油气田三维扫描技术研究

2022-07-14郑兴周毛丽娟张月玲

设备管理与维修 2022年9期

杨勃，郑兴周，毛丽娟，张月玲

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

0 引言

三维激光扫描逆向建模技术是油气田信息化建设以来最火热的一门技术，其被誉为“继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命”。三维激光扫描技术利用专门的扫描仪器，能够快速、精确、无接触的获得现有空间的相对位置坐标。传统的工程测量多依据人力设备操作，存在较大的人为误差，并且操作过程费时、费力，尤其在油气田作业过程中，受制于环境复杂多变，各种精确仪器信号干扰度要求，使操作过程存在较大的安全隐患，并受制于仪器精度以及人为操作误差，需要多次测量减少误差。

三维激光扫描的技术凭借其性能稳定、操作方便、安全系数高的优势逐渐在油气田数字化工厂建设、油田智能化升级改造等领域中崭露头角，并起到日益重要的角色。

1 三维扫描技术优势

三维激光扫描通过三维扫描仪（图1），能够广泛适用于油气田海上在役平台振动大，设施设备管线密集、结构复杂，设备管线相互干涉较多的情况，能够在复杂的环境中精确的测量目标对象，并结合后期的点云数据处理，真实的反馈油气田现场的实际情况。三维激光扫描仪配置过亿像素的HDR相机，即便在极端光照条件下，也可以轻易的捕获实体目标的影像坐标。同时激光扫描仪的光源采用低等级的激光强度，对人眼无损坏，并处于油气田中各种光感探头诱发报警临界点以下，安全等级极高，安全可靠。

图1 三维扫描仪

2 现场操作步骤

2.1 仪器校核

人员仪器进场安置扫描前，须根据油气田区域独特的环境要求，提前做好扫描操作的准备工作。三维扫描前，需要对所使用的三维扫描仪器进行校准、检查，确认仪器处于正常的工作状态且性能稳定（图2）。依次查看扫描仪配件的完整性。配备专业人员对油气田现场的风险点进行确认，对扫描路径进行勘察，排除扫描遮掩区，初步确定扫描标靶设置，确定扫描仪扫描定点区域，并合理规划扫描路径，确定扫描次数。

图2 三维扫描仪的固定与校准

2.2 场地踏勘

场地踏勘的目的是依据扫描实物及扫描目标的空间环境及需要获取的重点参考物设置等，结合现场三维扫描的施工干涉，制定详细的三维扫描作业方案，确定三维扫描的具体扫描步骤及路径。在进行三维激光扫描时，根据现场实物的空间、相对位置大小，并结合项目精确度的实际需求，确定所需的测站点数。测站点的设置主要是依据标靶设置的原理，为了使不同测站点所得的点云数据进行拼接，通过合成生成整个项目的点云模型。测站点标靶的设置根据现场扫描路径进行现场布置，保证三维激光扫描仪扫描所得点云能够进行有效的拼接，以提高三维扫描效率。在进行站点移动测量过程中，有一站扫描至下一站点扫描时，要保证相邻两站地具有共同的标靶视角。测站点的位置以现场路径设置为参考，根据标靶设置的一般原则根据现场进行调整。一般情况下，标靶设置遵循以下原则：

（1）三维激光设置的各个站点都可以扫描到所选实物的所有数据。

（2）相邻站点之间必须要相同的标靶，并且扫描区域要求重合率在35%以上，重合率以及标靶是进行不同站点点云数据拼接的最低要求。

（3）保证三维扫描所得点云数据的准确前提下，采用最小的站数，减少点云数据，以减少因后续数据拼接处理而产生的操作误差。

（4）三维扫描过程中设定的站点位置，如在操作过程中与现场施工有冲突或有遮掩，可以根据现场情况及时做出调整，在保证数据准确的前提下进行变更站点位置。

2.3 标靶布设

标靶是在三维激光扫描过程中数据拟合参考的点，用于控制减少各项误差，扫描过程中常见的标靶包括：平面标靶、球形标靶等，如图3所示。根据扫描项目的实际需求和精确匹配方式来决定标靶的数量和位置，标靶的放置还应考虑扫描路径的环境。标靶设置一般遵循以下原则：

图3 标靶设置

（1）标靶就要较强的可识别性，四周无遮挡，易于被仪器识别。

（2）所有标靶避免在同一直线上，最好是组合三角形，易于后期标靶的匹配。

（3）标靶之间避免在统一水平面上，各标靶之间应有水平高度差。

（4）确保标靶安放位置的稳定行，标靶固定后不可移动。

2.4 参数设置

在确认三维扫描仪各项数据部件安装完成后，进入设备操作界面进行扫描参数的设置，扫描参数主要包括：扫描文件的命名、扫描数据的储存路径、实际扫描的扫描区域设置、扫描仪的分辨率选择、扫描范围的选择等。其中，扫描仪参数中的时间、配置两个参数直接影响扫描效率和质量。在扫描过程中，选取的精确分辨率越高，扫描时间越长，所得的点云会越密集，扫描的范围越广，扫描产生的噪点就越多，对后期点云去噪、拼接工作量及精确度产生不利影响。