摘要：石油行业作为我国重工业经济发展的支柱产业之一，在我国的经济增速上发挥着至关重要的作用。石油资源也是我国目前为止主要的能源之一，而在石油工程特别是海上石油工程中，常常发生许多突发情况，这些突发情况很可能导致海底石油泄漏并进一步引发爆炸、火灾等许多安全事故问题。对此，随着我国科技水平和现代化水平的不断提升，将自动化技术与水下机器人引入到海上石油工程将极大的改善海上石油工程出现安全问题的几率，并在海上安全救援、海底生物保护、海上石油作业等方面发挥至关重要的作用。文章将结合水下机器人的特点和技术手段对于其在海上石油工程中的具体应用进行相关研究。
关键词：水下机器人；石油工程安全问题；海上石油工程
地球上70%的成分都是由水组成的，而这其中海洋更是占据了极大一部分。海洋中有许多人类至今还未挖掘完毕的海洋生物、海底石油、天然气、可燃冰以及其他矿产资源，这些资源是人类能源的重要储备之一。同时，海面作为一种运输通道，也在石油工程以及石油运输方面发挥着至关重要的作用。进入21世纪以来，人工智能和自动化技术不断进入科研人员的研究视野，随着机器人的不断完善和发展，应对石油工程可能发现的安全问题的水下机器人也进行着相关的发展，并且在不断的研发测试中得到了应用。在海洋石油资源的开采和运输中，由于海面受自然因素影响较大，水下气候变幻莫测，因此水下机器人的开发和应用有助于帮助石油开发设施在水下的日常维护和检修工作。
1水下机器人
水下机器人是机器人领域的一个重要实际应用之一，它在我国目前的航海探测、海洋探索以及石油工程中发挥着至关重要的作用。水下机器人材料的高防水性和关节的灵活性保证了它能够在海面下进行日常的操作作业，在水下空间的一定范围内的行动不受水压的破坏和海水的腐蚀[1]。除此之外，现在科研人员还为水下机器人配备了摄像头、声呐以及跟踪器，令它能够通过高防水、高灵活性的多功能的机械手臂以及与之相配套的操作工作，在石油工程全过程进行相关的辅助作业。和传统机器人的系统不同，水下机器人的系统主要分为水下的潜水器，也就是中继器件；对于机器人的收放系统；脐带缆绳以及每个机器人都必不可少的控制系统、动力系统，前几个水上机器人独有的部分能够保证其在水下作业不受海水流动以及天气原因的过多影响，保证机器人的投放和回收活动。根据不同的分类，目前在海底进行作业的水下机器人主要分为以下几种：（1）观察型水下机器人。这种机器人主要是为了观察海洋中一些生物的运行轨迹、观察一些污染情况以及海底地壳变动情况，没有实际的操作技术。（2）具有一定的负载能力的机器人。这种机器人虽然携带一定的潜水设备，但由于制造空间的限制，这些设备通常为摄像头等辅助器材，依旧以观察为主，在某些分类中将这类机器人也归为观察型机器人。主要针对某一种群的生物进行长期的跟踪活动[2]。（3）水下作业型机器人。这类机器人就属于石油工程中最常用到的机器人之一，它搭载的多功能的机械手臂，能够在操作人员的操作下完成一定的复杂操作，在水下也能够辅助施工人员进行石油工程作业。（4）爬行型机器人。这类机器人主要应用在对于海底的开采中，将这类机器人放置在海床上，并利用其机械手臂进行挖沟等开采活动，也常常应用在石油工程中，和第三种一起进行石油工程作业。
2水下机器人在海上石油工程中的具体应用
在上文介绍了水上机器人的几种类型，而第三种以及第四种水下机器人在海上石油工程中发挥着独特的作用，具体表现为：（1）水下机器人能够帮助石油工程安装相应器材以及设备的日常检修。无论是海面下还是海面上，海水的波动情况变化都十分之大，石油工程常常面临着无法继续作业的难题[3]。而水下机器人的应用成功地帮助了石油工程在恶劣条件下也能够顺利作业。具体表现为3个方面。①水下机器人对于石油工程导管架的安装。想要安装石油工程的导管架，首先需要对放置地区的海床进行深入勘测，并且在导管架安装后进行下水检测。通过水下机器人，导管架安装前的地质勘测可以利用观察型机器人以及作业型机器人共同完成，针对该地质进行相应的安装活动。在导管架进入到海洋以前，水下机器人应当首先利用携带声呐、水下定位系统以及防水摄像头等设备对海床进行具体的勘察，并将勘察返回到作业船上，由相关人员进行技术分析，确定是否可以进行接下来的导管架安装工作。