ROV吸泥技术研究

齐兵兵

（海洋石油工程股份有限公司安装事业部，广东深圳518000）

0 引 言

水下吸泥是海床局部处理的常用方法，通过对一定范围内的海床泥沙进行吸泥处理，使其满足海底管线维修、结构物安装等要求。例如海管水下维修过程中，为了便于维修设备的安装及水下施工，对损坏位置进行吸泥作业；基盘、阀组等水下结构物安装时，安装位置海床平整度达不到要求，也需要进行局部吸泥作业[1-6]。

水下吸泥最常用的是ROV（水下机器人）吸泥技术。ROV 吸泥技术是指ROV 搭载吸泥设备进行水下吸泥的技术。在该技术中，将吸泥设备安装至ROV 潜器上，由ROV 潜器提供液压动力并携带至海底，施工人员通过ROV 系统控制吸泥泵进行吸泥作业。

1 吸泥技术设备组成

ROV 吸泥技术通常由ROV 系统、吸泥泵及配套管道、液压管等组成。

1.1 ROV系统

吸泥技术中ROV 要求如下：1）工作级ROV，马力150 hp（111.8 kW）或以上，能够在水下携带吸泥泵自由移动；2）提供配套液压管道接口，能够为吸泥泵提供工作所需的液压动力；3）具有两只机械手，机械手可以控制吸泥管道按照要求进行吸泥；4）配备监控设备，可以实时监控吸泥效果。

图1 工作级ROV

1.2 吸泥泵

根据吸泥管直径大小，吸泥泵可分为3、4、6、10 in等。吸泥管径越大，所需液压动力越大。最常用的吸泥泵为4 in 及6 in 吸泥泵，适合 工 作 级ROV 携带，如图2 所示。

吸泥泵主要接口有液压接口、吸泥口、排泥口、注水口等。液压接口通过液压管连接至ROV 上，由ROV 提供动力驱动吸泥泵进行工作。吸泥口连接吸泥管道，插入泥沙中进行吸泥，吸泥管道需安装过滤装置；注水口吸入海水，在吸泥泵内部对吸入的泥沙进行稀释，吸入的泥沙随着海水一起通过排泥口排出。排泥口连接排泥管道，排泥口直径一般大于吸泥口直径。

图2 4 in 吸泥泵

1.3 配套管道

液压油管：不同厂家生产的吸泥泵采用不一样的液压油管，且与ROV 连接的接口大小与形式也有所不同[7]。图2 所示为Trithech 公司生产的4 in 吸泥泵，与ROV 连接液压油管直径为1 in，接口形式为BSP 形式。注水管：直径为4 in，长度为1000 mm。排泥管：排泥管直径为6 in，长度为1500 mm。吸泥管：吸泥管直径为4 in 软塑料管，长度为1500 mm。端头位置安装T 形把手，方便ROV 机械手操作；端头位置一般安装结构较强的钢管，便于ROV机械手操作和破坏土壤结构，提高吸泥效率。

图3 吸泥管管头T 形把手

2 吸泥技术施工步骤

海上施工时，首先需要将吸泥泵安装至ROV 潜器上，然后下放ROV 入水，由ROV 携带吸泥泵至海床吸泥位置，施工人员通过ROV 控制系统操作吸泥泵进行吸泥作业。

2.1 设备安装

吸泥泵功率较大，在水下作业时容易振动，故需要牢固地安装在ROV 上。安装时需要注意以下几个方面：1）安装位置需兼顾ROV 的收放方便及管线布置。一般安装在ROV 侧面靠前位置，液压管线与ROV 液压接口相连，由ROV 提供动力。2）排泥管沿ROV 侧面进行固定，排泥管长度大于ROV 本体长度，防止将泥沙排进ROV 内部，导致设备损坏。3）吸泥管长度略长于ROV 机械手长度，由ROV 机械手控制，可自由活动。4）因吸泥时ROV 处于海床上，海水浑浊，杂质较多，故注水管口尽可能地固定在ROV 偏上位置，防止注水关口堵塞。5）所有管线必须远离或避开ROV 推进器，避免推进器的螺旋桨损坏管线。吸泥泵安装后如图4 所示。

