高含硫酸性气田集输管道地质灾害防治管理关键技术研究.pdf

数字油田李鑫：高含硫酸性气田集输管道地质灾害防治管理关键技术研究油气田地面工程 https:/高含硫酸性气田集输管道地质灾害防治管理关键技术研究李鑫中国石油管道局工程有限公司摘要：高含硫气田多处于地质条件多样、地质灾害发育的复杂山区，一直以来集输管道地质灾害难以进行全面管理。为解决这一难题，研发了自动化实时监测设备与开源数据库 MySQL相结合地质灾害防治管理体系，从原理、监测内容、数据要求等多个方面建立适合于复杂山地高含硫气田集输管道地质灾害防治体系，明确了各类地质灾害监测内容，进行集输管道地质灾害数据管理，确定集输管道地质灾害危险等级，采用自动化监测设备实现了高含硫气田集输管道地质灾害全天时、全天候监测预警，打破了地域限制，实现跨地域协同工作。基于 MySQL数据库建立某含硫气田地灾管理数据库，对地质灾害评价结果中不同类型、危险等级的地质灾害点进行归纳分类，实现气田地质灾害统一管理，指导气田集输管道定向监测。关键词：高含硫气田；集输管道；危险等级；灾害数据库；监测Research on Key Technologies for Geological Hazards Prevention and Management ofHigh-Sulfur Gas Field Gathering PipelinesLI XinChina Petroleum Pipeline Engineering Co.，Ltd.Abstract：High-sulfur gas fields are mostly located in complex mountainous areas with diverse geo-logical conditions and hazards，and it has always been difficult to comprehensively manage the geologi-cal hazards in gathering pipelines of these fields.To solve this problem，this paper introduces the geo-logical hazards prevention and management system which combines the open-source database MySQLand automatic real-time monitoring equipment.Taking into account principles，monitoring contents，and data requirements，a geological hazard prevention and control system that is suitable for monitoringthe pipelines of high-sulfur gas fields in complex mountainous areas is established.By clarifying themonitoring contents of various hazards，carrying out data management of geological hazards，complet-ing the risk level assessment of geological hazards，and adopting automated monitoring equipment，the24-hour and all-weather monitoring and early warning of geological hazards in high sulfur gas gatheringpipelines are realized，and the regional restrictions are broken to enable the cross-regional collaborativework.The high-sulfur gas field geological hazard management database，based on MySQL database，isestablished to analyze and