楊 巍，魏修辰

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

海底管道清管球跟蹤定位技術(shù)對(duì)保障清管作業(yè)的順利進(jìn)行至關(guān)重要[1-12]。

跟蹤定位方法主要有放射性同位素法、聲學(xué)法、機(jī)械法、壓力法及磁學(xué)法等[13-19]。目前，多采用低頻磁收發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管道清管器的跟蹤定位。國(guó)外許多管道服務(wù)公司已制造出相關(guān)跟蹤定位產(chǎn)品，如美國(guó)CDI 公司和TDW 公司、英國(guó)Online 公司、德國(guó)ROSEN 公司等[20]，這些國(guó)外廠家的生產(chǎn)技術(shù)較成熟，且都能運(yùn)用于水下。國(guó)內(nèi)也有沈陽(yáng)鑫聯(lián)、沈陽(yáng)永業(yè)等公司生產(chǎn)清管球跟蹤器，但都只能運(yùn)用于陸地管道，不適用于水下。對(duì)于國(guó)內(nèi)海底管道的清管定位，目前只能購(gòu)買國(guó)外成熟的跟蹤器，但對(duì)于購(gòu)買的國(guó)外清管球跟蹤器需進(jìn)行水下試驗(yàn)，因此需制訂一套完整的水下試驗(yàn)方案以驗(yàn)證購(gòu)買的產(chǎn)品性能。

1 英國(guó)Online公司生產(chǎn)的清管球跟蹤器介紹

本次試驗(yàn)使用Online 公司的3008 型發(fā)射機(jī)和3005 型接收機(jī)。

1.1 3008型發(fā)射機(jī)

3008 型是一款由微處理器控制的電磁潛水發(fā)射器，發(fā)射器用于跟蹤清管器并對(duì)其進(jìn)行定位。3008 型發(fā)射器發(fā)射22 Hz 的信號(hào)，與電磁接收器一并使用，可精確定位到清管器，誤差能夠達(dá)到只有幾厘米。脈沖速率可進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到項(xiàng)目對(duì)電池壽命的要求，也可區(qū)分從其他22 Hz 電磁發(fā)射源發(fā)射出的發(fā)射器信號(hào)。

3008 型電磁發(fā)射器性能指標(biāo)見(jiàn)表1，3008 型發(fā)射機(jī)實(shí)物見(jiàn)圖1。

表1 3008 型電磁發(fā)射器性能指標(biāo)

圖1 3008 型發(fā)射機(jī)

標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)速率狀態(tài)下的電池壽命見(jiàn)表2，重復(fù)速率可根據(jù)項(xiàng)目的具體要求進(jìn)行調(diào)整。

表2 3008 型電磁發(fā)射器電池壽命

1.2 3005型接收機(jī)

3005 型是一款手持式電磁潛水接收器，用于監(jiān)測(cè)22 Hz 電磁信號(hào)。與安裝在清管器上的22 Hz電磁發(fā)射器一同使用時(shí)，可用于跟蹤和定位水下管道的清管器。

3005 型接收器會(huì)將電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)，通過(guò)骨傳導(dǎo)的耳機(jī)傳遞給操作人員。電磁發(fā)射器發(fā)出22 Hz 信號(hào)，操作人員就可在接收到的信號(hào)中監(jiān)測(cè)到微小的差別。3005 型接收器的特點(diǎn)是還有兩個(gè)起告知作用的LED 燈，其中一個(gè)會(huì)在監(jiān)測(cè)到22 Hz 信號(hào)時(shí)亮，另一個(gè)則在電量低時(shí)提示。

一旦有信號(hào)被監(jiān)測(cè)到，3005 型接收器就可通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)射器內(nèi)部的磁“零基點(diǎn)”來(lái)定位信號(hào)來(lái)源，定位得到的清管器位置通常和實(shí)際只有幾厘米的誤差。3005 型接收器由電池提供動(dòng)力，包裹在堅(jiān)固的聚甲醛樹(shù)酯外殼內(nèi)，可在水下200 m 深度工作。3005 型電磁接收器性能指標(biāo)見(jiàn)表3，實(shí)物見(jiàn)圖2。

表3 3005 型電磁接收器性能指標(biāo)

圖2 3005 型接收機(jī)

2 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)借助于渤海某海底管道清管項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)。渤海某油田RUP 平臺(tái)至WHPD 平臺(tái)新鋪設(shè)一根管徑12 in（1 in=25.4 mm）、長(zhǎng)4.1 km 的注水海底管道，海底管道參數(shù)見(jiàn)表4。在膨脹彎安裝完成后需對(duì)整根管道進(jìn)行清管試壓。試驗(yàn)思路：管道清管時(shí)，將3008 型發(fā)射機(jī)安裝于清管列車的最后一個(gè)直板測(cè)徑球，潛水員下水手持3005 型接收機(jī)進(jìn)行海試，當(dāng)直板測(cè)徑球到達(dá)潛水員等待點(diǎn)時(shí)，清管泵停泵，潛水員前后走動(dòng)測(cè)試是否能夠接收到發(fā)射信號(hào)。

表4 試驗(yàn)海底管道參數(shù)

