如何提升ROV淺水作業能力

邱可，張殷朝(深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

淺水鋪管作業在海油工程領域屬于比較成熟的作業類型，國內的淺水鋪管作業船一般同時搭載潛水員和ROV，潛水員和ROV負責完成水下施工作業部分，協助布設海管起始錨和起始封頭、鋪設過程監控、臨時解鉤棄管和掛鉤起管以及布設終止封頭等作業。潛水員完成法蘭對接、水下焊接等精細操作，ROV完成常規檢測和監控作業等。在實際作業中，ROV的作業能力直接影響項目的施工效率和完成質量。ROV的作業能力主要受ROV作業半徑、能見度、定位信號、系統高溫以及操作人員綜合素質等因素影響。

1 增大ROV淺水作業半徑

鎧裝臍帶纜ROV作業半徑是指以ROV入水點為圓心，作業點距離入水點的直線距離。帶有臍帶纜管理系統(tether management system，TMS)的ROV，臍帶纜的長度一般為400～1 500 m，ROV作業半徑是指以TMS為圓心，作業點距離TMS的直線距離。因此深水作業帶有TMS時，ROV的作業半徑基本等同于臍帶纜的長度。而淺水作業中，由于水太淺，TMS和ROV不能形成合適的高度差，臍帶纜會因為在TMS出纜口長期摩擦而損壞。同時淺水中伴隨有漁網、礁石等障礙物，軟纜可能會被纏繞或摩擦損壞。因而，淺水作業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，會大幅度消耗ROV向前的有效推力，其結果會導致ROV的飛行距離即作業半徑會減小[1]。

在某鋪管項目中，作業水深為6～40 m，海管的著泥點距離ROV入水點為180～340 m 之間，當采用Free-Swimming(鎧裝臍帶纜直連ROV)的方式操作時，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，當超出180 m 之后，即使是全功率輸出，ROV將不能正常飛行，無法進行相關作業。針對這一難題，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。通過仿真模擬，計算出單塊浮力塊的上浮力、浮力塊數量、安裝位置、安裝間距等?，F場釋放ROV操作步驟如下：第一步，ROV在船舷外從A吊解鎖；第二步，通過收放系統將鎧裝臍帶纜移至靠近船舷0.5 m 處；第三步，按照預先設計間隔距離安裝浮力塊。現場回收ROV操作過程與釋放過程相反。在項目實踐中，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的作業半徑，可以有效完成距離船尾340 m 左右的著泥點監控作業。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 減少能見度的影響

水下能見度是影響ROV作業能力的最重要指標之一。淺水海域中，受潮汐和洋流的影響，水下經常是呈現泥沙混合懸浮狀態，當ROV推進器動作時，極易攪動泥沙，造成渾濁。國內渤海和東海淺水區能見度大多時候是在0.5 m 左右，極大地影響ROV的飛行操作。在這種能見度條件下，ROV搭載普通的避障聲納、普清攝像頭以及鹵素燈是不足以完成水下作業任務。通過實踐證明，ROV搭載二維成像聲納、高清攝像頭以及LED燈(如圖2所示)，在同等自然能見度條件下能明顯增加可視化程度，進而提高作業效率和減少安全風險。在實際淺水鋪管作業中，在進行著泥點監控時，需要判斷海管是否全部著泥，但在著泥點處海管與海底面接觸時會產生大量的沙塵和泥土，這使攝像頭不能夠得到清晰的圖像，可以通過二維成像聲納掃描出的圖像來判斷是否完全著泥(如圖3所示)。

圖2 高清攝像頭成像效果

圖3 二維成像聲納監控海管過水泥壓塊

3 增強定位信號

ROV作業時，需要搭載定位信標，用于引導ROV水下飛行路徑和提供方位顯示。在淺水鋪管作業中，大多采用的是超短基線(ultra short baseline，USBL)定位技術，由于水太淺，同時受定位探頭安裝深度和角度的影響，當ROV距離探頭較遠后，信標和探頭不能實時通信，導致定位信號閃跳或丟失，影響ROV操作安全和作業效率。如果制作成高度和方位可調節的定位探頭收放桿，可以根據探頭距離ROV的遠近進行相應的高度和角度調節，以增強定位信標和定位探頭的實時信息互通能力，提升定位精度，保證ROV作業安全以及海管鋪設的精度。另外，一般作業只搭載Transponder信標，距離較遠時可以搭載Responder信標，可以有效增強定位信號穩定性。

4 減少溫度對設備的影響

ROV正常運轉過程中動力系統會持續發熱。在深水環境中，水溫較低，在海水流動過程中，可以帶走ROV自身發出的熱量，因此在深水環境中不用考慮散熱問題。但在淺水環境下，海水溫度較高，加上ROV運轉過程所產生的熱量，單純的通過海水流動散熱可能會造成ROV系統高溫報警甚至故障。為了解決這一問題，采取以下措施：第一，將所有的push-lock的補償管全部換成壓制液壓管，主要是預防因為高溫造成push-lock管膨脹后脫落，繼而發生系統漏油、主系統失壓現象；第二，電子艙內部加裝散熱裝置，用于加速光端機散熱，減小系統高溫宕機的風險；第三，適時調小ROV輸出功率，減小負載，降低發熱速率；第四，ROV完成一項作業任務后，需要在水下待機時，不能使ROV坐在海底(相當于水平推進器沒有動作)，這樣不利于系統油循環冷卻散熱，因此可以通過手動操作方式，使推進器動作，保持ROV處于懸浮狀態，有利于系統液壓油循環冷卻散熱。通過以上措施，整個項目期間未發生因高溫導致的ROV設備故障。

5 提升操作人員綜合能力

ROV淺水作業的操作風險看似比深水作業風險要小，實則未然。淺水作業時，鎧裝臍帶纜有很長一段需要拖拽在海底面，其最大的風險就是纏繞風險。淺水作業水域一般是靠近海岸線，常年會有漁網、礁石等障礙物，能見度條件較差時極易發生纏繞風險，這就要求ROV操作人員必須具有較高的綜合能力，避免發生纏繞。若發生纏繞時，操作人員思維要清晰、操作要謹慎，及時解除險情。因此作為ROV操作人員，要認識到淺水作業的風險隱患，針對不同的作業環境和作業任務制定針對性的預防措施，減少風險發生的可能性。

6 結語

近幾年的項目實踐中，ROV在海油工程領域發揮了重要的作用，尤其在深水工程中，常規的空氣潛水和飽和潛水無法滿足深水作業要求，而ROV具有千米級的水深作業能力，因此ROV就成為了深水作業的標準配置。但目前淺水作業中的應用還未普及，但如果ROV的淺水作業能力提升了，以后的運用也會越來越多，文章主要分析了如何提升ROV淺水作業能力，對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用提供參考。