淺談?dòng)欣|水下機(jī)器人在海洋石油工業(yè)中的應(yīng)用

【摘要】隨著海洋石油工業(yè)迅猛發(fā)展，有纜水下機(jī)器人（ROV）在海洋石油工業(yè)中的應(yīng)用日益增多。本文結(jié)合工程實(shí)際，介紹了在海洋石油工業(yè)中ROV水下作業(yè)的內(nèi)容，分析了ROV的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用中常見(jiàn)的問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】ROV；海洋石油工業(yè)；水下作業(yè)

近年來(lái)，海洋石油工業(yè)飛速發(fā)展，水下作業(yè)深度和難度不斷加大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，一種能夠攜帶多種探測(cè)儀器和工具的有纜水下機(jī)器人（ROV）應(yīng)運(yùn)而生。與潛水員水下作業(yè)相比，ROV水下作業(yè)具有工作范圍廣、勞動(dòng)強(qiáng)度高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此，ROV在海洋石油工業(yè)中發(fā)揮著愈來(lái)愈重要的作用，廣泛地用于導(dǎo)管架安裝、油氣管道的鋪設(shè)、設(shè)施檢修等水下作業(yè)過(guò)程中。

1.ROV及ROV系統(tǒng)

1.1 ROV

水下機(jī)器人是一種智能化潛水器，主要可分為有纜式（ROV）和自冶式（AUV）[1]。當(dāng)前，技術(shù)最成熟和應(yīng)用最廣泛的是有纜式水下機(jī)器人。第一艘ROV誕生于1953年，至今世界上已有成千上萬(wàn)臺(tái)各種品牌的ROV。

IMCA根據(jù)作業(yè)能力將ROV分為五級(jí)，如表1所示。當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的是第三級(jí)ROV，該級(jí)別ROV已發(fā)展至第五代。

表1 ROV的分類

圖1 ROV系統(tǒng)組成圖

1.2 ROV系統(tǒng)

ROV系統(tǒng)包括水下作業(yè)部分、水上控制部分和臍帶纜三部分[2]。水上控制部分一方面監(jiān)視和控制水下設(shè)備，另一方面為水下載體提供動(dòng)力；水下作業(yè)部分執(zhí)行水上控制部分發(fā)出的命令，完成作業(yè)任務(wù)；臍帶纜是水上控制部分和水下作業(yè)部分之間的橋梁，具有傳遞信息和傳輸動(dòng)力的作用。ROV系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)、控制間修理間、收放系統(tǒng)（型架和液壓絞車）、臍帶纜以及水下潛器等組成，如圖1所示。

2.ROV的應(yīng)用

在海洋石油工業(yè)中，ROV應(yīng)用于導(dǎo)管架安裝、油氣管道的鋪設(shè)，設(shè)施檢修等各方面[3]。

2.1 導(dǎo)管架安裝

導(dǎo)管架安裝主要分為地質(zhì)勘查、導(dǎo)管架下水及安裝后檢查三步。

（1）地質(zhì)勘查：海床水平度對(duì)導(dǎo)管架安裝質(zhì)量有較大的影響，在導(dǎo)管架下水之前，需要ROV攜帶聲納、USBL水下定位系統(tǒng)、水下攝像頭等設(shè)備下水勘查海床情況，使得導(dǎo)管架著床后不傾斜。

（2）導(dǎo)管架下水：利用ROV的USBL水下定位系統(tǒng)和水下攝像頭等設(shè)備完成高精度的定位與固定，使得其達(dá)到工程技術(shù)要求。

（3）安裝后檢查：為確保安裝質(zhì)量，可用ROV的水下攝像頭檢查導(dǎo)管架各部位的情況。包括井口基盤的情況、導(dǎo)管架腿有無(wú)變形、定位銷是否對(duì)準(zhǔn)等。

2.2 油氣管道鋪設(shè)

