ROV 在海洋 石油设施建设 中的应用
摘要：海洋石油开采设施包括钻井平台，单点系泊系统等，由于是在水下施工，所以需要ROV在施工过程中协助完成，ROV在其中就像人的眼睛和手。 作业平台为蓝疆号大型起重铺管船，是一艘非自航无限航区作业的大型工程船，船体总长157.5 m，型宽48 m，满载排水量58000 t，可在150 m水深实施起重和铺管作业。该船主甲板艉部装有1台3800 t起重能力的全回转电动起重机；船上设有铺管系统，具有单节管和双节管2种铺管模式；船上有直升飞机平台和作业人员生活区，生活区可满足280人住宿、餐饮；船舶设备具有较高的技术含量，其主要设备如起重机、铺管系统、动力和推进器都采用了世界顶级名牌产品。 1.典型的ROV系统由水面设备部分和水下设备部分组成，两部分通过脐带缆连接。其中，水上部分主要包括甲板控制单元、绞缆车、释放回收设备、电源以及导航与数据采集系统等；水下设备部分则主要由潜水器、成像系统、水下声学定位跟踪系统以及机械臂等部分组成。 ⑴潜水器
潜水器本体就是一个具有特定比重材料的浮力框架，并具有较好的抗撞击能力和抗腐蚀能力，是搭载各种传感器的基础平台，通过脐带缆与甲板控制单元连接。潜水器的推力来源于数套由电动马达驱动的推进器，这些推进器可以使ROV 在水中完成各种精确的运动。每一个潜水器还有一个或者多个压力舱(也称电子舱)，舱中一般封装有各种控制电路、电源分配电路等，所有的外部指令以及自身的工作都要经过电子舱的处理。
⑵甲板控制单元
包括系统控制计算机、操纵控制器、电源箱以及相关的显示和数据记录设备等，并通过脐带缆与潜水器连接。操纵人员可以实时监视ROV的基本性能、状态参数，并通过甲板单元发送各种控制指令，操纵水下潜器以及搭载的传感器。
⑶成像系统
成像系统是观察型ROV搭载的重要设备之一。水下成像系统一般分为光学和声学两大类。光学成像设备包括黑白导航相机、彩相机及摄像机等；声学成像系统主要有扫描声纳、
避碰声纳、双频识别声纳和聚焦多波束等。
在水体清晰度和光照条件良好的环境下，光学系统是观察水下目标的首选。声学系统只能识别目标的整体轮廓和非同一平面内的细节特征，一般只是作为辅助手段。在 光学成像条件极差或根本就不具备条件时，就只能借助声学成像系统进行目标观察。此外，声学系统还可以作为ROV水下航行的避碰手段。
⑷水下声学定位跟踪系统
用于确定水下潜器与水面支持系统的相对位置，若同时装配了姿态传感器和GPS，则可以确定水下潜器的绝对位置，即大地坐标。由于惯性导航系统造价太高，观察型的ROV大都只装备超短基线定位系统，进行潜水器的跟踪定位。
⑸机械臂
ROV在完成水下目标观察的同时，一般还需要装配一到两个机械手，以便执行诸如海底取样、线缆切割等水下作业任务。机械手的主要技术指标包括自由度、物理尺寸、抓取能力以及钳口扭矩等。
2.潜水器与推进系统
一台ROV通常有三组推进器，分别用来推动潜器在横向、纵向和垂向三个方向的运动。推进器的数量与功率需根据ROV的自身重量和作业水域环境等因素确定。
目前，ROV的推进系统主要有槽道推进型和矢量推进型两大类。槽道推进型需要三组推进器，分别负责潜水器在前后、左右和上下三个方向的运动，故也称三轴推进。槽道式推进器的推力方向固定并通过潜器重心。矢量推进器通过调整推水角度和转速，从而获得额外操纵力矩，输出指定方向的推力，在垂直面分解后垂直方向的力用于调节纵倾，水平方向的力用于保持速度，因而，也称为全方向推进。与槽道式推进器不同，矢量推进器的推力可调且不一定通过潜水器的中心。
矢量推进具有航行阻力小，动力效率高，可高速低耗行驶的优点，代表了推进技术的主流发展方向。使用矢量推进器替代槽道推进，还可以使潜器更加轻量化、小型化，改善潜器内部布置，更好地满足其操纵性能的要求。从另一角度来看，由于槽道式推进的三组推进器可以独立执行前后、左右和上下三个方向的运动，在静水区 域完成高精准的动作有一定优势。如果能使用以矢量推进技术为主、槽道式侧推为辅的混合式推进系统，可能会进一
步改善ROV的操控性能。
⒊ 动力定位技术与定深定向
