管道完整性管理过程中管道中线数据的应用与优化

刘翼 王波 彭强 成海军 李跃东 解金良

1中国石油管道有限责任公司西气东输分公司科技信息中心

2四川德源石油天然气工程有限公司

3中国石油辽河油田分公司曙光采油厂

由“被动维修”转变为基于数据评价的“主动维修”，逐步向基于风险的完整性管理发展，以及由模块化管理推动数据的“主动应用”，明确工作重点是实现管道数据管理的最终目标[1-2]。现阶段，管道数据管理与应用遭遇瓶颈，主要表现在数据类型多而杂、关联性较差、精度低，无法实现管道完整性管理中的深层次应用。管道中线数据作为管道核心数据之一，具有精度高、关联性好等特点，在数据展示、分析等方面应用广泛。根据应用需求分析现有管道中线数据现状，在满足需求与规范的情况下提出相应的中线数据恢复措施，为运营单位开展相关业务提供参考[3]。

1 中线数据在管道管理过程中的应用

1.1 特征属性基准

随着时间推移，管道数据量会越来越大，因此构建完整性管理平台需建立数据之间的关联，形成网络化、结构化的数据分类与管理尤为重要[4-5]。以内检测数据为例，不同时间段的内检测数据对同一管道特征的编号、里程、时钟等要素的定义会随着累积误差而变化（图1），因此通过单一要素的数据管理、匹配不能实现两次检测数据的对齐，特征的相对位置关系也会发生变化。运营者无法通过数据比对分析管道风险，数据的应用、分析不能有效扩展，同时无法实现数据归类、集成化管理。

图1 同一管道两次内检测数据表述不统一情况Fig.1 Non-uniform condition of two inspections for the same pipeline

管道中线数据可提供阀门、三通、弯头、管道附属物等特征地理位置信息，该坐标信息以大地作为基准面，在空间上可以准确反应物体位置关系，不会随着时间、角度、检测技术的改变而发生变化，因此以管道中线坐标作为管道特征属性基准进行数据编码具有唯一性与准确性，可实现数据管理中的快速查询与比对功能。

1.2 GIS展示与特征定位

GIS技术在管道行业应用广泛，是优良的数据采集、处理平台[6-9]。管体缺陷维修维护是管道运营的首要任务，而定位则是进行管体缺陷维修维护的基础。由于管道检测数据相对独立，单一数据类型无法准确获得管道环境信息，因此只能通过现场踏勘或者挖探坑的方式试探性进行位置确认。此种方式致使修复作业进度缓慢，同时造成大量的资源浪费，如何通过现有数据整合、数据分析提高工作效率是各方亟待解决的问题。

获得准确的管道中线数据以后，可结合GIS技术将不同管道数据进行叠加展示。GIS展示底层数据时如不具备展示条件，可通过数据关联、匹配进行坐标转换、计算。通过管道特征坐标进行位置关联，实现管道地面环境以及剖面形态的直观反应。业务人员可在室内完成管道环境调查，包含坐标、相对位置关系、地面类型、埋深等内容。该种方式既实现了管道特征的快速定位与可开挖性分析，又能通过多源数据叠加进行管道风险后果识别，对完整性管理过程起到了优化作用。

1.3 内腐蚀分析

内腐蚀分析是管道完整性管理的重要组成部分，以管道内检测数据作为内腐蚀风险分析依据是目前较为成熟的技术方式[10-11]。单一的内检测数据只能针对高风险的缺陷点进行维修维护，而局部和区域性的内腐蚀倾向、腐蚀发展则需要依据内检测数据与其他检测数据相结合进行腐蚀风险管理。

管道内腐蚀一般呈现底部集中趋势，内检测器能够检测出疑似内腐蚀点的时钟位置分布以及缺陷尺寸信息，但是检测器也存在误判的情况，在有限的资金要求下，只需要对具有发展性的腐蚀缺陷进行关注。此种需求下可结合管道中线测绘数据进行内腐蚀分析。综合性分析步骤如下：

