Мониторинг технического состояния трубопроводов по космической съемке и БПЛА

Нефтегазовый комплекс — это сложная и многоуровневая система взаимодействия различных видов деятельности человека. Кажется, что сложности могут быть связаны только с добычей природных ресурсов, однако транспортировка газо- и нефтепродуктов не менее важный и неотъемлемый процесс нефтегазового комплекса, поскольку, чтобы воспользоваться благами углеводородного топлива, продукты необходимо сначала доставить в места переработки и конечного использования.

Сейчас транспортировка нефти и газа осуществляется различными способами, в том числе железнодорожным и водным видами транспорта. Но именно трубопровод по-прежнему является наиболее выгодным, безопасным и экологичным решением.

Разделяют два основных вида трубопроводов в зависимости от протяжённости и решаемых задач:

1.      Магистральные трубопроводы производят транспортировку нефти и нефтепродуктов на десятки тысяч километров как по России, так и за её пределы. Доставка происходит от мест добычи или производства до конечных пунктов, промышленных предприятий по дополнительной обработке нефти или до транспортных узлов.

2.      Промысловые нефтепроводы служат для перевозки нефти от места добычи до основного места хранения.

Магистральный трубопроводный транспорт играет важную роль в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) и имеет большое значение для экономического состояния государства. В нашей стране создана разветвлённая сеть магистральных нефтепроводов общей протяженностью свыше 72 тыс. км, которые проходят по территории большинства субъектов Российской Федерации. По ним транспортируется около 90% добываемой в стране нефти.

Для качественной работы любой системы, трубопровод не исключение, нужен постоянный контроль исправности и целостности. Огромная протяжённость, прокладка в разных климатических зонах и в удалённых местах значительно усложняют обслуживание и контроль состояния трубопроводов. Именно поэтому во избежание экономических потерь, аварий, неполадок необходимо применять методы дистанционного мониторинга состояния трубопроводов.

Причины неполадок с трубопроводом могут быть как внутренними, так и внешними. Для недопущения и устранения внутренних проблем используются специальное оборудование и химические средства: определенные датчики давления, антикоррозийные присадки, а также инфразвуковые системы контроля. Внешние же факторы, влияющие на целостность трубопроводов, необходимо контролировать дистанционно. Для сохранности трубопроводов были выделены зоны отвода (50 м) и охранные зоны (до 500 м). В зонах отвода трубопровода запрещена какая-либо деятельность, например, несанкционированная вырубка леса, добыча полезных ископаемых и даже строительство. Вдоль трассы трубопровода в лесных зонах проводят санкционированную вырубку леса, чтобы деревья не могли упасть и повредить его. Сохранность и неприкосновенность зон отвода также важна, как и сохранность непосредственно трубопровода, потому что «проще предупредить, чем исправить».

Дистанционный мониторинг состояния трубопроводов

Дистанционный мониторинг состояния трубопроводов на данный момент осуществляется силами пилотируемой авиации (вертолёт и самолёт) и транспортных средств с высокой проходимостью. Эти традиционные методы не только трудозатратны, но и стоят очень дорого. На смену им пришли более экономически выгодные способы дистанционного мониторинга ― беспилотные системы и космическая съёмка. У беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) есть определенные преимущества по части сверхвысокого пространственного разрешения, однако для их использования всё равно требуется непосредственный выезд специалистов на местность, что влечёт дополнительные траты. Кроме того, беспилотники ещё не пригодны для продолжительного использования в условиях сильного холода, поэтому оператору порой приходится лично находиться в суровых условиях. При использовании космического мониторинга трубопроводов достаточно иметь только доступ к компьютеру.

Но самый современный способ мониторинга – комбинированный, когда на первом этапе используются спутниковые изображения в широком диапазоне электромагнитных волн и по мере дешифрирования и выявления аномалий на трубопроводной трассе принимают решения о локальной съёмке с БПЛА, что позволяет одновременно планировать работы по устранению нарушений или разрушений трубопровода, или окружающей среды.

