饱和潜水在海洋工程中的应用

刘贞飞 严国华 陈雷 高峰 张印桐 刘金刚

摘 要：本文介绍了饱和潜水的概念、系统构成和组织机构。结合饱和潜水在南海工程项目中的应用，阐述了饱

和潜水施工过程和特点，表明了饱和潜水技术在中国海洋工程中应用的广阔前景。最后结合饱和潜水与ROV在海洋工程中的配合使用，将饱和潜水技术与ROV技术做对比。

关键词：饱和潜水海洋工程应用

潜水技术在海洋工程中具有举足轻重的作用，潜水方式分为常规潜水和饱和潜水两种类型。目前饱和潜水技术被广泛应用于南海50m～200m水深范围内海管安装、检测与维修以及FPSO（Floating Production Storage and Offloading vessel，浮式生产储油轮）单点系泊系统安装等常规海洋工程中。

饱和潜水概念和原理

饱和潜水技术是根据潜水医学家Bond提出的 “饱和潜水”理论的基础上发展起来的。所谓“饱和潜水”理论是指潜水员在高气压环境下长时间暴露，使其体内各组织中的气体达到完全饱和，在此基础上，只要环境压力不发生改变，不论暴露时间多长，其减压时间是相等的。例如：在100m深度停留作业24小时和长时间停留24天，最后可以用完全相同的减压时间一次性安全的减压出水。因此，潜水员每次水下作业不受时间限制，这样可以完成大量的水下作业任务，提高潜水作业效率。

饱和潜水技术的优越性可以归纳为：

1、增加潜水作业深度，提高水下作业灵活性

目前常规潜水作业最大深度停留在120m左右，而饱和潜水作业深度目前已突破700m。饱和潜水另一个特点是“不减压”巡回潜水作业，这一特点大大提高了水下作业的灵活性。所谓“巡回”潜水是指潜水员在某一高压环境下达到完全饱和后，可以根据“巡潜深度-时程极限表”潜到比饱和深度稍深或稍浅的某一深度，并可以在此停留一段时间，然后不经过加压或减压过程直接回到饱和深度。这样潜水员就可以在无需加压或减压的情况下，在一定水深范围内进行持续的施工作业。在上述巡潜深度范围内，巡潜时间可以不受限制，不必加压或减压回到饱和深度，不必在饱和深度停留休息，同时还可以进行不间断潜水作业。

2、延长水下作业时间，提高潜水作业效率

常规空气潜水在水深60m最大潜水时间为360min，减压时间需要1057min，潜水作业效率为25%。常规氦氧混合气在水深100m最大潜水时间为180min，减压时间需要1165min,潜水作业效率约为13%。而混合气饱和潜水在水深100m作业时间可达到42480min，减压时间约为5040min，潜水作业效率为89%。因此，饱和潜水大大延长潜水员水下作业时间，有效提高潜水员水下作业效率。

3、潜水受作业环境影响小，安全性高

海洋潜水作业最大问题是作业环境变化无常。当海况变差时，饱和潜水可以利用潜水钟将潜水员不经减压运送至水面减压舱内休息或减压。当海况好转后，可以继续入水作业。因此，饱和潜水受水下作业环境影响相对较小。

饱和潜水在海洋工程中的应用

近几年中国南海由饱和潜水实施的常规海洋工程有：海底管线与电缆的铺设、检测与维修，海管除蜡，海管悬跨段治理，安装立管，安装膨胀弯，安装电缆护管，安装FPSO单点系泊系统，FPSO单点系泊系统弃置，海底管线穿越FPSO锚系作业等。

1、饱和潜水施工流程

饱和潜水系统一般装载在动力定位船上进行施工作业。在码头进行饱和潜水系统装船作业大约需要1个月时间，对系统安装完成后进行系统调试，调试成功后潜水员即可进入减压舱内加压至作业水深压强，做好施工准备。加压时间较快捷，2个小时即可达到100m水深压强。

按照ADCI潜水规范，饱和潜水作业对海况的要求条件为：风速≤25knots，流速≤2.5knots，浪高≤2.5m。饱和潜水系统初到项目施工现场，潜水作业前需要3个小时准备时间，其中包括设备启动运转及潜水员准备时间。对于规格为2人潜水钟的系统，1名潜水员出钟作业，另外1名潜水员在钟内作为备用和照料潜水员。对于规格为3人潜水钟的系统，2名潜水员出钟作业，第三名潜水员留在钟内作为备用和照料潜水员。潜水员作业范围与脐带长度相关，一般在40m半径范围内。按照ADCI潜水规范，潜水钟每次入水作业时间为8小时，每名潜水员进行一次潜水作业返回减压舱后，须要休息12小时才能进行下一次潜水作业。

