淺談有纜水下機器人在海洋石油工業中的應用

【摘要】隨著海洋石油工業迅猛發展，有纜水下機器人（ROV）在海洋石油工業中的應用日益增多。本文結合工程實際，介紹了在海洋石油工業中ROV水下作業的內容，分析了ROV的優點及應用中常見的問題。

【關鍵詞】ROV；海洋石油工業；水下作業

近年來，海洋石油工業飛速發展，水下作業深度和難度不斷加大。隨著計算機技術和自動化技術的進步，一種能夠攜帶多種探測儀器和工具的有纜水下機器人（ROV）應運而生。與潛水員水下作業相比，ROV水下作業具有工作范圍廣、勞動強度高、安全可靠等優點。因此，ROV在海洋石油工業中發揮著愈來愈重要的作用，廣泛地用于導管架安裝、油氣管道的鋪設、設施檢修等水下作業過程中。

1.ROV及ROV系統

1.1 ROV

水下機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]。當前，技術最成熟和應用最廣泛的是有纜式水下機器人。第一艘ROV誕生于1953年，至今世界上已有成千上萬臺各種品牌的ROV。

IMCA根據作業能力將ROV分為五級，如表1所示。當前應用最廣泛的是第三級ROV，該級別ROV已發展至第五代。

表1 ROV的分類

圖1 ROV系統組成圖

1.2 ROV系統

ROV系統包括水下作業部分、水上控制部分和臍帶纜三部分[2]。水上控制部分一方面監視和控制水下設備，另一方面為水下載體提供動力；水下作業部分執行水上控制部分發出的命令，完成作業任務；臍帶纜是水上控制部分和水下作業部分之間的橋梁，具有傳遞信息和傳輸動力的作用。ROV系統主要由發電機、控制間修理間、收放系統（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的應用

在海洋石油工業中，ROV應用于導管架安裝、油氣管道的鋪設，設施檢修等各方面[3]。

2.1 導管架安裝

導管架安裝主要分為地質勘查、導管架下水及安裝后檢查三步。

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

（2）導管架下水：利用ROV的USBL水下定位系統和水下攝像頭等設備完成高精度的定位與固定，使得其達到工程技術要求。

（3）安裝后檢查：為確保安裝質量，可用ROV的水下攝像頭檢查導管架各部位的情況。包括井口基盤的情況、導管架腿有無變形、定位銷是否對準等。

2.2 油氣管道鋪設

油氣管道鋪設主要包括鋪設管道、解起始纜扣、放膨脹彎、安裝水泥壓塊、鋪設后檢查幾個階段。

（1）鋪設管道：在此階段，可利用ROV的水下定位系統確定著床點位置以便調整張緊器張力；整個階段在視頻監控系統的監控下進行，引導鋪管船鋪觀，使得管道正確鋪設。

（2）解起始纜扣：管道鋪設完成后，利用ROV機械手解開起始纜扣，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的水下高精度聲學定位系統和視頻系統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：在視頻系統的引導下，通過機械手將水泥塊精確地壓在膨脹彎上，保證膨脹彎的穩性。

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

2.3 設施檢修

海洋石油工業設施工作條件惡劣，尤其是受到嚴重的化學腐蝕，因此需對其進行定期檢查，確保作業安全。ROV可攜帶超聲波測厚儀、電位儀、渦流檢測儀、磁粉探傷儀及水下攝像頭等儀器檢查設施是否安全。

3.ROV的優缺點

與潛水員水下作業相比，ROV不僅能到達潛水員難以到達的地方作業，而且可完成高強度工作，同時工作人員僅僅在水面操控潛水器，工作環境相對安全。

但是，在ROV水下作業過程中，常會遇見以下問題：

（1）臍帶纜纏繞：臍帶纜纏繞可分為臍帶纏繞纜水下結構物、潛水器被漁網等雜物纏繞。臍帶纜纏繞輕則使得作業短時中斷，重則使潛水器丟失。據報道，近年來潛水器纏繞事故多發，損失不小。作業時，應盡量使潛水器遠離水下結構物及雜物。

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

4.結語

ROV提高了海洋石油工業的水下作業效率和質量，拓寬了水下作業的內容。隨著水下作業深度和難度不斷加大，工程對ROV的性能提出了更高的要求。隨著科學技術的發展，ROV技術將不斷發展和完善，ROV在海洋石油工業上應用也會越來越廣泛。

參考文獻

[1]彭學倫.水下機器人的研究現狀與發展趨勢[J].機器人技術與應用，2004（4）：43-47.

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

[3]劉陽.ROV在深水海底電纜鋪設中的應用研究[J].湖南農機，2010（3）：34-35.

作者簡介：徐國（1993—），男，湖北武漢人，研究方向：動力機械及自動化。

通訊作者：鄭衛剛。