classify geological hazards of different types and risk levels according to thegeological hazard assessment，so as to achieve unified management of the gas field geological hazards，and help with the directional monitoring of gathering pipelines in high-sulfur gas fields.Keywords：high-sulfur gas field；gathering pipeline；risk level；hazards databases；monitoring高含硫天然气资源是我国近年来发现的重要天然 气 资 源 之 一，截 至 目 前，探 明 储 量 超 过1.01012m3，开发潜力巨大1。目前已探明的高含硫气田多为超深碳酸盐岩边水常压高含硫化氢气藏，开发难度大。国内最大的普光气田先后攻克了气田钻井、采气、集输、净化、安全等领域的一系列技术难题，于 2009 年底正式投产，实现了我国开发大型超深高含硫气田从无到有的突破2。针对高含硫气田集输管道恶劣的工作环境，需定期开展集输管道地质灾害安全评价，并对危险级别较高的DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2024.04.01168第 43卷第 4期（2024-04）油气田地面工程 https:/数字油田地质灾害进行治理3。严重威胁管道工程安全运行的地质灾害主要有滑坡、崩塌、地表塌陷、地面沉降等，这些类型的地质灾害具有隐蔽性强、突发性高、分布性广、突发性及频率高等特点4，人工排查难以实现地质灾害全方位协同防治管理5-6，为解决这一难题，需时刻掌握集输管道所处环境及管道附近地质灾害发育情况，实现高含硫气田集输管道地质灾害全天时、全天候一体化管理，并对高含硫气田集输管道地质灾害防治管理体系进行研究。1集输管道地质灾害防治管理体系地质灾害防治管理体系是针对地质灾害安全评价筛选出威胁管道安全的滑坡、不稳定斜坡、岩溶塌陷等7，采用自动监测设备监测地质灾害体以及相关因素的变化，现场监测的数据通过 4G/5G 通信技术实时传输到监测预警控制中心，控制中心对数据处理后绘制相关图表，对于超出阈值的数据进行不同级别报警，技术人员通过分析处理后的数据，编制监测报告，为高含硫气田集输管道地质灾害防治提供实时数据支撑。管道地质灾害监测系统总体框架见图 1。地质灾害监测能为运营中的管道实施抢险，为疏散管道沿线受地质灾害影响区域群众赢得时间，减少因管道破坏造成的损失。1.1地质灾害危险等级依据 Q/SY 063192016油气管道工程地质灾害防治技术规范 确认防治等级，详见表 1、表 2。表 2油气管道工程地质灾害防治工程等级Tab.2 Geological hazard prevention and control engineeringlevel of oil and gas pipeline engineering防治工程等级危险性等级对环境影响程度轻微严重严重轻微中等严重轻微中等1.2监测内容地质灾害监测项目主要为地质灾害体及相关因素，依据 油气管道工程地质灾害防治技术规范确认监测内容。以滑坡为例，防治工作监测项目见表 3。图 1管道地质灾害监测系统总体框架Fig.1 Overall framework of pipeline geological hazard monitoring system表 1矩阵法划分油气管道工程地质灾害危险性等级Tab.1 Matrix method for dividing geological hazard risk levels in oil and gas pipeline engineering危险性等级危险性危险性高危险性极高危险性中等危险性低应对措施应避绕，如果不能避绕应立即治理，并采取监控措施宜避绕，如果不能避绕建议治理，或采取适当的防范、监控措施可避绕或不需要治理，但应日常管理巡视69数字油田李鑫：高含硫酸性气田集输管道地质灾害防治管理关键技术研究油气田地面工程 https:/表 3滑坡防治工程监测项目Tab.3 Monitoring items for landslide