中国石油管道地灾防治技术研发应用纪实

  “智慧”护航国脉

  [中国石油报2019-06-18]

  工作人员使用无人机航测地质情况。

  编者按：目前，我国已形成横贯东西、纵贯南北、覆盖全国、连通海外的油气管网，总长约10万余公里。近几年，在全球范围内，由地质灾害引发的油气管道突发事件正逐渐增加，管道地灾防治已经成为业界关注重点。未来，借助智能管道建设契机，中国石油管道地质灾害监测预警工作将结合大数据、人工智能等技术，逐渐向系统化、智能化方向发展，有效保障油气管道安全运营。
  6月12日，正在西三线闽粤支干线进行地灾防护施工图设计的管道局管道研究院勘查技术带头人崔少东不禁又回想起半年前，紧急处理某成品油管道应力报警情况的一幕。虽然经过处理，管道应力很快回到正常值，系统报警解除，但那一刻的“惊心”让他时刻谨记“管道本质安全”的重要性。
  近10年来我国油气管网安全事故时有发生，其中有相当一部分事故是由地质灾害引起或诱发的。近年来，管道设计院积极拓展油气管道地灾防治技术，呵护地下油龙，确保管道本质安全。
  “专科门诊”
  提供针对性服务
  华夏大地下埋藏着长达10余万公里的油气管道，几乎可以环绕地球3周。随着国家对能源需求的不断发展，这座“地下长城”规划图还在不停地扩张。然而，在看似平静表面下，管道周围的不良地质环境却可能随时给管道的安全平稳运行带来干扰。
  “就像盖房子一样，地基不稳，房子就有倾覆之险。”崔少东介绍，“如果不能从根源上摸透地质灾害的情况并加以治理和预警，那么一旦出现地质灾害，后果不堪想象。”
  油气管道地质灾害防治包含地质灾害风险识别、风险评价、地质灾害治理和监测预警三部分内容，即检查、诊断和治疗。
  首先对管道沿线地质灾害风险进行识别，确定风险段；随后考虑地质灾害体发育状况、管道本体防护状况、地质灾害对管道的作用情况、灾害发生破坏后果等因素按照风险评价理论确定风险等级；最终根据风险等级大小，采用监测或治理等防治措施，将地质灾害风险降低到工程能接受的程度。
  “通过系统的检查，就能够进行有针对性的诊断和治疗。”崔少东说。目前，管道设计院在各类长输管道沿线完成地质灾害评估总里程约1万公里，1000余处，监测100余处，地质灾害治理约800处。
  特色技术
  制定综合性方案
  管道地质灾害的行业特点决定了防护的对象主要是管道，所以从地质灾害识别、评价、监测、治理都应该以管道为主要关注对象。
  据统计，管道设计院在我国的四大能源通道、国内油气管网、国家油气储库等工程建设方面承担了70%以上的勘查设计任务，累计勘察设计长输管道近10万公里，储库超过3000万立方米，熟悉全国绝大部分管道地质条件和设计、施工情况，这为管道地质灾害防治提供了重要的基础资料。
  2010年，管道设计院勘查事业部成立了一支由勘察、地灾（岩土工程）、测量、线路、穿跨越、土建专业组成的专家团队，专门开展管道工程地质灾害评估和地质灾害防治、边坡治理等方面的业务，为管道运行期的地质灾害风险防治提供快速的针对性服务。“一旦发现‘病情’，就要利用风险评价、监测预警、地质灾害与管道相互作用分析、地质灾害防治工程等多项地质灾害防治先进技术进行‘对症下药’。”勘查事业部经理沈茂丁说，除了利用特色技术，制定综合性的方案，管道设计院还拥有全球导航卫星系统、无人机、地质雷达、三维激光扫描仪、探管仪、绍尔钻机等多种类型的一流设备，可以提供全方位的地质灾害风险管理服务。
