带来另外的安全问题。

（2）飞机的损耗、维修费及综合成本问题。采用无人机巡线的目的是提高效率，降低巡线成本，因而必须综合考虑无人机的损耗、维修费等成本因素。

（3）遇恶劣天气飞行受阻的问题。南方地区降雨天气较多，无人机巡线会受到一定影响。

（4）航线申请问题。长距离无人机巡线必须申请航线，在军事禁区、机场附近等地方的使用受到限制。

（5）数传和图传频率申请问题。长距离无人机巡线需要长距离的实时数传和图传，其所使用的无线电频率需要向国家无线电管理委员会申请。

管道巡护对无人机技术的需求和应用 

固定翼无人机多数采用燃油作为动力驱动，抗风能力较强，航行时间长，可以实现远距离操控，而且载重能力也较强，能够搭载各种必要的传感器；旋翼无人机具有操作简便，不需要特定场地，而且其结构部件少，安全性高，具有垂直降落和空中悬停的特点。目前垂直起降固定翼无人机在起飞和降落过程中可使用多旋翼方式，可以在较小的场地内安全方便的实现起飞与降落，解决了现场起降条件受限的问题，在飞行过程中还可以切换为固定翼飞行方式，可以实现快速、长距离的飞行。

利用无人机进行管道巡检，最显而易见的就是快捷高效安全，无人机飞在天上，不用像传统的巡检方式那样，走进深山爬上爬下，耗时费力；空中俯视，视野开阔，弥补了肉眼观察不足的问题；汛期等特殊时期，可降低巡护人员安全风险。

中石油管道公司自2013年开始选用哈尔滨盛世特种飞行器有限公司生产的“涵道式单旋翼无人机”，在漠大线363 km管线开展了无人机巡护管道试验工作。主要是解决冬季寒冷，人员不适合长时间野外作业；夏季高棵庄稼连片，人员失向无法巡护管道；汛期受洪水损坏道路影响，无法及时巡护受灾管段的问题。几年来，利用无人机低空低速的特点，搭载高清摄像机，收集存储沿线图像信息，可实现在线查看和后期回放；还可以增设救生用品空中投放设备，为汛期紧急救援提供支持；同时开发了声音、灯光、警报器、空中语音警告等功能，在发现非法人员作业时，可以第一时间通过语音警告对其进行驱离，几年来成功制止多起侵害管道事件，为管道防护提供了又一保障。

从运行情况看，无人机巡护管道技术已完全成熟，但安全合规仍是主要问题。截至目前，已发生多起无人机影响航空飞行及坠落等问题，各省也无明确管理部门，飞行资质取得较为困难，很多飞行属违规行为，急需明确解决。

今年，管道公司利用现有成熟技术，计划在黄土高原段、沙漠段开展无人机巡护试验，总结成熟经验，逐步在山区、黄土塬沼泽、沙漠、森林、高寒地区等自然环境恶劣、人烟稀少的 区域，开展无人机巡护。未来，随着无人机等相关技术的不断发展，无人机巡护管道将成为管道巡护的主要手段。

无人机技术在油气田的应用探讨

近年来，无人机技术发展迅猛，开始在油气田开发、生产运行等方面发挥积极作用。

一、无人机技术在油田开发中的应用前景广阔

无人机技术以其快速机动、不受地形影响等优势，目前主要应用于地形复杂、环境恶劣、人员不便到达的水域、沙漠和超高超远设施，未来随着无人机本身对续航等瓶颈技术的突破和搭载设备的升级，其应用前景将更加广阔。

（1）油气田地面工程规划与建设领域

地面工程包括油气水三大系统的集输、处理、储运及配套系统的电力、道路、供水、消防、给排水、通讯等工程，涉及点多、面广，应用无人机可以在油田地面工程前期现场勘查、选址，工程建设期间的建设质量、监督监察等工作中应用，保障工程建设质量和效率。

（2）事故应急抢险与防恐防暴、事故预防

针对油气田开发、生产中出现的井控、安全、环保、危化品等面临的紧急情况，应用无人机技术，快速反应，及时、准确传递信息，实现快速处置，为科学决策和指挥提供可靠的支持；通过在油区内重点区域定点盘旋或区域巡检，实现对安全动态的及时掌握，做到“早发现，早报告，早处置”，有效的预防暴恐事件和人为破坏。

（3）油田生产中的巡检巡线应用

油田生产过程中管道、站场及电力系统点多面广，管道、电力线敷设环境复杂，部分站场采用无人值守，通过无人机技术开展巡检巡线与抢维修工作可大大改变因人工巡检巡线效率低、周期长的问题，做到泄漏早发现、故障早维修、污染早治理，提升生产效率和降低安全环保风险。

