海底管道是海上油氣田開發(fā)工程設施的主要組成部分，擔負著海上油氣輸送的重要任務。相比于陸上管道，海底管道的工作環(huán)境更為惡劣，管道易受腐蝕、第三方活動、自然災害等因素的影響而出現(xiàn)損傷甚至失效等問題。

    其中，海底管道腐蝕是導致管道失效的重要因素。而海底管道一旦失效泄露，將會嚴重破壞海洋環(huán)境，造成巨大的經濟損失，甚至有可能導致人員傷亡。且海底管道的修復工作難度大、周期長、費用高。因此有必要對管道的腐蝕情況進行實時監(jiān)測，以便能夠及時采取相應措施，防止管道失效這種災難性問題出現(xiàn)。

    針對上述情況，英國WFS（Wireless Fiber systems）科技公司推出了Seatooth PipeLogger（以下簡稱SP）腐蝕監(jiān)測儀。該公司在新聞發(fā)布會上表示：“SP腐蝕監(jiān)測儀旨在降低長期監(jiān)控海底管線或跨接管的作業(yè)成本，該工具的研制會徹底改變水下資產完整性監(jiān)控模式。”

    根據(jù)公司發(fā)布消息，SP監(jiān)測儀搭載了超聲波測厚傳感器，即使管線絕緣層厚達6毫米，壁厚測量數(shù)值也可精確到0.1毫米。客戶可根據(jù)特定需求自定義儀器的壁厚監(jiān)測周期，測量數(shù)據(jù)可自動存儲在船載數(shù)據(jù)記錄器內。

    在海水、海底、混凝土罩面結構或浪濺區(qū)，SP監(jiān)測儀的無線通訊覆蓋范圍是5~10米，額定入水深度為1000~4000米，在海水中的視重不超過5千克。

    SP調幅系統(tǒng)包含一個SP單元（搭載一款Seatooth感應加速度計傳感器）和一個數(shù)據(jù)記錄器，可用于改造現(xiàn)有管線資產。對于傾斜、隆起或者塌陷管線，SP系統(tǒng)在監(jiān)控過程中無需穿透管線。

    可利用Seatooth數(shù)據(jù)回收單元（Data Recovery Unit，以下簡稱DRU）無線獲取存儲在SP調幅系統(tǒng)內的數(shù)據(jù)，該回收單元可通過遠程遙控機器人（以下簡稱ROV）、潛水員或自主式水下載具（以下簡稱AUV）下放到位。

    SP監(jiān)測儀可實時監(jiān)控與記錄管線腐蝕情況，專門服務于埋藏管線等水下資產的改造作業(yè)，是一項具有革命性意義的產品。為了提高油氣藏開發(fā)采收率、保障管線等資產完整性與流動安全性，SP產品基地研發(fā)了一系列的水下基礎設施無線改造工具。

    對于水下管線系統(tǒng)與隔水導管，SP系統(tǒng)是一種有效的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control and Data Acquisition，以下簡稱SCADA）平臺，可作為有效流動安全保障計劃的重要組成部分。為了保護管線外表面， Seatooth傳感技術與SP系統(tǒng)糅合于一體，其包含有一系列的非侵入型傳感器，可實現(xiàn)管線狀態(tài)監(jiān)控。

    非侵入型傳感器的應用，可避免管線內部出現(xiàn)流體擾動現(xiàn)象，還可有效避免常規(guī)插入式傳感器出現(xiàn)的腐蝕、堵塞和清潔問題。水合物形成、管線疲勞以及腐蝕現(xiàn)象都會影響流動安全性，而傳感數(shù)據(jù)可對這些問題進行早期預警。

    Seatooth技術可在海水、空氣或者地下進行無線通訊。WFS公司的Seatooth專利技術支持在海水、海床、混凝土罩面結構、金屬管線以及浪濺區(qū)等介質內開展可靠的雙向無線通信。SP在SCADA架構中可作為無線遠程測控單元（Remote Terminal Unit，以下簡稱RTU）。

    Seatooth技術產品中應用的數(shù)據(jù)傳輸技術支持數(shù)字數(shù)據(jù)的雙向傳輸，傳輸速率高、低延遲。

    SP系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄器所記錄的傳感數(shù)據(jù)，之后可由DRU提供的ROV實現(xiàn)無線收集。SP系統(tǒng)與Seatooth S100 DRU整合在一起，可實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，即意味著后者可向前者發(fā)送命令數(shù)據(jù)流。

    SP可以獨立作業(yè)，也可與其他儀器聯(lián)合組成網絡系統(tǒng)設備，利用Seatooth S400通信平臺，可使節(jié)間距延展至30米。

    特征

    通過應用專利技術，SP調幅單元可用于監(jiān)控管線運動、振動、傾斜及角度等多方面情況。SP單元搭載的是Seatooth感應非穿透型加速度計傳感器。

    此外，加速度計傳感器可與其他類型的非侵入式傳感器聯(lián)合使用，例如超聲波測厚傳感器，可用于監(jiān)控管線腐蝕與管道壁厚；超聲波流量傳感器，可用于監(jiān)控過程流量或相對速度；溫度計，可用于確定芯管內外部溫度；內部電壓傳感器，可用于陰極保護和電流陰極保護（ICCP）系統(tǒng)監(jiān)控。

