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HEADS海底管道监测系统 “零星”漏油无处遁形

HEADS海底管道监测系统 微量漏油无处遁形

海上石油与天然气的勘探开发已经成为石油工业很重要的一部分,而海底管道是海洋石油天然气运输的重要手段,是海上石油天然气开发生产的生命线。 自 1954 年美国 Brown & Root 海洋工程公司在墨西哥湾铺设第一条海底管道以来,在包括中国海域在内的全球各个海域已铺设了大量海底管道。 海底管道系统复杂,通常来说海底管道由大型钢质海底管道、泵站、供电和通讯系统组成。海上油气田油、气、水的集输、储运,多是通过海底管道来完成,海底管道把海上油田的整个生产密切系统组合起来。

由于海底管道所处环境复杂,容易产生管道腐蚀、堵塞等问题,发生事故的概率较大,尤其是一些老管线,容易因为管道存在腐蚀缺陷,导致管道发生泄漏,维修维护要花费大量的人力物力,不但给石油公司带来了巨大的经济损失,也会污染环境。因此,检测海底管道的运行状况对于保障海上油气田安全至关重要。

HEADS管线自动检漏系统

Repsol公司和西班牙的Indra公司共同合作研发了输油管线全自动检漏系统,这是行业内首套管线自动监测产品。石油圈原创www.oilsns.com

海洋环境监测工具对技术的要求非常高,比如,该工具应能够准确描述传感器数据、识别信号特征,并可以根据实际情况做出快速反应。然而,即便监测工具能达到上述所有技术要求,人为误差仍会带来很大的风险。恶劣的气候条件通常会影响检漏红外摄像机和雷达的正常工作,甚至会发出假警报。

Repsol和Indra两公司合作研发的系统称为石油泄漏早期自动检测系统(HEADS),该系统中包含了红外摄像技术、雷达装置以及进行数据计算的高级算法。开发人员表示,HEADS通过红外成像和雷达技术可以监测、获取大量数据,且这些信息十分可靠,能够显著减少人为误差,降低与之相关的风险。

Repsol公司技术中心经理Antonio Perez说:“尽管HEADS系统仍采用了传统技术,但该系统的集成方式非常新颖,通过集成传感器,我们开发出的这套高精密系统能够确定是否发生泄漏。”

由红外和雷达获取的数据通过软件自动处理,从而实现持续监测。如果监测到有泄漏,HEADS将自动报警并收集相关数据,同时记录并分析相关参数。石油圈原创www.oilsns.com

数据经过自动处理后被传输至控制室内的控制装置,控制室主要负责监控常规操作,控制室内屏幕会显示安装的HEADS装置所传送回来的雷达图像。

数据驱动系统

Perez说:“与单独管理的系统相比,集成系统能够更加精确地采集数据。传感器是该系统中最关键的部分,以往经常发生传感器误报的情况,而我们的系统能够确保不会发生误报的情况,因为我们采用了具有不同算法的两种传感器,这也是监测系统的核心部分,目前油气行业的环保政策都倾向于预防泄漏(比如加强对设备完整性和运输环节的控制)和发生泄漏等紧急情况时快速做出反应。

Perez还说道,“我们所做的就是想弥补系统预防与应对决策之间的空缺,这个系统的目的不是在泄漏发生后追踪泄漏的原油。其真正的意义在于时刻密切监测输油管道系统,任何会对资产和环境造层危害的小事故都在监测范围之内,这就是该系统的独特之处,这也使得这个系统更加实用。”

各个传感器能够起到很好地相互补充的作用,雷达系统能够监测到水面微小的烃类化合物浓度变化,红外装置能够识别水、油之间的温差。该技术也存在着一定的局限性,当海面温度与空气温度相同时,红外技术将受到限制,如果没有产生反向散射效应的风的存在,雷达的工作效率也会降低。

Perez解释道,“这两种设备时根据两种不同的物理现象进行监测,因此两者的结合使得该系统应用范围更广,这种组合也降低了误报的概率。”石油圈原创www.oilsns.com

“该程序的难点在于建立一个识别信息真假的算法。”公司技术部门定价经理Jose Solano说,“Repsol和Indra公司的20多名科学家和研究人员所组成的团队从2009年开始致力于HEADS信息分辨系统的研究。”石油圈原创www.oilsns.com

“我们一直寻求的是可以检测泄漏并防止事故发生的技术,现存的大多数监测系统都是依靠工作人员分析传感器信号并作出决断。”他说道,“这些都不是我们想要的监测技术。”

在决定采用红外成像与雷达传感器之前,研究人员测试了30多种不同类型的传感器。新算法是在在实验室条件下开发的,随后在西班牙Tarragona口岸的Repsol公司厂区进行了测试。

首次应用

HEADS在2014年初开始进行试用,其中一个监测系统安装在西班牙Tarragona码头,另一个安装在距离卡萨布兰卡海岸40公里的海上生产平台。Perez说,“在进行了一些必要的微调后,这两个的系统均运行良好”。这些公司现已将HEADS系统进行商业化应用,计划安装在西班牙和秘鲁等国的海岸使用。Repsol公司一直期待着将HEADS应用在海上设施,在去年以83亿美元收购Talisman Energy公司后,这个愿望终于得到了实现。

该系统在海上应用时通常采用两个不同的红外摄像机和两个雷达。根据各自装置分辨率,雷达探测范围为3-4海里,红外摄像机覆盖面积为平台方圆200m,最高可达5000m。

Perez说,“这个装置非常小,很容易安装在平台的角落,数据传输可通过光纤或无线完成。”海洋气象数据有助于确定装置的设置参数,使用初期的微调对系统的监测也具有优化作用。在每个装置安装时都要根据海洋环境和其他干扰因素进行微调以确保系统的准确性,适当的微调能够确保该系统的准确性。”

他接着说道,“在该系统刚开始设计时,我们就考虑到一件非常重要的事,那就是我们不希望监测系统需要工作人员24小时监控数据,我们希望监控系统是个集成系统,在普通控制室就能实现控制。石油圈原创www.oilsns.com

“如果采用了HEADS系统,以上提到的难题就可以通过算法解决,并将结果传输到控制室。

HEADS系统采用了自动识别功能,能够识别附近的所有船只并确定漏油是否来自这些船只。HEADS纪录的数据还能够用于审计和追踪,功能类似于飞机上的黑匣子,反应时间低于两分钟。

对于大型泄漏事故来说,该技术作用有限,但是对于相对少量的液体泄漏还是很有效的。Perez说,“这是关键所在,因为我们相信在大型事故发生时之前,总会有一些小型泄漏的出现,可能是两公升、五公升。这个系统还有助于保护设备,因为它可以告诉你日复一日的操作是怎样运行的,例如输油管道老化了,或是密封圈接触不良。相对于泄漏反应功能,HEADS的保护功能也非常重要。”石油圈原创www.oilsns.com

来自/Repsol等   译者/周诗雨   编辑/张永君

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。