ROV吸泥技術(shù)研究

齊兵兵

（海洋石油工程股份有限公司安裝事業(yè)部，廣東深圳518000）

0 引 言

水下吸泥是海床局部處理的常用方法，通過對一定范圍內(nèi)的海床泥沙進(jìn)行吸泥處理，使其滿足海底管線維修、結(jié)構(gòu)物安裝等要求。例如海管水下維修過程中，為了便于維修設(shè)備的安裝及水下施工，對損壞位置進(jìn)行吸泥作業(yè)；基盤、閥組等水下結(jié)構(gòu)物安裝時(shí)，安裝位置海床平整度達(dá)不到要求，也需要進(jìn)行局部吸泥作業(yè)[1-6]。

水下吸泥最常用的是ROV（水下機(jī)器人）吸泥技術(shù)。ROV 吸泥技術(shù)是指ROV 搭載吸泥設(shè)備進(jìn)行水下吸泥的技術(shù)。在該技術(shù)中，將吸泥設(shè)備安裝至ROV 潛器上，由ROV 潛器提供液壓動力并攜帶至海底，施工人員通過ROV 系統(tǒng)控制吸泥泵進(jìn)行吸泥作業(yè)。

1 吸泥技術(shù)設(shè)備組成

ROV 吸泥技術(shù)通常由ROV 系統(tǒng)、吸泥泵及配套管道、液壓管等組成。

1.1 ROV系統(tǒng)

吸泥技術(shù)中ROV 要求如下：1）工作級ROV，馬力150 hp（111.8 kW）或以上，能夠在水下攜帶吸泥泵自由移動；2）提供配套液壓管道接口，能夠?yàn)槲啾锰峁┕ぷ魉璧囊簤簞恿Γ?）具有兩只機(jī)械手，機(jī)械手可以控制吸泥管道按照要求進(jìn)行吸泥；4）配備監(jiān)控設(shè)備，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控吸泥效果。

圖1 工作級ROV

1.2 吸泥泵

根據(jù)吸泥管直徑大小，吸泥泵可分為3、4、6、10 in等。吸泥管徑越大，所需液壓動力越大。最常用的吸泥泵為4 in 及6 in 吸泥泵，適合 工 作 級ROV 攜帶，如圖2 所示。

吸泥泵主要接口有液壓接口、吸泥口、排泥口、注水口等。液壓接口通過液壓管連接至ROV 上，由ROV 提供動力驅(qū)動吸泥泵進(jìn)行工作。吸泥口連接吸泥管道，插入泥沙中進(jìn)行吸泥，吸泥管道需安裝過濾裝置；注水口吸入海水，在吸泥泵內(nèi)部對吸入的泥沙進(jìn)行稀釋，吸入的泥沙隨著海水一起通過排泥口排出。排泥口連接排泥管道，排泥口直徑一般大于吸泥口直徑。

圖2 4 in 吸泥泵

1.3 配套管道

液壓油管：不同廠家生產(chǎn)的吸泥泵采用不一樣的液壓油管，且與ROV 連接的接口大小與形式也有所不同[7]。圖2 所示為Trithech 公司生產(chǎn)的4 in 吸泥泵，與ROV 連接液壓油管直徑為1 in，接口形式為BSP 形式。注水管：直徑為4 in，長度為1000 mm。排泥管：排泥管直徑為6 in，長度為1500 mm。吸泥管：吸泥管直徑為4 in 軟塑料管，長度為1500 mm。端頭位置安裝T 形把手，方便ROV 機(jī)械手操作；端頭位置一般安裝結(jié)構(gòu)較強(qiáng)的鋼管，便于ROV機(jī)械手操作和破壞土壤結(jié)構(gòu)，提高吸泥效率。

圖3 吸泥管管頭T 形把手

2 吸泥技術(shù)施工步驟

海上施工時(shí)，首先需要將吸泥泵安裝至ROV 潛器上，然后下放ROV 入水，由ROV 攜帶吸泥泵至海床吸泥位置，施工人員通過ROV 控制系統(tǒng)操作吸泥泵進(jìn)行吸泥作業(yè)。

2.1 設(shè)備安裝

吸泥泵功率較大，在水下作業(yè)時(shí)容易振動，故需要牢固地安裝在ROV 上。安裝時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面：1）安裝位置需兼顧ROV 的收放方便及管線布置。一般安裝在ROV 側(cè)面靠前位置，液壓管線與ROV 液壓接口相連，由ROV 提供動力。2）排泥管沿ROV 側(cè)面進(jìn)行固定，排泥管長度大于ROV 本體長度，防止將泥沙排進(jìn)ROV 內(nèi)部，導(dǎo)致設(shè)備損壞。3）吸泥管長度略長于ROV 機(jī)械手長度，由ROV 機(jī)械手控制，可自由活動。4）因吸泥時(shí)ROV 處于海床上，海水渾濁，雜質(zhì)較多，故注水管口盡可能地固定在ROV 偏上位置，防止注水關(guān)口堵塞。5）所有管線必須遠(yuǎn)離或避開ROV 推進(jìn)器，避免推進(jìn)器的螺旋槳損壞管線。吸泥泵安裝后如圖4 所示。

