摘" 要：該文描述在中國(guó)某海域井場(chǎng)海纜調(diào)查中，采用ROV搭載TSS440系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)計(jì)測(cè)線，對(duì)井場(chǎng)內(nèi)的疑似海纜進(jìn)行調(diào)查，ROV搭載吹泥工具對(duì)發(fā)現(xiàn)的海纜進(jìn)行除泥，以確認(rèn)海纜及其路由的情況。研究結(jié)果表明，TSS440便于ROV搭載和安裝，通過(guò)TSS440的調(diào)查結(jié)果以及除泥后海纜的確認(rèn)，確定井場(chǎng)中海纜的存在和路由信息，調(diào)查結(jié)果可靠，為后期的鉆井活動(dòng)提供寶貴的參考信息。

關(guān)鍵詞：TSS440；水下機(jī)器人；井場(chǎng)調(diào)查；海纜；探測(cè)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP242" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）13-0186-04

Abstract： Through investigating the design of lines of the well site， ROV completed the investigation of the suspected subsea cable inside the well site. Subsequently， ROV equipped with dredging tool removed the mud upon the subsea cable to confirm its existence and routing. The research results show it is convenient for TSS440 to install and connect with ROV. Through the investigation results of TSS440 and the confirmation of subsea cable after mud removal， the existence and routing information of subsea cable in the well site are determined， and the investigation results are reliable， which provides valuable reference information for later drilling activities.

Keywords： TSS440; Remotely Operated Vehicle; well site survey; subsea cable; detection system

近年來(lái)，海上油氣勘探和開(kāi)發(fā)的步伐逐漸加快，海上鉆井活動(dòng)日益活躍。伴隨著全球信息服務(wù)技術(shù)的發(fā)展，海底光纜通信技術(shù)在此大環(huán)境下發(fā)展異常迅速，同時(shí)，國(guó)家高度重視海洋開(kāi)發(fā)和海防建設(shè)，在中國(guó)海域已鋪設(shè)大量海底光纜及電纜[1-4]。鉆井活動(dòng)區(qū)域與海纜路由不可避免地出現(xiàn)重合區(qū)域。為了防范鉆井安全事故的發(fā)生，需要在鉆井作業(yè)前對(duì)就位區(qū)域進(jìn)行井場(chǎng)調(diào)查，一方面對(duì)就位及鉆井過(guò)程中可能遇到的地質(zhì)災(zāi)害和可能危及鉆井作業(yè)安全的地質(zhì)因素進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)，另一方面需對(duì)井場(chǎng)內(nèi)可能存在的水下設(shè)施（如光纜）進(jìn)行調(diào)查，以便在就位及鉆井過(guò)程中采取相應(yīng)的防范措施，確保作業(yè)人員、鉆井平臺(tái)及水下已有設(shè)施的安全。目前常規(guī)的井場(chǎng)調(diào)查技術(shù)如單波束測(cè)深、側(cè)掃聲吶、淺地層剖面、單道地震、多道地震、磁力探測(cè)以及鉆探取樣等[5-7]，但是對(duì)于尺寸較小，尤其是處于掩埋狀態(tài)的海纜，常規(guī)的地球物理方法如淺地層剖面儀、磁力儀等技術(shù)難以準(zhǔn)確的探測(cè)。

