測深儀在海上鉆井平臺上的應用

張磊

（中海石油（中國）有限公司海南分公司工程技術作業(yè)中心，海南 ?？?570100）

進入21 世紀，經(jīng)濟的快速發(fā)展對能源的需求也在不斷地增加，尤其是我國在21 世紀隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，各行各業(yè)對能源的需求不斷增加，加之我國城市化以及人口增加的影響，對能源的需求就更多，隨之對我國的能源開發(fā)要求較高。而在能源的開發(fā)中，不僅有陸地能源開發(fā)，也有海洋能源，海洋能源開發(fā)主要是在海洋上進行能源開采，需要海上鉆井平臺進行作業(yè)操作，而在海上鉆井平臺作業(yè)中，測深儀是其中的重要儀器，利用測深儀對海洋能源開發(fā)的區(qū)域進行勘探和深度測量，進而為海洋能源開發(fā)提供儀器支持。

1 海上鉆井平臺概述

在海洋能源的開發(fā)和勘探中，海上鉆井平臺是其中的重要作業(yè)平臺，在進行作業(yè)的過程中，由于其平臺采用的都是全球最先進的裝備和技術，在進行作業(yè)的過程中，對操作人員的技術要求也較高，海上鉆井平臺就是在海上進行作業(yè)的過程中會涉及一些鉆井的環(huán)節(jié)，這就需要實施鉆井作業(yè)，鉆井的設備有鉆井系統(tǒng)、輔助設備以及生活設施等，而隨著海上區(qū)域不同，其差別也較大，涉及的鉆井平臺也不一樣，常見的海上鉆井平臺主要有自升式平臺、半潛式平臺、深海鉆井船等類型，不同的類型在操作的過程中也需要不同的技術，但是，在進行操作的過程中，由于各種因素的影響其作業(yè)風險較大，首先，高壓就是一個影響海上鉆井平臺的重要因素；其次，就是結構碰撞損傷也是一方面，在進行海上作業(yè)的過程中，海上的設施不只是一個，設施較多有些都在航道附近，海上鉆井平臺的設施在進行作業(yè)的過程中，可能存在一些碰撞的情況，這都會造成相應的風險，同時在海洋上進行作業(yè)的過程中，由于海洋的海況不穩(wěn)定，有時會遇到海風等惡劣天氣，平臺設備在作業(yè)的過程中受到這些不穩(wěn)定海況的影響，就會無法穩(wěn)定運行，加上化學物質(zhì)危害、密閉空間、噪聲以及一些設備在作業(yè)和運行的過程中有些易燃物的擴散會導致爆炸，這些都是可能出現(xiàn)作業(yè)風險的重要因素。因此，在海上鉆井平臺的作業(yè)中，要加強對各個作業(yè)環(huán)節(jié)的監(jiān)督，對一些主要人員的崗位職責、任職資格和培訓等方面進行嚴格審查，并提高海上鉆井平臺的操作技術水平，這樣才能減少海上作業(yè)風險的發(fā)生，進而提高海上能源的開發(fā)。

2 測深儀技術概述

2.1 聲吶系統(tǒng)

在測深儀技術中，聲吶系統(tǒng)作為其中的重要系統(tǒng)之一，在進行海上作業(yè)的過程中具有重要的作用。在進行海上鉆井的工作中，需要提前對作業(yè)的區(qū)域進行勘探，在進行勘探的過程中，對海上的目標進行識別和跟蹤也是其中的重要環(huán)節(jié)，聲吶就是借助聲波在術中傳播速度快以及衰減小的特點對海上的目標進行搜索、定位、識別和跟蹤，在搜索定位識別和跟蹤的過程中，聲吶系統(tǒng)會根據(jù)是否發(fā)出聲波信號進行判斷，主要有主動式聲吶和被動式聲吶，利用聲吶系統(tǒng)在海上鉆井的過程中用于回聲測量、聲音導航和定位，這樣在遇到惡劣的海上環(huán)境時，可以提供安全技術保障，并保障海上鉆井工作的正常作業(yè)。

2.2 回聲測量系統(tǒng)