Космическая съёмка является самой дешёвой, а качество данных при этом незначительно уступает снимкам с большинства беспилотных систем (30 см против 20 см). На рисунке 1 приводится стоимость одного часа мониторинга трубопроводов различными средствами.

У космической съёмки есть ряд других преимуществ перед БПЛА:

1. Законодательная база. Чтобы начать съёмку с БПЛА, необходимо получить ряд разрешений от государственных органов, а это может затянуться на несколько месяцев в зависимости от территории. Это связано с использованием воздушного пространства страны и регулированием полётов. Кроме того, каждый беспилотник должен быть в обязательном порядке зарегистрирован. Всё это очень сильно влияет на срок выполнения работ. А после завершения съёмки её необходимо рассекретить в специальных органах власти, потому что любое изображение, полученное с воздуха, автоматически попадает под гриф «секретно». Космическая съёмка, в отличие от съёмки с БПЛА, не требует согласований в органах власти и дополнительных разрешений, а полученные данные не являются секретными. Это значительно уменьшает срок выполнения работ и снижает их стоимость.
2. Скорость получения материалов. Самый современный и мощный беспилотник за один вылет может отснять около 100 км территории. В то же время снимок с космического аппарата, сделанный за один пролёт, охватывает площадь до 600 км.
3. Скорость обработки изображений. Размер снимка со спутника значительно превышает размер снимка с БПЛА (в 5–40 раз). Это облегчает и ускоряет первичную обработку данных по части сшивки снимков, цветовой и ортокоррекции. Также большинство программ для обработки пространственных данных адаптированы исключительно под космическую съёмку, что вызывает дополнительные расходы при использовании данных с БПЛА.

Почему необходимо регулярно проводить мониторинг состояния трубопроводов 

Одна из основных важных причин, почему необходимо регулярно проводить мониторинг состояния трубопроводов и зон отводов, ― сохранение экологического благополучия местности, по которой проходит трубопровод. Государство постепенно ужесточает наказание за причинение вреда окружающей среде, увеличивая штрафы и вводя различные дополнительные санкции (рисунки 2, 3). В частности, в 2007 году был введён принцип так называемых кратных убытков, при котором штрафы за нарушение лесного законодательства и повреждение почвы начисляются, исходя из четырехкратной стоимости лесообразующей породы.

Последние государственные распоряжения предписывают нефтегазодобывающим компаниям предоставлять в правительственную комиссию по вопросам ТЭК программы реконструкции внутрипромысловых трубопроводов. Ещё в 2016 году несколько проверяющих инстанций составили максимально полный список загрязнённых земель, используя для этого данные космической съёмки. Параллельно Минприроды России выступает за стократное увеличение штрафов за сокрытие нефтеразливов, неготовность к их ликвидации или предоставление неполной информации о загрязнённой территории. Для выявления загрязнённых территорий и повреждённой растительности используются ближний инфракрасный (NIR) и коротковолновой инфракрасный (SWIR) диапазоны космической съёмки.

Космическая съёмка вместе с последними достижениями информационных технологий позволяют многократно ускорить проведение мониторинга состояния трубопроводов и охранных зон за счёт глубокого обучения классификации снимков со спутников. Запуская алгоритм обработки космических снимков, ГИС-специалист может обследовать и зафиксировать посторонние объекты, нарушения зон отводов и нефтяные загрязнения в десятки раз быстрее, чем при классическом визуальном дешифрировании. Единственным затруднением при автоматизированном дешифрировании является накопление эталонов территории. Но компании, имеющие опыт обработки космических снимков, имеют значительную базу эталонов, что позволяет начать работы по обследованию незамедлительно. Также использование разновременных снимков позволяет производить мониторинг изменений на местности, фиксируя в автоматическом режиме все изменения на территории ― от вырубки леса до постройки объектов.

