基于ROV的TSS440探測系統在井場調查中的應用

摘" 要：該文描述在中國某海域井場海纜調查中，采用ROV搭載TSS440系統，通過設計測線，對井場內的疑似海纜進行調查，ROV搭載吹泥工具對發現的海纜進行除泥，以確認海纜及其路由的情況。研究結果表明，TSS440便于ROV搭載和安裝，通過TSS440的調查結果以及除泥后海纜的確認，確定井場中海纜的存在和路由信息，調查結果可靠，為后期的鉆井活動提供寶貴的參考信息。

關鍵詞：TSS440；水下機器人；井場調查；海纜；探測系統

中圖分類號：TP242" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）13-0186-04

Abstract： Through investigating the design of lines of the well site， ROV completed the investigation of the suspected subsea cable inside the well site. Subsequently， ROV equipped with dredging tool removed the mud upon the subsea cable to confirm its existence and routing. The research results show it is convenient for TSS440 to install and connect with ROV. Through the investigation results of TSS440 and the confirmation of subsea cable after mud removal， the existence and routing information of subsea cable in the well site are determined， and the investigation results are reliable， which provides valuable reference information for later drilling activities.

Keywords： TSS440; Remotely Operated Vehicle; well site survey; subsea cable; detection system

近年來，海上油氣勘探和開發的步伐逐漸加快，海上鉆井活動日益活躍。伴隨著全球信息服務技術的發展，海底光纜通信技術在此大環境下發展異常迅速，同時，國家高度重視海洋開發和海防建設，在中國海域已鋪設大量海底光纜及電纜[1-4]。鉆井活動區域與海纜路由不可避免地出現重合區域。為了防范鉆井安全事故的發生，需要在鉆井作業前對就位區域進行井場調查，一方面對就位及鉆井過程中可能遇到的地質災害和可能危及鉆井作業安全的地質因素進行評估和預測，另一方面需對井場內可能存在的水下設施（如光纜）進行調查，以便在就位及鉆井過程中采取相應的防范措施，確保作業人員、鉆井平臺及水下已有設施的安全。目前常規的井場調查技術如單波束測深、側掃聲吶、淺地層剖面、單道地震、多道地震、磁力探測以及鉆探取樣等[5-7]，但是對于尺寸較小，尤其是處于掩埋狀態的海纜，常規的地球物理方法如淺地層剖面儀、磁力儀等技術難以準確的探測。

TSS440地下管線探測設備是英國TSS企業研制的性能卓越管道追蹤機器設備，其不但能檢測管線的路由器部位，還可以檢測管線的埋深與懸跨，主要用途十分廣泛。此設備廣泛應用于海管道安裝時調研和海管年審等，針對檢驗管道是很有效的。TSS440一般安裝于ROV（遙控無人潛水器，Recnote Operted Vehicle）上，由ROV帶入開展水中管線檢測工作中。機器設備有2種特性：一是可靠性高，且比較容易上手操作；二是具備非介入性，且不必須在海管上載入額外追蹤數據信號來測試海管。因其實際操作應用十分簡單，檢測結論相對來說精確，并且對海管沒有任何危害，不會影響管線的正常運轉，受到工程項目多方親睞。對于海纜調查，主要采用專門的海纜追蹤系統，其中TSS350amp;440系統目前在掩埋海管、海纜調查中應用廣泛。而對于井場中海纜的調查，由于難于確認其載波狀態，TSS350系統難以利用，因此ROV搭載TSS440系統進行井場內光纜調查成為首選。目前國內井場調查以常規手段為主，如果在井場范圍內存在已知的海纜或常規井場調查發現疑似海纜，確認海纜是否真實存在以及路由信息便成為鉆探活動前的重要事項。在未知海纜準確路由的情況下，通過ROV搭載TSS440對井場內疑似海纜的調查，確定掩埋海纜的路由，為海上鉆探活動提供了安全保障，為井場內已有水下設施的確認提供了新的方法和保障。

1" 設備的選型和使用

1.1" 作業設備介紹

TSS440是依據物理“變化的磁場形成靜電場，變動的靜電場造成電磁場”的基本原理，在檢測電磁線圈時載入脈沖電壓，當浪涌電流穿過線圈時，會在電磁線圈周邊產生一個電磁場。在電磁場范圍之內，金屬材料管道也會產生一個轉變工作電壓，因此在管道上都會有變化的電流量。這一電流量會到管道周邊產生一個變化的磁場，電磁線圈內部結構也會帶來感應電壓。TSS440系統可以檢測這一感應電壓。這一感應電壓的形狀總寬就表明了檢測電磁線圈與檢測物間的距離。離電磁場核心越遠，檢測物所產生的感應電動勢越低，進而檢測電磁線圈所產生的感應電壓也越低。TSS440設備一共有左、中、右3個檢測電磁線圈，各自傳出感應磁場，獲得磁感應脈沖電壓。因為3個電磁線圈和海管間距不一樣，所得到的脈沖電壓數據信號也有所不同，利用3個電磁線圈檢測的信息，綜合運算得出檢測物精確坐標，并通過高度測量儀獲得線圈的相對高度，檢測物質就等同于電磁線圈與檢測物的安全距離減掉線圈的相對高度。選用英國Teledyne TSS公司的TSS440管線和電纜測量系統，TSS440主要由水面控制單元、水下供電/電子艙、測量線圈和高度計等組成（圖1）。

