长基线定位系统在海洋油气开发中的应用.pdf

第 2 3卷第 4期 2 0 1 5年 1 2月 北京 石油 化工 学 院学报 J o u r n a l o f Be i j i n g I n s t i t u t e o f Pe t r o c he mi c a 1 Te c hn ol o g y Vo1 ． 2 3 NO ． 4 De c ． 2 O 1 5 长基 线定位 系统在海洋 油气 开发 中的应用 狄 冰 ， 高 辉 ， 徐亚 国 1 ． 中海辉 Nt I 学服务 深圳 有 限公 司， 广东 深圳 5 1 8 0 6 7 ； 2 ． 北京石油化工学 院， 北京 1 0 2 6 1 7 摘要 长基 线定 位系统属于声学定位系统的一种 ， 是 目前 水下导 航定位 的主要 手段 ， 由于其定 位精 度与水深无关 ， 因此 被 广 泛 应 用 于深 海 领 域 。首 先简 要 介 绍 长 基 线 定 位 系统 的工 作 原 理 ， 然 后 以 S o n a r d y n e F u s i o n系列 的长基 线定 位系统在流花 4 1 油 田开发过程 中的应用为 例 ， 详 细介绍 了长基线 定位 系统在海洋油气开发 中的应 用。 关键 词 长基线定位 ；海洋油气开发 ；海底基阵 ；水下 目标 中图分类号 U6 6 6 ． 1 l 文献标志码 A 2 1 世 纪 以来 ， 我 国的石 油 勘 探 活动 多 为 陆 地和 近 海 ， 海 洋石 油 勘 探 主要 集 中于 近海 大 陆 架水深小于 4 0 0 m地区。然而我国深水海域广 阔 ， 水 深 5 0 0 m 以 上 的面 积 占全 海 域 的 7 5 9 ／ 6 ， 这些 水 域 有待 勘 探 和 开发 ， 因此 深 水勘 探 研 究 是保 证我 国石 油安 全和 有效抵 御 国际石 油 市场 冲击的紧迫且重要的使命 。而在深水勘探和开 发的过程 中， 水下声学导航定位技术是不可 回 避 的一个 重要 环节 _ 1 ] 。 声学定位系统是 目前水下导航和定位的主 要 手段 ， 根据 声 学 定位 系统 定 位基 线 的 长度 可 以分 为 3种 长基 线定位 系 统 L B L 、 短 基 线定 位 系统 S B L 和超 短 基线定 位 系统 US B L ， 其 中短基线及超短基线定位的精度会随着深度的 增加而降低 ， 而长基线定位系统的定位精度与 水深无关 ， 因此被广泛应用于深海作业 中的很 多领域 ] 。笔者以长基线定位 系统在流花 4 1油 田开 发 过 程 中的应 用 为 例 ， 详 细介 绍 了 长 基线定位在海洋油气开发 中的应用 。 1 长 基 线 定 位 系统 L B L 的 定位 原 理 长 基 线定 位 系 统 由导 航 控 制单 元 、 海 底 基 收稿 E l 期 2 0 1 5 - 0 7 2 8 作者简介 狄冰 1 9 8 1 一 ， 男 ， 硕 士， 主要 从 事水 下导 航定 位、 水下工程施工 方法及 海洋工 程项 目管理 等方面 的研究工 作 ， E ma i l d i b i n g c o s l 一 { u g r o ． c o rn。 阵 信标 、 问答传 感器 和应答器 组成 ， 如 图 1 所 示 。 导航控制单元用于传输控制信号并实时对 接 收 到 的信 息 进 行处 理 ； 海 底 基 阵需 预 先布 置 在海底 ， 是坐标推算的基点 ； 问答传感器发送控 制单元的命令并接收信息 的反馈 ； 应答器对 问 答传感器发送的命令作出响应 4 ] 。 图 1 长基线定位 系统 的组成 长 基线 定位 系统 需要 在海底 布设 3 个 以上 的基点 ， 以一定 的几何图形组成的海底定位基 阵 ， 通 过 基 阵 校 准来 确定 基 阵 的几何 形 状 及海 底基阵各个基点 的绝对坐标 ， 被测 目标一般位 于基 阵 之 内 ， 然后 通 过 测 量 目标 物 和基 点 之 间 的相对 位 置 ， 进 而来 确 定 目标 物 的位 置 _ 5 剞 ， 如 图 2所示 。 长基线定位系统对 目标物定位 的方式有 2 第 4期 狄 冰等 ．长基线定位系统在海洋油气开发中的应用 3 9 中发 挥 了重 大 的作 用 ， 但 在 实 际施 工 中 也存 在 一 些 问题 ， 如不 能准确实 时地跟踪 AB S的方 向； L B L水下定位系统数据 更新率过慢 ； 装在 AB S一 侧及防喷器 B 0P 上的应答器因 AB S 遮挡的原因无法进行长基线精确定位等。因此 提 出如下 建 议 1 在 AB S上 安 装 水 下 罗 经 ， 用水下机器人 RO V 上 的 C o mp a t t 做数据链 ， 将 罗 经 数 据 传 输 到 R OV 的 导航 系统 ， 这 样 就 可以对 AB S进行实时跟踪 ， 并且数据更新速率 会有很大提高 ； 2 钻井周期一般较长且存在 水下与水上通讯问题 ， 因此可 以考虑在 AB S上 安装 ROVNAV5 ， 并采用外 部供 电， 这样既可 以使通讯 变得 简单 ， 也 可 以解决 电池 耗尽 的 麻烦 。 3 结语 以 S o n a r d y n e F u s i o n系 列 的 长 基 线 定 位 系统在流花 4 1油田开发过程 中的具 体应用 为例 ， 从方案设计 、 基阵的布设和校准以及水下 目标物 的跟踪几个 阶段 ， 详细介绍 了长基线定 位系统在海洋油气开发 中的应用 。深水钻井仅 仅是 长基 线 定位 系统 应 用 的一 个 领域 ， 在其 他 领域其还将发挥更大 的作用 ， 如深水动力定位 系统 D P 、 深 水 管 线 铺 设 、 深 水 井 场 调 查 AUV 的定 位 、 油 田设 施 安 装 等 。随 着 深 水 海域勘探开发工作的大规模展开 ， 长基线定位 系统必将在深水领域发挥更加广泛的作用。 