前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的水下機器人在海上石油工程的應用，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：石油行業作為我國重工業經濟發展的支柱產業之一，在我國的經濟增速上發揮著至關重要的作用。石油資源也是我國目前為止主要的能源之一，而在石油工程特別是海上石油工程中，常常發生許多突發情況，這些突發情況很可能導致海底石油泄漏并進一步引發爆炸、火災等許多安全事故問題。對此，隨著我國科技水平和現代化水平的不斷提升，將自動化技術與水下機器人引入到海上石油工程將極大的改善海上石油工程出現安全問題的幾率，并在海上安全救援、海底生物保護、海上石油作業等方面發揮至關重要的作用。文章將結合水下機器人的特點和技術手段對于其在海上石油工程中的具體應用進行相關研究。
關鍵詞：水下機器人；石油工程安全問題；海上石油工程
地球上70%的成分都是由水組成的，而這其中海洋更是占據了極大一部分。海洋中有許多人類至今還未挖掘完畢的海洋生物、海底石油、天然氣、可燃冰以及其他礦產資源，這些資源是人類能源的重要儲備之一。同時，海面作為一種運輸通道，也在石油工程以及石油運輸方面發揮著至關重要的作用。進入21世紀以來，人工智能和自動化技術不斷進入科研人員的研究視野，隨著機器人的不斷完善和發展，應對石油工程可能發現的安全問題的水下機器人也進行著相關的發展，并且在不斷的研發測試中得到了應用。在海洋石油資源的開采和運輸中，由于海面受自然因素影響較大，水下氣候變幻莫測，因此水下機器人的開發和應用有助于幫助石油開發設施在水下的日常維護和檢修工作。
1水下機器人
水下機器人是機器人領域的一個重要實際應用之一，它在我國目前的航海探測、海洋探索以及石油工程中發揮著至關重要的作用。水下機器人材料的高防水性和關節的靈活性保證了它能夠在海面下進行日常的操作作業，在水下空間的一定范圍內的行動不受水壓的破壞和海水的腐蝕[1]。除此之外，現在科研人員還為水下機器人配備了攝像頭、聲吶以及跟蹤器，令它能夠通過高防水、高靈活性的多功能的機械手臂以及與之相配套的操作工作，在石油工程全過程進行相關的輔助作業。和傳統機器人的系統不同，水下機器人的系統主要分為水下的潛水器，也就是中繼器件；對于機器人的收放系統；臍帶纜繩以及每個機器人都必不可少的控制系統、動力系統，前幾個水上機器人獨有的部分能夠保證其在水下作業不受海水流動以及天氣原因的過多影響，保證機器人的投放和回收活動。根據不同的分類，目前在海底進行作業的水下機器人主要分為以下幾種：（1）觀察型水下機器人。這種機器人主要是為了觀察海洋中一些生物的運行軌跡、觀察一些污染情況以及海底地殼變動情況，沒有實際的操作技術。（2）具有一定的負載能力的機器人。這種機器人雖然攜帶一定的潛水設備，但由于制造空間的限制，這些設備通常為攝像頭等輔助器材，依舊以觀察為主，在某些分類中將這類機器人也歸為觀察型機器人。主要針對某一種群的生物進行長期的跟蹤活動[2]。（3）水下作業型機器人。這類機器人就屬于石油工程中最常用到的機器人之一，它搭載的多功能的機械手臂，能夠在操作人員的操作下完成一定的復雜操作，在水下也能夠輔助施工人員進行石油工程作業。（4）爬行型機器人。這類機器人主要應用在對于海底的開采中，將這類機器人放置在海床上，并利用其機械手臂進行挖溝等開采活動，也常常應用在石油工程中，和第三種一起進行石油工程作業。
2水下機器人在海上石油工程中的具體應用
在上文介紹了水上機器人的幾種類型，而第三種以及第四種水下機器人在海上石油工程中發揮著獨特的作用，具體表現為：（1）水下機器人能夠幫助石油工程安裝相應器材以及設備的日常檢修。無論是海面下還是海面上，海水的波動情況變化都十分之大，石油工程常常面臨著無法繼續作業的難題[3]。而水下機器人的應用成功地幫助了石油工程在惡劣條件下也能夠順利作業。具體表現為3個方面。①水下機器人對于石油工程導管架的安裝。想要安裝石油工程的導管架，首先需要對放置地區的海床進行深入勘測，并且在導管架安裝后進行下水檢測。通過水下機器人，導管架安裝前的地質勘測可以利用觀察型機器人以及作業型機器人共同完成，針對該地質進行相應的安裝活動。