TSS440地下管線探測(cè)設(shè)備是英國(guó)TSS企業(yè)研制的性能卓越管道追蹤機(jī)器設(shè)備，其不但能檢測(cè)管線的路由器部位，還可以檢測(cè)管線的埋深與懸跨，主要用途十分廣泛。此設(shè)備廣泛應(yīng)用于海管道安裝時(shí)調(diào)研和海管年審等，針對(duì)檢驗(yàn)管道是很有效的。TSS440一般安裝于ROV（遙控?zé)o人潛水器，Recnote Operted Vehicle）上，由ROV帶入開(kāi)展水中管線檢測(cè)工作中。機(jī)器設(shè)備有2種特性：一是可靠性高，且比較容易上手操作；二是具備非介入性，且不必須在海管上載入額外追蹤數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)測(cè)試海管。因其實(shí)際操作應(yīng)用十分簡(jiǎn)單，檢測(cè)結(jié)論相對(duì)來(lái)說(shuō)精確，并且對(duì)海管沒(méi)有任何危害，不會(huì)影響管線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，受到工程項(xiàng)目多方親睞。對(duì)于海纜調(diào)查，主要采用專門(mén)的海纜追蹤系統(tǒng)，其中TSS350amp;440系統(tǒng)目前在掩埋海管、海纜調(diào)查中應(yīng)用廣泛。而對(duì)于井場(chǎng)中海纜的調(diào)查，由于難于確認(rèn)其載波狀態(tài)，TSS350系統(tǒng)難以利用，因此ROV搭載TSS440系統(tǒng)進(jìn)行井場(chǎng)內(nèi)光纜調(diào)查成為首選。目前國(guó)內(nèi)井場(chǎng)調(diào)查以常規(guī)手段為主，如果在井場(chǎng)范圍內(nèi)存在已知的海纜或常規(guī)井場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)疑似海纜，確認(rèn)海纜是否真實(shí)存在以及路由信息便成為鉆探活動(dòng)前的重要事項(xiàng)。在未知海纜準(zhǔn)確路由的情況下，通過(guò)ROV搭載TSS440對(duì)井場(chǎng)內(nèi)疑似海纜的調(diào)查，確定掩埋海纜的路由，為海上鉆探活動(dòng)提供了安全保障，為井場(chǎng)內(nèi)已有水下設(shè)施的確認(rèn)提供了新的方法和保障。

1" 設(shè)備的選型和使用

1.1" 作業(yè)設(shè)備介紹

TSS440是依據(jù)物理“變化的磁場(chǎng)形成靜電場(chǎng)，變動(dòng)的靜電場(chǎng)造成電磁場(chǎng)”的基本原理，在檢測(cè)電磁線圈時(shí)載入脈沖電壓，當(dāng)浪涌電流穿過(guò)線圈時(shí)，會(huì)在電磁線圈周邊產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)。在電磁場(chǎng)范圍之內(nèi)，金屬材料管道也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)變工作電壓，因此在管道上都會(huì)有變化的電流量。這一電流量會(huì)到管道周邊產(chǎn)生一個(gè)變化的磁場(chǎng)，電磁線圈內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)帶來(lái)感應(yīng)電壓。TSS440系統(tǒng)可以檢測(cè)這一感應(yīng)電壓。這一感應(yīng)電壓的形狀總寬就表明了檢測(cè)電磁線圈與檢測(cè)物間的距離。離電磁場(chǎng)核心越遠(yuǎn)，檢測(cè)物所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越低，進(jìn)而檢測(cè)電磁線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也越低。TSS440設(shè)備一共有左、中、右3個(gè)檢測(cè)電磁線圈，各自傳出感應(yīng)磁場(chǎng)，獲得磁感應(yīng)脈沖電壓。因?yàn)?個(gè)電磁線圈和海管間距不一樣，所得到的脈沖電壓數(shù)據(jù)信號(hào)也有所不同，利用3個(gè)電磁線圈檢測(cè)的信息，綜合運(yùn)算得出檢測(cè)物精確坐標(biāo)，并通過(guò)高度測(cè)量?jī)x獲得線圈的相對(duì)高度，檢測(cè)物質(zhì)就等同于電磁線圈與檢測(cè)物的安全距離減掉線圈的相對(duì)高度。選用英國(guó)Teledyne TSS公司的TSS440管線和電纜測(cè)量系統(tǒng)，TSS440主要由水面控制單元、水下供電/電子艙、測(cè)量線圈和高度計(jì)等組成（圖1）。

ROV使用中海輝固公司組裝的125匹CFCV1500系列ROV系統(tǒng)。配備4個(gè)水平和4個(gè)垂直液壓推進(jìn)器、Schilling TITIAN 4七功能智能機(jī)械手和Schilling Rigmaster五功能重型機(jī)械手，采用光纖通訊。作業(yè)支持船為“華鯤”三用工作船（圖2）。