参考 文献 [ 1 ] 李守军 ， 包 更生 ， 吴水根 ． 水声定 位技术 的发 展现 状与展望[ J ] ． 海洋技术 ， 2 0 0 5 1 1 3 0 1 3 5 ． [ 2 ] 孙树 民， 李悦 ． 浅谈水 下定 位技 术 的发展 E J ] ． 广 东 造 船 ， 2 0 0 6 4 1 9 - 2 4 ． [ 3 ] 高 国青 ， 叶湘 滨 ， 乔纯捷 ， 等． 水 下声 定位 系 统原 理与误差 分析 C J ] ． 四川 I 兵 工学 报 ， 2 0 1 0 6 9 5 97， 1 0 8． E 4 ] 吴永亭 ， 周兴 华 ， 杨龙． 水下声学 定位系统及 其应 用E J - ] ． 海洋测绘 ， 2 0 0 3 4 1 8 2 1 ． E 5 ] 张建喜． 基于长基线定位 系统的水声定位技 术研 究E D] ． 南 昌 东华理工大学 ， 2 0 1 2 ． [ 6 ] 杨放琼 ， 谭青 ， 彭高 明． 基于 长基 线系统深海 采矿 R OV精确定位[ J ] ． 海洋工程 ， 2 0 0 6 3 9 5 9 9 ． [ 7 ] 那丽丽． 长基线水下定位导 航系统显控 软件 的设 计与实现 [ D ] ． 哈尔滨 哈尔滨工程大学 ， 2 0 1 2 ． [ 8 ] 付 进． 长基 线 定位 信号 处 理若 干关 键 技 术研 究 [ D] ． 哈尔滨 哈尔滨工程大学 ， 2 0 0 7 ． [ 9 ] 刘俊． 长基 线水 下导 航定位 技 术研 究 [ D] ． 哈尔 滨 哈尔滨工程大学 ， 2 0 0 7 ． [ 1 O ] 高剑 ， 徐德 民， 严卫生 ， 等． 应答 器未校准情 况下 的水下长基线定位方法研究 [ J ] ． 西北工业 大学 学报 ， 2 0 0 5 6 7 5 4 7 5 8 ． [ 1 1 1 兰华林 ， 孙大军 ， 卢逢春 ， 等． 基 于海底单应 答器 的水下潜器声学导航技术 [ J ] ． 哈尔滨工 程大学 学 报 ， 2 0 0 7 1 2 1 3 4 8 1 3 5 1 ． The App l i c a t i o n o f Lo ng Ba s e l i n e Po s i t i o n i n g S y s t e m i n Of f s h o r e Oi l＆ Ga s Ex pl o i t a t i o n DI Bi n g ，GAO H u i ，XU Ya gu o 1 ． Ch i n a O f f s h o r e Fu g r o Ge o s o l u t i o n s S h e n z h e n Co ． ，Lt d，S h e n z h e n 5 1 8 0 6 7 ，C h i n a； 2 ． Be i j i n g I n s t i t u t e o f Pe t r o c h e mi c a l Te c h n o l o g y，Be i j i n g 1 0 2 6 1 7 ，C h i n a Abs t r a c t Th e l ong ba s e l i ne p os i t i on i ng s ys t e m i s a k i nd o f a c o us t i c p os i t i on i ng s ys t e m ，wh i c h i s t h e ma j o r me a n s o f u n d e r wa t e r n a v i g a t i o n a n d p o s i t i o n i n g ．Du e t o t h e f a c t t h a t i t s p o s i t i o n i n g a c c u r a c y h a s n ot hi n g t o d o wi t h t he d e p t h o f wa t e r ，i t i s wi d e l y a p pl i e d t o ma ny f i e l ds i n t he de e p wa t e r o p e r a t i o ns ． Fi r s t l y，t he wo r ki n g p r i nc i pl e of l o ng ba s e l i ne po s i t i o ni ng s y s t e m h a s b e e n b r i e f l y i nt r o du c e d i n t hi s pa pe r ． I t s a p pl i c a t i o n i n t he o f f s ho r e o i l a n d g a s e xpl o i t a t i o n h a s b e e n i n t r o duc e d i n d e t a i l a s we l l ，by c i t i n g t h e e x a m p l e o f us i n g t h e So na r d y ne Fus i o n s e r i e s o f l o ng b a s e l i n e p o s i t i o n i n g s y s t e m i n t h e e x p l o i t a t i o n p r o c e s s o f Li u h u a o i l f i e l d 4 一 1 ． Ke y wo r ds l o ng ba s e l i ne pos i t i o ni ng；o f f s ho r e o i l ga s e xpl o i t a t i o n；s e a be d a r r a ys ； u nd e r wa t e r t ar get