海底管線檢測(cè)中應(yīng)用水下機(jī)器人ROV的原理及影響作業(yè)效果的因素

孫元宏，任峰，崔運(yùn)璐

國(guó)家海洋局北海海洋技術(shù)保障中心

海底管線檢測(cè)中應(yīng)用水下機(jī)器人ROV的原理及影響作業(yè)效果的因素

孫元宏，任峰，崔運(yùn)璐

國(guó)家海洋局北海海洋技術(shù)保障中心

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源資源的需求不斷增加，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步為能源資源的開(kāi)發(fā)和加工提供了技術(shù)支持。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和完善的實(shí)踐中，海洋石油開(kāi)發(fā)逐步向深海區(qū)域發(fā)展，其中包括海底管線和水下井口等在內(nèi)的水下工程設(shè)施的作業(yè)維修，海底管線是海上油氣田生產(chǎn)設(shè)施的一部分，具有重要的作用，需要對(duì)其進(jìn)行定期檢查和防護(hù)，水下機(jī)器人是一種比較實(shí)用的水下作業(yè)工具，在海底管線的檢測(cè)中具有重要作用，對(duì)海洋石油工程項(xiàng)目的作用日益重要。

海底管線檢測(cè)；水下機(jī)器人ROV；作業(yè)效果

目前我國(guó)海洋石油的發(fā)展已經(jīng)逐漸完善，已經(jīng)擁有八十多個(gè)油氣田，海洋已經(jīng)逐漸成為我國(guó)最重要的油氣開(kāi)發(fā)區(qū)域，為了適應(yīng)海洋油田開(kāi)發(fā)的強(qiáng)度，滿足我國(guó)海洋油氣開(kāi)發(fā)的發(fā)展程度，我國(guó)助教愛(ài)叫你加強(qiáng)海底管線的建設(shè)，海底管線的安全應(yīng)用和使用壽命已經(jīng)成為油田生產(chǎn)的重要保證。海上油氣田水下設(shè)施檢測(cè)潛水作業(yè)方式主要有水下機(jī)器人ROV和飽和潛水等方式，ROV是無(wú)人有纜遙控水下機(jī)器人，能夠在深海領(lǐng)域和復(fù)雜的環(huán)境中作業(yè)，具有重要優(yōu)勢(shì)，對(duì)海底管線監(jiān)測(cè)具有重要作用。

1.水下機(jī)器人ROV應(yīng)用原理

水下機(jī)器人是我國(guó)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重要成果，深海作業(yè)具有一定的風(fēng)險(xiǎn)和難度，但是深海資源優(yōu)勢(shì)又是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要財(cái)富，具有大量的資源能源，因此水下機(jī)器人的發(fā)明有助于國(guó)家對(duì)珍貴的深海石油資源加以開(kāi)采和加工使用，以幫助經(jīng)濟(jì)更加快速發(fā)展。水下機(jī)器人ROV是一種具有智能功能的水下潛水器，水下機(jī)器人還包括載人水下機(jī)器人和不載人水下機(jī)器人以及有纜和自治等不同的機(jī)器人類型。利用水下機(jī)器人進(jìn)行海底管線檢測(cè)就是以ROV作為載體，使水下機(jī)器人搭載多種專業(yè)的檢測(cè)設(shè)備，用來(lái)對(duì)船舶等作業(yè)平臺(tái)加以支持，順利完成對(duì)海底管線的檢測(cè)。當(dāng)前水下機(jī)器人已經(jīng)逐漸發(fā)展成為運(yùn)用最廣泛和抓緊成熟的水下機(jī)器哦人就是ROV。ROV主要是通過(guò)攝像頭探測(cè)以及多功能機(jī)械手和聲學(xué)探測(cè)儀器等方面功能進(jìn)行水下負(fù)責(zé)任務(wù)作業(yè)，ROV根據(jù)其作業(yè)能力和任務(wù)完成強(qiáng)度可以分為五個(gè)等級(jí)，其中一級(jí)主要是指水下機(jī)器人值進(jìn)入深海區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，無(wú)法攜帶任何的作業(yè)設(shè)備和實(shí)施工具。第二等級(jí)是指可以攜帶簡(jiǎn)單的工具進(jìn)行深海觀察作業(yè)，第三等級(jí)主要指水下機(jī)器人在進(jìn)入深海時(shí)可以攜帶機(jī)械手，可以完成較為復(fù)雜的工作，而水下機(jī)器人第四等級(jí)可以進(jìn)行水下爬行，主要是具有挖溝功能，第五等級(jí)是指經(jīng)過(guò)改進(jìn)和創(chuàng)新又不能歸于其他級(jí)別，用于其他方面的水下機(jī)器人。當(dāng)前我國(guó)的水下機(jī)器人的不斷升級(jí)中，主要以工作行的機(jī)器人為主，工作型ROV已經(jīng)成為應(yīng)用更廣泛的水下機(jī)器人。