（1）按照NACE SP0206—2006《干天然气输送管道内腐蚀直接评价法》中的DG-ICDA间接检测的方法，采集管道高程数据，通过计算管道积液临界倾角得到管道可能发生内腐蚀的区域。临界倾角计算公式为

式中：θ为临界倾角，(°)； ρl为液体密度，g/cm3； ρg为气体密度，g/cm3； g为重力加速，m/s2； did为内径，mm；Vg为表观气体流速，m/s。

（2）依据内检测数据，分析内部金属损失在管道底部（4：00—8：00时钟）是否存在一定的集中趋势，并提取疑似存在内腐蚀缺陷的相关信息。将管道疑似内腐蚀发生位置与管道中线测绘高程进行位置叠加分析，并计算管道中心线相邻测量点之间的管道倾角。通过管道线性展示与临界倾角的比对，确认管道疑似内腐蚀位置在管道地势较低处是否重合（图2）。

图2 临界倾角计算与高程位置叠加Fig.2 Critical inclination calculation and elevation position superposition

（3）对重合区域进行开挖验证，结合开挖验证结果提出内腐蚀控制措施，如增加清管频率，缩短内检测周期，采用超声导波监测等。

2 中线数据现状

2.1 标准及规范要求不足

现阶段，利用地面探测技术+定位测量技术获取管道中线位置参数是比较普遍的做法，该过程周期较长，人员操作水平要求高，质量影响因素多。目前，国内针对管道中线数据采集、定位的规范较少，部分内容不适用或者不全面，无法获得满足完整性管理需求的管道中线数据。标准及规范的不足之处是：①针对采集要素、误差影响因素、质量控制措施要求不够全面；②采集数据的探查作业与精度要求未分类说明，部分场景欠缺；③数据的采集、修正以及使用目的不够明确，造成数据现状错乱、不匹配；④未充分考虑已有控制信息、采集数据关系，造成一定的资源浪费以及数据重复。

2.2 应用层级低

管道中线数据采集分为建设期与运营期两个阶段。建设期采集管道特征要素较少，没有管道埋深与环境信息，受控制系统影响，数据不能统一管理与GIS展示；运营期采集中线数据普遍未做平滑处理，由于采集内容、密度存在规范上的局限性，数据的应用偏差较大或无法进行关联匹配。结合上述标准及规范要求不足的情况，造成管道中线测绘数据的应用层级较低，大多数据只是简单的记录、存档，并没有充分挖掘数据的价值[12-14]。管道中线数据管理流程如图3所示。

图3 管道中线数据管理流程Fig.3 Management process of pipeline center line date

3 中线数据优化措施

管道完整性管理已进入深度研究与实施拓展阶段，管道中线数据作为底层基础数据存在较大偏差与不足，必然会对部分业务的开展造成影响。对于运营单位而言，可以建设期采集的坐标为基础，统一转换为国家2 000坐标系进行验证，对拐点、地势变化处进行数据补充采集，结合内检测数据实现管道中线数据的优化与恢复；以内检测器作为载体，搭载惯性测量单元（IMU）也可对中线数据进行恢复。除此之外，最好的管道中线数据获得方式是在建设期进行数据的完整性采集，此过程需运营单位提供完整的数据采集模版与规范要求，同时需对数据进行平滑处理以及一致性复核，最终成果才能满足数字化管道建设需求。

4 结束语

管道中线测绘数据在油气管道完整性管理中具有很好的应用价值。由于管理理念与技术的限制，部分管道中线数据尚不完整，同时数据精度无法保证，造成现有管道中线数据应用层级较低。对运营单位而言，结合现有测绘数据对管道中线进行数据恢复是较为可行、经济的解决方法。为避免后期出现重复性工作，后期开展中线测绘业务时，运营单位应结合自身需求与完整性管理需要对数据采集内容、格式以及应用方向进行明确，充分考虑数据对齐与匹配场景[15]。