（4）管道完整性管理应用

随着GB32167-2015的正式实施，标志着管道完整性管理已成为油气管道必须开展的管理手段。相对于长输管道较为完善的完整性管理体系，油气田集输管道完整性管理尚处于起步探索阶段，应用无人机可在基础数据采集、高后果区识别、风险评价、完整性评价等方面发挥重要作用。

二、无人机技术快速发展背后的依法合规问题不容忽视

无人机是工具，是载体，如何使用是一个双刃剑，如因使用不当造成事故会引起严重法律后果，甚至对行业发展产生不利影响。一方面是无人机的快速发展和应用，另一方面“黑飞”事件频发，已给民航和空域安全和公共安全造成严重威胁，其法律法规问题日益突出且无法回避，应引起高度重视和思考。

民航部门公布的数据显示，2015年我国共发生无人机干扰民航飞行事件4起，2016年则暴涨至23起，而2017年仅成都双流机场4月份至今就已发生12起。

我国对无人机驾驶员资质、监管范围、飞行条件和航线申请均有明确要求，但在实际操作中，又存在界线不清、程序繁琐、监管手段不足和法规滞后问题。因此，提出两点呼吁和建议。

（1）呼吁相关主管部门广泛听取各方意见，实事求是，与时俱进，尽快制定适应新的环境和行业现状的切实可行的法律法规，并加强监管和引导。

（2）倡议行业协会、无人机制造商、代理商、服务商和使用者加强行业自律，加强培训，不违规不越线，主动接受监管，依法合规使用，共同努力，为无人机的科学、健康、持续发展贡献力量。

管道巡检对无人机功能拓展需求

随着无人机技术的安全性、可靠性和智能化水平的不断提高，其应用于管道尤其是长输管道日常巡检工作的前景十分广阔。管道企业可以根据所辖管道的外部环境特点、自身的目标要求和国家的相关政策，选择合适的无人机来辅助巡线或替代人工巡线。

结合广东大鹏公司四旋翼微型无人机辅助人工巡检天然气长输管道的实践情况，其场景应用和功能拓展需求有以下几方面。

一、主要应用场景

（1）特殊地段（如：山区、林地、农田、路网及水网等穿越段，苗木及农庄等围蔽区），替代或辅助人工巡检；

（2）恶劣天气（如：台风及暴雨前后、高温天气下等）下的辅助巡检；

（3）第三方伴行在役管道的线性工程施工安全监管；

（4）管道外部隐蔽性人为活动隐患（如：围蔽、占压、定向钻或顶管穿越施工等）辨识；

（5）管道高后果区外部环境信息的动态采集；

（6）地质灾害预警或现场监控；

（7）管道应急抢险指挥与联络。

二、功能拓展需求

综合考虑管道外部环境特点及管道保护目标要求，安全、便捷、经济及更为智能的无人机将会是日后管道巡检辅助工具的首选。具体说来，其可拓展或作进一步优化的功能主要包括。

（1）耐气候设计，尤其是具有较强的防雨抗风性能。抗降雨量大于6 mm/12 h，至少能保证雨中返航和摄像设备不因雨水而损坏。无人机自重越大，抗风能力越强，微型无人机是否可以通过改良机身增稳系统的软件设计来提高其抗风性，需要进一步研究与验证。

（2）非视距图传，融合数字微波技术，实现图像及视频的远距离实时传送。微型无人机图传系统应用150-900 MHz频段，至少具备2 km范围内的非视距高清图传能力，以利于管道山区段、水网及路网密集穿越点的巡查。

（3）加载红外热成像等智能识别仪器及喊话设备。微型无人机宜考虑搭载红外热成像或紫外扫描仪等更为智能的管道隐患识别仪器，便于识别管道地表附着物下方隐蔽性热源动力机械施工隐患，并能够及时实现预警喊话和警示。

（4）定位模块的优化。微型无人机定位模块至少能使用GPS、北斗两种卫星定位系统，以增强定位速度和精度，优化后的定位模块不仅能够帮助微型无人机实现匹配管道路由的飞行航线规划，而且还有助于无人机故障后的找回跟踪。

（5）较强的防电磁干扰能力。以减少无人机失联的可能性，提高微型无人机在人口密集区使用的安全性。

（6）自身防爆功能。油气管道事故抢险现场很可能存在易燃易爆等危险物质，用于管道应急指挥、监测和联络的微型无人机自身，应具备引发次生事故的防爆功能。

（7）故障保护功能。微型无人机故障坠落时宜具有自动弹出降落伞功能或其他较为可靠的故障保护功能，最大可能地减少无人机应用中涉及人员伤害和财产损失事故的发生。

 

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转自：中国国际管道大会  

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