杨 巍，魏修辰

海洋石油工程股份有限公司，天津 300461

海底管道清管球跟踪定位技术对保障清管作业的顺利进行至关重要[1-12]。

跟踪定位方法主要有放射性同位素法、声学法、机械法、压力法及磁学法等[13-19]。目前，多采用低频磁收发系统实现管道清管器的跟踪定位。国外许多管道服务公司已制造出相关跟踪定位产品，如美国CDI 公司和TDW 公司、英国Online 公司、德国ROSEN 公司等[20]，这些国外厂家的生产技术较成熟，且都能运用于水下。国内也有沈阳鑫联、沈阳永业等公司生产清管球跟踪器，但都只能运用于陆地管道，不适用于水下。对于国内海底管道的清管定位，目前只能购买国外成熟的跟踪器，但对于购买的国外清管球跟踪器需进行水下试验，因此需制订一套完整的水下试验方案以验证购买的产品性能。

1 英国Online公司生产的清管球跟踪器介绍

本次试验使用Online 公司的3008 型发射机和3005 型接收机。

1.1 3008型发射机

3008 型是一款由微处理器控制的电磁潜水发射器，发射器用于跟踪清管器并对其进行定位。3008 型发射器发射22 Hz 的信号，与电磁接收器一并使用，可精确定位到清管器，误差能够达到只有几厘米。脉冲速率可进行调整以达到项目对电池寿命的要求，也可区分从其他22 Hz 电磁发射源发射出的发射器信号。

3008 型电磁发射器性能指标见表1，3008 型发射机实物见图1。

表1 3008 型电磁发射器性能指标

图1 3008 型发射机

标准重复速率状态下的电池寿命见表2，重复速率可根据项目的具体要求进行调整。

表2 3008 型电磁发射器电池寿命

1.2 3005型接收机

3005 型是一款手持式电磁潜水接收器，用于监测22 Hz 电磁信号。与安装在清管器上的22 Hz电磁发射器一同使用时，可用于跟踪和定位水下管道的清管器。

3005 型接收器会将电磁信号转换为声信号，通过骨传导的耳机传递给操作人员。电磁发射器发出22 Hz 信号，操作人员就可在接收到的信号中监测到微小的差别。3005 型接收器的特点是还有两个起告知作用的LED 灯，其中一个会在监测到22 Hz 信号时亮，另一个则在电量低时提示。

一旦有信号被监测到，3005 型接收器就可通过监测发射器内部的磁“零基点”来定位信号来源，定位得到的清管器位置通常和实际只有几厘米的误差。3005 型接收器由电池提供动力，包裹在坚固的聚甲醛树酯外壳内，可在水下200 m 深度工作。3005 型电磁接收器性能指标见表3，实物见图2。

表3 3005 型电磁接收器性能指标

图2 3005 型接收机

2 试验方案

本次试验借助于渤海某海底管道清管项目进行试验。渤海某油田RUP 平台至WHPD 平台新铺设一根管径12 in（1 in=25.4 mm）、长4.1 km 的注水海底管道，海底管道参数见表4。在膨胀弯安装完成后需对整根管道进行清管试压。试验思路：管道清管时，将3008 型发射机安装于清管列车的最后一个直板测径球，潜水员下水手持3005 型接收机进行海试，当直板测径球到达潜水员等待点时，清管泵停泵，潜水员前后走动测试是否能够接收到发射信号。

表4 试验海底管道参数

3008 型发射机的装载方式：在原尺寸的清管测径球尾端安装一发射机装载腔（见图3），由聚四氟乙烯制作，将发射机装入腔体后，通过螺丝将发射机腔体固定于清管球尾部。

图3 搭载发射机的清管球塞入发球筒内

具体试验步骤如下：

（1）检查容积为100 m3的清管泵与水箱、发球筒之间的管道连接和设备运转情况。

（2）启动清管泵向海底管道内注水，注入约250 m 海底管道长度的海水（约17 m3），用于润滑及冲洗海底管道。

（3）停止清管泵，打开泄压阀，卸掉海底管道内压力，再打开发球筒盖板，放入一个清管球，之后闭合发球筒盖板并拧紧；确认除发球筒至海底管道主管路畅通外，其余旁通管路均已关闭。

（4）启动清管泵，向海底管道内注水，观察并记录发球筒上压力表读数及清管泵流量，发球筒后端过球指示器跳起则清管器顺利发出，注水10 min后停泵（约注入230 m 海底管道长度的海水）；卸掉海底管道内压力，打开发球筒盖板，放入直板钢刷清管球，关闭发球筒盖板，启动清管泵继续注水发球，注水约160 m 海底管道长度的海水，即10.95 m3后停泵。

（5）卸掉海底管道内压力、打开发球筒盖板，放入带发射机的直板测径球。

（6）潜水员在船上先打开3005 型接收机开关，潜水员携带3005 型接收机于第二个清管球发出后提前下水到RUP 平台端的平管法兰处等待。

（7）RUP 平台发球人员将装载有发射机的直板测径球塞入发球筒后，待潜水员在指定位置就位后准备开泵，通知船上人员，船上人员通知潜水员测径球准备发球。

（8）待清管泵注入9.24 m3海水（第三个清管球塞入后的注水量）后停泵，此时直板测径球到达海底管道平管法兰左右处。通知潜水员在平管法兰左右20 m 的位置慢速移动，通过接收器寻找发射器信号，测试能够接收到信号的最远距离，并实现清管球精准定位。完成测试后潜水员出水上船，清管泵开泵继续清管。清管工艺流程示意见图4，潜水员携带接收机下水寻找信号见图5。

图4 清管工艺流程示意

图5 潜水员携带接收机下水寻找信号

3 试验结果

通过试验，验证了Online 公司的清管球跟踪器发射机和接收机都具有较好的水密性和承压性，跟踪器的电池使用时间能够到达产品说明书中的数值。表5列出了3005 型接收机和3008 型发射机在海底管道内的测试结果，此型号的跟踪器能够检测到距离发射机最远2 m 距离的信号。

表5 信号距离测试结果

4 结束语

本次试验证明了Online 公司的跟踪器能够实现清管球跟踪定位。但其产品也存在待改进的方面，例如接收器主要使用耳机的接收方式，因海底环境复杂，且潜水员下水都需佩戴潜水头盔，使用耳机的接收方式容易造成潜水员误判断，有时会错过信号发射点。建议增加灯光强弱的接收方式或采用接收器振动的接收方式，以方便潜水员水下接收信号，避免出现误判断而耽误时间；建议优化人机交互设计，使接收器便于潜水员或ROV 水下携带，可进行信息显示、参数设置、信息分析和存储等操作，并与水面设备通信，可直观地把信息呈现给水面指挥人员。

同时也希望国内的相关公司能够在其清管球跟踪器的水密性和承压能力上多作改进，生产出能够适用于海底管道的清管球跟踪器。