2天津海金德石油工程技术有限公司深圳南山分公司 天津 518055
3深圳海油工程水下技术有限公司 广东深圳 518068
4天津海金德石油工程技术有限公司深圳南山分公司 天津 518055
摘要：海底管线是海上油气田生产设施的重要组成部分，在海洋油气工业中发挥着重要作用，必须定期或适时对其进行检测以保障其安全运营。水下机器人（ＲＯＶ）以其综合优势成为进行水下结构物检测的有效载体并被广泛应用。介绍了利用ＲＯＶ进行海底管线检测的综合作业系统，以及主要检测方法及基本原理。根据实践经验，对影响作业效果的因素进行了讨论并提出相应对策。
关键词：ＲＯＶ；海底管线；检测
１ＲＯＶ系统介绍
水下机器人是一种具有智能功能的水下潜器。可分为载人与不载人、有缆和自治等不同类型。目前，发展最快、最为成熟且应用最为广泛的一种就是ＲＯＶ。从１９５３年第１艘无人遥控潜水器问世至今，全球已有各种品牌类型的ＲＯＶ数量超过１０００台。
ＲＯＶ通过配置摄像头、多功能机械手，携带具有多种用途和功能的声学探测仪器以及专业工具进行各种复杂的水下作业任务。根据ＩＭＣＡ标准，按作业能力可以分为５级：一级是纯观察型，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设备；二级是带有负载能力的观察型，能够带有简单设备完成水下观察作业；三级是工作型，通常情况下带有机械手，能够完成水下较为复杂的工作；四级是拖曳爬行类，主要指挖沟机和挖沟犁等；五级是原型或改进型，包括那些改进的或特殊用途的又不能归于其他级别的ＲＯＶ。
２海底管线ＲＯＶ检测技术
2.1外观检查
外观检查包括一般目视检查（ＧｅｎｅｒａｌＶｉｓｕａｌＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）和详细目视检查（Ｃｌｏｓｅ／ＤｅｔａｉｌｅｄＶｉｓｕａｌＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ＣＶＩ，ＤＶＩ）。
一般外观检查的目的了解管线整体状况，发现大的异常情况，包括阳极块腐蚀及消耗情况。详细目视检查是通过清理表面海生物对异常或重要位置进行进一步的详细检查。
ＲＯＶ携带彩色摄象头以及装有的ＢＯＯＭ系统可以保证在能见度大于１ｍ的情况下对海底管线进行全方位调查，可以直观观察海底管线上部的情况，左侧和右侧的海底管线状况，可以判断出管线的涂层、节点、阳极、标号以及异常、损伤情况。同时，通过利用事件记录软件（Ｅｖｅｎｔｉｎｇ）记录对应ＫＰ位置的异常信息。
2.2电位测量
为了防止海底管线在海水环境中的腐蚀，常常采用安装牺牲阳极进行阴极保护和涂层防腐的方法。通过阳极块水下电位测量（ＣａｔｈｏｄｉｃＰｏ－ｔｅｎｔｉａｌ，ＣＰ）可以评定防腐系统性能和保护效果。为了使管线得到充分保护，阴极保护电位值必须保持在一定的范围内，该范围的上限成为保护电位。当电位比保护电位更正是，则欠保护，反之为过保护。
一般采用ＲＯＶ携带Ａｇ／ＡｇＣｌ接触式ＣＰ，测量信号通过ＲＯＶ脐带传输，从水面电压表或者ＲＯＶ录像屏幕读取电位。每次ＲＯＶ潜水检测前后，要按照标准程序使用饱和的甘汞电极对测量电极和仪器进行校准，可接受的标准电位读数范围为：－１０２０～－１０５０ｍＶ。
对于Ａｇ／ＡｇＣｌ参比电极而言，钢在海水中阴极保护电位应该在－８００～－１０５０ｍＶ之间。
2.3管壁厚度测量当发现腐蚀较严重的情况，需要在这些位置进行结构物厚度测量（ＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＴｈｉｃｋｎｅｓｓＧａｕｇｅ，ＵＴ），了解管壁腐蚀情况。
目前广泛采用的超声波测厚方法是利用压电换能器产生的高频声波穿过材料，测量回声返回探头的时间或记录产生共鸣时声波的振幅作为讯号，来检测缺陷或测量壁厚。把相应设备安装在ＲＯＶ上，不受保护涂层的影响，同时数据通过ＲＯＶ脐带缆直接传输至水面系统。
ＵＴ读数的准确性受设备放置及稳定情况影响较大，作业时探头和测量面需要均匀接触，通常需要通过设计专门的ＲＯＶ携带工具进行操作，提高数据稳定及准确性。
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2.4进水杆件探