在測深儀中，回聲測量系統(tǒng)也是其中的一個重要系統(tǒng)，在回聲測量系統(tǒng)中，主要是利用回聲聲波的原理對深度進行測量，常說的聲波原理主要是利用發(fā)聲體的振動在空氣或其他物種中傳播的物質(zhì)，這種傳播物質(zhì)就叫作聲波，我們?nèi)粘Ｖ械穆暡軌蚪柚煌慕橘|(zhì)向周邊進行傳播，這種聲波是一種縱波是彈性介質(zhì)中傳播者的壓力振動，其產(chǎn)生的聲波根據(jù)不同的頻率分為次聲波、可聞聲波和超聲波等，其中超聲波在日常生活中應用得較多，回聲測深儀的聲波的頻率大多在20 ～200kHz 千，但是在水中由于受到各種因素的影響其聲波的傳播速度也存在不同，其中回聲測聲儀就是利用聲波在水中的反射對水深進行測量的一種設備和技術，也是目前水深測量中常用的一種水深導航儀器。回聲測深儀主要是由顯示單元、發(fā)射系統(tǒng)、發(fā)射換能器、接收換能器、接收系統(tǒng)以及電源設備等構成，其設備的換能器主要是安裝在鉆井平臺的底部，通過鉆井平臺上的換能器向海底發(fā)射聲波，并接收海底反射的聲波，然后通過鉆井平臺記性信號處理，并對海底深度進行系統(tǒng)的計算，這樣就可以通過計算出鉆井平臺底部與海底之間的距離，如果需要精確的深度測量數(shù)據(jù)，就需要通過處理單元進行計算，圖1 是回聲測深儀表系統(tǒng)的原理圖。

圖1 回聲測深儀表系統(tǒng)工作原理示意圖

但是，回聲測深儀在進行操作的過程中，測深的范圍需要根據(jù)作業(yè)項目的水深進行操作并在深度的計算中，其數(shù)據(jù)計算的精確要符合作業(yè)項目的數(shù)據(jù)計算精確范圍要求，除此以外，回聲測深儀的工作頻率和最大發(fā)射功率的參數(shù)以及設備的生產(chǎn)標準都符合相關要求。

3 測深儀在海上鉆井平臺上的應用

3.1 準備工作

在海上鉆井平臺上準備工作是測深儀在使用中的重要內(nèi)容，測深儀作為海上鉆井作業(yè)中常用的儀器，在使用的過程中并不是直接使用，需要滿足相關的規(guī)范和法規(guī)要求進行操作和使用。首先，在海洋上進行鉆井作業(yè)，其海洋屬于全球共有的資源，在海上鉆井平臺上使用測深儀需要滿足《國際海上人命安全公約》的相關要求，根據(jù)其公約的內(nèi)容和要求科學使用測深儀，這樣可以避免引起國際爭端，同時，在鉆井平臺上使用測深儀要滿足相關法規(guī)的要求，并滿足船級社規(guī)范以及項目建造技術規(guī)格書的相關要求才能使用，因此，測深儀在海上鉆井平臺的使用中并不是可以毫無規(guī)范和法規(guī)就可以使用，需要在合法合規(guī)的要求下才能使用測深儀。

3.2 安裝要求

在海上鉆井作業(yè)中，測深儀在使用前需要對換能器在海上鉆井平臺上進行安裝，在安裝的過程中，需要根據(jù)科學的安裝要求操作，這樣才能保障測深儀在水深高度的測量中獲取精確的數(shù)據(jù)。在測深儀中，換能器不僅是精密的前端信號傳感器，也是測深儀中的重要儀器，需要安裝到海上鉆井平臺上。在安裝的過程中，要避免重壓、裸露在空氣中和跌落，并小心處理，將換能器表面做好防護，并在工程師技術和安裝指導文件下對換能器進行安裝、運輸和操作，在換能器的安裝中，要將其安裝在甲板之間的電纜并盡量敷設在不銹鋼材質(zhì)的電纜管內(nèi)，測深儀的機殼、連接電纜和電纜管需要進行接地安裝，同時，換能器在選擇安裝位置時，要根據(jù)海上鉆井項目的實際情況進行確定，并盡量安裝在鉆井平臺底部相對平坦的位置，檢修閥門配置需要根據(jù)項目建造技術規(guī)則書決定是否安裝，并對閥門的規(guī)格、材質(zhì)和尺寸等參數(shù)進行科學調(diào)整滿足操作的安全穩(wěn)定。在測深儀的安裝中，海上鉆井平臺的底部大多為壓載水艙，可以設置獨立艙室安裝回聲測深儀換能器，并在電源電纜的安裝中根據(jù)海上鉆井平臺的電源配置選擇相應的型號，并要根據(jù)電壓降和電網(wǎng)波動對其進行安裝，此外，要根據(jù)海上鉆井平臺的環(huán)境參數(shù)如環(huán)境溫度以及防護等級等進行設備的安裝，這樣可以便于操作。