ROV使用中海輝固公司組裝的125匹CFCV1500系列ROV系統。配備4個水平和4個垂直液壓推進器、Schilling TITIAN 4七功能智能機械手和Schilling Rigmaster五功能重型機械手，采用光纖通訊。作業支持船為“華鯤”三用工作船（圖2）。

水面和水下定位選用輝固公司Starfix.G2全球差分定位服務和Sonardyne USBL水下定位系統以及其他輔助工具（圖3）。

1.2" 設備連接

使用非金屬材質的螺桿固定TSS440系統至ROV上（圖4），線圈距離ROV的距離不小于0.8 m。ROV提供TSS440系統的電力供應以及信號傳輸的通道。測量線圈和高度計數據經過水下電子倉采集后，通過ROV光纖式傳輸至水面控制單元。

TSS440機器設備各部分安裝、連接穩定之后，在下水之前需要對系統進行測試。檢測時，根據機器設備使用的頻率計，在檢測電磁線圈周邊挪動，假如顯示屏上面有信號顯示轉變，表明TSS機器設備狀況良好。假如無信號顯示，表明通信連接出現問題。可嘗試改變連接光端機的3根電纜線，互換其位置，重連。

1.3" 水下背景補償

ROV搭載TSS440下水后，當系統上電熱機工作15～20 min以后進行，距離所有導體大于10 m處通過軟件進行自動背景補償，來消除ROV自身給系統帶來的背景噪聲。所選區域要盡量平坦，避免周圍存在深溝或巖石，且該區域不能有任何的埋藏導體或裸露碎片，在背景補償過程中確保440系統處于一個非常穩定的狀態。

在背景補償完成以后，將ROV移動到另外一個“干凈”的區域，在整個移動過程中信號強度的變化不應該大于±10 μV，將ROV坐到海底然后檢查信號的強度確保該強度穩定在0±10 μV。

2" 測線設計和調查

2.1" 設計測線

根據井口位置、井場預調查的結果、海圖、國家海洋局光纜數據等制作的井場光纜調查測線設計。

2.2" 光纜路由調查和確認

1）對2條疑似光纜路由進行調查，ROV以此路由為中心，進行寬度50 m的S形掃查，如果某處發現光纜目標，ROV將沿著光纜的走向進行進一步調查，確定其在此區域的路由。

2）ROV沿著測線進行調查。如果在某處發現光纜目標，ROV將沿著光纜的走向進行進一步調查，確定其在此區域內的路由，定位打點記錄疑似電纜存在點。

3）如果第2步發現數個疑似光纜存在點，則對這些點進行連線，ROV以此為中心對這些連線進行掃查，確認有無光纜存在。

在光纜調查作業過程中，當TSS440測線調查獲得持續的信號響應時，為了校準信號是否為光纜，選擇掩埋較淺的位置，使用ROV搭載吹泥工具對TSS440調查響應區域進行吸泥作業，使被埋金屬物（光纜）裸露于海底，ROV用攝像頭觀察并確認。

3" 目標物的反饋和確認

TSS440可以實時將探測的信號強度呈現在ROV操作員面前，以此來判斷目標物。通過處理可以將各種信息疊加在視頻上，如作業時間、坐標、艏向和水深等。在調查過程中，一旦測量線圈探測到金屬目標物，線圈就會有明顯的電壓反饋。當TSS440可以持續探測到金屬目標物時，會出現連續的信號反饋實線。當有信號反饋時，可以同時得到目標物的埋深等數據。

通過對井場的調查，發現一條國際光纜，未發現疑似光纜。同時發現一處信號反饋點，后續通過清理海泥對探測結果進行確認。

ROV搭載吹泥工具對發現的信號反饋點進行除泥。除泥過程中，適時使用TSS440系統探測目標物的埋深和位置，以保證作業效率。根據反饋信號以及國際光纜的調查結果，對發現的一處信號反饋點以及光纜選擇一處電壓反饋信號較強、埋深較小的位置進行除泥。作業過程應時刻關注水流、能見度等狀態，如果需要調整工具的位置，需等待水清后進行，防止對光纜造成損傷。

單獨一處信號反饋點去除表面海泥后，ROV發現金屬塊狀物，證明了TSS440系統的準確性和靈敏性。對發現的疑似光纜路由某處進行清理表面海泥后，發現光纜，進而確定了光纜的路由。為后續鉆井和油田開發提供了寶貴的信息。

4" 結論

選用TSS440探測設備對井場內的海纜開展懸跨檢驗，可達到精確度高、檢驗周期時間短、數據信息全方位且數據精度高等條件，并具有使用方便、可以極大降低失誤的發生、降低事故的風險和對井場并未有深度的限制等優點。總而言之，TSS440系統較好地解決了常規井場調查時，對于直徑較小，掩埋的海纜難以準確調查這一難題，對于掩埋的海纜（一般埋深小于1.5 m），可以準確定性調查海纜的路由信息，保障了鉆井作業的安全。TSS440系統安裝在ROV上，同時結合高清攝像頭及水下定位設備，作業方式安全、簡便。ROV搭載TSS440進行井場調查時，實時將反饋信號結果呈現在檢測屏幕上，可以有效指導ROV調查過程，便于發現目標物。通過對信號反饋點海泥移除后的檢查，發現目標物的存在，證實了TSS440系統調查結果的準確性，表明ROV搭載TSS440進行井場內的海纜調查是一種有效的方式。隨著海底海纜越來越多，同時海上鉆探活動日益頻繁，當井場存在未知海纜或管線時，ROV作為一種安全、經濟的檢測載體，搭載TSS440系統應用于井場調查會越來越廣泛。

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