3008 型發(fā)射機(jī)的裝載方式：在原尺寸的清管測(cè)徑球尾端安裝一發(fā)射機(jī)裝載腔（見(jiàn)圖3），由聚四氟乙烯制作，將發(fā)射機(jī)裝入腔體后，通過(guò)螺絲將發(fā)射機(jī)腔體固定于清管球尾部。

圖3 搭載發(fā)射機(jī)的清管球塞入發(fā)球筒內(nèi)

具體試驗(yàn)步驟如下：

（1）檢查容積為100 m3的清管泵與水箱、發(fā)球筒之間的管道連接和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

（2）啟動(dòng)清管泵向海底管道內(nèi)注水，注入約250 m 海底管道長(zhǎng)度的海水（約17 m3），用于潤(rùn)滑及沖洗海底管道。

（3）停止清管泵，打開(kāi)泄壓閥，卸掉海底管道內(nèi)壓力，再打開(kāi)發(fā)球筒蓋板，放入一個(gè)清管球，之后閉合發(fā)球筒蓋板并擰緊；確認(rèn)除發(fā)球筒至海底管道主管路暢通外，其余旁通管路均已關(guān)閉。

（4）啟動(dòng)清管泵，向海底管道內(nèi)注水，觀察并記錄發(fā)球筒上壓力表讀數(shù)及清管泵流量，發(fā)球筒后端過(guò)球指示器跳起則清管器順利發(fā)出，注水10 min后停泵（約注入230 m 海底管道長(zhǎng)度的海水）；卸掉海底管道內(nèi)壓力，打開(kāi)發(fā)球筒蓋板，放入直板鋼刷清管球，關(guān)閉發(fā)球筒蓋板，啟動(dòng)清管泵繼續(xù)注水發(fā)球，注水約160 m 海底管道長(zhǎng)度的海水，即10.95 m3后停泵。

（5）卸掉海底管道內(nèi)壓力、打開(kāi)發(fā)球筒蓋板，放入帶發(fā)射機(jī)的直板測(cè)徑球。

（6）潛水員在船上先打開(kāi)3005 型接收機(jī)開(kāi)關(guān)，潛水員攜帶3005 型接收機(jī)于第二個(gè)清管球發(fā)出后提前下水到RUP 平臺(tái)端的平管法蘭處等待。

（7）RUP 平臺(tái)發(fā)球人員將裝載有發(fā)射機(jī)的直板測(cè)徑球塞入發(fā)球筒后，待潛水員在指定位置就位后準(zhǔn)備開(kāi)泵，通知船上人員，船上人員通知潛水員測(cè)徑球準(zhǔn)備發(fā)球。

（8）待清管泵注入9.24 m3海水（第三個(gè)清管球塞入后的注水量）后停泵，此時(shí)直板測(cè)徑球到達(dá)海底管道平管法蘭左右處。通知潛水員在平管法蘭左右20 m 的位置慢速移動(dòng)，通過(guò)接收器尋找發(fā)射器信號(hào)，測(cè)試能夠接收到信號(hào)的最遠(yuǎn)距離，并實(shí)現(xiàn)清管球精準(zhǔn)定位。完成測(cè)試后潛水員出水上船，清管泵開(kāi)泵繼續(xù)清管。清管工藝流程示意見(jiàn)圖4，潛水員攜帶接收機(jī)下水尋找信號(hào)見(jiàn)圖5。

圖4 清管工藝流程示意

圖5 潛水員攜帶接收機(jī)下水尋找信號(hào)

3 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)，驗(yàn)證了Online 公司的清管球跟蹤器發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都具有較好的水密性和承壓性，跟蹤器的電池使用時(shí)間能夠到達(dá)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中的數(shù)值。表5列出了3005 型接收機(jī)和3008 型發(fā)射機(jī)在海底管道內(nèi)的測(cè)試結(jié)果，此型號(hào)的跟蹤器能夠檢測(cè)到距離發(fā)射機(jī)最遠(yuǎn)2 m 距離的信號(hào)。

表5 信號(hào)距離測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

本次試驗(yàn)證明了Online 公司的跟蹤器能夠?qū)崿F(xiàn)清管球跟蹤定位。但其產(chǎn)品也存在待改進(jìn)的方面，例如接收器主要使用耳機(jī)的接收方式，因海底環(huán)境復(fù)雜，且潛水員下水都需佩戴潛水頭盔，使用耳機(jī)的接收方式容易造成潛水員誤判斷，有時(shí)會(huì)錯(cuò)過(guò)信號(hào)發(fā)射點(diǎn)。建議增加燈光強(qiáng)弱的接收方式或采用接收器振動(dòng)的接收方式，以方便潛水員水下接收信號(hào)，避免出現(xiàn)誤判斷而耽誤時(shí)間；建議優(yōu)化人機(jī)交互設(shè)計(jì)，使接收器便于潛水員或ROV 水下攜帶，可進(jìn)行信息顯示、參數(shù)設(shè)置、信息分析和存儲(chǔ)等操作，并與水面設(shè)備通信，可直觀地把信息呈現(xiàn)給水面指揮人員。

同時(shí)也希望國(guó)內(nèi)的相關(guān)公司能夠在其清管球跟蹤器的水密性和承壓能力上多作改進(jìn)，生產(chǎn)出能夠適用于海底管道的清管球跟蹤器。