水面和水下定位選用輝固公司Starfix.G2全球差分定位服務(wù)和Sonardyne USBL水下定位系統(tǒng)以及其他輔助工具（圖3）。

1.2" 設(shè)備連接

使用非金屬材質(zhì)的螺桿固定TSS440系統(tǒng)至ROV上（圖4），線圈距離ROV的距離不小于0.8 m。ROV提供TSS440系統(tǒng)的電力供應(yīng)以及信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ馈y(cè)量線圈和高度計(jì)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)水下電子倉(cāng)采集后，通過(guò)ROV光纖式傳輸至水面控制單元。

TSS440機(jī)器設(shè)備各部分安裝、連接穩(wěn)定之后，在下水之前需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。檢測(cè)時(shí)，根據(jù)機(jī)器設(shè)備使用的頻率計(jì)，在檢測(cè)電磁線圈周邊挪動(dòng)，假如顯示屏上面有信號(hào)顯示轉(zhuǎn)變，表明TSS機(jī)器設(shè)備狀況良好。假如無(wú)信號(hào)顯示，表明通信連接出現(xiàn)問(wèn)題?？蓢L試改變連接光端機(jī)的3根電纜線，互換其位置，重連。

1.3" 水下背景補(bǔ)償

ROV搭載TSS440下水后，當(dāng)系統(tǒng)上電熱機(jī)工作15～20 min以后進(jìn)行，距離所有導(dǎo)體大于10 m處通過(guò)軟件進(jìn)行自動(dòng)背景補(bǔ)償，來(lái)消除ROV自身給系統(tǒng)帶來(lái)的背景噪聲。所選區(qū)域要盡量平坦，避免周?chē)嬖谏顪匣驇r石，且該區(qū)域不能有任何的埋藏導(dǎo)體或裸露碎片，在背景補(bǔ)償過(guò)程中確保440系統(tǒng)處于一個(gè)非常穩(wěn)定的狀態(tài)。

在背景補(bǔ)償完成以后，將ROV移動(dòng)到另外一個(gè)“干凈”的區(qū)域，在整個(gè)移動(dòng)過(guò)程中信號(hào)強(qiáng)度的變化不應(yīng)該大于±10 μV，將ROV坐到海底然后檢查信號(hào)的強(qiáng)度確保該強(qiáng)度穩(wěn)定在0±10 μV。

2" 測(cè)線設(shè)計(jì)和調(diào)查

2.1" 設(shè)計(jì)測(cè)線

根據(jù)井口位置、井場(chǎng)預(yù)調(diào)查的結(jié)果、海圖、國(guó)家海洋局光纜數(shù)據(jù)等制作的井場(chǎng)光纜調(diào)查測(cè)線設(shè)計(jì)。

2.2" 光纜路由調(diào)查和確認(rèn)

1）對(duì)2條疑似光纜路由進(jìn)行調(diào)查，ROV以此路由為中心，進(jìn)行寬度50 m的S形掃查，如果某處發(fā)現(xiàn)光纜目標(biāo)，ROV將沿著光纜的走向進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查，確定其在此區(qū)域的路由。

2）ROV沿著測(cè)線進(jìn)行調(diào)查。如果在某處發(fā)現(xiàn)光纜目標(biāo)，ROV將沿著光纜的走向進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)查，確定其在此區(qū)域內(nèi)的路由，定位打點(diǎn)記錄疑似電纜存在點(diǎn)。

3）如果第2步發(fā)現(xiàn)數(shù)個(gè)疑似光纜存在點(diǎn)，則對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行連線，ROV以此為中心對(duì)這些連線進(jìn)行掃查，確認(rèn)有無(wú)光纜存在。

在光纜調(diào)查作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)TSS440測(cè)線調(diào)查獲得持續(xù)的信號(hào)響應(yīng)時(shí)，為了校準(zhǔn)信號(hào)是否為光纜，選擇掩埋較淺的位置，使用ROV搭載吹泥工具對(duì)TSS440調(diào)查響應(yīng)區(qū)域進(jìn)行吸泥作業(yè)，使被埋金屬物（光纜）裸露于海底，ROV用攝像頭觀察并確認(rèn)。

3" 目標(biāo)物的反饋和確認(rèn)

