王世强
中海辉固地学服务（深圳）有限公司 广东深圳 518000
【摘要】利用MS1000扫描声呐系统为海上石油平台周围海底铺设的海底管道、电缆、障碍物调查，可以非常直观获得海底地貌，各种物体的位置、大小形状及分布状况。经过对多次的石油平台复测及海底障碍物调查作业进行评价，证明MS1000扫描声呐是此类作业的一种简洁、高效、成本低廉的探测仪器。
关键词：MS1000扫描声呐、Starfix.G2/XP2
1、引言
近年来我国海洋石油快速发展，各种新技术不断涌现，在开发钻井方面更是不断突破原有技术取得了非常巨大的成就。诸多老油田不断焕发出新的生机，许多老油田已建石油平台开发活动也越来越多，新建项目与已建设施的矛盾冲突也就不断凸显出来。尤其是已建石油平台附近错综复杂的海底管道和废弃障碍物等直接制约着扩建新平台、钻井船精就位、新海底管线铺设等方案的确定与执行。因此围绕已建石油平台的新项目必须对已建石油平台周围海底情况进行调查。目前的调查手段有波束探测仪、浅地层剖面仪、ＲＯＶ视频观察以及潜水员探摸等。考虑得到石油平台安全生产的特点，常规方法很难接近平台周围100米，ROV可视调查成本高、浑浊区域观察不清，潜水员探摸作业危险性大且费时费力等原因，引入MS1000扫描声呐系统，开拓探测石油平台附近海底地貌的方法。
2、MS1000扫描声呐组成及工作原理
挪威KONGSBERG公司的MS1000扫描声呐系统，是业界公认的高精度、高分别率扫描声呐系统。该系统包括扫描声呐、甲板单元和图形处理单元，见图1.1.
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图 1 设备组成
MS1000扫描声呐系统的图形处理单元是基于Windows操作平台的应用程序，图形处理单元通过USB线与甲板单元连接，甲板单元通过水下电缆与声呐连接完成完整的系统。MS1000扫描声呐是一种主动声呐，利用发射基阵换能器以0.9°×30°波束角度、675KHZ的频率向水中发射声波脉冲，当声波脉冲遇到物体或海底会反射回波，通过脉冲回波时延和强度形成图像，声呐探头继续以一定的角度步进旋转，不断重复发射和接收过程，最后旋转360°形成一幅完整的海底图像，完成对水下目标测距、定位以及识别。
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图3 裸露海底管线成像示例图
3、海上石油平台海底调查实例
本文以中海辉固地学服务（深圳）有限公司为中海石油(中国)有限公司湛江分公司提供南海某平台复测及周围管线调查示例，介绍MS1000扫描声呐系统在调查中的应用。
3.1、工程介绍
平台附近有已建管线电缆路由。根据客户要求对海底管线电缆进行扫测，确定管线精确位置路由。对平台北侧及南侧地貌进行调查，确定海底地貌走势、障碍物位置、形状大小。
3.2 平台复测
在进行海底调查前首先要对平台相关位置及艏向进行精确测量。本次作业使用的是辉固集团Starfix.G2和Starfix.XP2差分定位系统。该系统是新一代分米级差分定位系统，合成美国的GPS和俄罗斯的GLONASS导航卫星及双频接收机，能够为石油，天然气和水文地理等工业领域提供更高精度和质量的服务。定位人员在平台的特征点上架设定位设备，测量特征点的精确位置，使用观测太阳的天文测量方法测量平台艏向。通过特征点的位置及平台艏向确定平台每个桩腿的精确位置，然后使用平台建造时的竣工报告数据确定每个桩腿在海底的入泥点位置，每个桩腿入泥点的位置坐标作为地貌资料解释重要参考。
3.3、海底声呐扫描
作业人员使用MS1000声呐在平台周围选定A、B两个点位置对平台西北侧桩靴和周围海底管线进行扫描成像，以确定它们之间的相对位置。作业按照以下步骤进行扫描声纳调查。
连接MS1000扫描声纳各单元，打开电源测试扫描声纳至工作正常；
安装MS1000扫描声纳探头三角支架；
选择合适海况及潮流将MS1000扫描声呐探头释放到海床预定地点；
开机对海底地貌进行数据采集,扫描半径依次设置为10m、20m、30m、40m、50m、75m、100m,分别进行数据记录和保存图像资料；
地貌资料采集完毕,关闭设备,作业人员将MS1000声纳探头从海底收回。
3.4、声呐扫描结果
扫测完成进行数据处理，提取A、B点位扫描声纳图谱，镶嵌于CAD制图软件中，提取其中的主要特征点，依据平台位置测量成果，进行旋转、缩放等拟合处理，确定扫描声纳图谱的实际位置。本次数据处理图像旋转均基于提取的桩腿特征点。
本次扫测声纳图像可见，区内大部分海底声纳反射信号呈点状反射，粗细不均的颗粒反射特征明显，反射频率、反射强度大致相当。在平台北侧可见桩靴，海底面平台桩腿明显，海底管线清晰可见。
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图4 声呐扫描海底地貌图
平台北侧桩腿处发现一处线状障碍物体，长约50米，尾部在桩靴内有明显高度，约1米，后期打捞发现线状障碍物为一段废弃渔网，包括锚、锚链、浮球，由于时间较长，渔网里缠绕诸多废弃物，有铁皮、地笼、废弃脚手架和生活垃圾等。
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图5 废弃渔网清除前后扫描图对比
4、结论
MS1000扫描声呐系统应用在海上石油平台周围海底地物调查具有以下特点：
解决海域水体浑浊、能见度低，可见视频调查无法观察的难题；
解决海域海况复杂、作业环境危险的潜水员探摸方式，潜水员探摸效率低、费用高问题；
通过与ROV水下调查确定的海底目标位置比较，两者位置误差小于1m，证明该系统的准确、可靠。
可以通过后期数据处理减弱部分外界条件产生的噪声数据，得到理想的成像图案。
参考文献：
1.李强，于汀，李家钢，等．应用MS1000扫描声呐探测石油平台附近海底管道位置的方法与实例分析［Ｊ］．中国造船，2013
2.张小平.高分辨率多波速成像声纳关键技术研究.哈尔滨工程大学博士学位论文[J].2005
3.付传宝，叶家玮，刘愉强．扫描声呐探测桥梁水下结构的方法与实例分析［Ｊ］．桥涵工程，2007