استخدام المسح بمساعدة من دون طيار لرسم خرائط البنية التحتية في حقول النفط

The Transformation of Oilfield Surveying with Drone Technology

ورسم خرائط الهياكل الأساسية الدقيقة هو العمود الفقري لعمليات حقول النفط الآمنة والفعالة، وقد اعتمدت أفرقة المسح على مدى عقود على طرق طويلة من خطوط الأنابيب باستخدام محطات كاملة أو مركبات مجهزة بمقياس للجرعات، وحتى على تجميع البيانات المكانية اللازمة للتخطيط والرصد والصيانة، وهذه النهج التقليدية، وإن كانت فعالة، تتسم بالبطء والكلفة وتكشف عن الموظفين في حالات الدمج في العمليات البديلة التي تتجاوز الحدود.

ألف - مزايا المسح غير المشروع

تحسين السلامة والحد من تعرض الموظفين

وتواجه بيئات حقول النفط مخاطر عديدة: فعدم استقرار الأرض بالقرب من آبار جيدة، وإطلاقات الغاز السامة، والمنحدرات السامغة على طول حقوق خط الأنابيب، والمعدات الثقيلة التي تعمل باستمرار، ولا يجوز لطاقات المسح التقليدية أن تتجه إلى هذه المناطق، وهي تتطلب في كثير من الأحيان أجهزة رصد، ومعدات حماية شخصية، وبروتوكولات أمان مستهلكة للوقت، كما أن الطائرات تزيل الحاجة إلى الأحذية على الأرض في المناطق الشديدة الخطورة.

عدم تطابق كفاءة التوقيت

إن السرعة ميزة تنافسية حاسمة في تنمية حقول النفط، وقد يستغرق مسح أرضي نموذجي لممر خط أنابيب طوله ١٠ كيلومترات أسبوعين أو ثلاثة أسابيع، تبعاً للنباتات والوصول، ويمكن أيضاً، مع طائرة بدون طيار، رسم نفس الممر في يوم واحد، بما في ذلك تجهيز أوتوماتوسيات أو نماذج الارتفاع الرقمي بعد انتهاء الأسبوع، أما بالنسبة للمشاريع الكبيرة مثل بناء مواقع أو توسيع المرافق فتؤدي إلى تقليص عدد مرات إعادة البناء.

الوفورات في التكاليف عبر دورة حياة الأصول

فالحالة الاقتصادية لمسح الطائرات بدون طيار هي حالة قاهرة، ففي حين أن الاستثمار الأولي في مركبة من طراز UAV من الدرجة المهنية، وحمولة ليدار، وبرامجيات التصوير الضوئي يمكن أن تبلغ ٠٠٠ ٥٠ دولار - ٠٠٠ ١٥٠ دولار، فإن عائد الاستثمار سريع، وتتطلب الأساليب التقليدية موظفين متعددين، ومركبات مسح، وأماكن إقامة في المخيمات النائية، وكثيرا ما تخفض تكاليف توفير الطائرات العمودية للمناطق التي يتعذر الوصول إليها، وتحتاج عمليات الطائرات العمودية عادة إلى شخص أو شخصين للكشف عن شاحنة.

ارتفاع الدقة وكثافة البيانات

وقد تحقق الطائرات الآلية الحديثة المجهزة بأجهزة تحديد المواقع (Real-Time Kinematic) وأجهزة القياس غير الصوتي ذات الدرجة العالية الدقة في مواقعها التي تتراوح بين 1 و3 سنتيمتر دون نقاط مراقبة أرضية، وعندما يقترن ذلك بمجسات ليدار، فإنها يمكن أن تنتج غيوم ذات كثافة تتجاوز 200 نقطة لكل متر مربع، أي أكثر من المسحات الأرضية المزودة بالأشعة تحت الأرضي أو الصور الساتلية.

Key Technologies Driving Drone Surveying in Oil ' Gas

رؤية من خلال الغطاء النباتي والظلمة

ويُقال إن الكشف عن النور ورشه هو أكثر أجهزة الاستشعار تأثيراً في مجال رسم خرائط البنية التحتية لحقول النفط، خلافاً للكاميرات السلبية، فإن الأشعة الليدزرية تُصدر نبضات الليزر وتُقيس وقت عودتها لخلق سحابة دقيقة من ثلاث درجات، لأن قنابل الليزر يمكن أن تخترق الثغرات في الرغاوي، وأن تكون وحدات الأشعة الليزرية المصفة مستخرجة من خلال ممرات الحرجية.