动力定位系统成本较高，又考虑水下定位精度、时间延迟以及运载潜器的随动性等因素，观察型ROV一般不配备动力定位系统。但是，自动定向和自动定深功能是观察型ROV系统必须具备的性能，否则将为ROV的系统操控带来极大的不便。
⒋ 目标观察系统
作为观察型的ROV的重要性能指标之一，目标观察系统一般分为光学和声学两大类。
一海洋钻井平台导管架架设过程和ROV的作用：
做好ROV入水前检查，推进器运行正常，探照灯正常，机械手正常，在工程船甲板待命。由折臂吊操作手吊起ROV入水。在ROV上采取起吊器与锁定器的使用方式，来完成起吊、入水、脱钩的过程。起吊器安装于ROV中心受力架的顶部。当使用锁定器时，起吊器将是ROV的起吊点。脐带缆由起吊器的中心穿过，脐带缆外部附有钢丝辫（在保护弹簧内），
终端连接承力螺栓，能够承受一定的拉力，在特殊的情况下，可直接用脐带缆将ROV吊出水面。锁定器是一个带豁口的中空结构，两侧有对称的活动挂钩。使用时，脐带缆由豁口放入，然后封上尼龙块，防止其滑出。活动挂钩会在ROV重力的作用下自动保持在合拢状态。若想其处于打开状态，必须解下挂钩锁紧橡皮筋，同时使ROV的重力为零（即ROV放置在甲板或自由浮于水中）。
工程船吊机吊起导管架入水，ROV随导管架下潜。绞车操作手听从ROV操作手指挥，放脐带缆。放脐带缆时，不要一次放出太多，以每次放2圈为宜，防止脐带缆过长，发生不必要的缠绕。在导管架下潜过程中，ROV时刻观察导管架状态，同时通过摄像头观察脐带缆状态，直到导管架坐落到海底指定的油井上方。接到回收命令后，ROV匀速上浮，ROV操作手通过摄像头观察脐带缆状态，指挥绞车操作手收脐带缆，直至ROV浮出水面。ROV监督指挥ROV移到锁定器下方，提前将锁定器的挂钩锁紧橡皮筋挂好，通过锁定器自身重力，锁上起吊器。将ROV回收至甲板，进行回收后检查，以备ROV下次作业。
ROV机械手的作用。在海洋工程中需要用到定位信标定位，定位信标由专业定位公司负责。定位信标放入铁笼中直接投入海底，回收时就要用ROV了。根据定位公司指示到海
底的目标，由ROV副操作手操作机械手，拔出固定定位信标的插销，机械手抓住定位信标吊扣，回收至甲板。如果有需要剪断钢缆，可以通过液压钳剪断。
导管架的固定之打桩。在海洋中，仅仅依靠导管架的重量显然无法保正导管架的稳固。所以在导管架的四个角用钢桩固定。首先工程船吊机吊起吊桩器，吊桩器插进空心钢桩中，通过液压撑紧钢桩内壁。吊机吊起吊桩器链接的钢桩如水，随着ROV的引导，放入导管架的桩孔中。在ROV引导插桩的过程中，ROV要注意保持与钢桩的距离，距离过远容易跟丢目标；距离过近，钢桩肯能碰到ROV，使之受到损伤。吊桩器泄压，吊桩器回收至甲板。工程船吊机吊起液压锤，在ROV的引导下，将液压锤套在钢桩上，开始打桩。ROV在桩孔处观察钢桩刻度，以便掌握打桩进度。时而还要上浮观察一下液压锤的状态是否良好。一直到钢桩打到预定的深度，ROV引导液压锤回收至甲板。同样方法，依次将其他3根钢桩固定好。 导管架的固定之灌浆。由于钢桩与导管架之间有一定空隙，为了使钢桩与导管架紧密结合在一起，所以需要有灌浆这个过程。ROV引导灌浆机探头至桩孔，开始灌浆。ROV在桩孔处观察，直到桩孔有泥浆溢出，即为灌浆完成。
至此，海洋钻井平台导管架架设完成。在导管架上加装生活作业区，就可开采石油了。
桩基式平台用钢桩固定于海底。钢桩穿过导管打入海底，并由若干根导管组合成导管架。导管架先在陆地预制好后，拖运到海上安放就位，然后顺着导管打桩，桩是打一节接一节的，最后在桩与导管之问的环形空隙里灌入水泥浆，使桩与导管连成一体固定于海底。这种施工方式，使海上工作量减少。平台即设于导管架的顶部，高于作业的波高，具体高度须视当地的海况而定，一般大约高出4～5米，这样可避免波浪的冲击。桩基式的整体结构刚性大，能适用于各种土质，是最主要的固定式平台。但其尺度、重量随水深增加而急骤增加，所以在深水中的经济性较差。
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