水下机器人在海上石油工程中的应用探讨

刘军

（中海辉固地学服务（深圳）有限公司，广东 深圳 518067）

海洋蕴藏着大量如海洋生物、海底矿产等自然资源，是至关重要的一个交通运输通道。水下机器人是对海洋进行深入探索的重要载体之一，已经得到了人类的广泛重视，在海洋活动中至关重要。海洋中有着大量的石油资源，我国石油开发在深水区域进行中，油田开发水下设施的安装及检修工作难度不断加大，对于潜水员来说也成为一大难题。在此背景下，水下机器人（ROV）随之出现，其可以代替潜水员完成一些水下工作。当前，因ROV具备良好的性价比，不管是下水还是出水都很便利，加之其对于环境可以很快的适应，使之在海上石油工程中得到了广泛的应用。本文则基于此，对水下机器人在海上石油工程中的应用进行了详细的探讨。

1 水下机器人概述

水下机器人（ROV，Remotely Operated Vehicle）属于当前海洋探索使用非常广泛的一种工具。其可以在水下三维空间随意运作，以外挂摄像头、避障声纳以及管线跟踪器为基础，运用多功能机械手及相关工具，便能够有效实现水下工作。水下机器人的系统主要由以下几个部分构成，分别为水下潜器（或中继器件TMS）、收放系统（A吊及绞车等）、脐带缆、控制系统以及动力系统。

以作业能力来对其进行分类，主要包含有4种：第一种属于纯观察型，这种水下机器人只能在水下进行观察，无法实施其他水下作业；第二种属于具备负载能力的观察型，这种水下机器人可以携带一些简单的设备进行水下观察；第三种属于作业型，这种水下机器人拥有机械手，可以实施一些复杂度较高的水下作业；第四种属于爬行类，这种水下机器人指的是挖沟机和挖沟犁等。

2 水下机器人在海上石油工程中的应用现状

2.1 水下机器人在导管架安装及设施检修中的应用

（1）导管架安装。导管架安装主要涉及到三个步骤，分别为地质勘查、导管架下水以及安装后检查。①地质勘查：海床水平度会在很大程度上影响导管架的安装质量，导管架在下水的过程中，首先需利用ROV携带声纳、USBL水下定位系统以及水下摄像头等来对海床的具体状况进行详细的勘查，以此来为导管架着床后位置端正提供保障。②导管架下水：通过对ROV的USBL水下定位系统及水下摄像头等进行运用，提高定位与固定的精准性，从而实现工程技术目标。③安装后检查：通过对ROV的水下摄像头进行运用，来详细检查导管架，了解其各个部位的具体情况，可以为安装质量提供有力保证。在此之中，主要涉及到井口基盘状况、导管架腿变形情况以及定位销对准情况等。

（2）设施检修。海上石油工程面临的工作环境十分恶劣，特别是容易遭到化学腐蚀作用，所以，必须定期对其实施详细的检查，以提高安全性。而ROV能够以超声波测厚仪、涡流检测仪、磁粉探伤仪、电位仪以及水下摄像头等为基础来对设施进行仔细的检查，从而确保作业安全。

2.2 水下机器人在海底管线铺设项目中的应用

（1）工作内容。①水下目视检测。针对管线存在的损伤、废物堆积情况、牺牲阳极情况、管线悬跨情况、管线支撑情况、注水装置情况、连接软管情况以及膨胀环等实施详细的检查。②电位测量。对各个管线的阴极保护电位进行详细的测量。③管线悬跨测量。通过运用声纳来对管线悬跨的长度进行测量。④水下摄影。对于存在的缺陷、异常进行记录，并将管线的重要部位拍摄下来。

（2）检测方法。通过ROV来对海底管线实施详细的检测。工作人员于工作船上对ROV进行控制，使之按指示航行，通过ROV的脐带电缆来将测量信号发送到工作船上，检测人员在计算机处理中心观察所获取的测量信号，从而对管线沿线的具体状况进行检查。当ROV在巡航检测的过程中呈现出阳极块，利用ROV机械手上的CP探头穿插到阳极块中，以此来对阳极块的电位进行测量。工作船利用实时差分GPS定位系统来实施水面定位，ROV则通过水声定位系统来进行水下定位，结合计算机技术的运用，获取ROV和工作船的坐标。

