飽和潛水在海洋工程中的應(yīng)用

劉貞飛 嚴(yán)國(guó)華 陳雷 高峰 張印桐 劉金剛

摘 要：本文介紹了飽和潛水的概念、系統(tǒng)構(gòu)成和組織機(jī)構(gòu)。結(jié)合飽和潛水在南海工程項(xiàng)目中的應(yīng)用，闡述了飽

和潛水施工過程和特點(diǎn)，表明了飽和潛水技術(shù)在中國(guó)海洋工程中應(yīng)用的廣闊前景。最后結(jié)合飽和潛水與ROV在海洋工程中的配合使用，將飽和潛水技術(shù)與ROV技術(shù)做對(duì)比。

關(guān)鍵詞：飽和潛水海洋工程應(yīng)用

潛水技術(shù)在海洋工程中具有舉足輕重的作用，潛水方式分為常規(guī)潛水和飽和潛水兩種類型。目前飽和潛水技術(shù)被廣泛應(yīng)用于南海50m～200m水深范圍內(nèi)海管安裝、檢測(cè)與維修以及FPSO（Floating Production Storage and Offloading vessel，浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油輪）單點(diǎn)系泊系統(tǒng)安裝等常規(guī)海洋工程中。

飽和潛水概念和原理

飽和潛水技術(shù)是根據(jù)潛水醫(yī)學(xué)家Bond提出的 “飽和潛水”理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。所謂“飽和潛水”理論是指潛水員在高氣壓環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間暴露，使其體內(nèi)各組織中的氣體達(dá)到完全飽和，在此基礎(chǔ)上，只要環(huán)境壓力不發(fā)生改變，不論暴露時(shí)間多長(zhǎng)，其減壓時(shí)間是相等的。例如：在100m深度停留作業(yè)24小時(shí)和長(zhǎng)時(shí)間停留24天，最后可以用完全相同的減壓時(shí)間一次性安全的減壓出水。因此，潛水員每次水下作業(yè)不受時(shí)間限制，這樣可以完成大量的水下作業(yè)任務(wù)，提高潛水作業(yè)效率。

飽和潛水技術(shù)的優(yōu)越性可以歸納為：

1、增加潛水作業(yè)深度，提高水下作業(yè)靈活性

目前常規(guī)潛水作業(yè)最大深度停留在120m左右，而飽和潛水作業(yè)深度目前已突破700m。飽和潛水另一個(gè)特點(diǎn)是“不減壓”巡回潛水作業(yè)，這一特點(diǎn)大大提高了水下作業(yè)的靈活性。所謂“巡回”潛水是指潛水員在某一高壓環(huán)境下達(dá)到完全飽和后，可以根據(jù)“巡潛深度-時(shí)程極限表”潛到比飽和深度稍深或稍淺的某一深度，并可以在此停留一段時(shí)間，然后不經(jīng)過加壓或減壓過程直接回到飽和深度。這樣潛水員就可以在無需加壓或減壓的情況下，在一定水深范圍內(nèi)進(jìn)行持續(xù)的施工作業(yè)。在上述巡潛深度范圍內(nèi)，巡潛時(shí)間可以不受限制，不必加壓或減壓回到飽和深度，不必在飽和深度停留休息，同時(shí)還可以進(jìn)行不間斷潛水作業(yè)。

2、延長(zhǎng)水下作業(yè)時(shí)間，提高潛水作業(yè)效率

常規(guī)空氣潛水在水深60m最大潛水時(shí)間為360min，減壓時(shí)間需要1057min，潛水作業(yè)效率為25%。常規(guī)氦氧混合氣在水深100m最大潛水時(shí)間為180min，減壓時(shí)間需要1165min,潛水作業(yè)效率約為13%。而混合氣飽和潛水在水深100m作業(yè)時(shí)間可達(dá)到42480min，減壓時(shí)間約為5040min，潛水作業(yè)效率為89%。因此，飽和潛水大大延長(zhǎng)潛水員水下作業(yè)時(shí)間，有效提高潛水員水下作業(yè)效率。