测进水杆件探测（ＦｌｏｏｄｅｄＭｅｍｂｅｒＤｅｔｅｃｔｉｏｎ，ＦＭＤ）是一种可靠、高效、经济的检测水下构件是否有外壁通透性破损的方法，如漏洞，破裂等等。可以通过超声波或放射线技术，伽玛射线扫描方法目前被广泛应用。
2.5海管悬空高精度测量
通过ＲＯＶ携带双头扫描声纳（ＤｕａｌＨｅａｄＳｃａｎｎｉｎｇＳｏｎａｒ，ＤＨＳＳ）扫描出海底管线的横剖面，通过获得管线底部与海底面的高精度高度差，从而连续获得海管悬空精确高度和长度。
通过控制ＲＯＶ在水下前进的速度和ＤＨＳＳ数据的采样率，可以达到每２ｍ一个剖面数据，覆盖管线左右各３ｍ左右。无论是在何种能见度下都可以得到准确的数据。利用ＤＨＳＳ获得的海底管线纵剖数据结合深度／高度计计算出的最终水深数据就可以得到海底管线的纵剖面图。
同时可以对采集的数据进行现场处理，快速获得管线悬空数量以及每个悬空的长度与高度，以便能快速制定修复计划和方案。
2.6掩埋情况调查
通常海底管线不是完全暴露于海底的，有些部分半掩埋或埋于海底之下，这时我们就需要利用ＴＳＳ４４０管／缆跟踪探测仪调查海管位置和埋深。
该探测仪采用主动电磁脉冲方式探测导体材料。它包括水下测量线圈、水下电子单元、水下供电单元和水面单元以及高度计。探测海管时，探测线圈内的脉冲电流诱使海底管线产生脉冲电流，利用３个独立的线圈检测目标诱导电流的磁场，通过比较每个线圈所获得的探测距离来非常精确地判断目标物的位置，通过同步使用高度计获得目标物的埋藏深度。所探测的导体目标物无需外部输入跟踪信号。
以上是一些目前主要广泛应用并成熟的主要海管检测方法，除此之外还有一些如海管泄漏检测等其他方法。
３海底管线ＲＯＶ检测作业系统
海底管线ＲＯＶ检测作业以专门的ＲＯＶ支持船为平台，ＲＯＶ在水下就位于海底管线的上方，并以一定的速度前进，支持船在水上进行跟踪，调查数据通过ＲＯＶ的脐带缆传输到调查船进行数据采集、记录和处理，整个ＲＯＶ管线检测作业系统。
检测作业开始之前需要按照程序对ＤＧＮＳＳ、罗经以及ＵＳＢＬ进行校正和校准。作业开始后把时间、ＲＯＶ位置、事件记录软件、ＤＨＳＳ、ＴＳＳ４４０等数据同步在记录和处理软件中进行记录。
采用高清数字化视频记录仪，通过视频叠加，在录像中实时记录工程相关信息、坐标位置、ＫＰ值、时间以及ＣＰ读数等，同时进行专业人员对作业情况的实时解说。
由于海管检测涉及数据种类较多，存储分散，针对该情况，专门的存储和查阅系统应运而生。它能在同一个可视界面中融合位置、地形、数字视频、事件记录以及各种检测数据。该系统与数据采集、处理和报告一体化，可以全方位存储所有采集处理后的全面数据信息，并可以非常快速直观地查询特定位置的海管所有检测数据。
４讨论
4.1通常情况下选用ＤＰ船作为ＲＯＶ检测作业的支持船舶，要求一定的甲板面积和承载力以及吊机辅助。ＤＰ船具有良好的位置控制能力，能大大增加ＲＯＶ的作业安全性，特别是在海况较差，以及在复杂水下结构进行作业的情况下。
4.2使用ＲＯＶ进行管线检测时，选用具有较好负载力的工作型ＲＯＶ是非常必要的，既要保证一定抗海流能力，还要考虑能否搭载外部设备以及数据传输通道等问题。
4.3有些海域海底底层水流大、海水浑浊，对ＲＯＶ进行管线检测作业带来较大困难。需要选配大马力ＲＯＶ之外，还应配置双频识别声纳（ＤＩＤＳＯＮ）等特殊设备提高作业质量。
结束语：
随着海洋石油开发不断向深水迈进，以及ＲＯＶ相关技术的不断发展，ＲＯＶ在海洋油气田水下设施检测的应用将更加广泛，代替饱和潜水和潜水员进行更多的水下作业类型，ＲＯＶ携带的探测和调查类设备也会越来越多。总之，ＲＯＶ以其经济费用低、工作效率高、安全保障足的优势，必将会在海洋石油工业领域发挥越来越大、越来越重要的作用。
参考文献：
［１］李明高，李昕，冯新，等．波流作用下海底管—土相互作用研究综述［Ｊ］．中国海洋平台，２００７，２２（０４）：２３－３１．
论文作者:林晓1, 田阿龙2,,徐卫星3,,赵强4
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/25
标签：管线论文; 作业论文; 水下论文; 海底论文; 电位论文; 测量论文; 数据论文; 《基层建设》2017年第9期论文;