Мониторинг нефте-газопроводов с использованием БПЛА

Мониторинг объетов Нефте-Газовой отрасли.

БЛА для газовиков

Авиационное беспилотное патрулирование трасс магистральных трубопроводов
Авиационное обследование линейной части магистральных газопроводов по материалам авиационной беспилотной и космической съемки
Картографирование объектов реконструкции и строительства по материалам авиационной беспилотной съемки

БЛА для нефтяников

Поиск утечек
Оперативное картографирование
Поиск врезок
Ортофотопланы
Контроль производственных работ на объектах строительства и реконструкции по материалам авиационной беспилотной съемки

Транспортировка нефти и газа по магистральным трубопроводам вызывает необходимость в обеспечении надежной работы трубопроводных систем. Внештатные ситуации на линейных объектах нефтегазовой отрасли могут нанести не только большой экономический ущерб из-за потерь продукта и нарушения непрерывного процесса производства в смежных отраслях, но могут сопровождаться загрязнением окружающей среды, возникновением пожаров и даже быть угрозой жизни людей. При транспортировке больших объемов нефти и газа высокого давления необходимо обеспечивать надежность магистральных трубопроводов. 

Естественное старение трубопроводов и в связи с этим значительное повышение требований к их экологической безопасности – характерные особенности условий работы трубопроводного транспорта. Эти моменты и определяют основные направления совершенствования системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций в отрасли. К одному из таких направлений относят внедрение систем мониторинга технического состояния магистральных трубопроводов и их объектов. 

Процессы взаимодействия газопроводов и нефтепроводов с окружающей средой идут на больших территориях. Оперативно оценить их масштабы и состояние можно лишь на основе применения дистанционных, в первую очередь, аэрокосмических методов, позволяющих получать принципиально новую по качеству и полноте информацию не только в контрольных точках, но, что особенно важно, по всей трассе в целом. 

Аэро и космосъемка местности применяется как для непрерывного одновременного контроля над загрязнением природной среды (земной поверхности, водных акваторий и приземной атмосферы), так и для контроля технического состояния объектов на всём протяжении тысячекилометровых водных и наземных нефтяных и газовых трасс. Кроме того, данные дистанционного мониторинга дают возможность оперативно выявлять и точно определять координаты неожиданно случающихся крупных аварий на нефте- и газопроводах, зон опасного проявления стихийных природных процессов, которые могут привести к таким авариям, а также отслеживать и прогнозировать чреватые разрывами магистральных трубопроводов медленные однонаправленные геодинамические деформации земной поверхности.

Среди основных задач, решаемых с помощью аэро- и космосъёмки, можно выделить следующие:

• выявление нарушений технического состояния объекта: разрывов, трещин, коррозийных зон, повреждений гидро- и теплоизоляции и др.; 

• контроль экологического состояния природной среды вдоль трассы магистрального трубопровода, выявление мест и объёмов подземных и наземных утечек углеводородов, областей загрязнений и др.; 

• анализ участков перехода трубопроводов через водные преграды, автодорожные и железнодорожные переходы; 

• изучение активных разломов, трещиноватости и современных движений земной коры, их влияния на трубопровод, а также напряженно-деформационного состояния околотрубной среды; 

• составление карт грунтов, зон подтоплений, обводнённых участков, областей засолений, коррозионно опасных сред, промерзающих и оттаивающих грунтов и др.;

• исследование современных экзогенных процессов (сели, оползни, обвалы и др.); 

• ранжирование участков по степени опасности, выделение участков для первоочередного диагностического исследования.

Для повышения надёжности решения задач диагностики объектов целесообразно проводить их одновременное наблюдение с помощью нескольких видов съёмки, использующих специфические свойства излучений различными длинами волн и применяемых для мониторинга магистральных трубопроводов.

Видеосъёмка в видимом диапазоне спектра

Данный вид съёмки, производимый с помощью ТВ-камер, установленных на беспилотный летательный аппаратй, применяется для наиболее оперативного визуального исследования местности вдоль трассы трубопровода. По получаемому видеофайлу, не требующему специальной постобработки, можно за несколько минут просмотреть весь многокилометровый маршрут в хорошем качестве съемки.

Многоканальная съёмка цифровой фотокамерой

Важным природным фактором, вызывающим преждевременную коррозию и разрушение трубопроводов, является избыточная увлажнённость (подтопление) грунта. Наличие коррозии объекта может быть обнаружено специальной спектрометрической обработкой снимка по наличию спектральных компонентов оксидов железа. Избыточная увлажнённость хорошо фиксируется в коротковолновом участке видимого диапазона (0,4 – 0,5 мкм).

Кроме того, фотоснимки имеют неоспоримое преимущество по сравнению с обычной видеосъемкой ввиду более высокого разрешения – видео стандарт PAL поддерживает 1920*1080 пикс, в то время как разрешение фотоснимка 5184*3456 пикс.

Инфракрасная съемка

Причинами возникновения температурных контрастов на земной поверхности, связанных с наличием магистральных трубопроводов и динамикой их состояния, являются различие в интенсивности поглощения солнечной радиации материалом самого зондируемого объекта и покрывающего его грунта, различие свойств грунта на трассе трубопровода или в районе расположения подземного хранилища по сравнению со смежными участками почвы, передача тепла от подповерхностного объекта поверхностному слою почвы и различие в характере растительности в районе расположения объекта техносферы.