3、潛水受作業(yè)環(huán)境影響小，安全性高

海洋潛水作業(yè)最大問題是作業(yè)環(huán)境變化無常。當(dāng)海況變差時(shí)，飽和潛水可以利用潛水鐘將潛水員不經(jīng)減壓運(yùn)送至水面減壓艙內(nèi)休息或減壓。當(dāng)海況好轉(zhuǎn)后，可以繼續(xù)入水作業(yè)。因此，飽和潛水受水下作業(yè)環(huán)境影響相對(duì)較小。

飽和潛水在海洋工程中的應(yīng)用

近幾年中國(guó)南海由飽和潛水實(shí)施的常規(guī)海洋工程有：海底管線與電纜的鋪設(shè)、檢測(cè)與維修，海管除蠟，海管懸跨段治理，安裝立管，安裝膨脹彎，安裝電纜護(hù)管，安裝FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)，F(xiàn)PSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)棄置，海底管線穿越FPSO錨系作業(yè)等。

1、飽和潛水施工流程

飽和潛水系統(tǒng)一般裝載在動(dòng)力定位船上進(jìn)行施工作業(yè)。在碼頭進(jìn)行飽和潛水系統(tǒng)裝船作業(yè)大約需要1個(gè)月時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)安裝完成后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試成功后潛水員即可進(jìn)入減壓艙內(nèi)加壓至作業(yè)水深壓強(qiáng)，做好施工準(zhǔn)備。加壓時(shí)間較快捷，2個(gè)小時(shí)即可達(dá)到100m水深壓強(qiáng)。

按照ADCI潛水規(guī)范，飽和潛水作業(yè)對(duì)海況的要求條件為：風(fēng)速≤25knots，流速≤2.5knots，浪高≤2.5m。飽和潛水系統(tǒng)初到項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)，潛水作業(yè)前需要3個(gè)小時(shí)準(zhǔn)備時(shí)間，其中包括設(shè)備啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)及潛水員準(zhǔn)備時(shí)間。對(duì)于規(guī)格為2人潛水鐘的系統(tǒng)，1名潛水員出鐘作業(yè)，另外1名潛水員在鐘內(nèi)作為備用和照料潛水員。對(duì)于規(guī)格為3人潛水鐘的系統(tǒng)，2名潛水員出鐘作業(yè)，第三名潛水員留在鐘內(nèi)作為備用和照料潛水員。潛水員作業(yè)范圍與臍帶長(zhǎng)度相關(guān)，一般在40m半徑范圍內(nèi)。按照ADCI潛水規(guī)范，潛水鐘每次入水作業(yè)時(shí)間為8小時(shí)，每名潛水員進(jìn)行一次潛水作業(yè)返回減壓艙后，須要休息12小時(shí)才能進(jìn)行下一次潛水作業(yè)。

只要有潛水員在減壓艙內(nèi)，潛水支持船附近必須有潛水員逃生應(yīng)急設(shè)備守護(hù)。潛水應(yīng)急設(shè)備由一個(gè)內(nèi)裝應(yīng)急發(fā)電機(jī)、減壓設(shè)備、管線和線路的集裝箱和若干組氣瓶組構(gòu)成，一般裝載在守護(hù)拖輪上。要求守護(hù)拖輪距離潛水支持船2小時(shí)航程以內(nèi)。

2、飽和潛水在常規(guī)海洋工程中的應(yīng)用

2.1 安裝膨脹彎

潛水員做的工作主要有：潛水員引導(dǎo)吊機(jī)拖拉膨脹彎與立管（或平管）法蘭對(duì)接；法蘭組對(duì)到位后，穿入螺栓，安裝墊圈。對(duì)法蘭液壓緊固；潛水員協(xié)助清管試壓工作。

2.2 安裝立管

潛水員做的工作重要有：潛水員清理樁腿上的海生物；動(dòng)力定位船吊機(jī)下放立管卡子，潛水員將立管卡子的大管卡合攏在樁腿上；調(diào)整立管卡子方位，緊固立管卡子；平臺(tái)上卷?yè)P(yáng)機(jī)下放下段立管入水（上段立管先由平臺(tái)上的空氣潛水員安裝到位），潛水員拖拉下段立管至立管卡子的小管卡內(nèi)；潛水員引導(dǎo)平臺(tái)上卷?yè)P(yáng)機(jī)提拉下段立管與上段立管法蘭組對(duì)；法蘭組對(duì)到位后，穿入螺栓，安裝墊圈。對(duì)法蘭液壓緊固。