prevention andcontrol engineering监测项目变形监测荷载监测应力监测气象水文监测日常巡视监测实时动态监测测试内容滑坡地表位移监测滑坡深度位移监测地表裂缝支护结构变形监测建（构）筑物变形土压力监测锚杆（索）应力抗滑桩应力油气管道应力地下水动态孔隙水压力大气降雨江（湖）水位动态测点布置位置剖面布置剖面布置裂缝点布置支护结构顶部构筑物周边支护结构后部外锚头或锚杆主筋抗滑桩靠山侧滑坡推力最大处支护结构后部滑坡及影响区滑坡防治级别级应测宜测应测应测应测可测应测宜测应测宜测可测宜测宜测应测宜测级应测宜测宜测应测应测可测宜测可测宜测宜测可测宜测宜测应测可测级可测可测可测可测应测1.3自动化监测设备1.3.1地表位移监测站地表位移监测站应具备x、y、z三向位移监测功能，以实现地灾体形变量、形变方向监测功能，便于技术人员进行地灾体时空动态变化分析及发展趋势预测。监测站数量及位置需根据地灾范围、发育程度、周边环境等条件进行布设8-9，一般可采用十字交叉监测网型布设，另外管道周边 5 m 范围内不宜布设监测点，地表位移监测站见图 2。本次地表位移监测拟采用 GNSS（全球导航卫星系统）接收机进行。图 2地表位移监测站Fig.2 Surface displacement monitoring stationGNSS 接收机主要用于地灾体表面位移的监测，接收机接收卫星信号上传原始数据，通过数据处理软件对观测数据进行实时解算，得到测点坐标位置信息，对比每次坐标信息差值以了解测点表面位移情况，从而实现对地灾体表面位移实时监测。1.3.2深部位移监测站深部位移监测站布设在滑坡和不稳定斜坡的主滑剖面上，监测孔的布设须远离管道 5 m 以外，明确钻孔下方无管道附属设施，钻孔应穿过潜在滑动面进入稳定面以下，如图 3所示。监测设备数量根据灾害体规模大小进行布设，一般每个滑坡不少于1个监测剖面，每个监测剖面不少于 2个监测站点。图 3深部位移监测站Fig.3 Deep displacement monitoring station1.3.3地下水位监测主要用投入式水位计对地质灾害体地下水位进行监测，通过施工钻孔布设水位计，水位计根据水压力实时返回水位深度，从而实现对滑坡体地下水位高度的实时监测。1.3.4降雨量监测采用翻斗式雨量计，其基本原理为：翻斗受到一定水量后，因水压力影响，不再保持平衡状态，翻斗倾倒，每次倾倒均会向感应器发射一个脉冲信号，由感应器记录下当前降雨量10。1.3.5视频监测站视频监测站（图 4）主要布设于易于观察滑坡体和不稳定斜坡体全貌的位置，一般每个地灾点不少于 1个监测站，规模较大或视野不佳的地灾点应适当增加监测站数量。图 4视频监测站Fig.4 Video monitoring station2集输管道地质灾害数据管理2.1技术特点2.1.1管道本体及支挡措施应力应变监测管道及支挡措施属于刚性材质，应力应变是一个极其缓慢的过程，为实现早期报警预警，现场设备需实现 24 h全天候数据传输，体系可采用低速轮70第 43卷第 4期（2024-04）油气田地面工程 https:/数字油田询间歇式工作方式，在保障数据量的前提下，降低功耗。由于功耗降低现场设备可采用太阳能供电，使用局部数据采集器，可保障公网信号较差区域数据准确。系统通信频率和采集频率应每 1 h 通信1 次，每 15 min采集 1次数据。2.1.2地质灾害体监测频率为 实 现 地 质 灾 害 体 全 面 管 控，综 合 采 用GNSS、雨量计、裂缝计、测斜仪和摄像头等地面感知设备，通过物联网技术，实现现场设备云端管理，现场数据采用公网 IP 传输，统一存储至开源数据库，确保数据安全。现场设备数据更新频率不低于 0.2、0.5、1 Hz，可根据现场需要进行自定义设置；静态解算平面精度2.5 mm，高程精度5 mm；动态解算平面精度8 mm；防水防尘等级不低于 IP65。2.2监测数据处理分析2.2.1数据处理原则（1）确保数据准确。（2）现场数据处理完毕后，应进行误差分析，包括：粗大、系统、随机误差等，并针对不同类型误差进行处理，对于其他原因造成的数据失真，需评价其影响程度。（3）针对异常数据及时进行处理分析，必要时进行现场调查，找出异常原因。2.2.2数据分析要求（1）根据现场设备类型绘制水平位移、水平位移速度、水平位移加速度曲线；垂直位移、垂直位移变化速度、垂直位移变化加速度曲线；合位移曲线、三维移动轨迹；深部位移变化、深部位移变化速度、深部位移变化加速度曲线；累计水平位移、累计垂直位移曲线。