水下機(jī)器人ROV的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括鉆井支持、工程建造支持等內(nèi)容，特別是在生產(chǎn)期間的檢測(cè)和維護(hù)，其中包括對(duì)海底管線的檢測(cè)。

2.海底管線檢測(cè)中ROV影響因素

當(dāng)前各個(gè)國(guó)家都在不斷完善本國(guó)的探測(cè)技術(shù)以及勘探工具，水下機(jī)器人正是在國(guó)家對(duì)技術(shù)創(chuàng)新和為人們謀福利的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的，并不斷由初級(jí)向高級(jí)演變，隨著水下機(jī)器人功能的逐漸完善，使用ROV進(jìn)行海底管線檢測(cè)已經(jīng)吃呢個(gè)位常見(jiàn)的、成熟的作業(yè)方式，對(duì)水下機(jī)器人ROV的應(yīng)用也越來(lái)越多，應(yīng)用領(lǐng)域范圍不斷擴(kuò)大。和物理探測(cè)方式相比，它可以利用自身的攝像功能直接客觀反映海底管線的情況，及時(shí)對(duì)海底管線進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，對(duì)海底管線進(jìn)行高精度地測(cè)量。而海底管線測(cè)量中水下機(jī)器人ROV的最終作業(yè)成果是由水下機(jī)器人的型號(hào)、攝像系統(tǒng)的功能水下機(jī)器人的飛行姿勢(shì)以及作業(yè)船的性能和海域情況等多方面的因素影響的，在這些因素的共同作用下產(chǎn)生海底管線檢測(cè)的作中結(jié)果。

（一）水下機(jī)器人的性能。水下機(jī)器人的性能對(duì)海底管線的檢測(cè)具有最直接的影響，水下機(jī)器人目前根據(jù)其本身的功能主要可以分為五個(gè)等級(jí)，在這些等級(jí)的影響下，不同型號(hào)機(jī)器人的作用也是不同的。選用具有負(fù)載力的工作型ROV能夠保證抵抗一定的海流，解決搭載設(shè)備的難題以及數(shù)據(jù)傳遞的問(wèn)題。對(duì)海底管線的檢測(cè)需要選擇勘探功能比較好的水下機(jī)器人類型，對(duì)海底管線檢測(cè)需要絕對(duì)精確，將探測(cè)過(guò)程中的額情況清晰傳達(dá)給工作人員，并且對(duì)海底管線的情況加以記錄，這就需要性能較好的水下機(jī)器人，如果選擇不符合檢測(cè)要求的水下機(jī)器人就會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果和實(shí)際情況不符合，不僅會(huì)造成成本浪費(fèi)，也會(huì)對(duì)之后的海底石油探測(cè)作業(yè)產(chǎn)生不良影響。

