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對保障清管作業(yè)的順利進行至關重要[1-12]。

跟蹤定位方法主要有放射性同位素法、聲學法、機械法、壓力法及磁學法等[13-19]。目前，多采用低頻磁收發(fā)系統(tǒng)實現管道清管器的跟蹤定位。國外許多管道服務公司已制造出相關跟蹤定位產品，如美國CDI 公司和TDW 公司、英國Online 公司、德國ROSEN 公司等[20]，這些國外廠家的生產技術較成熟，且都能運用于水下。國內也有沈陽鑫聯、沈陽永業(yè)等公司生產清管球跟蹤器，但都只能運用于陸地管道，不適用于水下。對于國內海底管道的清管定位，目前只能購買國外成熟的跟蹤器，但對于購買的國外清管球跟蹤器需進行水下試驗，因此需制訂一套完整的水下試驗方案以驗證購買的產品性能。

1 英國Online公司生產的清管球跟蹤器介紹

本次試驗使用Online 公司的3008 型發(fā)射機和3005 型接收機。

1.1 3008型發(fā)射機

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其進行定位。3008 型發(fā)射器發(fā)射22 Hz 的信號，與電磁接收器一并使用，可精確定位到清管器，誤差能夠達到只有幾厘米。脈沖速率可進行調整以達到項目對電池壽命的要求，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。

3008 型電磁發(fā)射器性能指標見表1，3008 型發(fā)射機實物見圖1。

表1 3008 型電磁發(fā)射器性能指標

圖1 3008 型發(fā)射機

標準重復速率狀態(tài)下的電池壽命見表2，重復速率可根據項目的具體要求進行調整。

表2 3008 型電磁發(fā)射器電池壽命

1.2 3005型接收機

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

3005 型接收器會將電磁信號轉換為聲信號，通過骨傳導的耳機傳遞給操作人員。電磁發(fā)射器發(fā)出22 Hz 信號，操作人員就可在接收到的信號中監(jiān)測到微小的差別。3005 型接收器的特點是還有兩個起告知作用的LED 燈，其中一個會在監(jiān)測到22 Hz 信號時亮，另一個則在電量低時提示。

一旦有信號被監(jiān)測到，3005 型接收器就可通過監(jiān)測發(fā)射器內部的磁“零基點”來定位信號來源，定位得到的清管器位置通常和實際只有幾厘米的誤差。3005 型接收器由電池提供動力，包裹在堅固的聚甲醛樹酯外殼內，可在水下200 m 深度工作。3005 型電磁接收器性能指標見表3，實物見圖2。

表3 3005 型電磁接收器性能指標

圖2 3005 型接收機

2 試驗方案

本次試驗借助于渤海某海底管道清管項目進行試驗。渤海某油田RUP 平臺至WHPD 平臺新鋪設一根管徑12 in（1 in=25.4 mm）、長4.1 km 的注水海底管道，海底管道參數見表4。在膨脹彎安裝完成后需對整根管道進行清管試壓。試驗思路：管道清管時，將3008 型發(fā)射機安裝于清管列車的最后一個直板測徑球，潛水員下水手持3005 型接收機進行海試，當直板測徑球到達潛水員等待點時，清管泵停泵，潛水員前后走動測試是否能夠接收到發(fā)射信號。

表4 試驗海底管道參數

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

圖3 搭載發(fā)射機的清管球塞入發(fā)球筒內

具體試驗步驟如下：

（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備運轉情況。

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

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

（4）啟動清管泵，向海底管道內注水，觀察并記錄發(fā)球筒上壓力表讀數及清管泵流量，發(fā)球筒后端過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 海底管道長度的海水）；卸掉海底管道內壓力，打開發(fā)球筒蓋板，放入直板鋼刷清管球，關閉發(fā)球筒蓋板，啟動清管泵繼續(xù)注水發(fā)球，注水約160 m 海底管道長度的海水，即10.95 m3后停泵。

（5）卸掉海底管道內壓力、打開發(fā)球筒蓋板，放入帶發(fā)射機的直板測徑球。

（6）潛水員在船上先打開3005 型接收機開關，潛水員攜帶3005 型接收機于第二個清管球發(fā)出后提前下水到RUP 平臺端的平管法蘭處等待。

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

（8）待清管泵注入9.24 m3海水（第三個清管球塞入后的注水量）后停泵，此時直板測徑球到達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，通過接收器尋找發(fā)射器信號，測試能夠接收到信號的最遠距離，并實現清管球精準定位。完成測試后潛水員出水上船，清管泵開泵繼續(xù)清管。清管工藝流程示意見圖4，潛水員攜帶接收機下水尋找信號見圖5。

圖4 清管工藝流程示意

圖5 潛水員攜帶接收機下水尋找信號

3 試驗結果

通過試驗，驗證了Online 公司的清管球跟蹤器發(fā)射機和接收機都具有較好的水密性和承壓性，跟蹤器的電池使用時間能夠到達產品說明書中的數值。表5列出了3005 型接收機和3008 型發(fā)射機在海底管道內的測試結果，此型號的跟蹤器能夠檢測到距離發(fā)射機最遠2 m 距離的信號。

表5 信號距離測試結果

4 結束語

本次試驗證明了Online 公司的跟蹤器能夠實現清管球跟蹤定位。但其產品也存在待改進的方面，例如接收器主要使用耳機的接收方式，因海底環(huán)境復雜，且潛水員下水都需佩戴潛水頭盔，使用耳機的接收方式容易造成潛水員誤判斷，有時會錯過信號發(fā)射點。建議增加燈光強弱的接收方式或采用接收器振動的接收方式，以方便潛水員水下接收信號，避免出現誤判斷而耽誤時間；建議優(yōu)化人機交互設計，使接收器便于潛水員或ROV 水下攜帶，可進行信息顯示、參數設置、信息分析和存儲等操作，并與水面設備通信，可直觀地把信息呈現給水面指揮人員。

同時也希望國內的相關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，生產出能夠適用于海底管道的清管球跟蹤器。