2.3 安裝FPSO單點(diǎn)系統(tǒng)

連接柔性立管過程中，潛水員做的工作主要有：拖拉柔性立管端頭與基盤管匯法蘭對(duì)接，穿入螺栓，安裝墊圈；對(duì)法蘭液壓緊固。

連接電纜過程中，潛水員做的工作主要有：潛水員引導(dǎo)動(dòng)力定位船吊機(jī)將電纜拖拉到海底基盤導(dǎo)向槽內(nèi)，潛水員合攏導(dǎo)向槽上的卡子，將電纜錨固；動(dòng)力定位船吊機(jī)將電纜拖拉到中水浮筒導(dǎo)向槽內(nèi)，潛水員合攏導(dǎo)向槽上的卡子，將電纜錨固；潛水員將鉆采平臺(tái)電纜護(hù)管內(nèi)的牽引繩連接在電纜端頭上，平臺(tái)上人員通過牽引繩抽拉電纜上平臺(tái)，潛水員將電纜在電纜護(hù)管J-Tube處錨固。

2.4 懸跨段治理

如果海管搭在沙丘上造成懸跨，可由潛水員持高壓水槍沖刷或用鐵鍬等工具清除沙丘頂部管道著泥段處的泥沙，使懸跨段慢慢沉降，達(dá)到縮短和消除懸跨的目的。如果海管搭在堅(jiān)硬的巖石坡頂造成懸跨，可由潛水員在懸跨段下填充砂袋，消除懸跨狀況。

2.5 海管除蠟

如果海管被蠟塊封堵造成輸油不暢通，可從平臺(tái)立管端頭或FPSO立管端頭向海管內(nèi)注入除蠟劑，或者由潛水員從海管上的直管段法蘭處向海管內(nèi)注入除蠟劑。如果此方法仍不能除蠟，需要確定蠟塊封堵的具體位置，針對(duì)此位置注入除蠟劑。

期間潛水員做的工作主要有：拆除海管上的直管段；在海管端頭安裝特制盲法蘭；將動(dòng)力定位船上垂下的軟管連接到特制盲法蘭上，由動(dòng)力定位船甲板上通過軟管向海管內(nèi)注入除蠟劑；除蠟結(jié)束后，潛水員恢復(fù)安裝直管段。

飽和潛水與ROV配合應(yīng)用

ROV（Remotely Operated Vehicle，遠(yuǎn)程操縱運(yùn)載器），通常稱為水下機(jī)器人。它是一種由水面控制的高技術(shù)水下作業(yè)系統(tǒng)，能在水下三維空間自由航行。通過外掛攝像頭、避障聲納或管線跟蹤器等觀察探測(cè)外界環(huán)境，再結(jié)合多功能機(jī)械手或其它水下工具，完成一定的水下作業(yè)任務(wù)。

常規(guī)海洋工程施工通常需要飽和潛水與ROV配合作業(yè)。簡(jiǎn)單的操作如掛扣、解扣、切割錨纜或索鏈、清理小的障礙物等可由ROV完成；復(fù)雜的水下作業(yè)，如連接法蘭、清理海生物、精確地安裝作業(yè)等由潛水員完成。在施工前由ROV入水預(yù)調(diào)查，探清水下環(huán)境后再由飽和潛水員入水作業(yè)。結(jié)構(gòu)和管件的下放、移位或回收過程一般需要ROV監(jiān)控。一個(gè)階段的施工完成后，往往需要ROV做后調(diào)查，確認(rèn)完工狀態(tài)。

飽和潛水與ROV作業(yè)互有優(yōu)缺點(diǎn)，又有交叉點(diǎn)。在實(shí)際施工作業(yè)中，需要根據(jù)二者的特點(diǎn)，靈活選擇作業(yè)方式，取長(zhǎng)補(bǔ)短，配合施工。

（作者單位：深圳海油工程水下技術(shù)有限公司）