（二）作業(yè)船的性能。在進(jìn)行海底管線勘測(cè)過(guò)程中，通常會(huì)使用作業(yè)船作為水下作業(yè)的支撐和基地，一般情況下海底管線檢測(cè)工作作業(yè)時(shí)所選用的船舶一般是性能良好，能夠支撐ROV水下作業(yè)的DP船，要求船舶的甲板面積和承受力達(dá)到作業(yè)支撐標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠容納吊機(jī)等作業(yè)輔助工具。在船舶的選擇中以來(lái)年更好的控制能力和加強(qiáng)ROV作業(yè)的安全性為主要因素，而大多數(shù)的海底管線檢測(cè)作業(yè)會(huì)選擇DP船作為作業(yè)船，以保證及時(shí)在環(huán)境復(fù)雜，海域較差的環(huán)境下仍能夠進(jìn)行正常作業(yè)。

（三）水下定位系統(tǒng)。水下定位系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確提供水下機(jī)器人ROV的具體位置，能夠?qū)⒑５坠芫€的具體路線和位置以及檢測(cè)作業(yè)所有具體情況加以記錄，同時(shí)也能夠通過(guò)定位系統(tǒng)給作業(yè)船提供作業(yè)信息，定位系統(tǒng)的精確程度決定著作業(yè)效果的好壞，水下定位系統(tǒng)的精確程度和穩(wěn)定程度對(duì)作業(yè)順利完成也具有關(guān)鍵作用，會(huì)對(duì)海底監(jiān)測(cè)的最終數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。在水下檢測(cè)作業(yè)時(shí)接入水下定位系統(tǒng)要注意做好固定工作，使支架具有一定的抗壓能力，嚴(yán)格按程序?qū)χЪ苓M(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)，非作業(yè)期間及時(shí)收回探頭。

（四）高性能的攝像系統(tǒng)。海底管線檢測(cè)需要對(duì)管線的情況進(jìn)行精細(xì)考察，因此，在考察的過(guò)程中就需要配置高清并且具有數(shù)字化功能的攝像系統(tǒng)，通過(guò)高功能的攝像系統(tǒng)獲取高質(zhì)量的視頻資料和清晰的數(shù)據(jù)資料。在進(jìn)行海底管線檢測(cè)時(shí)，作業(yè)過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，因此需要在作業(yè)的過(guò)程中不斷對(duì)攝像頭進(jìn)行有效調(diào)整，同時(shí)要及時(shí)調(diào)整攝像目標(biāo)和攝像的位置，對(duì)攝像光線不斷調(diào)整，方便對(duì)海況進(jìn)行判斷，為了能夠保證海底管線檢測(cè)結(jié)果符合實(shí)際情況，高性能的攝像系統(tǒng)是檢測(cè)作業(yè)中必須具備的條件，否則不僅會(huì)影響檢測(cè)效果，也會(huì)影響整個(gè)石油開(kāi)采作業(yè)的結(jié)果，所以采用高性能的攝像系統(tǒng)至關(guān)重要。

結(jié)束語(yǔ)

隨著海洋開(kāi)發(fā)石油不斷向深海發(fā)展，水下機(jī)器人技術(shù)的不斷改進(jìn)，ROV在水下設(shè)施檢測(cè)中的作用越來(lái)越重要，ROV在海洋工業(yè)領(lǐng)域以經(jīng)費(fèi)低、效率高的優(yōu)勢(shì)逐漸發(fā)揮重要作用，需要不斷加強(qiáng)對(duì)其技術(shù)完善和發(fā)展。

[1]鄧元保.海底電纜水下檢測(cè)機(jī)器人仿真技術(shù)研究[D].大連海事大學(xué),2014.

孫元宏（1980-），男，山東人，漢，本科，工程師，主要研究方向：電氣自動(dòng)化、ROV；

任峰（1982-），男，山東人，漢，本科，工程師，主要研究方向：海洋工程、ROV；

崔運(yùn)璐（1976-），男，山東人，漢，本科，高級(jí)工程師，主要研究方向：機(jī)械、ROV。