3.2 基于DAS的石油管道安全监测系统 当Φ-OTDR采用相位解调时, Φ-OTDR具备 探测外界振动和声波变化的能力, 包括声波的幅 度、频率、相位信息. 在石油工业界, DAS已经展 现出前所未有的应用前景. 在国外, 率先开展DAS 应用的是英国的Optasense 和Silixa公司, 应用的 类型主要分为两类: 地震波检测和石油管道安全监 测, 覆盖了石油工业的勘探、生产、运输三个过程, 具有重要的经济意义和社会意义 [54,55]. 国内虽然 开展Φ-OTDR 的研究虽然较早, 但是DAS 的研究 与应用较晚, 相比国外仍有较大差距. 早在2008年, Optosense就致力于DAS在石油 管道安全监测的应用, 提出了 “zero pipeline inci- dents”(零管道事故)的口号, 主要致力于管道安全 的两个方面: 一是第三方干扰 (TPI), 也就是对于 潜在的或者正在实施的对管道的第三方破坏行为, 包括对于管道的机械挖掘、人为挖掘、重型车辆等 进行提前预报或报警; 二是提供新型的多个模式的 管道泄漏探测, 比如管道的腐蚀导致的管道泄漏. 由于国内的大部分石油管道安全事故主要是 由偷盗油对管道的破坏造成的, 因此对于泄漏检测 的需求要远远大于对于TPI检测的需求. 石油管 道的盗油活动, 不仅造成石油产品的损耗, 带来直 接的经济损失, 更重要的是, 由于盗油者对管道的 破坏很可能造成环境的污染, 带来严重的生态灾 难 [55]. 盗油活动所有的过程, 均会在管道形成地 震波, 而目前国内的管道增压站之间的通信, 均采 用光纤通信, 而光纤通信链路与石油管道是并行铺 设, 且相隔较近, 因此TPI 入侵动作产生的地震波 会较好地传递到通信光纤上. 因此, DAS从增压站 点的通信光缆接入, 就能够完成长距离入侵监测的 目的. 现场利用DAS进行管道TPI监测的具体实施 方案如图 25 所示. 光缆埋地深度从 1—2 m 不等. DAS置于增压站A处, 连接与石油管道并行的传感 光缆, 管道总长为 50 km. 现场的石油管道的情况 较为复杂, 靠近公路和铁路的地方较多, 车辆的振 动对监测系统产生较多的干扰, 因此需要对各种振 动信号进行识别, 以区分不同振动信号的类型, 最 终达到屏蔽绝大多数的干扰, 只对TPI入侵动作有 报警响应. A DAS B 50 km 图 25 基于DAS的石油管道安全监测系统的实施方案图 Fig. 25. Schematic diagram of the oil pipeline safety monitoring system based on DAS. 为了验证该系统的效果, 在光纤的尾端约 47 km处, 利用本实验室研发的DAS, 采集管线 附近的各种动作, 包括挖掘、走路、跑步、车辆产生 的振动信号. 测试位置离路边较近, 各类车辆, 特 别是重型车辆在经过该处管道时, 产生非常大的振 动信号, 容易造成误报警. 24 20 15 10 5 0 47000 47050 47100 47150 47200 47250 Distance/m T im e / s 47000 47350 图 26 距光缆垂直距离 1 m处刨地时, 振动幅度 -时 间 -距离的瀑布图 Fig. 26. Waterfall figure of vibration amplitude-time- distance when digging the ground at 1 m vertical dis- tance away from theoptical cable. 在测试点附近进行挖掘时, 得到的振动幅度时 间距离的瀑布图如图 26所示, 在 47250—47270 m 之间, 振动信号的幅值较大, 在瀑布图上体现为 随挖掘动作节奏出现亮点. 对上述空间位置处的 信号进行叠加, 得到在不同入侵动作时的振动时 域信号、自功率谱、短时傅里叶变换 (STFT)如 图 27所示. 074207-15

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