  据了解，西气东输三线天然气管道中段沿线地形地貌多样，地质条件复杂，尤其是秦岭山地，滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发育。管道设计院采用了监测预警、悬臂挡土墙、加筋土边坡、植草和排水防护等诸多防护措施，取得良好效果。
  未来可期
  积极融入智慧管道建设
  当前，智慧管道建设已成为业界共识，管道地质灾害监测预警系统作为智慧管道的重要组成部分，为管道地质灾害监测、预警和治理提供了技术支撑和数据应用环境，地灾防治技术正逐渐向系统化、智能化方向发展。在监测方面，现有管道地质灾害监测技术方法己趋于成熟，可采用多种方法实现对地质灾害体活动情况和管道受力状况的监测，通过监测数据可判断地质灾害作用下的管道是否处于安全状态，为管道运营部门采取有效的处置措施提供决策支持以减小地质灾害造成油气泄漏带来的环境污染和经济损失。
  互联网技术的迅猛发展，将为地质灾害监测预警和防治研究带来海量数据的聚集。未来，地质灾害监测预警将基于管道完整性，结合大数据（当地人文及经济、地质信息）进行智能分析和高效计算。同时，借助人工智能技术与专家经验的深度融合，实现管线失效判别、地质沉降与腐蚀的智能预测预警，有效保障油气管道安全运营。
  科技创新筑牢管道安全
  管道局管道设计院输油工艺总工程师朱坤锋
  由于地质灾害防治专业性强、涉及面广，如何在地质灾害治理过程中做到针对性强、科学合理，要注重以下方面的工作：
  要对油气管道地质灾害有全面的深入的认识和理解。我国油气管道分布广阔，沿线地质形貌复杂，特殊地质条件种类较多，不同的地质条件和环境因素引发的地质灾害对埋地管道的作用结果和破坏机理不尽相同，给油气管道的安全平稳运行带来诸多不确定的风险因素。在油气管道线路选择时，首先要坚持“能避则避，能绕着绕”的原则，对于避开不良地质灾害区域，要做好有效检测、防治结合。对于地质灾害防治，首要工作是辨识出不同环境地质条件对管道产生的作用，评价发生地质灾害时后果及影响。
  要有地质灾害监测和预警的有效的技术手段。地质灾害的突发性和隐蔽性是造成地灾防治困难的主要原因之一，对地质灾害的有效识别是科学有效治理的前提，而对地质灾害的有效监测和预警是防范地灾破坏的基础，科学有效的技术手段对地质灾害防治工作起到至关重要的作用。管道设计院一贯坚持“科技兴企，创新驱动”的科技发展战略，致力于油气管道地质灾害治理技术发展和技术手段的提升，开展管道工程地质灾害评估和地质灾害防治、边坡治理等方面的研究，开发了基于全球导航卫星系统、无人机、地质雷达、三维激光扫描等平台的巡线和监测应用系统及风险评价技术、监测预警技术、地质灾害与管道相互作用分析技术、地质灾害防治工程技术等，实现全方位的地灾风险防控服务。
  （本报记者王悦采写）
  做好油气管道地质灾害防治，应运用多种方法提高油气管道地质灾害风险识别的准确性，建立“天、空、地”一体的综合识别体系。
  “天”指的是借助卫星等遥感图像，特别是INSAR技术（合成孔径雷达干涉技术）的发展与普及，从宏观上确定危险区域。
  “空”指的是借助无人机航拍图像，在危险区域内智能识别地质灾害特质，定位地质灾害地点。
  “地”指的是人根据定位地质灾害点，现场核实地质灾害发育情况。
  此外，油气管道地质灾害治理方案必须以“防”为主要目标，在分析地质灾害作用对管道的附加应力和附加变形影响的基础上，计算管道受到地质灾害时管道轴向应力、组合应力及管道应变是否满足相关要求，定量评价地质灾害对管道的影响程度。运用大数据和物联网技术对风险等级中等及以下的采用智能监测方案，以减小或消除管道由于地质灾害作用产生的附加应力和变形为目的，对于高等级风险采用适合的治理方案。