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水下机器人革新 推进深水开采发展

水下机器人革新 推进深水开采发展
得益于AUV(水下自动航行器)和ROV(水下机器人)技术的进步,海洋油气开发向深水进军的目标正逐渐实现。

编译 | 惊蛰 影子

诸如“创新”或“尖端技术”这样的词语,很自然的会让人联想到3D摄像机、折叠智能手机甚至是会飞的汽车。而对于石油和天然气行业来说,它更意味着大数据分析、人工智能和水下机器人技术。

业内普遍认为,商业AUV和ROV可以克服潜水员的作业水深限制,这些水下机器人最初被用作观察&监测海底作业。多年来,水下机器人技术发展迅速,目前它们能够在水深3000米(9842ft)的区域完成复杂作业。

由于全球油气需求的不断增加,开发商对于创新型和高收益的海上开采技术需求日益迫切。 此外,在恶劣的海底条件下进行监测和工具部署难度极高,这会带来操作、环境和技术方面的挑战,这些因素加速了AUV和ROV市场的新技术发展。

产品发展动态

为了降低操作成本,提高产能和水下作业的效率,TechnipFMC从未间断在ROV技术方面的投资。

TechnipFMC分公司Schilling Robotics副总裁George Shirreffs表示:“ROV的发展源于油气行业对于更高运营效率的追求,这也是ROV产品的技术水平得到提高自然而然的结果”。

“TechnipFMC一直在关注着ROV技术的发展,包括模块化设计、先进控制和自动化系统等,以最大化此类设备的生产效率,实现降低成本的目标。”

在本世纪的前几年,TechnipFMC推出了该公司第一款ROV产品,其具有可伸缩控制系统和一定的自动操作能力,通过电气控制。随着油气开采作业的深入,超高载荷电气/液压ROV技术得到了快速发展,TechnipFMC在2010年也推出了150hp的ROV工具。

水下机器人革新 推进深水开采发展

TechnipFMC为其高载荷作业船提供的高清晰度ROV系统– UHD-III。

ROV的作业效率也同样得到了显著改善,主要体现在模块化设计对于维保效率提高和自动化水平提升方面。2012年,TechnipFMC推出了Schilling控制系统,并将其与Hammerhead软件平台融合,降低了ROV的操作难度,同时提高了设备的组装效率。随后,TechnipFMC又推出了超高作业载荷的Gen-III(UHD-III),其马力高达250hp,配备有ISOL-8辅助泵系统,无需其它辅助设备,即可满足BOP二次干预作业的法规要求。此外,该ROV工具可优化井建和干预作业,为作业液体回流提供通路,降低作业所需的泵模块数量。

“从1985年推出首个作业工具到最新的ROV系统,包括我们依赖的各种生产设施以及取得的最新技术进展,我们的设计理念始终如一,那就是提高油气开采效率。同时,虽然工具逐渐更新,但我们并没有忽略研发基础—Schilling系统。我们最新推出的作业工具与老式设备兼容,所以开发商能够以老设备为基础来提高开采效率。”

Kongsberg Maritime近日推出了新型AUV工具—HUGIN Superior,其具有诸多的新功能。该公司水下机器人部门总裁Richard Mills说:“HUGIN Superior的独特之处在于先进的数据收集/传输能力、更高的工作效率和更强的导航定位功能。”

该AUV配备了远程合成孔径声纳,可产生高分辨率的海底图像和水深测量,超高亮度彩色摄像机配有激光探测器、磁力计和各种化学检测器,可精确监测油气化合物。

“HUGIN Superior在45s时间内即可完成足球场大小区域的检测,即使像曼哈顿岛那么宽阔的区域,检测时间也仅为13h,同时可以保障数据质量。”

创新性技术

从出现发展到目前的形式,AUV和ROV取得了显著得技术进步,已经是海上勘探开发中不可或缺的一部分。它们通常具有先进的功能,能够在距离作业地点数千英尺的作业船上进行远程操作,执行复杂的任务。

今年4月,在特隆赫姆海峡(Trondheim Fjord)开始了水下蛇形机器人Eelume的测试,以便在挪威海的?sgard油田进行海底维护工作。Eelume由挪威科技大学设计,Kongsberg Maritime和Equinor投资研发,这些蛇形机器人可通过远程控制,进行长距离滑行,在难以触及的区域进行作业,而不会被作业船的位置束缚。传感器和作业工具可以安装在Eelume的任何位置。Eelume由几个模块组成,可以以不同的组合连接,形成各种类型的作业工具。 Equinor表示,水下机器人可以检查管道和操作阀门,从而降低海底检查操作的成本,另外,该ROV可永久保持在水下,驻留在海底码头等设施(在此进行充电)。

