無人機技術在油氣勘探領域的應用研究

陶俊亦 錢浩東 雍鵬 駱新穎

針對油氣勘探行業中出現的井噴失控、環境污染等高危應急事件，利用無人機技術對事發現場的全局圖像及相關數據進行實時采集、傳輸，通過作業現場快速布點檢測和察看，實現作業現場風險點、異常點的智能識別分析與預警，從而快速確定污染范圍，安全高效的開展應急檢測及處置工作。

一、引言

無人機技術目前已廣泛應用于航空測繪、影視拍攝、農業植保、電力巡視、消防、軍工等領域，但在石油行業勘探領域的應用較少。油氣勘探行業屬于高危行業，發生井噴失控、環境污染等應急事件后，主要靠人工在地面踏勘判斷事故現場情況和對周邊硫化氫等有毒有害氣體進行監測，作業風險高、靈活性機動性差、信息滯后嚴重，影響事故處置效率。本文利用無人機技術用于油氣輸氣管線巡檢，對事發現場的全局圖像及相關數據進行實時采集、傳輸，實現快速布點檢測、察看污染狀況和污染帶，快速確定污染范圍，以達到減少人員工作量、降低作業風險、提升工作效率的目的，從而安全高效的開展應急檢測及處置工作，保證油氣生產作業安全、高效進行。

二、工業無人機在勘探領域的應用現狀

目前，我國的油氣管道總里程已近15萬公里，為國民經濟和居民的日常生活提供著重要的能源。為了保證能源傳輸的安全，必須對它們進行定期巡查。對于石油管線的巡檢項目，尤其是長距離輸油輸氣管道、區域性油氣田斷塊系統而言，這些項目經常要求“短平快”，測量周期短、任務重、質量高，區域內地形、地貌復雜多變，常常穿越無人區如沙漠戈壁、森林、高山等，有時人員和測量儀器無法到達。

傳統的石油管線巡檢工作主要是通過安檢員的定期巡查和上級督查部門的不定期抽查兩種方式，都是采用人工接觸方式，其勞動強度大、作業程序復雜、資源配置臃腫繁多、工效低、周期較長，往往無法按時保質保量完成測量任務。近幾年，中國石油為中俄原油管道租用了載人直升機進行巡護，雖然提高了管道巡護應變能力，但此方式存在安全問題和空域申請問題，受到天氣、空管、高成本等多方面影響，每天過頂的時間固定，無法實現應急觀測。

無人機低空攝影測量相對于載人機成本較為廉價，實施便利、運輸維護、作業成本較低；它不僅可以完成長輸管道、油氣田領域內可行性研究、初設、施工圖各階段測量工作，還可以開展管道監測與維護工作；可以省去耗時耗力的人工測量，航測成圖速度快，信息反饋及時，提高工作效率。

三、應急搶險、災害普查場景下的無人機工作模式

針對石油勘探開發中井筒作業現場發生的突發事件的特殊性和不確定性，特別是發生井噴失控這種災難性事件，影響面廣、危害性大，對安全、環境、資源的破壞性強。在處理過程中要快速調集區域最近資源形成快速響應機制，并及時掌握事件變化的趨勢、研制應對方案。為了解決以上問題，開發了一套基于無人機的應急搶險模式，利用無人機、物聯網等技術手段，實現了應急現場態勢感知和綜合調度，提升企業的應急管理水平，也為管理人員及時掌握現場實際情況、應急指揮提供了決策依據。

（一）鉆井現場布局

鉆井現場發生應急搶險突發事件后，需要對①井口②節流管匯③放噴管匯④壓井管匯⑤點火池⑥遠程控制臺⑦鉆臺⑧緊急集合點⑨井場全景情況進行實時圖像回傳，供后臺管理人員掌握現場整體態勢同時掌握關鍵位置的實際情況。

（二）無人機在應急搶險場景下的應用

無人機在井場發生三級井控風險，井噴失控前將現場重點點位視頻信息傳回至公司車載應急通信系統，輔助指揮人員在后臺實現對現場關鍵點位的監控，掌握現場實際情況，對應急指揮決策提供依據。

1.井場整體實際正射圖

無人機地形測量是指以普通數碼相機為影像傳感器（可見光為主），以低空飛行器（無人機為主）為載體，通過手動或自動曝光方式獲取被測物體高重疊度、高分辨率序列影像，通過專業的數據處理軟件（SVS近低空攝影測量軟件、Pix4Dmapper軟件、Mapmatrix軟件），輸出以DOM（數字正射影像圖）、DEM（數字高程模型）、為主的影像產品。

井場建設完畢后，對井場進行二維建模，生成井場整體實際正射圖作為備份（圖2），在發生應急搶險情況時調出有利于對井場整體布局情況進行快速了解。

2.井場關鍵節點圖片、視頻回傳

利用多旋翼無人機任意高度懸停的特性，結合鉆完井井場擺放布局的具體情況，開展模擬應急搶險情況下的鉆完井現場關鍵節點的圖片回傳。利用攝像頭可變焦性能獲取關鍵區域視頻并實時回傳至數據庫，為決策部署提供關鍵信息。

（三）無人機在災害普查場景下的應用

利用無人機技術獲取井場、管網部署區域正射信息，開展井場周邊自然災害普查，形成井場周邊環境災害成像（圖3），摸清自然災害風險隱患底數，查明重點地區抗災能力，客觀認識石油領域自然災害綜合風險水平，為企業和地方各級人民政府有效開展自然災害防治工作、切實保障經濟社會可持續發展提供災害風險信息和科學決策依據。

通過傾斜攝像頭獲取井場周邊三維影像，數據更加立體全面，使災害判斷更加準確。通過無人機+信息化技術，探索一條應急搶險模式下的無人機工作模式，在自然災害普查方面提供測繪精度級別的正射信息，推動工業無人機成為石油行業的基礎工具。

四、結束語

無人機技術的應用研究在近幾年獲得了不錯的成果，在許多帶有危險性或者工作量巨大的野外工作中，應用現代科技產物已經成為一種趨勢，也是數字化、智能化時代的發展趨勢。相比其他行業，油氣勘探行業屬于高危行業，無人機技術在油氣行業的運用還處于起步階段，該項技術對于油氣行業是一項持久而意義重大的創新，將無人機技術與當前日新月異的高新技術相結合，來減輕人工野外巡檢的工作量和工作風險，提高巡檢效率，是目前無人機在石油行業的發展方向，并且前景廣闊。

作者單位：中國石油集團川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院C6084D8E-4726-4A24-A912-68DF98A9884C