圖4 吸泥泵安裝至ROV

2.2 水下施工

如圖5、圖6 所示，水下施工具體步驟如下：1）施工船舶定位至吸泥位置上方；2）對ROV 及吸泥泵進(jìn)行甲板功能測試，確保各項(xiàng)功能正常才能入水作業(yè)；3）操作ROV收放系統(tǒng)，下放ROV 及吸泥泵入水；4）ROV 攜帶吸泥泵移動至吸泥位置；5）根據(jù)海底海流的流向，調(diào)整ROV 艏向面對海流方向，使排泥管處于流向下方；6）將ROV 放置在海床上，控制機(jī)械手使吸泥管口對準(zhǔn)吸泥位置；若土壤黏性較大，需要用機(jī)械手操作端部管口搗碎海床，然后開始進(jìn)行吸泥；7）打開吸泥泵控制閥，吸泥泵處于工作狀態(tài)；8）ROV 機(jī)械手控制吸泥管，插入海床表面約50 mm深度；9）利用ROV 攝像頭監(jiān)控吸泥效果，逐步增加吸泥深度和范圍，直至滿足施工要求；10）完成吸泥要求后，回收ROV 和吸泥泵至船舶甲板并固定。

圖5 ROV吸泥示意圖

圖6 ROV海底吸泥作業(yè)

3 技術(shù)特點(diǎn)

目前在300 m 水深以內(nèi)常用的海床局部處理技術(shù)有ROV 吸泥技術(shù)和潛水員吸泥技術(shù)。潛水員吸泥技術(shù)是指潛水員在水下控制吸泥管，船舶甲板上的空氣壓縮機(jī)提供高壓空氣并通過輸氣管連接至海底吸泥管，壓縮空氣到達(dá)海底吸泥管道以后，由于浮力的作用沿著管道向上移動，氣體上升過程中由于水深變淺而壓力逐漸變小，氣體逐漸膨脹并排出管外。氣體膨脹排出吸泥管外的過程中，造成吸泥管內(nèi)局部出現(xiàn)真空，吸泥管內(nèi)部相對外部產(chǎn)生負(fù)壓，海水受到壓力作用從底部進(jìn)入吸泥管內(nèi)，攜帶著泥沙與空氣形成氣、水、沙混合物并順著吸泥管道排出，從而達(dá)到吸泥的效果[8]。ROV 吸泥技術(shù)和潛水員吸泥技術(shù)對比如表1 所示。

表1 ROV吸泥技術(shù)和潛水員吸泥技術(shù)對比

通過對比發(fā)現(xiàn)，ROV 吸泥技術(shù)有如下特點(diǎn)：1）設(shè)備輕便、動復(fù)員快捷。ROV 作為海洋工程水下施工必備設(shè)備，通常永久性固定于施工船舶。吸泥泵空氣中重40 kg,水下重17 kg，長×寬×高為550 mm×499 mm×292 mm。相比于專業(yè)的水下吸（吹）泥設(shè)備，其體積小、質(zhì)量輕、便于攜帶運(yùn)輸、動復(fù)員快捷。一旦海上施工需要，可通過船舶、飛機(jī)等快速動員至現(xiàn)場。2）設(shè)備安裝方便。吸泥泵自身已高度集成，僅需要根據(jù)各接口連接管線即可，不需要其他輔助設(shè)備。僅耗時(shí)1 h 即可安裝至ROV 并完成調(diào)試，同時(shí)下放及回收也非常便利。3）作業(yè)效率高。ROV 水下吸泥效率最高可達(dá)4 m3/h，且ROV 及吸泥泵收放效率高，占用時(shí)間非常少。例如對于海管維修、結(jié)構(gòu)物安裝等需要小范圍海床吸泥的作業(yè)，ROV 吸泥技術(shù)僅耗時(shí)2～3 h 即可完成吸泥作業(yè)。4）可適應(yīng)任何水深作業(yè)。ROV 及吸泥泵作業(yè)水深可達(dá)3000 m，ROV 吸泥技術(shù)已覆蓋國內(nèi)外所有水深范圍的油氣田管線，可適應(yīng)任何水深作業(yè)。

4 結(jié) 語

ROV 吸泥技術(shù)具有動復(fù)員速度快、操作方便、施工效率高且不受作業(yè)水深限制等特點(diǎn)，適用于局部范圍的海床處理，是海洋工程進(jìn)軍深水領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)之一。目前ROV 及吸泥泵等設(shè)備主要由少數(shù)國外公司提供，相關(guān)部門應(yīng)加大海洋工程裝備的研發(fā)投入，盡快實(shí)現(xiàn)深水作業(yè)關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化，促進(jìn)國內(nèi)海洋工程水下作業(yè)技術(shù)和裝備的進(jìn)步與發(fā)展。