مقياس التصوير العالي

أما بالنسبة للمواقع التي توجد فيها تضاريس مفتوحة وإضاءة جيدة، فإن قياسات التصوير الضوئي باستخدام 20+كاميرات الميغابايكسيل لا تزال بديلاً فعالاً من حيث التكلفة لمحطة ليدار، حيث إن التقاط الصور المتداخلة وتجهيزها من خلال مقاييس التحلل من الهيكل، وتولد الطائرات الآلية الأنابيب المرئية من نوع الأرض ونماذج الأشعة تحت الحمراء مع تنافس صور السواتل.

نظام تحديد المواقع (PK)

والدقة في الموقع هي حجر الزاوية في رسم الخرائط من درجة المسح، إذ تتلقى الطائرات المجهزة بوحدات متنقلة من طراز RTK إشارات تصحيحية من محطة قاعدية أو شبكة ساتلية، مما يتيح لها معرفة موقعها في حدود سنتيمتر أثناء الطيران، مما يلغي الحاجة إلى وضع نقاط المراقبة الأرضية في منطقة المسح، مما يقلل كثيرا من الوقت الميداني، وبدلا من ذلك، تقوم شركة بي كيو بتجهيز بيانات النظم العالمية لسواتل الملاحة الخام أثناء الطيران ويصححها باستخدام نظام أساسي.

التخطيط الذاتي للرحلات الجوية وتجهيزها

وتتيح برامجيات الطائرات الآلية للبعثات المستقلة تماماً، ويقوم المشغلون برسم مجموعة من البوليغون على خريطة، ووضعوا بارامترات مثل الارتفاع (من 60 إلى 120 متراً لإجراء دراسات استقصائية للممرات) والتداخل في النسب المئوية، وتقوم الطائرة بلا طيار بتنفيذ الرحلة دون تدخل يدوي، وبعد الرحلة، تقوم الخلايا المحتوية على خرائط بالمسح الضوئي بتخصيب آلاف الصور في نماذج لا تحصى ولا تحصى.

تطبيقات في رسم خرائط البنية التحتية في حقول النفط

رسم الخرائط عن طريق الخط الحاسوبي وإدارة النزاهة

ويمكن أن تمتد شبكات خط أنابيب النفط والغاز إلى أكثر من عشرات الألوف من الكيلومترات، وغالبا ما تكون عبر التضاريس النائية، وتوفر الدراسات الاستقصائية للطائرات العمودية سجلا مستمرا عالي الاستبانة للممر، مما يمكّن المشغلين من اكتشاف الحركة الأرضية (مثل الانهيالات الأرضية، والعزلة)، والتجاوزات التي تُحدد في طرف ثالث (الحفر أو المباني) ونمو الغطاء النباتي الذي يمكن أن يتداخل تماما مع خطوط الأنابيب.

حسناً، أُمْرَكَ و مُصَحَبَة

وأثناء بناء مهبط جديد للطائرات بدون طيار، يلتقط الطائرات بدون طيار خامات يومية أو أسبوعية لرصد التقدم المحرز في مجال التصميمات الهندسية، وبعد الانتهاء من الدراسة، تولد دراسة استقصائية للطائرات بدون طيار نموذجا دقيقا يبني مواقع جميع المعدات، ويضع فيها الصمامات، ويصبح هذا النموذج الأساس للتوائم الرقمي، ويتيح للمشغلين تصويب العمليات، أو تعديل الخطط، أو تهيئة بيئات تدريبية غير مكتملة.

تخزين الخزانات وعمليات التفتيش الخاصة بالمرافق

ويمكن أن يُطهر على سطح خزانات كبيرة من خزانات النفط الخام - التي تُعد 50 متراً أو أكثر في قطرها - وهي تتطلب عادة جلب مصعدات جوية أو تركيبات للبناء، وهي عملية تستغرق وقتاً طويلاً وخطيرة، ويمكن للطائرة التي تُجهز بكاميرا للحيوانات أن تطير مباشرة فوق سطح الصهاريج، وتفتيش القاع، ونقاط التصريف، ونقاط الوصل من مسافة آمنة.

