大庆油田移动放射源跟踪管控系统的设计思路

陈天晓 周宇 周泽轩 寇育庆 张宏

1大庆油田质量安全环保监督评价中心

2大庆油田测试技术服务分公司监督保障中心

3东华理工大学长江学院机械与电子工程系

4大庆油田消防支队中七路消防队

在石油勘探和无损检测等工业生产过程中广泛使用放射源进行检测，放射源使用过程中释放的高能射线若防护不当会对人体细胞和周围环境造成很大破坏。据中国工程院统计，我国现有2 000 余枚放射源不知下落，尤其在石油勘探行业及无损检测行业，经常发生放射源丢失和被盗事故，造成较大的社会影响[1]。

目前国内企业和政府普遍采取了多种人防、技防手段相结合的方式对放射源进行监管，特别是在储存管理方面，通过视频监控、辐射值测量、红外线报警及24 h值班等多种手段进行防控，同时建立了相关监控平台对放射源进行监管，技防手段比较完善[2-5]。目前大庆油田在用放射源有密闭放射源、同位素、射线装置3类。管控风险如下：①放射源和射线装置运输过程中，虽然采取了多种人防和技防措施，但所有监控手段均以运输车辆为载体，而缺乏对放射源本体的跟踪定位措施；
运输过程中一旦跟车人员存在管理环节缺失或安全装置失灵等问题时，就有可能发生放射源丢失或失控，而放射源本身无定位装置，一旦丢失很难找回。②放射源或射线装置运输到使用现场，从源箱内取出进行现场使用时，整个过程中既没有定位手段，也没有技术监控措施，对于放射源的管控只能依靠现场操作人员；
放射源及射线装置的管控力差，发生放射源丢失或被盗的概率高，一旦丢失，无有效手段找回。

随着全民环境健康意识的提高，以及国家对放射源环境风险管控要求的日益严格，针对油气田放射源运输、使用过程中存在的风险隐患，从系统科学的角度出发，以物联网技术为基础，以强化企业主体责任落实为出发点，以关键环节控制为重点，设计放射源全过程跟踪管理定位系统，对移动放射源实现全过程监管。

1.1 兼容性

跟踪管理定位系统的设计应考虑系统的兼容性。建立放射源全工作流程管理系统，必然要将放射源档案管理、放射源定位、源车定位、视频监控等多个系统进行整合，形成一个完整的放射源管理系统[6]；
因此，在设计系统框架时，从构成系统的硬件到管理软件，都要充分考虑新系统的兼容性，从而充分利用现有资源，减少系统构建的一次性投入。

1.2 稳定性

在保证应用较先进定位技术的前提下，必须优先考虑系统的可靠性和稳定性，以保证系统在恶劣自然及工况条件下能够稳定运行；
同时，随着定位技术的进步，系统能够持续升级和完善。目前，移动4G网络在国内的各地市已经很普及，5G网络也在持续推进，但是油气田移动放射源的应用场所，很多都在偏僻的荒效野外，4G、5G 信号很多地方往往覆盖不到，传输信号的稳定性无法得到保障；
因此，对于偏远地区定位传输通信，应优先选择传输稳定的卫星通信。

1.3 可靠性

跟踪定位系统的设计目的就是为了精准管控放射源，杜绝放射源丢失现象，因此定位系统的设计，以可靠性第一为优先级，否则，不但不能起到应该起到的作用，有可能还会带来负面作用。目前，开放的GPS和北斗民用定位服务，定位精度存在误差较大；
因此，对于放射源的定位跟踪，最好选用开放的商用模式，提高定位精度。放射源的使用安全是国家严格管控的，一旦失控将严重威胁广大人民群众的生命健康安全；
因此，利用无线及有线网络管控放射源的管理系统，在系统设计上，必须充分考虑系统的安全性，设计必要的防窃入、攻击手段，保障系统安全可靠运行。

1.4 通用性

在设计系统时，要全面考虑系统的通用性。在油气勘探、生产领域，应用移动放射源的企业，除油气田生产企业外，还包括油田工程建设、油气生产服务企业；
因此，开发的管控系统，既要适合油气田生产企业，又要适合移动作业的广大油服企业。同时，随着计算机新媒体技术、网络技术、人工智能技术的进步，系统尽量使用友好、简单、易用的用户界面，充分体现人性化管理。

2.1 定位装置的选型

由于需要进行定位的都是移动放射源及射线装置，因此定位装置应选择无线充电型。目前无线充电型放射源定位装置的安装方式主要有固定式、磁吸式和卡扣式。固定式装置充电需要将放射源移动到电源处或使用充电宝进行充电，且部分放射源和射线装置工作时需要投入井下或放进管道，因此固定式定位装置不适合对放射源进行定位。磁吸式装置安装在设备上的牢固程度不强，在产生颠簸或碰撞时容易发生意外脱落情况，且放射源源箱多为铅制，磁吸式装置无法吸附。卡扣式定位装置可根据放射源和射线装置的外形进行开模设计，从而与放射源相匹配，既可以牢固地固定在放射源上，也能够进行拆卸，比较适合对移动放射源和射线装置进行定位。

