应用机器人技术在海洋石油和天然气行业的研究

摘要：随着石油产品价格的不断上涨和现有机器人技术的改进，发展机器人在石油和天然气行业的运用备受关注。推动应用机器人自动化的动力主要有两个方面;第一是在提高生产率的同时提高成本效益方面，第二个也是最重要的动机是有效应对HSE挑战方面。对于研究价值的重要性不言而喻，本文在此基础上探讨了应用机器人技术在海洋石油和天然气行业的研究。

关键词：石油产品;HSE;机器人;海洋石油

0引言

随着对能源需求不断增长，紧随工业化的步伐，需要更多的燃料供给来源，这就涉及到石油化工行业的发展。目前约80%能源需求由化石提供，其中50%–60%来自石油和天然气。随着资源的快速枯竭，在深水，热沙漠和北极地区等更为极端的条件下，成为了发现了石油产品的新领域，在提高海上作业安全水平和经济效益方面，在海上生产过程中，运用不同阶段使用机器人技术变得极为重要。

1机器人技术的重要性分析

随着全世界城市化和工业化进程的加快，对石油和天然气的需求也在不断加巨。世界各地的油田产量都在下降，这就要求寻找新的常规和非常规石化储备。显然新的开采区位多数出于极端、恶劣和难以到达的环境中。探索这些困难的海上油田开发和生产石油面临着很多挑战，应用机器人钻井系统的开发，更精确而智能化、更安全的达到了需要供给，为石油和天然气进口而设计的新的根本性创新，诸如智能钻机、智能检查、机器夹持技术和生产自动化等方面的操作。海上作业场所以及他们的检查和维护工作几乎与陆上部分所述的相同。将人员从困难的海上作业场所中替换出，依靠机器人完成并自动执行肮脏，危险和重复的检查，操作，以及维修和生产任务，成为了研发应用机器人产品的主要动机。为此，应用最广泛的关键方法是通过基于主从遥控系统控制主机器人对从属机器部件进行远程操作，其重要性不言而喻。

2海洋条件下的机器人的应用分析

2.1 双壳船巡检机器人

携带大量液态或气态石油产品的商船在发生事故时可能会造成灾难性污染，因此需要额外的安全标准，此类商船大多具有双层壁，因此在外壁受损的情况下，至少内壁会受到侵入性破坏危险性降低。建造这样的双层船不仅昂贵而且费时，因为在空间受限的双壳船船体结构内部巡检船壁对工人来说是极其危险的工作。大宇造船公司已经使用六轴铰接式机器人巡检船壁。但是，这种机器人需要在船厂的天花板上安装高架起重机，并且这种机器人不能用于受限的巡检空间。日立造船还开发了一种六轴机器人，用于在双体船的封闭舱内进行墙面涂漆。其应用都备受关注。

2.2遥控无人潜水器

2.2.1现场调查

在进行任何海上活动（如安装和钻探）之前，需要对海床进行适当的测绘。如前所述，仅使用船载/拖曳式声学设备进行地球物理勘测，但现在小型便携式潜水器也可以用于降低成本的意义。遥控无人潜水器可用于部署和检索涉及海床制图的不同参考系统，例如差压传感器和声学数据传输器。遥控无人潜水器利用声呐配备多波束回声测深仪（MBES）和侧面扫描声纳（SSS）也可用于海床测绘。

2.2.2钻井协助

在早期将遥控无人潜水器用作钻井辅助工具时，主要是将它们用作紧急情况下的备用计划，例如在将工具掉入再入圆锥体和缠结绳索的情况下。然而，现在，遥控无人潜水器广泛用于深层钻探作业中。例如，研究人员提出了一种新颖的可回收系统，用于系泊移动式海上钻井平台，其中遥控无人潜水器用于遥控操纵钻井船的吸入锚。还配备了多种仪器来帮助在各种任务中进行预钻锚固过程，例如测量水平-垂直方向，通过陀螺仪和摄像机测量锚的海底穿透力，使用遥控无人潜水器推进器在锚上施加所需的扭矩，操纵泵的泵阀海床锚，用于产生压力差等。

2.2.3检验，维护和维修

由于环境恶劣，潜水员的检查变得越来越困难，所需的时间和频率也不断增加。1970年左右，遥控无人潜水器首次被开发出来，以协助潜水员深入执行水的检查和操纵任务。装有检查任务所需的传感器和供潜水员使用的潜水支持船，但是随着先进的遥控操作技术，遥控潜水器已完全取代了潜水员。如今，先进的遥控潜水器搭载了多个传感器来执行样品采集任务，通过视频发送视觉效果摄像机，水下设备的清洁，其他水下设备的激活，但由于缺乏精确的操纵能力，许多重要的检查任务仍然难以执行。

3海洋条件下的机器人技术实用性分析

3.1 探索开发

在不稳定的潮汐条件下，基于稳定接触机制的传统结构探伤技术无法正常工作，因此对传统的检查技术进行了修改。例如，配备有交流场测量（ACFM）系统的遥控无人潜水器，以识别水下结构表面的变化。很多时候，环境的不确定性与特定NDT机制的局限性相结合，从而产生了不正确的检查数据，从而导致不必要的操作或忽略了关键的结构缺陷。因此，为了补偿这种单独的NDT限制，选择智能数据融合技术使多个NDT传感器来做出正确的决定。

3.2生产结构

在水下操纵的早期，液压臂被安装在载人潜水器上，以执行从海底回收物体的简单生产结构性任务，而大多数其他复杂的操纵则由潜水员执行。后来这些载人潜水器和潜水员被遥控无人潜水器取代。这些遥控无人潜水器的操纵功能还遵循涉及主操作员和从属操纵器等组件的远程操作的一般原理。

目前大多数用于水下生产结构式的检查，操纵和维修任务的机械手都具有电动机或液压控制的开/关式旋转手臂。这种机械手不具备所需的灵敏度和力反馈来处理易碎的物体。研究人员提出了一种灵巧的海底机器人手来抓取易碎物体。这种机械手的主要目的是用指尖精确地拾取任意物体，操作简单，执行低强度装配任务的能力。

3.2流动检查

除水下结构外，移动式浮动平台，永久性平台和轮船还需要操作员进行例行检查和操作。许多此类常规操作都可以自动化进行，以提高效率和准确重复性，例如采集气体样本，拧紧或松开阀门，取水表机器人可以执行以提高整体生产设施的安全性和效率的最重要的计划。

3.3溢油情况

看到频繁发生的漏油事件和传统的人工方法无法有效应对此类情况，世界各国开始共同努力应对此类挑战，例如欧盟研发的EU-MOP（消除海洋油污的减排）项目。在战略和战术层面开发具有集成结构的溢油管理和物流创新型智能机器人系统。要实现EU-MOP目标的战略之一就是开发多机器人系统来代替手动进行的恢复工作来自水面的石油。

4结论

从HSE的角度来看，海上石油和天然气行业风险因素的挑战很大，但在可预见的将来对于可靠的能源供应至关重要。毫无疑问，石油和天然气行业可以从机器人技术的应用带来的技术驱动的精度，效率和安全性中受益匪浅本文简要介绍了海洋石油和天然气行业目前使用的所有关键机器人技术，尤其是在海洋环境中，溢油是最大的生态威胁因此，本文还描述了机器人技术在遥感和回收溢油中的关键作用，需要更多的相关人员继续深入研发。

参考文献

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作者简介：刘春风，男，湖北省荆州市人，1983年2月，汉族，大学本科，工程师，工作内容：海洋石油平台管理工作。