测深仪在海上钻井平台上的应用

张磊

（中海石油（中国）有限公司海南分公司工程技术作业中心，海南 海口 570100）

进入21 世纪，经济的快速发展对能源的需求也在不断地增加，尤其是我国在21 世纪随着市场经济的发展，各行各业对能源的需求不断增加，加之我国城市化以及人口增加的影响，对能源的需求就更多，随之对我国的能源开发要求较高。而在能源的开发中，不仅有陆地能源开发，也有海洋能源，海洋能源开发主要是在海洋上进行能源开采，需要海上钻井平台进行作业操作，而在海上钻井平台作业中，测深仪是其中的重要仪器，利用测深仪对海洋能源开发的区域进行勘探和深度测量，进而为海洋能源开发提供仪器支持。

1 海上钻井平台概述

在海洋能源的开发和勘探中，海上钻井平台是其中的重要作业平台，在进行作业的过程中，由于其平台采用的都是全球最先进的装备和技术，在进行作业的过程中，对操作人员的技术要求也较高，海上钻井平台就是在海上进行作业的过程中会涉及一些钻井的环节，这就需要实施钻井作业，钻井的设备有钻井系统、辅助设备以及生活设施等，而随着海上区域不同，其差别也较大，涉及的钻井平台也不一样，常见的海上钻井平台主要有自升式平台、半潜式平台、深海钻井船等类型，不同的类型在操作的过程中也需要不同的技术，但是，在进行操作的过程中，由于各种因素的影响其作业风险较大，首先，高压就是一个影响海上钻井平台的重要因素；其次，就是结构碰撞损伤也是一方面，在进行海上作业的过程中，海上的设施不只是一个，设施较多有些都在航道附近，海上钻井平台的设施在进行作业的过程中，可能存在一些碰撞的情况，这都会造成相应的风险，同时在海洋上进行作业的过程中，由于海洋的海况不稳定，有时会遇到海风等恶劣天气，平台设备在作业的过程中受到这些不稳定海况的影响，就会无法稳定运行，加上化学物质危害、密闭空间、噪声以及一些设备在作业和运行的过程中有些易燃物的扩散会导致爆炸，这些都是可能出现作业风险的重要因素。因此，在海上钻井平台的作业中，要加强对各个作业环节的监督，对一些主要人员的岗位职责、任职资格和培训等方面进行严格审查，并提高海上钻井平台的操作技术水平，这样才能减少海上作业风险的发生，进而提高海上能源的开发。

2 测深仪技术概述

2.1 声呐系统

在测深仪技术中，声呐系统作为其中的重要系统之一，在进行海上作业的过程中具有重要的作用。在进行海上钻井的工作中，需要提前对作业的区域进行勘探，在进行勘探的过程中，对海上的目标进行识别和跟踪也是其中的重要环节，声呐就是借助声波在术中传播速度快以及衰减小的特点对海上的目标进行搜索、定位、识别和跟踪，在搜索定位识别和跟踪的过程中，声呐系统会根据是否发出声波信号进行判断，主要有主动式声呐和被动式声呐，利用声呐系统在海上钻井的过程中用于回声测量、声音导航和定位，这样在遇到恶劣的海上环境时，可以提供安全技术保障，并保障海上钻井工作的正常作业。

2.2 回声测量系统

在测深仪中，回声测量系统也是其中的一个重要系统，在回声测量系统中，主要是利用回声声波的原理对深度进行测量，常说的声波原理主要是利用发声体的振动在空气或其他物种中传播的物质，这种传播物质就叫作声波，我们日常中的声波能够借助不同的介质向周边进行传播，这种声波是一种纵波是弹性介质中传播者的压力振动，其产生的声波根据不同的频率分为次声波、可闻声波和超声波等，其中超声波在日常生活中应用得较多，回声测深仪的声波的频率大多在20 ～200kHz 千，但是在水中由于受到各种因素的影响其声波的传播速度也存在不同，其中回声测声仪就是利用声波在水中的反射对水深进行测量的一种设备和技术，也是目前水深测量中常用的一种水深导航仪器。回声测深仪主要是由显示单元、发射系统、发射换能器、接收换能器、接收系统以及电源设备等构成，其设备的换能器主要是安装在钻井平台的底部，通过钻井平台上的换能器向海底发射声波，并接收海底反射的声波，然后通过钻井平台记性信号处理，并对海底深度进行系统的计算，这样就可以通过计算出钻井平台底部与海底之间的距离，如果需要精确的深度测量数据，就需要通过处理单元进行计算，图1 是回声测深仪表系统的原理图。

图1 回声测深仪表系统工作原理示意图

但是，回声测深仪在进行操作的过程中，测深的范围需要根据作业项目的水深进行操作并在深度的计算中，其数据计算的精确要符合作业项目的数据计算精确范围要求，除此以外，回声测深仪的工作频率和最大发射功率的参数以及设备的生产标准都符合相关要求。