3.3 地貌探測

在海上鉆井平臺中，測深儀對測量區(qū)域的海底地貌進行探測也是其中的重要環(huán)節(jié)。在海上鉆井平臺的作業(yè)中，許多鉆井工作都涉及海底的作業(yè)，在進行作業(yè)的過程中，如果海底的地貌較為復雜，這就需要采用高科技的鉆井技術，這樣才能保障鉆井工作的高效率完整，需要對海底的地貌進行探測尤其是在一些油氣勘探開發(fā)的工程項目中。因此，在海上項目的作業(yè)中，油氣勘探工程項目在進行作業(yè)前需要進行早期的評估工作，利用回聲測深儀器不僅要對需要勘探的海洋區(qū)域的水深進行測量，也要對海底的地形和地貌等進行精確的測量，測量后，對水深、地形地貌等數(shù)據(jù)進行精確計算，并將其測量的數(shù)據(jù)作為鉆井平臺挑選合適設備的重要數(shù)據(jù)依據(jù)。同時，在進行海上鉆井工作中，由于不同海洋區(qū)域其深度和地形地貌是不同的，這就需要在換到另一個海洋區(qū)域后，重新借助測深儀對水深高度和地形地貌進行測量，在進行測量的過程中要對測量技術進行嚴格要求，并對水深高度進行實時監(jiān)測，如果測量出的深度不符合作業(yè)要求，要及時進行調(diào)整保障海上鉆井作業(yè)的正常進行。

3.4 數(shù)據(jù)計算

在完成水深高度和地形地貌的測量后，要對其數(shù)據(jù)進行計算，在數(shù)據(jù)計算中對樁腿入泥的深度進行計算也是其中的重點。在海上作業(yè)中，海上鉆井平臺作業(yè)都需要將樁腿打入海洋中，這就需要對樁腿的入泥深度進行計算，在計算樁腿入泥深度中，要先將自升式的鉆井平臺托運到預定的井位后下降樁腿將樁腿插入海底的泥土中，在海底泥土對樁腿的阻力等于或者超過壓樁荷載時樁腿就要靜止，樁腿末端的樁靴在完整的插入海底后，要以最大的壓載能力進行壓載固定，這樣可以保障海上鉆井平臺的定位穩(wěn)定，這時就可以借助回聲測深儀對樁腿入泥的深度進行測量和計算，鉆井船在海上航行或者漂浮的過程中會遇到安全風險，需要在鉆井船上安裝測深儀，可以利用測深儀對作業(yè)的水深高度進行實時精確掌握和監(jiān)測，這樣可以保障鉆井船的安全可靠運行，也能夠避免鉆井船在其他海上區(qū)域作業(yè)中存在安全風險，并通過測深儀對水深的精確測量為其他各項系統(tǒng)的選型設計提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

4 結語

總而言之，在海洋能源的開采中，需要對其開采※區(qū)域進行勘探和深度測量，通過勘探和測量，為后續(xù)的海洋能源開發(fā)提供支持，在使用測深儀進行勘探和測量時要做好準備工作，按照相應的規(guī)范和標準使用，之后根據(jù)安裝要求進行儀器安裝，避免安裝不規(guī)范引起操作事故，然后對需要勘探的區(qū)域進行地貌探測，根據(jù)勘探的數(shù)據(jù)進行計算，這樣可以為海上鉆井平臺的操作提供支持和指導，為海洋能源的開采提供儀器和技術支持。