只要有潜水员在减压舱内，潜水支持船附近必须有潜水员逃生应急设备守护。潜水应急设备由一个内装应急发电机、减压设备、管线和线路的集装箱和若干组气瓶组构成，一般装载在守护拖轮上。要求守护拖轮距离潜水支持船2小时航程以内。

2、饱和潜水在常规海洋工程中的应用

2.1 安装膨胀弯

潜水员做的工作主要有：潜水员引导吊机拖拉膨胀弯与立管（或平管）法兰对接；法兰组对到位后，穿入螺栓，安装垫圈。对法兰液压紧固；潜水员协助清管试压工作。

2.2 安装立管

潜水员做的工作重要有：潜水员清理桩腿上的海生物；动力定位船吊机下放立管卡子，潜水员将立管卡子的大管卡合拢在桩腿上；调整立管卡子方位，紧固立管卡子；平台上卷扬机下放下段立管入水（上段立管先由平台上的空气潜水员安装到位），潜水员拖拉下段立管至立管卡子的小管卡内；潜水员引导平台上卷扬机提拉下段立管与上段立管法兰组对；法兰组对到位后，穿入螺栓，安装垫圈。对法兰液压紧固。

2.3 安装FPSO单点系统

连接柔性立管过程中，潜水员做的工作主要有：拖拉柔性立管端头与基盘管汇法兰对接，穿入螺栓，安装垫圈；对法兰液压紧固。

连接电缆过程中，潜水员做的工作主要有：潜水员引导动力定位船吊机将电缆拖拉到海底基盘导向槽内，潜水员合拢导向槽上的卡子，将电缆锚固；动力定位船吊机将电缆拖拉到中水浮筒导向槽内，潜水员合拢导向槽上的卡子，将电缆锚固；潜水员将钻采平台电缆护管内的牵引绳连接在电缆端头上，平台上人员通过牵引绳抽拉电缆上平台，潜水员将电缆在电缆护管J-Tube处锚固。

2.4 悬跨段治理

如果海管搭在沙丘上造成悬跨，可由潜水员持高压水枪冲刷或用铁锹等工具清除沙丘顶部管道着泥段处的泥沙，使悬跨段慢慢沉降，达到缩短和消除悬跨的目的。如果海管搭在坚硬的岩石坡顶造成悬跨，可由潜水员在悬跨段下填充砂袋，消除悬跨状况。

2.5 海管除蜡

如果海管被蜡块封堵造成输油不畅通，可从平台立管端头或FPSO立管端头向海管内注入除蜡剂，或者由潜水员从海管上的直管段法兰处向海管内注入除蜡剂。如果此方法仍不能除蜡，需要确定蜡块封堵的具体位置，针对此位置注入除蜡剂。

期间潜水员做的工作主要有：拆除海管上的直管段；在海管端头安装特制盲法兰；将动力定位船上垂下的软管连接到特制盲法兰上，由动力定位船甲板上通过软管向海管内注入除蜡剂；除蜡结束后，潜水员恢复安装直管段。

饱和潜水与ROV配合应用

ROV（Remotely Operated Vehicle，远程操纵运载器），通常称为水下机器人。它是一种由水面控制的高技术水下作业系统，能在水下三维空间自由航行。通过外挂摄像头、避障声纳或管线跟踪器等观察探测外界环境，再结合多功能机械手或其它水下工具，完成一定的水下作业任务。

常规海洋工程施工通常需要饱和潜水与ROV配合作业。简单的操作如挂扣、解扣、切割锚缆或索链、清理小的障碍物等可由ROV完成；复杂的水下作业，如连接法兰、清理海生物、精确地安装作业等由潜水员完成。在施工前由ROV入水预调查，探清水下环境后再由饱和潜水员入水作业。结构和管件的下放、移位或回收过程一般需要ROV监控。一个阶段的施工完成后，往往需要ROV做后调查，确认完工状态。

饱和潜水与ROV作业互有优缺点，又有交叉点。在实际施工作业中，需要根据二者的特点，灵活选择作业方式，取长补短，配合施工。

（作者单位：深圳海油工程水下技术有限公司）