3 测深仪在海上钻井平台上的应用

3.1 准备工作

在海上钻井平台上准备工作是测深仪在使用中的重要内容，测深仪作为海上钻井作业中常用的仪器，在使用的过程中并不是直接使用，需要满足相关的规范和法规要求进行操作和使用。首先，在海洋上进行钻井作业，其海洋属于全球共有的资源，在海上钻井平台上使用测深仪需要满足《国际海上人命安全公约》的相关要求，根据其公约的内容和要求科学使用测深仪，这样可以避免引起国际争端，同时，在钻井平台上使用测深仪要满足相关法规的要求，并满足船级社规范以及项目建造技术规格书的相关要求才能使用，因此，测深仪在海上钻井平台的使用中并不是可以毫无规范和法规就可以使用，需要在合法合规的要求下才能使用测深仪。

3.2 安装要求

在海上钻井作业中，测深仪在使用前需要对换能器在海上钻井平台上进行安装，在安装的过程中，需要根据科学的安装要求操作，这样才能保障测深仪在水深高度的测量中获取精确的数据。在测深仪中，换能器不仅是精密的前端信号传感器，也是测深仪中的重要仪器，需要安装到海上钻井平台上。在安装的过程中，要避免重压、裸露在空气中和跌落，并小心处理，将换能器表面做好防护，并在工程师技术和安装指导文件下对换能器进行安装、运输和操作，在换能器的安装中，要将其安装在甲板之间的电缆并尽量敷设在不锈钢材质的电缆管内，测深仪的机壳、连接电缆和电缆管需要进行接地安装，同时，换能器在选择安装位置时，要根据海上钻井项目的实际情况进行确定，并尽量安装在钻井平台底部相对平坦的位置，检修阀门配置需要根据项目建造技术规则书决定是否安装，并对阀门的规格、材质和尺寸等参数进行科学调整满足操作的安全稳定。在测深仪的安装中，海上钻井平台的底部大多为压载水舱，可以设置独立舱室安装回声测深仪换能器，并在电源电缆的安装中根据海上钻井平台的电源配置选择相应的型号，并要根据电压降和电网波动对其进行安装，此外，要根据海上钻井平台的环境参数如环境温度以及防护等级等进行设备的安装，这样可以便于操作。

3.3 地貌探测

在海上钻井平台中，测深仪对测量区域的海底地貌进行探测也是其中的重要环节。在海上钻井平台的作业中，许多钻井工作都涉及海底的作业，在进行作业的过程中，如果海底的地貌较为复杂，这就需要采用高科技的钻井技术，这样才能保障钻井工作的高效率完整，需要对海底的地貌进行探测尤其是在一些油气勘探开发的工程项目中。因此，在海上项目的作业中，油气勘探工程项目在进行作业前需要进行早期的评估工作，利用回声测深仪器不仅要对需要勘探的海洋区域的水深进行测量，也要对海底的地形和地貌等进行精确的测量，测量后，对水深、地形地貌等数据进行精确计算，并将其测量的数据作为钻井平台挑选合适设备的重要数据依据。同时，在进行海上钻井工作中，由于不同海洋区域其深度和地形地貌是不同的，这就需要在换到另一个海洋区域后，重新借助测深仪对水深高度和地形地貌进行测量，在进行测量的过程中要对测量技术进行严格要求，并对水深高度进行实时监测，如果测量出的深度不符合作业要求，要及时进行调整保障海上钻井作业的正常进行。

3.4 数据计算

在完成水深高度和地形地貌的测量后，要对其数据进行计算，在数据计算中对桩腿入泥的深度进行计算也是其中的重点。在海上作业中，海上钻井平台作业都需要将桩腿打入海洋中，这就需要对桩腿的入泥深度进行计算，在计算桩腿入泥深度中，要先将自升式的钻井平台托运到预定的井位后下降桩腿将桩腿插入海底的泥土中，在海底泥土对桩腿的阻力等于或者超过压桩荷载时桩腿就要静止，桩腿末端的桩靴在完整的插入海底后，要以最大的压载能力进行压载固定，这样可以保障海上钻井平台的定位稳定，这时就可以借助回声测深仪对桩腿入泥的深度进行测量和计算，钻井船在海上航行或者漂浮的过程中会遇到安全风险，需要在钻井船上安装测深仪，可以利用测深仪对作业的水深高度进行实时精确掌握和监测，这样可以保障钻井船的安全可靠运行，也能够避免钻井船在其他海上区域作业中存在安全风险，并通过测深仪对水深的精确测量为其他各项系统的选型设计提供数据依据。

4 结语

总而言之，在海洋能源的开采中，需要对其开采※区域进行勘探和深度测量，通过勘探和测量，为后续的海洋能源开发提供支持，在使用测深仪进行勘探和测量时要做好准备工作，按照相应的规范和标准使用，之后根据安装要求进行仪器安装，避免安装不规范引起操作事故，然后对需要勘探的区域进行地貌探测，根据勘探的数据进行计算，这样可以为海上钻井平台的操作提供支持和指导，为海洋能源的开采提供仪器和技术支持。