TSS440可以實(shí)時(shí)將探測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度呈現(xiàn)在ROV操作員面前，以此來(lái)判斷目標(biāo)物。通過(guò)處理可以將各種信息疊加在視頻上，如作業(yè)時(shí)間、坐標(biāo)、艏向和水深等。在調(diào)查過(guò)程中，一旦測(cè)量線圈探測(cè)到金屬目標(biāo)物，線圈就會(huì)有明顯的電壓反饋。當(dāng)TSS440可以持續(xù)探測(cè)到金屬目標(biāo)物時(shí)，會(huì)出現(xiàn)連續(xù)的信號(hào)反饋實(shí)線。當(dāng)有信號(hào)反饋時(shí)，可以同時(shí)得到目標(biāo)物的埋深等數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)井場(chǎng)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)一條國(guó)際光纜，未發(fā)現(xiàn)疑似光纜。同時(shí)發(fā)現(xiàn)一處信號(hào)反饋點(diǎn)，后續(xù)通過(guò)清理海泥對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)。

ROV搭載吹泥工具對(duì)發(fā)現(xiàn)的信號(hào)反饋點(diǎn)進(jìn)行除泥。除泥過(guò)程中，適時(shí)使用TSS440系統(tǒng)探測(cè)目標(biāo)物的埋深和位置，以保證作業(yè)效率。根據(jù)反饋信號(hào)以及國(guó)際光纜的調(diào)查結(jié)果，對(duì)發(fā)現(xiàn)的一處信號(hào)反饋點(diǎn)以及光纜選擇一處電壓反饋信號(hào)較強(qiáng)、埋深較小的位置進(jìn)行除泥。作業(yè)過(guò)程應(yīng)時(shí)刻關(guān)注水流、能見(jiàn)度等狀態(tài)，如果需要調(diào)整工具的位置，需等待水清后進(jìn)行，防止對(duì)光纜造成損傷。

單獨(dú)一處信號(hào)反饋點(diǎn)去除表面海泥后，ROV發(fā)現(xiàn)金屬塊狀物，證明了TSS440系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和靈敏性。對(duì)發(fā)現(xiàn)的疑似光纜路由某處進(jìn)行清理表面海泥后，發(fā)現(xiàn)光纜，進(jìn)而確定了光纜的路由。為后續(xù)鉆井和油田開(kāi)發(fā)提供了寶貴的信息。

4" 結(jié)論

選用TSS440探測(cè)設(shè)備對(duì)井場(chǎng)內(nèi)的海纜開(kāi)展懸跨檢驗(yàn)，可達(dá)到精確度高、檢驗(yàn)周期時(shí)間短、數(shù)據(jù)信息全方位且數(shù)據(jù)精度高等條件，并具有使用方便、可以極大降低失誤的發(fā)生、降低事故的風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)井場(chǎng)并未有深度的限制等優(yōu)點(diǎn)。總而言之，TSS440系統(tǒng)較好地解決了常規(guī)井場(chǎng)調(diào)查時(shí)，對(duì)于直徑較小，掩埋的海纜難以準(zhǔn)確調(diào)查這一難題，對(duì)于掩埋的海纜（一般埋深小于1.5 m），可以準(zhǔn)確定性調(diào)查海纜的路由信息，保障了鉆井作業(yè)的安全。TSS440系統(tǒng)安裝在ROV上，同時(shí)結(jié)合高清攝像頭及水下定位設(shè)備，作業(yè)方式安全、簡(jiǎn)便。ROV搭載TSS440進(jìn)行井場(chǎng)調(diào)查時(shí)，實(shí)時(shí)將反饋信號(hào)結(jié)果呈現(xiàn)在檢測(cè)屏幕上，可以有效指導(dǎo)ROV調(diào)查過(guò)程，便于發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物。通過(guò)對(duì)信號(hào)反饋點(diǎn)海泥移除后的檢查，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物的存在，證實(shí)了TSS440系統(tǒng)調(diào)查結(jié)果的準(zhǔn)確性，表明ROV搭載TSS440進(jìn)行井場(chǎng)內(nèi)的海纜調(diào)查是一種有效的方式。隨著海底海纜越來(lái)越多，同時(shí)海上鉆探活動(dòng)日益頻繁，當(dāng)井場(chǎng)存在未知海纜或管線時(shí)，ROV作為一種安全、經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)載體，搭載TSS440系統(tǒng)應(yīng)用于井場(chǎng)調(diào)查會(huì)越來(lái)越廣泛。

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