海上能源生命線面臨監(jiān)測困局
海底管道是海洋油氣資源開發(fā)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，被稱為“海上能源生命線”。目前，我國已建成近1萬公里的海底油氣管道網(wǎng)絡(luò)。隨著深海油氣開發(fā)持續(xù)推進，管道鋪設(shè)正向著更深的水域拓展。
在深海管道鋪設(shè)過程中，管道與海床首次接觸的著泥點位置至關(guān)重要。這個接觸點的狀態(tài)直接影響管道的結(jié)構(gòu)安全和使用壽命。“準確監(jiān)測著泥點的位置和狀態(tài)，能夠為管道鋪設(shè)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持，確保施工質(zhì)量和安全。”海洋石油工程股份有限公司(以下簡稱“海油工程”)副總工程師何寧說。
傳統(tǒng)上，當作業(yè)水深超過200米時，需要動用多功能支持船搭載水下遙控機器人(ROV)進行監(jiān)測。這種方式不僅存在船舶交叉作業(yè)的安全隱患，而且成本較高。雖然國際上已有深水海管智能監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用先例，但我國在這一領(lǐng)域仍處于空白狀態(tài)。
相較現(xiàn)有的“無人船+水下遙控機器人/自主水下航行器”模式，海油工程創(chuàng)新性地提出了“無人船+ARV”的解決方案。這種新模式融合了自主性、靈活性和智能化特點，具有部署高效、人力需求低、適應(yīng)性強等優(yōu)勢，代表了未來深海作業(yè)的發(fā)展方向。
為此，海油工程專門組建了“深水海管鋪設(shè)智能監(jiān)測系統(tǒng)”科研項目組，聯(lián)合國內(nèi)多家科研院所和企業(yè)，共同開展技術(shù)攻關(guān)工作，力求突破這一制約我國深海油氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
耗時5年自研全新方案
在遼闊的海面上，18米級的“守護者”無人船正劈波斬浪。作為國內(nèi)首艘深水鋪管監(jiān)控無人船，它創(chuàng)新集成了USBL高精度定位系統(tǒng)、中繼通信模塊和定制化絞車系統(tǒng)，為水下作業(yè)提供穩(wěn)定的能源和控制信號，成為整個監(jiān)測系統(tǒng)的“水面中樞”。
而在海域水面之下，我國首個自主研發(fā)的自主遙控水下機器人“領(lǐng)航者”正以3節(jié)的抗流能力自如穿梭。這臺1500米級自主遙控水下機器人不僅具備10天的超長續(xù)航能力，其搭載的高清攝像系統(tǒng)更能精準識別海管著泥點，并通過水下無線光通信技術(shù)，將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)無縫回傳至水面無人船，再傳輸至指揮中心。
“這套‘海衛(wèi)1.0’系統(tǒng)是我們歷時5年研發(fā)的成果。”海油工程項目負責人魏佳廣介紹道，“團隊相繼突破了水下光通信的核心技術(shù)瓶頸，成功研制出具備全向大功率發(fā)射、寬視場高靈敏度接收能力的深海光通信設(shè)備。設(shè)備可在強背景光下進行跨平臺大容量數(shù)據(jù)高速穩(wěn)定傳輸。”
在自主遙控水下機器人的研制過程中，科研人員創(chuàng)新實現(xiàn)了多約束條件下的總體設(shè)計。通過反復的耐高壓測試，確保關(guān)鍵部件能在1500米的深海環(huán)境下可靠工作。目前，該系統(tǒng)的海管著泥點識別正確率為95%，達到行業(yè)領(lǐng)先水平。
在指揮中心，工程師們通過高度集成的綜合控制平臺，可以實時監(jiān)控無人船、自主遙控水下機器人和中繼器的運行狀態(tài)。這個融合了多源信息的智能平臺，不僅實現(xiàn)了對深海作業(yè)設(shè)備的精準協(xié)同控制，更以其快速響應(yīng)能力和出色的可視化界面，大幅提升了深海管道鋪設(shè)監(jiān)測的智能化水平。
值得一提的是，“海衛(wèi)”系統(tǒng)采用的“無人船+ARV+中繼器+光通信”技術(shù)方案屬國際首創(chuàng)，成功實現(xiàn)了6項國內(nèi)首次的技術(shù)突破。
智能系統(tǒng)展現(xiàn)全方位技術(shù)優(yōu)勢
與傳統(tǒng)“多功能支持船+ROV”的作業(yè)模式相比，“海衛(wèi)”系統(tǒng)在安全性、經(jīng)濟性和作業(yè)效率等方面展現(xiàn)出全方位的技術(shù)優(yōu)勢。
在安全性方面，這套智能監(jiān)測系統(tǒng)正在重新定義深海管道鋪設(shè)的安全標準。施工人員完全無需下水作業(yè)，徹底規(guī)避了傳統(tǒng)潛水作業(yè)的高風險;同時，水面無人船與水下ARV的協(xié)同配合，有效避免了傳統(tǒng)作業(yè)中常見的纜線纏繞隱患，為深海施工筑起了一道堅實的安全屏障。
在作業(yè)效率方面，“海衛(wèi)”系統(tǒng)也展現(xiàn)出智能化裝備的獨特魅力。當ARV在深海游弋時，其搭載的智能視覺系統(tǒng)能自動識別管道著泥點，通過深度學習算法實時計算坐標位置和管道彎曲度，監(jiān)測精度達到厘米級。在復雜的海底地形中，ARV就像一位經(jīng)驗豐富的“深海偵察兵”，能自主規(guī)劃最優(yōu)路徑，靈活避開障礙物，完成全自動監(jiān)測任務(wù)。
更令人驚喜的是，相比“多功能支持船+ROV”的傳統(tǒng)方式，“無人船+ARV”投用后日費率將大幅降低，減少了操作人員的數(shù)量，降低了經(jīng)濟成本。
展望未來，魏佳廣表示：“我們正在根據(jù)近岸聯(lián)調(diào)、海試數(shù)據(jù)及問題項，優(yōu)化完善監(jiān)測系統(tǒng)，不斷迭代產(chǎn)品功能，為下一步深化國產(chǎn)裝備工程化示范應(yīng)用和持續(xù)拓展‘海衛(wèi)’系統(tǒng)應(yīng)用場景奠定扎實基礎(chǔ)。”