الرصد البيئي والامتثال

وتحتاج الهيئات التنظيمية بصورة متزايدة إلى مشغلين لرصد الأثر البيئي لأنشطتهم والإبلاغ عنه، وتوفر الطائرات العمودية حلولا فعالة من حيث التكلفة لقياس فعالية قمع الغبار، ومسح الغطاء النباتي بعد الاستصلاح، ورصد التآكل على طول الطرق المؤدية إلى الوصول، وفي المناطق الحساسة مثل التوندرا أو الأراضي الرطبة، فإن الحد الأدنى من الاضطرابات الأرضية في الدراسات الاستقصائية للطائرات بدون طيار هو ميزة كبيرة، ويمكن للمشغلين أن يولدوا مؤشرات للكشف عن مسارات غير مرخص به (مثلة)

أمثلة عالمية ودراسات حالة

Permian Basin Pipeline Monitoring

وقد قام أحد أكبر مشغلي المجرى المائي في حوض بيرميان بنشر أسطول من خمسة طائرات بدون طيار ثابتة الجناحين لإجراء مسح على أكثر من 500 1 كيلومتر من خطوط التجميع الخام شهريا، واستبدل البرنامج دورية أرضية تتطلب 12 طاقما ومركبات متعددة، وفي السنة الأولى، اكتشف برنامج الطائرات بدون طيار 17 حالة من حالات التعطيل على أطراف ثالثة (بما في ذلك مركبان مزيفان غير مأذون بهما)، بينما أبلغ عن ثلاثة مناطق عن وجود تسربات برية غير مرئية.

North Slope Ice Road and Campsite Mapping

وفي منحدر ألاسكا الشمالي، تعتبر الطرق الجليدية الشتوية وحدها حاسمة لنقل المعدات واللوازم، وقد قيست الدراسات الاستقصائية التي تستخدم نظام RTK GPS ارتفاع الطرق الجليدية وقطعها عبر المسافات، مما أتاح للمهندسين تحديد المواقع الرقيقة أو المناطق التي ترتفع فيها الحرارة قبل أن تصبح مخاطر السلامة، وقد تم تجهيز البيانات في وقت قريب من الوقت الحقيقي وتقاسمها مع أفرقة السوقيات من أجل تحقيق أقصى قدر من التصليحات.

الدراسات الاستقصائية عن الطبوغرافية لمنهاج المناطق الساحلية

واستخدم منتج رئيسي في خليج المكسيك طائرة بدون طيار ذات عجلات ثقيلة لالتقاط صور عالية الاستبانة وطائرة ليدار منصة بحرية بعد إعصار، ولم يكن لدى المنبر أي مخزون من طائرات الهليكوبتر المأمونة للتفتيش الجوي المأهول، وكان من الممكن أن يستغرق إرسال طاقم بالقارب أسابيع، وقد تم إطلاق الطائرة بدون طيار من سفينة إمداد قريبة، وأكملت دراسة استقصائية كاملة عن المنصة في ساعتين، وحددت ازدهار مدمر وعدة منصة ممزقة.

التحديات والحدود

القيود التنظيمية

وتخضع العمليات التي تتم بالطائرات العمودية في العديد من المناطق المنتجة للنفط لقيود في المجال الجوي، لا سيما بالقرب من المطارات أو المناطق العسكرية أو الهياكل الأساسية الحساسة، فإلى جانب الرحلات الجوية المرئية - التي من شأنها أن توسع إلى حد كبير نطاق فائدة الدراسات الاستقصائية لممرات الأنابيب - لا تزال خاضعة للمراقبة الصارمة في الولايات المتحدة (التنازل عن الجزء 107 من الاتفاق المالي) وغيرها من الولايات القضائية، ويجب على المشغلين استثمار الوقت والموارد القانونية للحصول على التصاريح اللازمة، مع تعديل بيئة المراقبة البصرية، مع مراعاة البيئة المتطورة.

العوامل الجوية والبيئية

والطائرات التي تحمل عجلات عالية ودرجة تهطالها ودرجات حرارة شديدة، وفي حقول النفط في ألبرتا، كندا، أو المملكة العربية السعودية، كثيرا ما تتجاوز علواك الرياح الحدود التشغيلية للمركبات الصغيرة غير المصفحة )التي تتراوح بين ١٢ و ٢٠ مترا/ميا للمنصات المتوسطة( كما أن ظروف هبوط الطائرات المتحركة التي لا يمكن أن تتدهور أداء أجهزة الاستشعار وتضر بنوعية البيانات.

حجم البيانات وتجهيزها

ومن شأن إجراء مسح وحيد لخط الأنابيب على مسافة ٢٠ كيلومترا أن يولد ١٠ إلى ٢٠ غيغابايت من بيانات السحب من النقطة الخام، ويعالج هذه البيانات في سحابة من نقطة الإنجاز قابلة للتنفيذ، وخريطة للخرائط، أو برامجيات متخصصة من طراز ٣ دال، وفنيين مهرة، ويمكن أن يستغرق وقت التجهيز من بضع ساعات )لنموذج قياسي للآلات( إلى عدة أيام )للمقدمي خدمات التصنيف المزود بالأرقام القياسية(.