图4 吸泥泵安装至ROV

2.2 水下施工

如图5、图6 所示，水下施工具体步骤如下：1）施工船舶定位至吸泥位置上方；2）对ROV 及吸泥泵进行甲板功能测试，确保各项功能正常才能入水作业；3）操作ROV收放系统，下放ROV 及吸泥泵入水；4）ROV 携带吸泥泵移动至吸泥位置；5）根据海底海流的流向，调整ROV 艏向面对海流方向，使排泥管处于流向下方；6）将ROV 放置在海床上，控制机械手使吸泥管口对准吸泥位置；若土壤黏性较大，需要用机械手操作端部管口捣碎海床，然后开始进行吸泥；7）打开吸泥泵控制阀，吸泥泵处于工作状态；8）ROV 机械手控制吸泥管，插入海床表面约50 mm深度；9）利用ROV 摄像头监控吸泥效果，逐步增加吸泥深度和范围，直至满足施工要求；10）完成吸泥要求后，回收ROV 和吸泥泵至船舶甲板并固定。

图5 ROV吸泥示意图

图6 ROV海底吸泥作业

3 技术特点

目前在300 m 水深以内常用的海床局部处理技术有ROV 吸泥技术和潜水员吸泥技术。潜水员吸泥技术是指潜水员在水下控制吸泥管，船舶甲板上的空气压缩机提供高压空气并通过输气管连接至海底吸泥管，压缩空气到达海底吸泥管道以后，由于浮力的作用沿着管道向上移动，气体上升过程中由于水深变浅而压力逐渐变小，气体逐渐膨胀并排出管外。气体膨胀排出吸泥管外的过程中，造成吸泥管内局部出现真空，吸泥管内部相对外部产生负压，海水受到压力作用从底部进入吸泥管内，携带着泥沙与空气形成气、水、沙混合物并顺着吸泥管道排出，从而达到吸泥的效果[8]。ROV 吸泥技术和潜水员吸泥技术对比如表1 所示。

表1 ROV吸泥技术和潜水员吸泥技术对比

通过对比发现，ROV 吸泥技术有如下特点：1）设备轻便、动复员快捷。ROV 作为海洋工程水下施工必备设备，通常永久性固定于施工船舶。吸泥泵空气中重40 kg,水下重17 kg，长×宽×高为550 mm×499 mm×292 mm。相比于专业的水下吸（吹）泥设备，其体积小、质量轻、便于携带运输、动复员快捷。一旦海上施工需要，可通过船舶、飞机等快速动员至现场。2）设备安装方便。吸泥泵自身已高度集成，仅需要根据各接口连接管线即可，不需要其他辅助设备。仅耗时1 h 即可安装至ROV 并完成调试，同时下放及回收也非常便利。3）作业效率高。ROV 水下吸泥效率最高可达4 m3/h，且ROV 及吸泥泵收放效率高，占用时间非常少。例如对于海管维修、结构物安装等需要小范围海床吸泥的作业，ROV 吸泥技术仅耗时2～3 h 即可完成吸泥作业。4）可适应任何水深作业。ROV 及吸泥泵作业水深可达3000 m，ROV 吸泥技术已覆盖国内外所有水深范围的油气田管线，可适应任何水深作业。

4 结 语

ROV 吸泥技术具有动复员速度快、操作方便、施工效率高且不受作业水深限制等特点，适用于局部范围的海床处理，是海洋工程进军深水领域不可或缺的技术之一。目前ROV 及吸泥泵等设备主要由少数国外公司提供，相关部门应加大海洋工程装备的研发投入，尽快实现深水作业关键设备的国产化，促进国内海洋工程水下作业技术和装备的进步与发展。