浅谈国内海洋工程勘察装备短板与发展展望

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作者：中海油田服务股份有限公司刘林

针对目前中国国内海洋工程勘察行业的专业设备的技术现状，结合野外施工的实际作业需求，针对性地浅谈海洋工程管勘察用的专业工程设备的技术缺陷和相应的设备技术改进革新的发展方向，为下一代的海洋工程勘察专业设备的研发提供了现实参考。

伴随着各类海洋工程勘察项目对专业装备提出了越来越高的要求，目前虽然经过几十年的发展，国内海洋工程勘察用的专业装备种类众多，技术水平逐步提高，但整个国内行业内仍存在局部装备短板，特别是海床CPT、AUV、Sparker等大型装备，需要进一步革新装备技术。

1、装备原产地

自改革开放以来，我国越来越多地引进了大量的进口设备，如荷兰A.P.van denBerg Ingenieursburo bv公司的钻孔CPT、海床CPT、SMST公司的地质钻机，加拿大[SE公司的AUV，英国Applied Acoustics公司的电火花、美国的TRDI公司的海流计，Edgetech公司的4200系列旁扫声呐、剖等众多进口设备，进口设备目前已经成为国内海洋工程勘察行业的主流和主要装备，国产设备的技术水平虽然蒸蒸日上，但是在装备的测量精度、稳定性、对标国际工业标准等方面仍有加大差距。

鉴于目前国内海洋工程勘察行业的核心装备主要是源自进口的客观现状，一旦国际政治、经贸关系等环境条件发生变化很可能影响进口设备及备件、服务的后继采购，直接影响工程项目的进度。这样的客观历史不断重演，严重制约了我国海洋工程勘察行业的长足发展。

只有深挖海洋工程勘察装备的技术原理、大量付诸实践作业检验，不断提高设备技术水平和设备稳定性，才有可能彻底摆脱国外进口设备的制约。

2、海床CPT

海上原位静力触探(CPT)是海洋地质勘察的主要装备，其贯入自海床开始向下，所得到的锥端阻力数据最为接近真实数值。目前主要有三种装备配置:浅水型，最大适用水深为200m;中等水深型最大适用水深为1000m;深水型，最大适用水深为4000m;外形如图1所示。海床CPT装备的作业水深能力满足中国海域的作业要求，但是仍然有以下不足。

2.1 贯入力

贯入能力为0-300kN，最大贯入力只有300KN，在现场作业中经常出现一旦在贯入过程中遇到花岗岩校硬的地层，作业将不得不中止。这是海床CPT较钻孔CPT最大的弱点。

因贯入的连续性的作业需求，海床CPT贯入力应进一步大幅提高，这就要求更大的自重来克服反作用力、更加强大的能源驱动系统。

2.1 坡度适应能力

海床CPT是坐底固定在海床上稳定后，才开始贯入CPT探头，如果海底坡度过大，将导致基板容易滑移、贯入支架倾倒、同时对贯入过程中地层的测试的挤压力数据也将一定程度失真。特别是在风电市场的CPT作业项目中，因工区位置基本在100m水深内的大陆架上，地形坡度变化较大，对海床CPT装备提出了很高的环境适应能力的要求。目前该类装备只能适应5度以内的坡度，相比国外的装备，比如荷兰Geomil公司的海床CPT设备，具备自动调平底座，在坡度30度的范围内，能够自动调平，保持贯入的CPT垂直海平面向海底贯入，如图2所示。

该类自动调平底座基于结合倾角姿态传感器和液压动力系统配合，在软件算法的控制下自动驱动液压系统伸缩水下液压缸，达到调平的效果，大大提升了了海床CPT对海底坡度的适应能力，但是目前该设备没有出口到中国的许可证，但仍然是将来海床CPT装备必需要大力发展的关键技术。

3、AUV

3.1 续航能力

目前国内最先进的AUV系中海油服2015年自加拿大ISE公司引进的Exploer 3000型，入图3所示，续航能力仅24小时以内，实际运行中还要考虑异常情况处理需要预留至少3个小时，这样留给正常作业的时间就更少了，再减去AUV下沉、上浮的时间，剩余的能够进行正常作业的时间不足20个小时，一个升沉回次后还需要与续航能力小时数相当的电池充电时间，总体的时间利用效率比价低。

目前所有的AUV的续航动力都源自动力电池，由于目前电池技术的单位体积容量有限，严重制约了AUV的续航能力。单位同等电量的情况下，体积更小，成为AUV动力电池的技术革新目标，一旦电池技术出现巨大的进步，AUV将直接受。

3.2 定位精度

目前国内最先进的AUV其定位精度仅为千分之一，主要因为国际上高精度的AUV无法获得对华出口许可证。决定AUV定位精度的核心部件主要是惯性导航传感器，如图4所示。

惯性导航传感器(如图4所示)，是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统，惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息，广泛应用于各种水下航行器中。

因AUV的水下定位精度主要决定于该惯性导航传感器，该传感器也是AUV竞赛的核心竞争点，也是我国海洋工程勘察装备应当尽进行技术革新的主要对象。

3.3 设备搭载能力

目前AUV主要搭载旁扫、浅剖、多波束测深仪、温盐深仪等小型传感器设备单元，主要用来测量地形、地貌、水体，属于测量型设备，不具备像ROV一样的水下机械施工能力，国外已经出现搭载了机械手的AUV，巧妙地将ROV的优点集成到了AUV上。其原理主要是在AUV上搭载了以动力电池为动力源的机电液压设备，从而驱动机械手进行机械施工，直接节约了部分ROV成本，大大提升了AUV在工程市场上的竞争力，这也为AUV设备搭载能力发展方向提供了有价值的参考。