（3）检测程序。

①系统准备。针对ROV、传感器以及各项设备实施详细的检查，并进行校准。

② ROV释放。在工作船舷侧将ROV放入水中，对扫描声纳进行相应的调整，以此把握ROV的航行路线。得知管线位置后，通过ROV来对管线上的指定点进行核查，确保系统正常，从而为系统的有效运行提供保障。

③ROV巡航检测。通过工作人员来对ROV进行控制，使之按照预定的管线进行运作，工作船沿ROV的路线航行。工作人员对ROV左/右舷悬臂上的摄像头进行调整，完善其角度，从而为检测人员更清晰的观察管线情况以及管线周边情况提供便利，将管线损伤情况、废弃物情况、悬跨情况、阳极块情况以及支承情况等记录下来，用摄影机确定其具体位置。通过工作人员来对ROV的扫描声纳进行调整，从而更清晰的展示管线状况和海底断面状况，对管线悬跨的具体长度和高度进行测量。在此过程中，ROV需将所有情况摄影记录下来。

④电位测量。在ROV巡航检测的过程中，若探测到阳极块或者油管的注水装置，则停止。由工作人员将机械手的CP探头穿插到阳极块或者注水装置之中，对阳极块或者注水装置的阳极电位进行精准测量，在此之后便继续巡航。

⑤ROV回收。结束巡航检测之后，回收ROV。如果在巡航检测的过程中出现了问题，需尽快回收ROV，并进行相应的标记。

2.3 水下机器人在海上安全救助方面的应用

在分析海上油田安全保障机制时，需以实际管理需求为基础，结合详细的控制手段，来建立一个科学全面的安全管理模型。海上石油工程经常会出现人员落水或者是船舶遇险等状况，因救生艇的投放存在一定的局限性，所以，要想确保救援及时有效，需构建一个系统化的管理模式。通过对水下机器人进行运用，以遥控手段为基础，可以在天气恶劣的情况下为落水人员投放绳索或者救生圈，以确保落水人员可以得到及时的救助。通常情况下，在建立安全管理模型时，需不断更新整体管控机制及运行体系，而与此同时，也需持续优化控制模型及管理维度。利用水下机器人实施救援，主要是以流线型的分体结构作为载体，组织结构不同便拥有不同的优势与功效。在此之中，浮体和电子舱之间是处于分离状态的，为确保水下机器人不受海流的影响，通常需在电子舱的两侧布设两台推进器，以确保其稳定有效运作。

2.4 水下机器人在安全检测和海生物清理作业中的应用

在我国石油资源的不断开发下，越来越多的海洋平台得到了使用。而与此同时，因受到自然或者是人为的影响，这些海洋工程结构都存在或大或小的损伤。这些损伤或者是故障对于海上石油工程的实施有着很大的威胁，影响了工程实施的安全性与可靠性，还减少了其使用寿命。为提高安全性，需对海洋工程结构实施定期的检查及清理。ROV能够实现多项水下检测及施工作业。在此之中，安全检测主要涉及到牺牲阳极及结构间的电位测量、海生物厚度测量、超声波测厚以及桩基冲刷测量等项目。ROV能够基于自身所拥有的各项工具来完成这些工作。如我国研发的海潜II型遥控潜水器，便在南海的文昌油田以及东海的平湖油田中进行了广泛的运用。另外，在海生物清理方面，能够基于ROV拥有的清洗刷或者是高压水来进行海生物的清理，其不但有着很高的工作效率，同时还安全可靠，能够完成潜水员无法完成的深海作业。在运用ROV进行海生物清理的过程中，需保证ROV有着完善的定位功能，不然则会导致ROV难以到达作业目标位置。ROV主要具备两种水下定位模式：其一为基于机械手来进行锚定，其二为通过动力来进行定位。其中，动力定位主要包含有惯性导航定位、声学定位以及视频定位等模式。主要涉及到水下载体技术、作业工具技术、大功率液压推进技术以及动力定位技术等关键技术。

3 结语

本文对水下机器人在海上石油工程中的应用进行了详细的分析探讨，可以看出，水下机器人在海上石油工程中的应用有着很大的优势。在我国海洋石油开发逐渐自浅水向深水发展的进程下，结合水下机器人的不断发展与完善，ROV将会在海洋工程中得到越来越广泛的应用。

参考文献：

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