    用戶可根據(jù)自身需求調節(jié)傳感器的讀取速率，變化范圍從1/分鐘到1/每月均可，Pipelogger數(shù)據(jù)記錄器可存儲多達4萬個數(shù)據(jù)點。

    SP基礎系統(tǒng)是專為8 in直徑管線設計，包括一個加速度計傳感器和一個數(shù)據(jù)記錄器，目前已開發(fā)出系列化產品，可安裝在4 in~48 in直徑的管線上。PipeLogger可通過多條綁帶或重型磁夾固定在管線上。

    Seatooth S100 DRU利用ROV（通過RS232串行連接）或潛水員、AUV可與SP調幅系統(tǒng)間實現(xiàn)雙向通信，帶寬可達2.4千位節(jié)/秒，在流體介質中的傳輸距離為5米。該耦合系統(tǒng)可與傳統(tǒng)型無線通信系統(tǒng)相兼容。此外，Seatooth S400基礎系統(tǒng)支持清管器收集數(shù)據(jù)，通過管壁傳輸數(shù)據(jù)。

    適用范圍

    1  SP調幅系統(tǒng)適用范圍

    1. 改造的渦激振動監(jiān)控器——監(jiān)控周遭海水流動對水下設備的沖擊振動情況，實時了解累積性管線疲勞狀態(tài)；

    2. 改造的流激振動監(jiān)控器——監(jiān)控管線內部流體流動對水下管線的沖擊振動情況，實時了解累積性管線疲勞狀態(tài)；

    3. 改造的波激振動監(jiān)控器——監(jiān)控水下波動區(qū)流體對部署設備的沖擊振動情況，實時了解累積性管線疲勞狀態(tài)。

    2  配合其他傳感器可獲得擴展功能

    1. UT或電壓傳感器——長期性腐蝕監(jiān)測；

    2. 超聲波流量傳感器——水合物形成監(jiān)測；

    3. 溫度傳感器——管線內外溫度監(jiān)測。

    案例研究：管線完整性管理

    1  目的

    1. 靈活改裝溫度傳感器，用于監(jiān)測水下管線；

    2. 可通過ROV、AUV、潛水員或直接在海上獲取無線數(shù)據(jù)。

    2  參數(shù)

    1. 溫度傳感器測量范圍和精度：0-200°C；+/- 0.5°C；

    2. 數(shù)據(jù)記錄器：400,000 個數(shù)據(jù)點；

    3. 無線通信系統(tǒng)：①上傳速率：約1,000 次采樣/分鐘，② 范圍：最大5米；

    4. 可實現(xiàn)網絡化應用；

    5. 磁夾；

    6. 電池壽命：5年。

    3  優(yōu)勢

    1. 部署 & 回收成本低；

    2. 數(shù)據(jù)采集方便、成本低；

    3. 可使用無線網絡連接到偏遠地區(qū)。

    備注

    WFS公司的“Seatooth”（型號：S5510）頻率為100kHz～200kHz，水中傳播速度為100kbps，最大通信距離達10m。如果提高頻率的話，從技術上來說速度最大可達1Mbps，WFS公司認為將來能夠提高至10Mbps左右。Seatooth這個名字是因為該技術與通信距離約為10m、數(shù)據(jù)傳輸速度約為幾百k～1Mbps的藍牙相似而命名的。

    另外，“SeaText”（型號：S1510）利用的是幾kHz以下的低頻率，因此通信距離更長，在水中能以100bit/秒的速度通信30m。當然，由于電波在空中能更長距離傳播，如果在淺海區(qū)或較淺的池塘等，水底的傳感器可以與數(shù)百米遠的岸上進行通信。

    具體用途方面，Seatooth可用于比如在船上或冰車上遠程操作無人小型潛艇，與潛艇間通信、或者大型潛艦對接時的通信等。Seatext可用于英國南部等被海浪侵蝕的場所的海岸線監(jiān)控，以及利用河底的傳感器進行的水質檢測。除了水之外，土壤也能傳播電波，因此還可用于埋入地下的下水管雨量傳感器等。

    通信所需的傳感器的耗電量方面，5～10mW即可進行一次水中通信。這樣的話，即使每天進行4次100kbps的通信，電池也能使用1年左右。如果與鋪設線纜所需的工夫和成本相比，更換傳感器或電池相對容易。

    為了方便安裝，SP調幅系統(tǒng)可配備ROV或潛水員握柄或ROV夾具，另外還可能配置ROV/潛水員LED接口，可下到1000m水深。WFS公司應用了專利化電池持久續(xù)航管理技術，水下部署設備的電池使用壽命可達15年，這可有效降低常規(guī)水下長期監(jiān)測時需要投入的高額ROV安裝和監(jiān)測設備維護費用，將大大提高無線監(jiān)測及傳輸數(shù)據(jù)的能力。