（2）绘制各个时间段位移与深度、位移变化速度与深度关系曲线。（3）绘制降雨量分布图。（4）对各个数据处理结果进行分析，推断地灾发育情况，如：通过水平位移反演边坡变形的主方向，通过垂直位移反演破坏面类型，结合相对位移曲线，综合判断边坡稳定性和变形阶段。（5）根据监测设备所取得的成果数据，分析地表位移及深部的累计位移量及其变化速率，并绘制累计位移监测曲线和变化速率曲线，研究判断其变化趋势，为下一步预警预报作数据支撑。（6）对地表位移、深部位移、降雨量等单因素、多因素叠加分析，根据综合分析结果判断各因素对边坡稳定性的影响，以分析结果判定边坡的变化趋势及危险性。根据前期边坡监测数据分析成果，建立边坡稳定性预测模型，对边坡失稳的发生进行提前预警。2.3地灾管理数据库在高含硫气田集输管道日常运行中，为了保证集输管道安全运行，现场检测设备会记录大量监测数据，主要包括地表形变、降雨量、深部位移、地下水位、现场视频、图片等数据11。此类数据很难用简单方法直接获取相互关系，但是这些地灾数据最能直接反应集输管道附近地质灾害发育状态。利用某气田公开的地质灾害安全评价数据对地质灾害种类进行统计分类，建立地质灾害管理数据库，为该气田高含硫集输管道定向监测提供数据基础，并选用 MySQL 作为地质灾害管理数据库软件。创建好数据库后，在数据库下创建表，将各类地灾数据统一导入即可，数据量较大、部分字符集访问频率高时，可以创建索引，加快检索速度。3预警响应管道区域预警结果主要起到警示、提示性作用，预测未来地质灾害发生的趋势和风险大小；管道地质灾害单体监测预警级别划分为 3 级12，即：关注级、警示级、警报级，分别以黄色、橙色、红色予以标志。黄色预警为关注级；橙色预警为警示级；红色预警为警报级。3.1黄色预警当出现下列情形时启动黄色预警响应程序：坡体后缘、中部出现拉裂缝，坡体后缘出现下错位移或坍塌等现象；近期坡面有水土流失现象，坡面分布有较小的冲刷沟；地表出现轻微的隆起或沉降、地表附属物和支挡结构出现轻微变形或损坏；地表倾斜小于 3 mm/m，地表水平变形小于 2 mm/m；应变监测结果显示管体应力变化值达到管道拉（或压）应力允许值的 30%。启动预警程序后按下列原则进行处理：（1）对隐患点地质灾害开展基本调查。调查管道与灾害体的空间位置关系，灾害区域的地质环境条件资料，了解现状地貌和原始地貌、地表水和地下水的变化及周边工程活动的影响等自然地理和社会活动情况。（2）提高人工巡检频率。（3）提高数据处理频率。（4）进行工程地质测绘作业，查明地质灾害规71数字油田李鑫：高含硫酸性气田集输管道地质灾害防治管理关键技术研究油气田地面工程 https:/模、成因及受影响的管道范围，预测地灾发育趋势，根据现场核查及监测情况出具监测分析报告。3.2橙色预警当出现下列情况时启动橙色预警：地表出现张拉裂缝宽度、下错位移高度持续增大或坡体局部坍塌加剧等恶化现象；坡面有较严重水土流失现象且冲刷沟不断加深；地表隆起或沉降持续增大等恶化现象；边坡支护结构变形或破坏不断 加 剧；地 表倾斜 310 mm/m，地表水平变形小于 26 mm/m时；管道应力监测数值达到管道拉（或压）应力允许值的 60时，启动黄色预警响应程序，按以下原则进行响应：（1）初步掌握报警原因，评估危害性，针对地质灾害对管道的危险性进行综合评价，并提出下一步治理建议。（2）编制灾害点应急预案，并做好应急抢险的前期准备工作。（3）进行必要的治理和防护。（4）提高监测频次，优化监测方案。（5）根据现场核实及监测情况出具监测分析报告，提出下一步治理措施建议。3.3红色预警当出现下列情况时启动红色预警：坡体前缘出现剪切破坏，坡体后缘拉裂缝急剧扩展，坡体中部裂缝贯通；坡面水土流失严重，坡面出现发育大的冲刷沟且冲刷沟不断加深；地表出现显著的隆起或沉降现象，地表附属物出现显著变形或破坏现象；边坡支挡结构显著变形或失去支挡功 能；地 面 倾斜大于 10 mm/m，地表水平变形大于 6 mm/m 时；管道应力监测数值达到拉（或压）允许值的 80%90%及以上时，启动红色预警响应程序，按以下原则进行响应：（1）明确报警原因，确定灾害风险等级，提出相应级别的应急预案。（2）管道沿线发生险情时，根据不同预警级别启动应急预案。（3）组织专家现场评估，确定应急抢险方案，开展应急抢险工作。