在導管架進入到海洋以前，水下機器人應當首先利用攜帶聲吶、水下定位系統以及防水攝像頭等設備對海床進行具體的勘察，并將勘察返回到作業船上，由相關人員進行技術分析，確定是否可以進行接下來的導管架安裝工作。②導管架的正式下水以及安裝工作。作業型水下機器人應當通過ROV的水下定位系統以及攝像頭對整個安裝過程進行精準定位和全程跟蹤，確保導管架放置在操作人員最初的設想地方。在安裝完成后，水下機器人應當圍繞導管架設施進行全程錄像跟蹤和技術分析，細致的排查導管架在安裝完成后有沒有疏忽大意的地方，并將導管架現在在水下的狀態詳細記錄在攝像中，一旦發現問題方便操作人員進行排查，對于導管架井口基盤的安裝情況、導管架架腿是否變形等情況以及定位銷的對準情況都要進行逐一排查，這樣細致的排查是日后石油工程減少安全隱患、提高安裝質量和操作質量的重要保證之一。③對導管架的日常檢修工作。眾所周知，海水有許多重金屬元素，這些元素對于導管架而言有一定的腐蝕作用。尤其是在石油工程正式開始之后，對于長時間位于海水中的導管架而言，日常的檢修和維護是有效避免其被海水化學腐蝕而導致石油泄漏的關鍵。而傳統海上石油工程中，主要依靠人力進行定期的排查，這種排查方式一來無法做到每天排查，二來人力檢查難免有疏忽大意的地方。因此水下機器人的應用就顯得十分重要。水下機器人機身的防水性和一定的耐腐蝕性能夠保證其在海水下的安全作業，而搭載的ROV裝置能夠通過超聲波儀器、渦流檢測儀器以及水下攝像頭等設施對導管架的全部細節進行仔細的檢查，保證了海上石油工程日常作業的安全性。（2）水下機器人能夠幫助海上石油工程的相關管線鋪設。對于海上石油工程而言，石油開采后的運輸也是一個十分重要的環節，運輸環節一旦發生紕漏很有可能導致海水污染和火災的發生。在海上石油的運輸中，輪船運輸和管道運輸是主要的運輸方式。同輪船運輸相比，管道運輸具有穩定、高速、便捷的特點，也因此成為了海上石油運輸的主力軍。在管道運輸方面，水下機器人也能夠起到十分重要的作用，具體表現在以下3個方面。①水下機器人對于管道和相關線路鋪設的重要工作內容方面。對于海底的管道管線鋪設而言，對已經鋪設的管線進行日常的水下目視檢測，通過水下機器人搭載的攝像頭對管線的損傷情況、出現腐蝕情況以及膨脹環的相關情況進行一定的監測活動是十分有必要的，定期的監測能夠幫助石油工程精準掌握運輸環節產生的問題，把握石油運輸。②水下機器人在進行管線檢測中所應用的檢測方法。在水下機器人進行管線檢測中，ROV技術是常用的細致監測手段之一。操作人員在工作船上對于水下機器人實行全方位的控制，通過ROV所搭載的定位系統指揮水下機器人沿著管線進行測量活動，并將測量來的信號發送給工作船，由專門的工作人員在計算機處理處進行分析工作。③水下機器人對于管線日常維護檢測的檢測程序。針對管線的檢測，海上石油工程常用作業型機器人搭載ROV設備和傳感器設備進行細致的檢查校準工作。將水下機器人放入水中并操縱其走到管線附近，釋放ROV設備，通過聲吶技術對水下機器人接下來的操作路線進行校準工作，保證系統正常有序的進行水地作業。并在找到管線的位置后通過電極測量技術和聲吶掃描技術對管線的各個部位進行精準掃描，確定有無故障點以及需要進行維修更換的地點。除了ROV以外，整個檢測活動都需要水下攝像機的運行，水下攝像機需要對整個檢測活動進行全面的記錄。
3結語
在海上石油工程中，存在著許多危險，想要保證企業的經濟利益不受損失，保證操作人員的人身安全，水下機器人在海上石油的應用必不可少。隨著我國科技水平的不斷調高，水下機器人所能搭載的技術和設備也在不斷的擴大，它的工作范圍也逐漸由簡單的攝像行為演變為及攝像和檢測一體的作業型水下機器人。以ROV為代表的水下機器人在海上石油工程中以其獨有的高防水、耐腐蝕、效率高、精準度高等特點，能夠最大程度的保障石油作業的安全性，減少石油泄漏和爆炸、火災等安全隱患的出現。
參考文獻：
[1]劉貴杰,劉展文,田曉潔,等.智能材料在水下仿生機器人驅動中的應用綜述[J].中國海洋大學學報(自然科學版),2018,48(3):114-120.
[2]水下機器人（ROV）運動姿態控制研究[D].江蘇科技大學,2018.
[3]韋榮偉.水下機器人發展趨勢及前景[J].現代制造技術與裝備,2018(2):175-176.
作者:孫濤 單位:中海石油(中國)有限公司天津分公司