قفزة المهارات والتدريب على القوى العاملة

ويتطلب المسح الفعال بمساعدة الطائرات بدون طيار مزيجا من المهارات: القيام، في إطار الباب 107 أو اللوائح المكافئة، بتخطيط البعثات، وعملية الاستشعار، وتجهيز البيانات الجغرافية المكانية، ويملك عدد قليل من الأفراد جميع هذه الكفاءات، وكثيرا ما تجد شركات النفط والغاز صعوبة في تعيين والاحتفاظ بمشغلين مؤهلين للطائرات بدون طيار، ولا سيما في المواقع الميدانية النائية، ويختار العديد من المشغلين إقامة شراكات مع شركات خدمات الطائرات بدون طيار المتخصصة بدلا من بناء أفرقة داخلية، ولكن ذلك يؤدي إلى التبعية ويمكن أن يقلل من المرونة.

الآفاق المستقبلية: AI, Autonomy, and Integration

الأسلحة الصغيرة ذاتياً والمراقبة المستمرة

ومن شأن التقدم في تكنولوجيا البطاريات، وحساب الحواف، وخوارزميات السوار أن يتيح قريباً للطائرات المتعددة بدون طيار التنسيق بشكل مستقل على حقول النفط الكبيرة، وأن يتصور أسطولاً يتراوح بين 10 و20 مركبة صغيرة من المركبات غير المرخص بها، يرسم في الوقت نفسه أزهار كاملة في الميدان، وأنابيب، ومرافق في بعثة واحدة، وتتواصل الطائرات بدون طيار مع بعضها البعض لتجنب عمليات الاصطدام، وتتبادل البيانات في ضوءها.

التكامل مع التوائم الرقمية والتحليلات الافتراضية

وتستخدم بيانات المسح بالطائرات العمودية بالفعل لإنشاء توأم رقمي عالي التكوين من أصول حقول النفط، وفي المستقبل، سيتم تحديث هذه التوأم باستمرار عن طريق الرحلات الجوية بدون طيار، مما يتيح الرصد في الوقت الحقيقي والتحليلات التنبؤية، وعلى سبيل المثال، فإن التوأم الرقمي لممر الأنابيب سيغري آخر ما يمكن أن يحدثه مسح لليدار، ويقارنها بالنماذج التاريخية، ويعلم تلقائيا أي مناطق يتجاوز فيها التخس الأرضي الحد الأدنى المحتمل للارت.

5 زاي وحالات البيانات

Edge AI for Onboard Detection

ومع أن المجهزين على متن الطائرة أصبحوا أكثر قوة، فإن الطائرات الآلية ستحلل بيانات أجهزة الاستشعار في الوقت الحقيقي أثناء الرحلة بدلا من الهبوط، ويمكن للطائرة بدون طيار أن تكتشف تسرب الغاز عن طريق التصوير الحراري، وتقسم فوراً إلى كاميرا مرئية، وتضع الإحداثيات، وتحذر مركز العمليات، بينما تواصل الدراسة الاستقصائية، وتخفض هذه القدرة من الرطوبة من جمع البيانات إلى اتخاذ القرارات من ساعات إلى ثواني، وهو أمر حاسم بالنسبة للطوارئ.

خاتمة

وقد انتقل المسح بمساعدة من الطائرات العمودية من مرحلة الاختبار إلى أداة لا غنى عنها لرسم خرائط الهياكل الأساسية في حقول النفط، كما أن مزايا السلامة والسرعة والدقة والتكلفة كبيرة جداً بحيث لا يمكن تجاهلها، إذ أن المشغلين الرئيسيين في جميع أنحاء حوض المحيط البيرمي، وشمال المنحدر، وبحر الشمال، والشرق الأوسط قد أدخلوا دراسات استقصائية غير قائمة على أساس عال إلى إجراءات التشغيل الموحدة، مع إدخال تحسينات موثقة على سلامة الأصول والكفاءة التشغيلية.

For further reading on regulatory progress: FAA BVLOS Rulemaking]. For a case study on pipeline inspection: ]DroneDeploy Pipeline Inspection. For technical details on LiDAR sensors: ]RIEGL UAV LiDAR Products:5