如何提升ROV淺水作業(yè)能力

邱可，張殷朝(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

淺水鋪管作業(yè)在海油工程領(lǐng)域?qū)儆诒容^成熟的作業(yè)類型，國(guó)內(nèi)的淺水鋪管作業(yè)船一般同時(shí)搭載潛水員和ROV，潛水員和ROV負(fù)責(zé)完成水下施工作業(yè)部分，協(xié)助布設(shè)海管起始錨和起始封頭、鋪設(shè)過(guò)程監(jiān)控、臨時(shí)解鉤棄管和掛鉤起管以及布設(shè)終止封頭等作業(yè)。潛水員完成法蘭對(duì)接、水下焊接等精細(xì)操作，ROV完成常規(guī)檢測(cè)和監(jiān)控作業(yè)等。在實(shí)際作業(yè)中，ROV的作業(yè)能力直接影響項(xiàng)目的施工效率和完成質(zhì)量。ROV的作業(yè)能力主要受ROV作業(yè)半徑、能見(jiàn)度、定位信號(hào)、系統(tǒng)高溫以及操作人員綜合素質(zhì)等因素影響。

1 增大ROV淺水作業(yè)半徑

鎧裝臍帶纜ROV作業(yè)半徑是指以ROV入水點(diǎn)為圓心，作業(yè)點(diǎn)距離入水點(diǎn)的直線距離。帶有臍帶纜管理系統(tǒng)(tether management system，TMS)的ROV，臍帶纜的長(zhǎng)度一般為400～1 500 m，ROV作業(yè)半徑是指以TMS為圓心，作業(yè)點(diǎn)距離TMS的直線距離。因此深水作業(yè)帶有TMS時(shí)，ROV的作業(yè)半徑基本等同于臍帶纜的長(zhǎng)度。而淺水作業(yè)中，由于水太淺，TMS和ROV不能形成合適的高度差，臍帶纜會(huì)因?yàn)樵赥MS出纜口長(zhǎng)期摩擦而損壞。同時(shí)淺水中伴隨有漁網(wǎng)、礁石等障礙物，軟纜可能會(huì)被纏繞或摩擦損壞。因而，淺水作業(yè)中通常采用鎧裝臍帶纜直連ROV的配置方式，可以避免臍帶纜受損，但由于鎧裝臍帶纜的自身重量以及拖拽在海底面形成的摩擦力，會(huì)大幅度消耗ROV向前的有效推力，其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致ROV的飛行距離即作業(yè)半徑會(huì)減小[1]。

在某鋪管項(xiàng)目中，作業(yè)水深為6～40 m，海管的著泥點(diǎn)距離ROV入水點(diǎn)為180～340 m 之間，當(dāng)采用Free-Swimming(鎧裝臍帶纜直連ROV)的方式操作時(shí)，由于鎧裝臍帶纜自身的重力、摩擦力以及海流等因素，ROV的飛行直線距離只有180 m 左右，當(dāng)超出180 m 之后，即使是全功率輸出，ROV將不能正常飛行，無(wú)法進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。針對(duì)這一難題，制定了在鎧裝臍帶纜外表面加裝可拆卸式浮力塊，用于抵消鎧裝臍帶纜自身的重力和摩擦力的影響。通過(guò)仿真模擬，計(jì)算出單塊浮力塊的上浮力、浮力塊數(shù)量、安裝位置、安裝間距等?，F(xiàn)場(chǎng)釋放ROV操作步驟如下：第一步，ROV在船舷外從A吊解鎖；第二步，通過(guò)收放系統(tǒng)將鎧裝臍帶纜移至靠近船舷0.5 m 處；第三步，按照預(yù)先設(shè)計(jì)間隔距離安裝浮力塊?，F(xiàn)場(chǎng)回收ROV操作過(guò)程與釋放過(guò)程相反。在項(xiàng)目實(shí)踐中，利用這種在鎧裝臍帶纜表層安裝浮力塊的方式，可以很大程度上增大ROV的作業(yè)半徑，可以有效完成距離船尾340 m 左右的著泥點(diǎn)監(jiān)控作業(yè)。鎧裝臍帶纜加裝浮球示意圖如圖1所示。

圖1 鎧裝臍帶纜加裝浮球示意圖

2 減少能見(jiàn)度的影響

水下能見(jiàn)度是影響ROV作業(yè)能力的最重要指標(biāo)之一。淺水海域中，受潮汐和洋流的影響，水下經(jīng)常是呈現(xiàn)泥沙混合懸浮狀態(tài)，當(dāng)ROV推進(jìn)器動(dòng)作時(shí)，極易攪動(dòng)泥沙，造成渾濁。國(guó)內(nèi)渤海和東海淺水區(qū)能見(jiàn)度大多時(shí)候是在0.5 m 左右，極大地影響ROV的飛行操作。在這種能見(jiàn)度條件下，ROV搭載普通的避障聲納、普清攝像頭以及鹵素?zé)羰遣蛔阋酝瓿伤伦鳂I(yè)任務(wù)。通過(guò)實(shí)踐證明，ROV搭載二維成像聲納、高清攝像頭以及LED燈(如圖2所示)，在同等自然能見(jiàn)度條件下能明顯增加可視化程度，進(jìn)而提高作業(yè)效率和減少安全風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際淺水鋪管作業(yè)中，在進(jìn)行著泥點(diǎn)監(jiān)控時(shí)，需要判斷海管是否全部著泥，但在著泥點(diǎn)處海管與海底面接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的沙塵和泥土，這使攝像頭不能夠得到清晰的圖像，可以通過(guò)二維成像聲納掃描出的圖像來(lái)判斷是否完全著泥(如圖3所示)。

