水下机器人在深水海底电缆维修中应用-任务书

论文导读：发的深水项目将达到180m水深。但是,这也给海底电缆的故障维修带来了新的困难与挑战。海底电缆的故障维修通常包括水下调查、故障点定位、打捞、切割、续接、下放等过程,其中打捞是个非常重要的环节。在渤海海域,由于水深只有30m左右,打捞环节是由潜水员参与完成的。但是,在南海超过100m的水深进行维修作业,潜水员使用空气
摘 要:随着海洋石油开发向深水区域的发展,对于包括海底电缆、海底油气输送管线、水下井口等在内的水下设施的维修工作日益增多。本文通过实例,介绍了水下机器人作为一种实用的水下作业工具,能够在深水海底电缆维修项目中代替饱和潜水作业,并具有突出的经济性,其在海洋石油工程项目中的作用将越发重要。
关键词:水下机器人海洋工程深水海底电缆维修
:A文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0020-02
海洋石油固定式采钻平台(或油轮)间的动力、通讯传输通常都是由铺设在海底的复合电缆来实现的。近年来,随着海洋石油开发不断向深海发展,海底电缆的铺设深度也逐步增加。目前,南海各油田的海底电缆铺设深度平均为100m左右,正在开发的深水项目将达到180m水深。但是,这也给海底电缆的故障维修带来了新的困难与挑战。
海底电缆的故障维修通常包括水下调查、故障点定位、打捞、切割、续接、下放等过程,其中打捞是个非常重要的环节。在渤海海域,由于水深只有30m左右,打捞环节是由潜水员参与完成的。但是,在南海超过100m的水深进行维修作业,潜水员使用空气潜水方式根本无法到达,只有采用成本非常高昂的饱和潜水资源才能到达工作位置,而一旦工作水深超过120m,饱和潜水作业本身也存在很大的风险,致使维修作业无法实施。而水下机器人(ROV)是一种工作于水下的极限作业系统,常规的作业型ROV都可以在1000m的水深进行工作。本文介绍了使用水下机器人代替饱和潜水作业,在深水海底电缆维修项目中的应用。
1水下机器人作业系统简介
水下机器人(ROV,Remotely Operated Vehicle,远程操纵运载器)是当前海洋探索研究最主要的工具之一,通常由操作员在水面作业支持船上控制。它能在水下三维空间自由航行,通过外挂摄像头、避障声纳或管线观察,再结合多功能机械手或其它水下工具,能够完成一定的水下作业任务。就整体系统而言,水下机器人是由水下潜器(有的还带有中继器件TMS)、脐带缆、收放系统(包括A吊,绞车等)、控制系统和动力系统组成的。它的分类按观察和作业能力划分可分为4类:第一类为纯观察型,只能完成水下纯粹的观察作业,不能携带任何水下作业工具和作业设备;第二类为带有负载能力的观察型,能够带有简单的设备完成水下观察作业;第三类为作业型,通常情况下带有机械手,能够完成水下较为复杂的工作;第四类为爬行类,主要指挖沟机和挖沟犁等。
2深水海底电缆维修实例
本文以深水海底电缆维修项目为例,介绍水下机器人的作业过程,设备参数如下。
ROV型号:Quatum 13,150HP,作业型工程支持船:海洋石油709海底电缆规格:ZS-YJQF41+OFC1-26/35-3×240+3×12B1

2.1 故障点调查

故障海底电缆位于惠州25-3平台与惠州32-2平台之间,为三相35kV高压电和3组12芯光纤复合电缆,全长8.9km,铺设水深约105m,由于同时出现了电缆绝缘降低和光纤通信中断的故障而暂停使用。通过OTDR(光时域反射仪)测得光纤故障点位于距离惠州25-3平台约2.0km处。通过水下机器人近距离调查测得距离惠州25-3平台1.2km～1.6km处的海底电缆被向南拖拽偏离了初始铺设路由,最大偏移点的位移达150m(见图1),且该点处的海缆打扭,呈“8”字型。

2.2 维修方案和维修前准备

根据ROV水下调查结果,并考虑维修材料的交货日期,以及施工季节天气变化的不确定性,作业者指定的维修方案分为两个阶段。第一阶段使用交货期较早的一个海缆接头盒尝试进行维修;第二阶段是在第一阶段维修失败的情况下,使用交货期较晚的备用海底电缆和两个海缆接头盒完成维修工作。如果第一阶段修复成功,第二阶段就不必进行。针对该方案,作业者在工程支持船海洋石油709上安装了ROV系统和为125t绞车提供动力的发电机,以及2台16t辅助液压绞车,并改造了船尾尾弧板。一切准备就绪后,工程船出海开始维修工作。

2.3 故障海底电缆打捞

工程船到达现场后,首先完成的动态定位系统测试,并将油田的相关设施输入到定位系统中。工程船移船至海缆故障段上方,下放ROV,开始进行预调查工作。调查结果显示海缆路由与前次故障点调查结果基本相同。调查工作结束,开始海缆打捞工作。
打捞工作主要由船尾A吊绞车和125T大绞车完成。首先由ROV携带一条特制吊带(ERPS,endless round poly sling,见图2)入水,飞行至海底电缆故障点(打扭处),用ROV左机械臂液压机械手抓住ERPS末端的辅助杆,从海底电缆的下方海泥中穿过,再用ROV右机械臂液压钳从海缆另一侧的海泥中夹出辅助杆,并继续拉拽直至ERPS完全处于海缆的正下方。然后用ROV右机械臂液压钳夹住辅助杆,从上方越过海缆,再穿入ERPS一端的环扣,并与左机械臂配合将ERPS在海缆上安装结实。接下来,由船尾A吊绞车下放ROV钩至此特制吊带处,ROV将ROV钩挂在此吊带上,然后船尾A吊绞车回收钢丝绳,提升打捞海缆。同时,施工船需配合缓慢移船,ROV也需配合跟踪着泥点。海缆提升的全过程,都要尽可能使两侧海缆张力相同,并控制好移船和回收海缆的速度,以保证对海缆的保护。海缆被提拉出水后,A吊向内摆源于：大学毕业论文www.7ctime.com
入,甲板人员将125T大绞车钢丝绳连接至此海缆,转移载荷至大绞车,大绞车将海缆拖拉上甲板。甲板人员在海缆上安装拖拉网套,连接至地锚,并将海缆载荷传递给地锚,将大绞车钢丝绳摘除。打捞工作结束。
ROV跟踪着泥点,是为了根据ROV和着泥点之间的距离,计算着泥点与船尾间的距离,进一步得出海缆所承受的张力和最小弯曲半径,由此来控制移船和回收海缆的速度,从而保证海缆回收的安全性。但是ROV跟踪海缆着泥点是非常困难的工作,由于船舶在上下晃动,着泥点处也在海底上下晃动,将海底的泥沙搅起,导致海底能见度差。如果回收海缆用的绞车有张力显示,则可以不需要ROV进行跟踪,从而加快回收速度。本次ROV跟踪着泥点,还有保证两侧海缆同步回收的作用。中专生毕业论文www.7ctime.com