2.2 定位装置的性能要求

油气田所用移动放射源多在野外场所，由于道路条件差，运输过程中难免出现颠簸、振动，使用过程受天气、气候等因素影响，定位装置选择，应该从以下几个方面加以考虑：一是抗震性。由于放射源在运输过程中，车辆比较颠簸，振动较大，因此定位装置要具有一定的抗震性。二是防撞性。由于放射源及射线装置自身质量较大，且接触物件多为金属结构，不可避免会产生一些碰撞，因此要具有一定防撞性[7]。三是耐低温性。由于高纬度地区冬季气温较低，普通电池在温度较低的环境下电量衰减较快或无法提供电量，因此定位装置的电池需要在低温条件下能正常工作。四是精准性。由于油气田所用移动放射源普遍外形尺寸不大，普通的民用定位设备精度无法达到防控使用要求，必须选用商用定位装置。

中油测井公司2年前采用电子定位锁对其放射源进行定位跟踪。电子定位锁根据放射源源箱的普通锁具进行开模，可以替代普通锁具对源箱上锁，同时具备GPS定位、辐射值监测、重力感应和短距离信号传输4 种功能[8]，且电子定位锁外壳及内部芯片均采用注胶的方式进行保护，提高了抗震性和防撞性。因为放射源从源坑取出后整个运输过程中均在源箱内，所以电子定位锁能对放射源运输过程进行定位；
若出现意外情况导致源箱在运输过程中丢失，也能根据定位信号进行快速定位找回。当放射源回到源库后，即可从源箱上取下电子定位锁，对其进行充电。电子定位锁不仅可以锁在源箱上，也能锁在同位素源罐和射线装置上；
因此，电子定位锁在适用性和可靠性上均能达到使用要求。

目前，油气田及油服企业对放射源在存储、运输、使用每个环节的管理都是一个单独的模块。每个环节之间无关联性，互相之间缺少约束性，很可能导致管理制度或安全设施的使用存在执行性差，进而造成放射源失控事故的问题。2017 年，我国吉林某测井队在现场施工作业过程中丢失1颗中子发生器，就是由于源使用押管员未对源实施有效监管，同时与源库管理员未按规定交接源入库，导致源丢失而且未及时发现，造成较大的社会影响和恐慌。因此，若将放射源的储存、运输、使用等所有环节全部进行有效管控，就必须将多个管理模块进行整合，形成一套模块间互相制约、互相预警提示的放射源全过程管理系统。该系统建立以下6个模块，模块间实现互联。

3.1 基础数据模块

建立放射源及射线装置管理数据库，将所有源基础数据进行录入，包括放射源信息、相关人员信息、车辆信息、各源库及施工地点位置信息等[9]。其中放射源信息可以为放射源加装电子标签，通过扫码或RFID（射频识别）技术实现对放射源信息的确定和上传[10]。据了解，相关油服企业正在开展实验，对部分同位素释放器加装芯片，芯片只有纽扣大小，不影响释放器投放到井下。通过手持终端在释放器出入库及作业现场等环节的扫描，可以上传释放器的电子信息及位置信息。

3.2 调度管理模块

建立源使用调度管理模块，模块功能包括放射源工作计划的制定、流程的审批、放射源的确定、人员及车辆的安排、运输路线的制定等，并能实时监控车辆位置和放射源位置。

3.3 源库监控模块

源库监控模块主要对放射源及射线装置储存地点进行24 h不间断监控。据调研了解，各油气田及油服企业的源库监控手段主要有：固定视频监控，能够覆盖所有放射源以及源库内外所有地点；
辐射值监控，通过在源库出口安装辐射检测仪，来确定是否有放射源出入库。

监控模块功能包括源库剂量监控、射频识别、GPS定位、视频监控。对不同用户按照管理级别设置不同操作权限，包括修改系统设置、监控对象移动授权等。系统管理员可根据需要进行剂量监控扫描时间、预警剂量上限、射频识别设备启停时间、射频识别扫描时间等系统设置，实施监控对象信息录入、源数据库导入与导出操作。

3.4 源运输车辆模块

源运输车辆模块主要是基于运输车辆为载体安装的各类安全设施。目前放射源运输车辆安全设施主要有：车辆GPS 定位系统、车辆红外线报警装置、车辆视频监控系统、辐射检测系统。同时，模块中还应包括运源车辆基本信息、车辆维保情况、驾驶员信息等内容。

3.5 移动放射源跟踪定位模块

移动放射源跟踪定位模块就是利用GPS或北斗系统，采用GPS-LBS 双重定位，对放射源源箱及射线装置进行准确跟踪定位，实现放射源实时定位、数据通信、路径查询、紧急报警、实时监控等监测功能。将放射源及射线装置的位置信息实时传输回系统终端，便于平台管理人员随时监控源的动态和轨迹。

3.6 放射源作业现场监督模块

放射源作业现场监督模块就是放射源及射线装置到达作业现场后，放射源本体脱离车辆监控设备及源箱定位设备后采取的安全技术手段。可以通过现场架设移动布控球的方式，对作业过程中的放射源移动轨迹、作业人员操作行为、源警示标识、警界线布设、源回收、现场恢复等情况进行远程的视频监督。

从目前国内各油气田及油服企业放射源使用及管理情况看，基础数据模块和调度管理模块还比较落后，大部分处于纸质化和普通通信化阶段，还比较依赖于管源人和用源人的个人素质，没有充分利用电子化、网络化、卫星通信定位等高科技手段。源库监控模块和源运输车辆模块的安全设施已经基本成型，主要是缺少一套完整的系统作为载体。移动放射源跟踪定位模块和放射源作业现场监督模块还处于待开发阶段，也是目前急需开展的模块。因此，对文中所述的6 个模块进行开发、升级和整合，建立一套移动放射源跟踪管控系统，可实现对放射源的无死角管控，全面提高油气田及油服企业对放射源的管控水平，极大降低放射源丢失、失控风险。