圖2 高清攝像頭成像效果

圖3 二維成像聲納監(jiān)控海管過(guò)水泥壓塊

3 增強(qiáng)定位信號(hào)

ROV作業(yè)時(shí)，需要搭載定位信標(biāo)，用于引導(dǎo)ROV水下飛行路徑和提供方位顯示。在淺水鋪管作業(yè)中，大多采用的是超短基線(ultra short baseline，USBL)定位技術(shù)，由于水太淺，同時(shí)受定位探頭安裝深度和角度的影響，當(dāng)ROV距離探頭較遠(yuǎn)后，信標(biāo)和探頭不能實(shí)時(shí)通信，導(dǎo)致定位信號(hào)閃跳或丟失，影響ROV操作安全和作業(yè)效率。如果制作成高度和方位可調(diào)節(jié)的定位探頭收放桿，可以根據(jù)探頭距離ROV的遠(yuǎn)近進(jìn)行相應(yīng)的高度和角度調(diào)節(jié)，以增強(qiáng)定位信標(biāo)和定位探頭的實(shí)時(shí)信息互通能力，提升定位精度，保證ROV作業(yè)安全以及海管鋪設(shè)的精度。另外，一般作業(yè)只搭載Transponder信標(biāo)，距離較遠(yuǎn)時(shí)可以搭載Responder信標(biāo)，可以有效增強(qiáng)定位信號(hào)穩(wěn)定性。

4 減少溫度對(duì)設(shè)備的影響

ROV正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中動(dòng)力系統(tǒng)會(huì)持續(xù)發(fā)熱。在深水環(huán)境中，水溫較低，在海水流動(dòng)過(guò)程中，可以帶走ROV自身發(fā)出的熱量，因此在深水環(huán)境中不用考慮散熱問(wèn)題。但在淺水環(huán)境下，海水溫度較高，加上ROV運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的熱量，單純的通過(guò)海水流動(dòng)散熱可能會(huì)造成ROV系統(tǒng)高溫報(bào)警甚至故障。為了解決這一問(wèn)題，采取以下措施：第一，將所有的push-lock的補(bǔ)償管全部換成壓制液壓管，主要是預(yù)防因?yàn)楦邷卦斐蓀ush-lock管膨脹后脫落，繼而發(fā)生系統(tǒng)漏油、主系統(tǒng)失壓現(xiàn)象；第二，電子艙內(nèi)部加裝散熱裝置，用于加速光端機(jī)散熱，減小系統(tǒng)高溫宕機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)；第三，適時(shí)調(diào)小ROV輸出功率，減小負(fù)載，降低發(fā)熱速率；第四，ROV完成一項(xiàng)作業(yè)任務(wù)后，需要在水下待機(jī)時(shí)，不能使ROV坐在海底(相當(dāng)于水平推進(jìn)器沒(méi)有動(dòng)作)，這樣不利于系統(tǒng)油循環(huán)冷卻散熱，因此可以通過(guò)手動(dòng)操作方式，使推進(jìn)器動(dòng)作，保持ROV處于懸浮狀態(tài)，有利于系統(tǒng)液壓油循環(huán)冷卻散熱。通過(guò)以上措施，整個(gè)項(xiàng)目期間未發(fā)生因高溫導(dǎo)致的ROV設(shè)備故障。

5 提升操作人員綜合能力

ROV淺水作業(yè)的操作風(fēng)險(xiǎn)看似比深水作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)要小，實(shí)則未然。淺水作業(yè)時(shí)，鎧裝臍帶纜有很長(zhǎng)一段需要拖拽在海底面，其最大的風(fēng)險(xiǎn)就是纏繞風(fēng)險(xiǎn)。淺水作業(yè)水域一般是靠近海岸線，常年會(huì)有漁網(wǎng)、礁石等障礙物，能見(jiàn)度條件較差時(shí)極易發(fā)生纏繞風(fēng)險(xiǎn)，這就要求ROV操作人員必須具有較高的綜合能力，避免發(fā)生纏繞。若發(fā)生纏繞時(shí)，操作人員思維要清晰、操作要謹(jǐn)慎，及時(shí)解除險(xiǎn)情。因此作為ROV操作人員，要認(rèn)識(shí)到淺水作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)隱患，針對(duì)不同的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)任務(wù)制定針對(duì)性的預(yù)防措施，減少風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性。

6 結(jié)語(yǔ)

近幾年的項(xiàng)目實(shí)踐中，ROV在海油工程領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，尤其在深水工程中，常規(guī)的空氣潛水和飽和潛水無(wú)法滿足深水作業(yè)要求，而ROV具有千米級(jí)的水深作業(yè)能力，因此ROV就成為了深水作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置。但目前淺水作業(yè)中的應(yīng)用還未普及，但如果ROV的淺水作業(yè)能力提升了，以后的運(yùn)用也會(huì)越來(lái)越多，文章主要分析了如何提升ROV淺水作業(yè)能力，對(duì)ROV操作人員具有一定的借鑒意義，也為ROV在淺水海油工程的運(yùn)用提供參考。