[发明专利]一种深水管道回接位姿测量装置

说明书

本发明提供一种深水管道回接位姿测量装置，由测量装置(I)与测量装置(II)及辅助测量钢丝绳3组成。其中测量装置(I)的结构主要包括正交倾角测量机构、法兰对接机构以及俯仰与水平摆角测量机构。测量装置(II)的结构主要包括正交倾角测量机构、法兰对接机构、绳长检测机构以及俯仰与水平摆角测量机构。本发明通过设计相应对接机构从而充分利用法兰端面定位以及法兰外圆夹紧，提升了轴向定位精度，从而将法兰端面与测量绳伸出位点的间距从一个未知量变为固定值；本发明将钢丝绳在测量装置中的引出位点调整至相对应被测管道的中心轴延长线上，进而同样在基于过渡矩阵算法的基础上简化求解过程。

技术领域

本发明涉及一种深水管道回接位姿测量装置，是一种针对深海管道回接作业时用于测量管道间相对距离与角度的测量装置，属于深水测量作业设备领域。

背景技术

随着经济的蓬勃发展，各国对油气资源的需求与日俱增。近年来由于陆地资源的日渐减少，各国都将油气资源开发的重点投向了深海。在近10年被探明的超过l亿吨储量的油气田中，海洋油气田约占60％且其中一半位于水深500m以上的海域。因此，深海油气开采装备与技术也随之成为国际海洋工程界研发的热点。近年来随着我国对深海油气资源的开发以及经济的快速增长，极大地促进了油气输送通道与区域配送管网的发展。而对于深水油气的开发，其主要面临的难题有：复杂与极端的海底环境，深水的高压、低温，远程遥控操作，水下分离与生产作业以及长距离水下回接作业等。经验表明，水下回接技术作为深海管道铺设过程中的一项重要技术，对油气的开发意义重大。水下回接技术即：将新开发的生产管道并入已建成的管道网络中，从而充分利用已建设施，更加经济、有效地开发边际油田。考虑到海底地形因素以及深水恶劣环境的影响，待回接管道下放至海底后与预留管道间存在一定的距离以及相对角度。因此，如何在错综复杂的海底环境条件下将待回接管道并入已建好的管网中，是水下回接技术主要解决的问题。通常采取定制一根中间连接短管来完成两管道之间的连接，短管的形状完全取决于待连接管道在海底的相对位姿参数。如何准确地测量该参数，即：两海底管道的法兰间距与角度等相对空间位置，是水下回接技术的关键。

目前针对其的水下测量法主要有水声测量法与辅助拉绳测量法。而辅助拉绳测量法视作业深度分为潜水员辅助拉绳测量法和ROV辅助拉绳测量法。在深水作业领域，在测量精度方面水声测量法与辅助拉绳测量法的测量精度相当，并且相对于辅助拉绳测量法水声测量法的应用更加广泛。但在对作业环境的要求上，由于易受水下环境中杂质影响，水声测量法对作业环境的要求相对较高。如：水下悬浮物会使声速改变，从而导致不真实的测量误差。从测量装置安装的角度来看，水声测量的应答器在安装和回收过程相对复杂，易造成破坏或丢失，导致一定的经济损失。此外，水声测量过程耗时较长导致其经济性较差。因此，当环境噪声较大时或特殊地形，如：漏斗地形造成潜在的声波反射以及在海洋平台等钢结构上进行测量作业时，前者相对于水声测量法更有优势。

目前现有针对回接作业设计的深水管道位姿测量系统主要包括1999年挪威NGI公司与英国Deep Water Solutions公司联合开发的Smart Wire辅助绳测量系统以及2010年哈尔滨工程大学所提出的一种基于被测管道定位的深海管道位姿测量系统。根据相关文献分析，上述测量系统一定程度上可以较好满足测量作业的需要，但仍存在一定的不足：

1.安装方式相对复杂。由于深水作业需要借助ROV的辅助完成，由于通过法兰螺栓孔安装的可操作性较低，现有设备皆通过对接底座安装在被测管道上。因此，一方面需设计专用底座与对接接头完成水下测量装置与管道的对接，从而导致ROV水下作业周期较长，增加作业难度。另一方面海底恶劣的环境导致管道不可避免地被腐蚀，从而影响底座连接的可靠性进而影响测量精度。此外，该对接结构导致测量绳的伸出位点不在被测管道中心线的延长线上，因此，一定程度上增加了求解的难度与计算量，在通过上位机求解时会不可避免地造成测量误差与不确定度的累积；