ROV吸泥技術研究

齊兵兵

（海洋石油工程股份有限公司安裝事業部，廣東深圳518000）

0 引 言

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

水下吸泥最常用的是ROV（水下機器人）吸泥技術。ROV 吸泥技術是指ROV 搭載吸泥設備進行水下吸泥的技術。在該技術中，將吸泥設備安裝至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 系統控制吸泥泵進行吸泥作業。

1 吸泥技術設備組成

ROV 吸泥技術通常由ROV 系統、吸泥泵及配套管道、液壓管等組成。

1.1 ROV系統

吸泥技術中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，能夠為吸泥泵提供工作所需的液壓動力；3）具有兩只機械手，機械手可以控制吸泥管道按照要求進行吸泥；4）配備監控設備，可以實時監控吸泥效果。

圖1 工作級ROV

1.2 吸泥泵

根據吸泥管直徑大小，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 提供動力驅動吸泥泵進行工作。吸泥口連接吸泥管道，插入泥沙中進行吸泥，吸泥管道需安裝過濾裝置；注水口吸入海水，在吸泥泵內部對吸入的泥沙進行稀釋，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 機械手操作；端頭位置一般安裝結構較強的鋼管，便于ROV機械手操作和破壞土壤結構，提高吸泥效率。

圖3 吸泥管管頭T 形把手

2 吸泥技術施工步驟

海上施工時，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 控制系統操作吸泥泵進行吸泥作業。

2.1 設備安裝

吸泥泵功率較大，在水下作業時容易振動，故需要牢固地安裝在ROV 上。安裝時需要注意以下幾個方面：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 側面進行固定，排泥管長度大于ROV 本體長度，防止將泥沙排進ROV 內部，導致設備損壞。3）吸泥管長度略長于ROV 機械手長度，由ROV 機械手控制，可自由活動。4）因吸泥時ROV 處于海床上，海水渾濁，雜質較多，故注水管口盡可能地固定在ROV 偏上位置，防止注水關口堵塞。5）所有管線必須遠離或避開ROV 推進器，避免推進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 及吸泥泵進行甲板功能測試，確保各項功能正常才能入水作業；3）操作ROV收放系統，下放ROV 及吸泥泵入水；4）ROV 攜帶吸泥泵移動至吸泥位置；5）根據海底海流的流向，調整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，控制機械手使吸泥管口對準吸泥位置；若土壤黏性較大，需要用機械手操作端部管口搗碎海床，然后開始進行吸泥；7）打開吸泥泵控制閥，吸泥泵處于工作狀態；8）ROV 機械手控制吸泥管，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

3 技術特點

目前在300 m 水深以內常用的海床局部處理技術有ROV 吸泥技術和潛水員吸泥技術。潛水員吸泥技術是指潛水員在水下控制吸泥管，船舶甲板上的空氣壓縮機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，造成吸泥管內局部出現真空，吸泥管內部相對外部產生負壓，海水受到壓力作用從底部進入吸泥管內，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，從而達到吸泥的效果[8]。ROV 吸泥技術和潛水員吸泥技術對比如表1 所示。

表1 ROV吸泥技術和潛水員吸泥技術對比

通過對比發現，ROV 吸泥技術有如下特點：1）設備輕便、動復員快捷。ROV 作為海洋工程水下施工必備設備，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。相比于專業的水下吸（吹）泥設備，其體積小、質量輕、便于攜帶運輸、動復員快捷。一旦海上施工需要，可通過船舶、飛機等快速動員至現場。2）設備安裝方便。吸泥泵自身已高度集成，僅需要根據各接口連接管線即可，不需要其他輔助設備。僅耗時1 h 即可安裝至ROV 并完成調試，同時下放及回收也非常便利。3）作業效率高。ROV 水下吸泥效率最高可達4 m3/h，且ROV 及吸泥泵收放效率高，占用時間非常少。例如對于海管維修、結構物安裝等需要小范圍海床吸泥的作業，ROV 吸泥技術僅耗時2～3 h 即可完成吸泥作業。4）可適應任何水深作業。ROV 及吸泥泵作業水深可達3000 m，ROV 吸泥技術已覆蓋國內外所有水深范圍的油氣田管線，可適應任何水深作業。

4 結 語

ROV 吸泥技術具有動復員速度快、操作方便、施工效率高且不受作業水深限制等特點，適用于局部范圍的海床處理，是海洋工程進軍深水領域不可或缺的技術之一。目前ROV 及吸泥泵等設備主要由少數國外公司提供，相關部門應加大海洋工程裝備的研發投入，盡快實現深水作業關鍵設備的國產化，促進國內海洋工程水下作業技術和裝備的進步與發展。