Мировые компании-лидеры космической отрасли, такие, как Maxar Technologies Inc (быв. DigitalGlobe), разработали геопорталы по автоматизированной обработке космической съёмки, её дешифрированию и поиску объектов. Например, продукт компании Maxar GBDX (Geospatial Big Data) позволяет использовать многолетний накопленный архив космических снимков с самым высоким пространственным разрешением и ранее разработанные алгоритмы по дешифрированию снимков от лучших ИТ-компаний мира. Программа работает на серверах компании Amazon, что позволяет в сотни раз ускорить процесс обработки огромных массивов данных дистанционного зондирования Земли.

Большое значение имеет и выявление загрязняющих веществ вдоль трассы трубопроводов.

Существует служба дистанционного зондирования, которая использует, например, спутники Dove для ежедневного сканирования земной поверхности и сбора изображений именно трубопроводов. Автоматически, после загрузки изображения, идёт расчёт индексов растительности, генерируются значения здоровья растительности и выполняется анализ обнаружения изменений. Ухудшение здоровья растительности, это сигнал к аномальной ситуации в месте прохождения трубопровода и может быть связано с выбросом загрязняющих веществ. Такое ПО действует как система раннего обнаружения, регулярно оценивая право мониторинга быстро помочь смягчить поверхностные и подземные выбросы, точно определяя проблемные места, рис.4.

Рис.3. Выявленные проблемные места по оценке растительности на трассе трубопровода 

Обнаружение деформации грунта на трассе трубопровода

По материалам ДЗЗ, спутниковым и БПЛА, - проводится автоматизированная количественная оценка скоростей и темпов поверхностных деформаций и их естественных и техногенных управляющих факторов как потенциальных рисков вдоль, например, сейсмоактивного подземного нефтегазопровода с использованием интерферометрического радара с постоянным рассеянием и синтезированной апертурой (PS-InSAR) и анализ дистанционного зондирования малого базового подмножества (SBAS). Такое подход обеспечивает значительное улучшение мониторинга деформации грунта, даёт оценку геологических опасностей и превентивных контрмер вдоль трубопроводов. Разнообразное пространственное распределение и изменчивость процессов движения грунта вдоль трубопроводов показали, что общего геологического и геотехнического понимания территории исследований, без мониторинга ДЗЗ, недостаточно для выявления и устранения всех критических для операторов трубопроводов участков просадок и поднятий.

Рис.4. Показан уровень деформации грунта на трассе трубопровода

Для проведения оперативного мониторинга магистрального трубопровода и зон отводов, а также оценки воздействия на экологическую среду обращайтесь в компанию «Иннотер» по телефону +7 495 245-04-24 или отправьте запрос на e-mail innoter@innoter.com. Многолетний опыт использования космической съёмки в нефтегазовой отрасли позволит решить ваши задачи быстро и качественно.

Мониторинг технического состояния трубопроводов с помощью космической съемки и БПЛА - это один из методов, которые могут использоваться для обеспечения безопасности транспортировки нефти, газа и других жидкостей через трубопроводы в различных условиях эксплуатации.

Системы диагностики и мониторинга технического состояния трубопроводов включают в себя различное оборудование, которое может использоваться для обнаружения дефектов и проблем на трубопроводах. Это могут быть системы контроля температуры, давления и других параметров, а также системы неразрушающего контроля, такие как ультразвуковые приборы и рентгеновские аппараты.

Однако, использование методов космической съемки и БПЛА может быть полезным дополнением к существующим методам мониторинга технического состояния трубопроводов. Они могут быть особенно полезными для обнаружения повреждений на объектах, расположенных в труднодоступных местах, а также для мониторинга большого количества объектов на больших территориях.

Также важно отметить, что системы мониторинга технического состояния трубопроводов должны работать в различных условиях эксплуатации, включая экстремальные условия, такие как высокие температуры и низкие температуры, высокое давление и т.д. Это может потребовать использования специального оборудования и методов для обеспечения точности и надежности данных, получаемых при мониторинге трубопроводов.