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Eelume蛇形机器人提供深水设备安装中的IMR服务。

Equinor表示,Åsgard油田进行的测试是验证常驻水下无人机器能力的重要一步。同时,研发公司正逐步改进该技术,以提高其应用效率和自动化能力。

Saipem分公司Sonsub的HyDrone系统是一种模块化的常驻水下干预作业平台,与水下油田集成,不需要作业船支持就能够进行长时间深水作业。该系统是常规ROV的升级版,在复杂的环境及维保难度高的设施操作中,远程操作能力可靠。

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Saipem推出的HyDrone是常规ROV的升级版本,可以进行远程操作及复杂、难以触及设备的干预作业。

Saipem分公司Sonsub的商务经理Matteo Marchiori说:“HyDrone的新设备允许ROV在无作业船支持、无人为操作组装的情况下运行,海底设备的干预作业效率更高。”

Houston Mechatronics推出了一种混合技术Aquanaut,这是一种多用途海底机器人,实现了常规AUV到ROV的转变,消除了作业船和绳索的需求。该公司CTO Nic Radford说:“在多数情况下,作业船应用是海洋作业高成本的主要原因。从机器人应用角度出发,我们设计开发了Aquanaut,它可以像AUV那样工作,也适用于悬挂平台,能够胜任复杂作业/通讯环境。”

Saab Seaeye公司采用新技术,使其复合AUV/ROV工具Sabertooth可以停泊在水下“码头”,进行数据传输、接受任务指令和充电等操作。该工具于今年2月推出,可以在多种远程深水作业中应用。

SEAMOR Marine近日推出了一种微型水下机器人工具Mako,其具有模块化浮式设计,同时集成了机械臂功能。Mako与大多数第三方公司的水下干预工具兼容,包括温度传感器、摄像机、定位系统和扫描声纳等。得益于紧凑型设计,该工具可以快速部署,这对于紧急情况的应用意义重大。

近日,该公司为ROV产品系列增加了远程操作液压机械臂,其具有七种功能,主要用于监测/观察作业,同时可以进行改装,作为常规ROV工具使用。

战略伙伴

油气公司与水下机器人供应商之间的合作不仅促进了技术创新,而且还提高了运营和成本效率。

今年早些时候,Ocean Power Technologies和Saab Seaeye宣布了一项联合开发/营销协议,以寻求AUV和ROV工具在充电、通信系统方面的技术创新。3月,Sonardyne International与壳牌(巴西)和巴西研究机构Senai-Cimatec建立合作伙伴关系,与Petrobras合作共同开发AUV技术,以保证巴西高盐油田的监测效率。

C-Innovation(CI)是Edison Chouest Offshore的分支机构,通过与世界各地的石油和天然气公司合作,其ROV应用能力得到了提高,为海底项目建设以及钻井、干预提供广泛的技术支持、维护,同时可以进行高载荷任务。去年,ECA集团与Petrus签订了为石油公司提供海底机器人服务的合作协议;在进行市场评估后,双方同意使用由ECA集团设计和制造的AUV为能源行业提供检测和调查服务。

市场驱动

根据Mordor Intelligence的研究报告,推动AUV和ROV市场发展的关键因素包括恶劣环境中海上油井数量的增加、能源和石化产品需求增加、海洋数据和测绘需求以及AUV/ROV性能的增强等。该报告指出,海洋开采技术的进步开辟了新的作业方向,提高了AUV和ROV的应用能力,实现了更安全的运营。

ROV和AUV的年度全球市场报告显示,两种工具的利用率显着增加。 根据QY Research的研究,全球ROV市场预计到2025年底将达到3.3亿美元,在2019年至2025年之间以6.3%的比例增长。调查结果显示,众多因素将推动ROV全球市场增长,包括水下作业消费的增加、石油和天然气行业的复苏、新产品发布、技术创新以及海上ROV的日益普及等。Douglas Westwood的《世界AUV市场预测》报告中提到,在2022年之前,AUV的需求量将提高74%。

随着开采区域水深不断增加, Westwood预计油气开采中AUV的应用规模将大幅增加。 根据调查数据,目前正在开发的新型AUV在海底基础设施检测和干预方面更加经济有效,性能优于常规ROV和作业船。而在其他应用中,例如管道检测、现场勘测、钻机移位或危险调查,水下机器人的应用效率也将得到显著提高。

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