油氣管道鋪設(shè)主要包括鋪設(shè)管道、解起始纜扣、放膨脹彎、安裝水泥壓塊、鋪設(shè)后檢查幾個(gè)階段。

（1）鋪設(shè)管道：在此階段，可利用ROV的水下定位系統(tǒng)確定著床點(diǎn)位置以便調(diào)整張緊器張力；整個(gè)階段在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控下進(jìn)行，引導(dǎo)鋪管船鋪觀，使得管道正確鋪設(shè)。

（2）解起始纜扣：管道鋪設(shè)完成后，利用ROV機(jī)械手解開起始纜扣，或者直接用ROV液壓剪剪斷起始纜。

（3）放膨脹彎：在此階段可利用ROV的水下高精度聲學(xué)定位系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)將管頭法蘭和膨脹彎的位置顯示在水面顯示器上，以便操作人員找到最佳的銜接位置。

（4）安裝水泥壓塊：在視頻系統(tǒng)的引導(dǎo)下，通過(guò)機(jī)械手將水泥塊精確地壓在膨脹彎上，保證膨脹彎的穩(wěn)性。

（5）鋪設(shè)后檢查：ROV攜帶專用剖面聲納調(diào)查儀和水下定位系統(tǒng)，檢查管線在海床中的位置和狀態(tài)。

2.3 設(shè)施檢修

海洋石油工業(yè)設(shè)施工作條件惡劣，尤其是受到嚴(yán)重的化學(xué)腐蝕，因此需對(duì)其進(jìn)行定期檢查，確保作業(yè)安全。ROV可攜帶超聲波測(cè)厚儀、電位儀、渦流檢測(cè)儀、磁粉探傷儀及水下攝像頭等儀器檢查設(shè)施是否安全。

3.ROV的優(yōu)缺點(diǎn)

與潛水員水下作業(yè)相比，ROV不僅能到達(dá)潛水員難以到達(dá)的地方作業(yè)，而且可完成高強(qiáng)度工作，同時(shí)工作人員僅僅在水面操控潛水器，工作環(huán)境相對(duì)安全。

但是，在ROV水下作業(yè)過(guò)程中，常會(huì)遇見(jiàn)以下問(wèn)題：

（1）臍帶纜纏繞：臍帶纜纏繞可分為臍帶纏繞纜水下結(jié)構(gòu)物、潛水器被漁網(wǎng)等雜物纏繞。臍帶纜纏繞輕則使得作業(yè)短時(shí)中斷，重則使?jié)撍鱽G失。據(jù)報(bào)道，近年來(lái)潛水器纏繞事故多發(fā)，損失不小。作業(yè)時(shí)，應(yīng)盡量使?jié)撍鬟h(yuǎn)離水下結(jié)構(gòu)物及雜物。

（2）接頭漏水：電器接頭漏水會(huì)使電器失效，使得潛水器無(wú)法正常工作，甚至損壞。在使用前，工作人員需認(rèn)真檢查電器接頭，避免此類事故發(fā)生。

4.結(jié)語(yǔ)

ROV提高了海洋石油工業(yè)的水下作業(yè)效率和質(zhì)量，拓寬了水下作業(yè)的內(nèi)容。隨著水下作業(yè)深度和難度不斷加大，工程對(duì)ROV的性能提出了更高的要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，ROV技術(shù)將不斷發(fā)展和完善，ROV在海洋石油工業(yè)上應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1]彭學(xué)倫.水下機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2004（4）：43-47.

[2]晏勇，馬培蓀，王道炎，高雪官.深海ROV及其作業(yè)系統(tǒng)綜述[J].機(jī)器人，2005，27（1）：82-88.

[3]劉陽(yáng).ROV在深水海底電纜鋪設(shè)中的應(yīng)用研究[J].湖南農(nóng)機(jī)，2010（3）：34-35.

作者簡(jiǎn)介：徐國(guó)（1993—），男，湖北武漢人，研究方向：動(dòng)力機(jī)械及自動(dòng)化。

通訊作者：鄭衛(wèi)剛。