（4）当灾害险情超出了单位的应急处置能力时，立即向相关政府部门报告灾害情况，请求协助救灾。（5）启动应急监测过程中需根据实际情况调整监测频次，结合现场情况编制应急监测报告。4结束语针对高含硫气田集输管道的恶劣工作环境及服役年限，采用自动化实时监测设备及开源数据库MySQL构建了适于高含硫气田集输管道地质灾害防治管理体系，从原理、监测内容、数据要求等多个方面建立适合于复杂山地高含硫酸性气田集输管道地质灾害防治体系，明确了各类地质灾害监测内容，实现了高含硫气田集输管道地质灾害全天候、全天时监测预警，打破了地域限制，实现跨地域协同工作，有利于及时掌握形势，客观分析问题，正确决策。基于 MySQL 数据库建立某气田地灾管理数据库，对该气田地质灾害评价结果中不同类型、不同危险级别的地质灾害点进行归纳分类，实现该气田地质灾害统一管理，帮助进行气田含硫集输管道定向监测，为后期各个地质灾害地区开展针对性监测工作提供数据支撑。参考文献1 李世荣，宋艾玲，张树军我国油气管道现状与发展趋势J油气田地面工程，2006，25（6）：7-8LI Shirong，SONG Ailing，ZHANG ShujunCurrent situa-tion and development trend of oil and gas pipelines in Chi-naJ Oil-GasFieldSurfaceEngineering，2006，25（6）：7-82 蒋明龙，陈庆国，宋文文，等普光气田集输系统腐蚀监测技术与应用J油气田地面工程，2018，37（5）：91-95JIANG Minglong，CHEN Qingguo，SONG Wenwen，et alGathering and transportation system corrosion monitoringtechnology and application in Puguang Gas FieldJ Oil-Gas Field Surface 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application of modernsurveying and mapping technology on the production man-agement of oil and gas fieldJGeomatics&Spatial Infor-mation Technology，2007（6）：9-11作者简介李鑫：工程师，2012 年毕业于中国石油大学（华东）油气储运工程专业，从事长输管道、市政管网非开挖作业工作，13700346120，河北省廊坊市广阳区爱民东道 158号，065000。收稿日期2023-11-26（编辑李俐莹）俄罗斯加强大陆架油气资源勘探（2024年 3月 27日）据俄罗斯联邦矿产资源局称，俄罗斯启动了近 30年来首次全面的地质钻探研究，正在加强对其大陆架上石油、天然气和矿产的勘探。俄罗斯联邦矿产资源局在加里宁格勒和俄罗斯远东地区之间的国土范围内运营了 190个项目，项目范围从石油和天然气的深层钻探到利用无人机对固体矿物进行地球物理勘探。其负责人叶夫根尼彼得罗夫（Yevgeny Petrov）在某次会议上对俄罗斯总理米哈伊尔米苏斯京（Mikhail Mishustin）汇报称，“30年来，我们首次采用系统的方法对大陆架进行勘探，开展大陆架上作业，并已完成 4口井的钻探工作”。俄罗斯国际文传电讯社援引彼得罗夫的话称：“这些是真正重要的地质成果。评估盆地油气储量的基本地质任务已经完成。”彼得罗夫还指出，与 2022年相比，2023年新增资源的油气量增加了 20%，“尽管国外媒体声称我们的采矿和地质勘探行业停滞不前，但我可以说，该行业正在稳步增长，投资并没有减少，尤其是矿产开发商的投资”。俄乌战争后，几乎所有西方公司都放弃了在俄罗斯的业务，俄罗斯现在只能靠自己进行勘探。值得注意的例外是世界上最大的油田服务公司斯伦贝谢公司（SLB），其首席执行官奥利维耶勒佩赫（Olivi-er Le Peuch）在 3月 25日发布的金融时报采访中表示，该公司不打算退出俄罗斯。自 2022年 2月俄乌战争后，企业（尤其是油气行业的企业）面临着越来越大的压力，被迫撤出俄罗斯。勒佩赫对英国 金融时报 称：“当我们做出决定时，如果有必要，我们会公开，但现在还没有决定。”李缙 摘译自 https:/