Характерной особенностью спектрального излучения нефтепродуктов является повышенная излучательная способность в дальнем инфракрасном диапазоне, связанная с нагревом углеводородов под воздействием солнечной радиации.

При наличии утечек перепады температуры вблизи прохождения трасс нефте- и газопроводов составляют от 2 до 2,5 К. Такие объекты, расположенные на глубине до 1 м, уверенно обнаруживаются на снимках теплового диапазона волн (10 - 12 мкм), обладающих чувствительностью около 0,2 K.

При аварийном разливе нефти на акваториях температурный контраст границы "нефть - вода" достигает 1,5 K. В ночное время этот контраст отрицательный (нефть холоднее воды), а в дневное - положительный, поскольку пленка сильнее поглощает солнечное излучение и становится более теплой, чем поверхность. 

Каждый из способов позволяет выявить различные свойства обследуемых объектов, комплексная обработка всей полученной первичной информации позволяет провести наиболее полную диагностику объекта и окружающей обстановки.

Возможность проведения всех вышеуказанных видов съемки за короткий промежуток времени в сочетании с минимальными финансовыми затратами на выполнение всех видов работ обеспечивают беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Методы дистанционной диагностики трубопровода с применением БПЛА являются, по сути, частным случаем современного развития аэрокосмических методов диагностики трубопроводных систем. Данная диагностика выполняется в три этапа:

а) этап предполетной подготовки, включающий в себя: 

• изучение проектной, строительной, эксплуатационной документации на объекты обследования; 

• решение вопросов подбора целевого оборудования и летательных аппаратов; 

• калибровка и юстировка съемочного оборудования; 

• подбор или создание картографической основы для полетных карт; 

• разработка и согласование программы практических полетов. 

б) этап натурных исследований, включающий в себя: 

• решение организационных вопросов в эксплуатирующих подразделениях Заказчика;

• выполнение наземной рекогносцировки, уточнение точек стартов;

• тестовые полеты БПЛА;

• выполнение различных видов цифровой аэрофотосъемки (фото-, видеосъёмка, съёмка тепловизором);

• получение и оперативная оценка качества получаемых результатов;

в) этап обработки данных, включающий в себя:

• систематизацию данных;

• интерпретацию телеметрической информации;

• геопространственную привязку и геометрическую коррекцию результатов съемки;

• дешифрирование полученных материалов; в фотограмметрическом ПО Agisoft  Photoscan Pro и обработка их результатов в ГИС программах для БПЛА;

• создание отчетных материалов в различных форматах, в том числе оцифровка снимков в программах MapInfo, Panorama, AutoCAD. 

В процессе дистанционного мониторинга газо- и нефтепроводов могут быть выявлены дефекты следующих типов: 

• участки отклонения глубины заложения трубопроводов от проектного значения с потерей устойчивости (всплывшие и оголенные участки); 

• участки выхода труб на поверхность; 

• участки обводнения трубы; 

• места размыва и заболачивания; 

• негативные природные факторы гидрогеологического генезиса (карстовые формы, подземные водотоки (перетоки), обводненные участки трассы); 

• техногенные нарушения; 

• разливы нефти, нефтепродуктов и подтоварной воды; 

• места несанкционированных врезок; 

• места несанкционированных действий третьими лицами на подконтрольных объектах; 

• возгорания лесных массивов, торфяников в районах прохождения трубопроводов; 

• места захламлений вдоль трассового проезда; 

• места несанкционированного складирования строительных материалов и труб в охранных зонах; 

• места нахождения посторонних лиц и транспортных средств в охранных зонах; 

• повреждение земляного покрова, зарастание трасс трубопроводов древесно-кустарниковой растительностью, размыв и оголение трубопроводов, участков трубопроводов с непроектной глубиной заложения. 

В отличии от самолетных БПЛА вертолетные (мультироторные) БПЛА, способны при  необходимости зависать над объектом, для более детального его рассмотрения или при необходимости протекания ЧС на объектах нефте-газовой отрасли.

Мультироторные БПЛА спсобны не только горизонтально летать над объектами съемки, но и облететь их кругом, это дает более полную картину об объкте, а по полученным снимкам, можно

оперативно получить 3Д модели объектов, более точные чем если бы съемка производилсь просто сверху с самолетного БПЛА.

отсутствие удобных взлетно-посадочных площадок также затрудняет использование самолетных БПЛА, эти минусы отсутствуют у мультироторов, которые можно сажать и запускать буквально с рук.

Надежность, сохранность и дальнейшее развитие трубопроводного транспорта и всей нефтегазовой отрасли в современном мире невозможно без применения дистанционного мониторинга с использованием, в частности, беспилотных летательных аппаратов, которые хорошо зарекомендовали себя на мировом рынке геоинформационных услуг и будут востребованы повсеместно ещё не одно десятилетие.

(Отраслевое решение для мониторинга нефте-газопроводов с использованием БПЛА)