[發(fā)明專利]一種深水管道回接位姿測(cè)量裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110023259.8
• 申請(qǐng)日: 2021-01-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112629396A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王茁;蘭荻;張波;李壯;陳鶴軒;張慶瑞;馬文龍;王洛堯;王濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/14
• 分類號(hào): G01B7/14;G01B7/30
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種深水管道回接位姿測(cè)量裝置，由測(cè)量裝置(I)與測(cè)量裝置(II)及輔助測(cè)量鋼絲繩3組成。其中測(cè)量裝置(I)的結(jié)構(gòu)主要包括正交傾角測(cè)量機(jī)構(gòu)、法蘭對(duì)接機(jī)構(gòu)以及俯仰與水平擺角測(cè)量機(jī)構(gòu)。測(cè)量裝置(II)的結(jié)構(gòu)主要包括正交傾角測(cè)量機(jī)構(gòu)、法蘭對(duì)接機(jī)構(gòu)、繩長(zhǎng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及俯仰與水平擺角測(cè)量機(jī)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)對(duì)接機(jī)構(gòu)從而充分利用法蘭端面定位以及法蘭外圓夾緊，提升了軸向定位精度，從而將法蘭端面與測(cè)量繩伸出位點(diǎn)的間距從一個(gè)未知量變?yōu)楣潭ㄖ担槐景l(fā)明將鋼絲繩在測(cè)量裝置中的引出位點(diǎn)調(diào)整至相對(duì)應(yīng)被測(cè)管道的中心軸延長(zhǎng)線上，進(jìn)而同樣在基于過(guò)渡矩陣算法的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化求解過(guò)程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種深水管道回接位姿測(cè)量裝置，是一種針對(duì)深海管道回接作業(yè)時(shí)用于測(cè)量管道間相對(duì)距離與角度的測(cè)量裝置，屬于深水測(cè)量作業(yè)設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，各國(guó)對(duì)油氣資源的需求與日俱增。近年來(lái)由于陸地資源的日漸減少，各國(guó)都將油氣資源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)投向了深海。在近10年被探明的超過(guò)l億噸儲(chǔ)量的油氣田中，海洋油氣田約占60％且其中一半位于水深500m以上的海域。因此，深海油氣開(kāi)采裝備與技術(shù)也隨之成為國(guó)際海洋工程界研發(fā)的熱點(diǎn)。近年來(lái)隨著我國(guó)對(duì)深海油氣資源的開(kāi)發(fā)以及經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，極大地促進(jìn)了油氣輸送通道與區(qū)域配送管網(wǎng)的發(fā)展。而對(duì)于深水油氣的開(kāi)發(fā)，其主要面臨的難題有：復(fù)雜與極端的海底環(huán)境，深水的高壓、低溫，遠(yuǎn)程遙控操作，水下分離與生產(chǎn)作業(yè)以及長(zhǎng)距離水下回接作業(yè)等。經(jīng)驗(yàn)表明，水下回接技術(shù)作為深海管道鋪設(shè)過(guò)程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，對(duì)油氣的開(kāi)發(fā)意義重大。水下回接技術(shù)即：將新開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)管道并入已建成的管道網(wǎng)絡(luò)中，從而充分利用已建設(shè)施，更加經(jīng)濟(jì)、有效地開(kāi)發(fā)邊際油田。考慮到海底地形因素以及深水惡劣環(huán)境的影響，待回接管道下放至海底后與預(yù)留管道間存在一定的距離以及相對(duì)角度。因此，如何在錯(cuò)綜復(fù)雜的海底環(huán)境條件下將待回接管道并入已建好的管網(wǎng)中，是水下回接技術(shù)主要解決的問(wèn)題。通常采取定制一根中間連接短管來(lái)完成兩管道之間的連接，短管的形狀完全取決于待連接管道在海底的相對(duì)位姿參數(shù)。如何準(zhǔn)確地測(cè)量該參數(shù)，即：兩海底管道的法蘭間距與角度等相對(duì)空間位置，是水下回接技術(shù)的關(guān)鍵。

目前針對(duì)其的水下測(cè)量法主要有水聲測(cè)量法與輔助拉繩測(cè)量法。而輔助拉繩測(cè)量法視作業(yè)深度分為潛水員輔助拉繩測(cè)量法和ROV輔助拉繩測(cè)量法。在深水作業(yè)領(lǐng)域，在測(cè)量精度方面水聲測(cè)量法與輔助拉繩測(cè)量法的測(cè)量精度相當(dāng)，并且相對(duì)于輔助拉繩測(cè)量法水聲測(cè)量法的應(yīng)用更加廣泛。但在對(duì)作業(yè)環(huán)境的要求上，由于易受水下環(huán)境中雜質(zhì)影響，水聲測(cè)量法對(duì)作業(yè)環(huán)境的要求相對(duì)較高。如：水下懸浮物會(huì)使聲速改變，從而導(dǎo)致不真實(shí)的測(cè)量誤差。從測(cè)量裝置安裝的角度來(lái)看，水聲測(cè)量的應(yīng)答器在安裝和回收過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，易造成破壞或丟失，導(dǎo)致一定的經(jīng)濟(jì)損失。此外，水聲測(cè)量過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)性較差。因此，當(dāng)環(huán)境噪聲較大時(shí)或特殊地形，如：漏斗地形造成潛在的聲波反射以及在海洋平臺(tái)等鋼結(jié)構(gòu)上進(jìn)行測(cè)量作業(yè)時(shí)，前者相對(duì)于水聲測(cè)量法更有優(yōu)勢(shì)。

目前現(xiàn)有針對(duì)回接作業(yè)設(shè)計(jì)的深水管道位姿測(cè)量系統(tǒng)主要包括1999年挪威NGI公司與英國(guó)Deep Water Solutions公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的Smart Wire輔助繩測(cè)量系統(tǒng)以及2010年哈爾濱工程大學(xué)所提出的一種基于被測(cè)管道定位的深海管道位姿測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)分析，上述測(cè)量系統(tǒng)一定程度上可以較好滿足測(cè)量作業(yè)的需要，但仍存在一定的不足：

1.安裝方式相對(duì)復(fù)雜。由于深水作業(yè)需要借助ROV的輔助完成，由于通過(guò)法蘭螺栓孔安裝的可操作性較低，現(xiàn)有設(shè)備皆通過(guò)對(duì)接底座安裝在被測(cè)管道上。因此，一方面需設(shè)計(jì)專用底座與對(duì)接接頭完成水下測(cè)量裝置與管道的對(duì)接，從而導(dǎo)致ROV水下作業(yè)周期較長(zhǎng)，增加作業(yè)難度。另一方面海底惡劣的環(huán)境導(dǎo)致管道不可避免地被腐蝕，從而影響底座連接的可靠性進(jìn)而影響測(cè)量精度。此外，該對(duì)接結(jié)構(gòu)導(dǎo)致測(cè)量繩的伸出位點(diǎn)不在被測(cè)管道中心線的延長(zhǎng)線上，因此，一定程度上增加了求解的難度與計(jì)算量，在通過(guò)上位機(jī)求解時(shí)會(huì)不可避免地造成測(cè)量誤差與不確定度的累積；