埋地原油管道泄漏檢測與定位技術分析

萬騰飛

摘要：由于原油管道大多數都布設在地表以下，可能會出現人工布設不當的損壞以及在長時間的使用過程中會出現自然腐蝕或人為破壞等情況，容易導致管道內氣體的泄漏，從而造成重大的財產損失，對社會安定造成嚴重影響。所以加強管道的泄漏檢測和定位研究，及時采取有效措施，減少原油泄漏對環境的污染，避免安全事故的發生，保證管道的正常工作具有十分重要意義。

關鍵詞：原油管道;泄漏檢測;技術

隨著中國經濟整體發展速度的加快，原油作為清潔能源在我國城市化的建設中需求量也將越來越大。目前，管道泄漏所造成的環境污染及安全事故近年來時有發生，研究管道泄漏事故發生機理、規律及相關的快速探查與防治措施對于管道的安全運行具有十分重要的意義。本文結合原油泄漏檢測和定位方法的發展歷程，闡述了不同試驗條件下幾種原油泄漏的檢測方法及定位原理。對檢測方法的研究現狀和發展趨勢進行討論，為淺埋地下管道漏氣的檢測定位應用提供一定的技術參考。

1.管道泄漏的原因

1.1外力影響

外力影響主要有三個方面：管道占壓、第三方施工破壞和打孔盜油。管道占壓：輸原油管體大部分埋藏在地下，當管道上方存在違章建筑物時，如果占壓物和地基被損壞下沉，則不均勻的沉降對被占壓的管道產生一定的作用力，導致管體的受損破裂;第三方施工破壞：在項目施工過程中造成的管道本體損壞，包括地質勘探鉆破管體導致油品的泄漏，推土機、挖掘機損壞管道，鉆穿管道管網與市政工程交叉處引起的管道變形等;打孔盜油：不法分子受利益驅使，非法在輸油管道上方鑿孔，私自安裝支路管線將油品用罐車運走的違法行為。這幾個方面在一定程度上都對管體造成破壞，致使原油泄漏爆炸，不僅造成油品的損失和環境的污染，還會給生命財產造成極大的傷害和損失。

1.2管道腐蝕

腐蝕是管道失效的主要形式。管道腐蝕形成的因素包括差異充氣、雜散電流、細菌、應力與疲勞、金屬材料不均勻等。管道的內外腐蝕、開裂、防腐層老化等因素都會造成原油的泄漏。特別是在東北地區，很多老管線運營時間較長，防腐層老化嚴重，通過檢測均發現大面積腐蝕缺陷，很多管段無法進行內部檢測，現已成為高風險地段，存在極大的安全隱患。另外，由于站外部分管道本體的開裂，很難在第一時間發現泄漏點，給檢測定位帶來極大的困難。

1.3環境影響

氣候變化影響地質中土壤的生長環境，土層的熱脹冷縮引發土地結構越來越不均勻，導致輸油管道的沉降度不穩定，管道切口受力不均勻，管道切口一旦崩開，就會出現管線泄漏。冬季東北地區寒冷，有些城市的氣溫甚至降到零下三四十度，埋在土壤中的輸油管道因為溫度的下降造成管體凍裂，造成管線泄漏。

1.4人為破壞因素

人為破壞造成埋地管道泄漏的事故也時有發生，主要存在兩種情況：一是，埋地管道在原油輸送過程中，受到不法分子的竊取導致管道破壞。二是，人們進行生產活動和工程建設過程中，石油天然氣埋地管道的泄漏原因及檢測方法分析因重視度不夠，直接或間接對埋地管道造成破壞等。

2.基于軟件的泄漏檢測與定位技術

2.1負壓波法

如果原油管道存在泄漏問題，則在泄漏點處，原油的密度就會產生一定的變化，進而導致管道的壓力出現變化，由于管道內原油資源的流速并不會立即產生變化，所以泄漏點處與管道其它位置將會出現壓差，這部分壓差會沿管道傳播，該部分傳播的壓差就成為負壓波，通過安裝在管道上下游的負壓波檢測接受裝置，即可判斷是否存在泄漏，同時，根據上下游檢測裝置接負壓波的壓差，即可判斷泄漏位置。在使用該種技術時，并不需要建立管道數學模型，其原理較為簡單，適用范圍也相對較廣，大多數管道公司都使用該種技術進行泄漏檢測和定位，但該種技術對于微小泄漏的檢測精度和準確度較差，一定程度上制約了該種技術的發展。

2.2互相關分析法

由于大多數管道材料都具有一定的彈性，所以在原油資源泄漏時，由于流體壓力的變化會使得管道產生了一定的彈性波，通過安裝在管道上下游的彈性波檢測裝置，并建立彈性波的互相關函數，即可獲取管道的泄漏位置信息。該種技術是由振動、信號處理等多學科交叉而成，由于在使用該種技術時并不需要建立專門的數學模型，其計算量相對較小，使得該技術具有很大的發展前景，但是該種技術與負壓波法一樣，對于微小泄漏的檢測精度和準確度都相對較差。

2.3支持向量機檢測法

對于原油管道而言，其在運行階段的泄漏次數相對較少，導致泄漏樣本也相對較少，在另一方面，支持向量機的方法具有很強的小樣本學習能力，這使得該種技術可以很好的用于泄漏檢測。目前，已有相關學者通過接收管道正常運行時和泄漏時的振動信號，并對信號進行處理，使用支持向量機的方法對樣本進行識別和分類，從而實現管道泄漏判斷。該種方法雖然具有很強的適應性，且分類識別精度較高，如何對核函數進行合理的選擇仍是制約檢測精度的關鍵。

2.4神經網絡檢測法

該種方法主要是通過建立管道泄漏時上下游壓力信號的映射關系，來實現管道泄漏檢測的目的。由于我國大多數油田所生產的原油具有凝點高的特性，所以只能通過加熱和加壓輸送，所以埋地管道的工況會出現多次變化，導致泄漏檢測難度相對較大，而神經網絡檢測法能很好的適應工況變化條件下的信號特征，使得該種技術十分適合我國原油管道。

2.5波變換法

該種方法是在上世紀80年代發展起來的一種時頻分析技術，利用該種技術可以對原油管道的泄漏信號進行處理、去燥，并能很好的提取出管道泄漏信號的特征，以此達到泄漏識別的目的。雖然管道泄漏時壓力會出現突變，但是由于受到客觀因素的影響，使得突變信號的噪聲相對較大，這使得其它泄漏檢測技術精度嚴重減低，而是用小波變換法能很好的去除噪聲干擾，從而提高檢測精度

2.6經驗模態分解檢測法

該種方法是從管道上下游接受的泄漏信號中，分離出較多的固有模態函數和一個殘余分量，并進一步對這些信號進行分析處理，從而得到有效的泄漏信息，以此實現對管道的識別和定位。與小波分析法相對，具有很強的自適應性，且不需要對基函數進行選擇。當管道泄漏信號存在采集頻率過高，會導致該技術不能準確判斷拐點問題的出現。

3.結論與認識

總之，就目前管道檢測技術的發展來說，單一的方法很難準確的定位泄漏位置，應根據具體的工程場地條件及檢測方法特點，結合多種方法對可能發生破裂的管道去檢測更加準確。同時利用現代技術條件，加大技術研發力度，對管道破壞產生的地球物理場參數進行有效檢測，確立有效敏感的地球物理參數，利用地表及管道內外表面條件，實現地表快速檢測和管道實時監控，開發快速檢測和定位儀器設備，這是未來管道泄漏檢測技術發展的重要方向。其目標是對泄漏管道的快速定位，確保管道使用的安全。

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