②导管架的正式下水以及安装工作。作业型水下机器人应当通过ROV的水下定位系统以及摄像头对整个安装过程进行精准定位和全程跟踪，确保导管架放置在操作人员最初的设想地方。在安装完成后，水下机器人应当围绕导管架设施进行全程录像跟踪和技术分析，细致的排查导管架在安装完成后有没有疏忽大意的地方，并将导管架现在在水下的状态详细记录在摄像中，一旦发现问题方便操作人员进行排查，对于导管架井口基盘的安装情况、导管架架腿是否变形等情况以及定位销的对准情况都要进行逐一排查，这样细致的排查是日后石油工程减少安全隐患、提高安装质量和操作质量的重要保证之一。③对导管架的日常检修工作。众所周知，海水有许多重金属元素，这些元素对于导管架而言有一定的腐蚀作用。尤其是在石油工程正式开始之后，对于长时间位于海水中的导管架而言，日常的检修和维护是有效避免其被海水化学腐蚀而导致石油泄漏的关键。而传统海上石油工程中，主要依靠人力进行定期的排查，这种排查方式一来无法做到每天排查，二来人力检查难免有疏忽大意的地方。因此水下机器人的应用就显得十分重要。水下机器人机身的防水性和一定的耐腐蚀性能够保证其在海水下的安全作业，而搭载的ROV装置能够通过超声波仪器、涡流检测仪器以及水下摄像头等设施对导管架的全部细节进行仔细的检查，保证了海上石油工程日常作业的安全性。（2）水下机器人能够帮助海上石油工程的相关管线铺设。对于海上石油工程而言，石油开采后的运输也是一个十分重要的环节，运输环节一旦发生纰漏很有可能导致海水污染和火灾的发生。在海上石油的运输中，轮船运输和管道运输是主要的运输方式。同轮船运输相比，管道运输具有稳定、高速、便捷的特点，也因此成为了海上石油运输的主力军。在管道运输方面，水下机器人也能够起到十分重要的作用，具体表现在以下3个方面。①水下机器人对于管道和相关线路铺设的重要工作内容方面。对于海底的管道管线铺设而言，对已经铺设的管线进行日常的水下目视检测，通过水下机器人搭载的摄像头对管线的损伤情况、出现腐蚀情况以及膨胀环的相关情况进行一定的监测活动是十分有必要的，定期的监测能够帮助石油工程精准掌握运输环节产生的问题，把握石油运输。②水下机器人在进行管线检测中所应用的检测方法。在水下机器人进行管线检测中，ROV技术是常用的细致监测手段之一。操作人员在工作船上对于水下机器人实行全方位的控制，通过ROV所搭载的定位系统指挥水下机器人沿着管线进行测量活动，并将测量来的信号发送给工作船，由专门的工作人员在计算机处理处进行分析工作。③水下机器人对于管线日常维护检测的检测程序。针对管线的检测，海上石油工程常用作业型机器人搭载ROV设备和传感器设备进行细致的检查校准工作。将水下机器人放入水中并操纵其走到管线附近，释放ROV设备，通过声呐技术对水下机器人接下来的操作路线进行校准工作，保证系统正常有序的进行水地作业。并在找到管线的位置后通过电极测量技术和声呐扫描技术对管线的各个部位进行精准扫描，确定有无故障点以及需要进行维修更换的地点。除了ROV以外，整个检测活动都需要水下摄像机的运行，水下摄像机需要对整个检测活动进行全面的记录。
3结语
在海上石油工程中，存在着许多危险，想要保证企业的经济利益不受损失，保证操作人员的人身安全，水下机器人在海上石油的应用必不可少。随着我国科技水平的不断调高，水下机器人所能搭载的技术和设备也在不断的扩大，它的工作范围也逐渐由简单的摄像行为演变为及摄像和检测一体的作业型水下机器人。以ROV为代表的水下机器人在海上石油工程中以其独有的高防水、耐腐蚀、效率高、精准度高等特点，能够最大程度的保障石油作业的安全性，减少石油泄漏和爆炸、火灾等安全隐患的出现。
参考文献：
[1]刘贵杰,刘展文,田晓洁,等.智能材料在水下仿生机器人驱动中的应用综述[J].中国海洋大学学报(自然科学版),2018,48(3):114-120.
[2]水下机器人（ROV）运动姿态控制研究[D].江苏科技大学,2018.
[3]韦荣伟.水下机器人发展趋势及前景[J].现代制造技术与装备,2018(2):175-176.
作者:孙涛 单位:中海石油(中国)有限公司天津分公司
