外文翻譯譯文-機(jī)器人技術(shù)和自動系統(tǒng)

機(jī)器人技術(shù)和自動系統(tǒng)機(jī)器人在近海石油和天然氣工業(yè)中的應(yīng)用第二部分回顧AmitShukla?,HamadKarki石油學(xué)院,阿布扎比,阿拉伯聯(lián)合酋長國亮點(diǎn)我們報(bào)告技術(shù)審查的機(jī)器人用于近海石油和天然氣工業(yè)?，F(xiàn)場調(diào)研、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和檢驗(yàn)等需要來自的遙控操作裝置幫助。對于水下檢驗(yàn)、焊接和操縱離岸地區(qū)至關(guān)重要。遙感,預(yù)防和清理漏油事件需要機(jī)器人監(jiān)控。安全和生產(chǎn)率傳送機(jī)器人是這個行業(yè)的未來。文章歷史：網(wǎng)上2015年9月25日摘要隨著城市化和工業(yè)化的世界日益增長的人口，石油和天然氣需求也在不斷增長。全球巨型油田的產(chǎn)量在不斷下降,而這種情況正創(chuàng)造對尋找新的常規(guī)和非常規(guī)化石儲備的需要。隨著主要陸上和淺灘離岸的陡峭損耗，化石燃料的油田新搜索向深水和超深海上油田邁進(jìn)。顯然，新的資源位于極端的難以達(dá)到環(huán)境條件中。艱難的海上石油勘探、開發(fā)和生產(chǎn)對人類健康、安全與自然環(huán)境有著許多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此,需要復(fù)雜的技術(shù)創(chuàng)新來支持日益增長的能源需求。在海上石油平臺上爆發(fā)的最大深水地平線石油泄漏事故是個明顯的例子，人類不能冒險(xiǎn)讓類似事件再次發(fā)生。因此,推進(jìn)鉆井系統(tǒng)的開發(fā),更準(zhǔn)確、智能的檢查機(jī)制,快速響應(yīng)不幸事故和有效的損害控制系統(tǒng)是使未來更安全所需要的。機(jī)器人成功地在太空和制造行業(yè)實(shí)現(xiàn),是一個機(jī)器人實(shí)現(xiàn)援助的重要例子。在可預(yù)見的未來自動化是實(shí)現(xiàn)石油安全采集和安全生產(chǎn)的唯一選擇。操控?zé)o人鉆井和生產(chǎn)平臺、遠(yuǎn)程操作車輛機(jī)械,智能水下機(jī)器人，水下焊接、焊接機(jī)器人等雙脫殼船舶和水下機(jī)械手是機(jī)器人技術(shù)了的關(guān)鍵所在，在現(xiàn)代這種技術(shù)平穩(wěn)地使近海鉆井平臺從淺水到深海?？紤]產(chǎn)品的敏感性和環(huán)境中的苦難,大部分的這些技術(shù)屬于半自治的范疇，人類操作員在整個操作過程中不斷地提供認(rèn)知援助以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的安全執(zhí)行。本文總結(jié)了目前在海上石油和天然氣設(shè)施中使用的關(guān)鍵機(jī)器人技術(shù)關(guān)鍵詞：機(jī)器人；自動化；水下機(jī)械手；水下焊接；生產(chǎn)結(jié)構(gòu)；無損檢測；遙控操作裝置；自主水下載具；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)2015年愛思唯爾保留所有權(quán)1介紹為緊跟工業(yè)化的步伐，能源的需求量在不斷增加，就需要新型化工燃料。為了滿足現(xiàn)在的能源挑戰(zhàn)，非常規(guī)能源的效率低下或是無關(guān)緊要的,因此我們目前能源需求的80%左右是由化石燃料其中50%--60%是來自石油和天然氣[1,2]。交通運(yùn)輸行業(yè)消耗最多的化石燃料,因?yàn)槟軌虼婺茉慈剂系碾姵亍⑻柲茈姵啬芰棵芏认啾确浅５?。隨著單一資源快速枯竭,在更多的極端條件下如深水,炎熱的沙漠和北極區(qū)等發(fā)現(xiàn)了新油田石油產(chǎn)品[3]。隨著陸上生產(chǎn)的減少、海上原油生產(chǎn)已從1940年的每天1百萬桶石油當(dāng)量到2009年的每天24百萬桶石油當(dāng)量[4]。隨著供應(yīng)的減少和要求的增加,現(xiàn)在石油和天然氣公司也嘗試新的非常規(guī)石油儲備如重油、致密氣、頁巖氣、煤層氣等?，F(xiàn)代經(jīng)濟(jì)對原油的成本、質(zhì)量和數(shù)量高度敏感，因?yàn)樗梢郧宄磻?yīng)原油價(jià)格下跌導(dǎo)致世界其他非石油商品價(jià)格下降[5-7]。這原油價(jià)格下跌是由于主要通過水力壓裂法汽油產(chǎn)量的增加,主要發(fā)生在美國[7]。盡管水力壓裂法會造成嚴(yán)重的地下水污染，,噪聲污染,空氣質(zhì)量退化和未來地震等的潛在危險(xiǎn)。但是相對的論點(diǎn)是水力壓裂技術(shù)能夠迅速得到發(fā)展并成熟應(yīng)對上述挑戰(zhàn)。總體本質(zhì)是要求更高的能量不能被忽略,因此促進(jìn)更好地管理現(xiàn)有資源和安全技術(shù)的探索未來困難的資源是成功的關(guān)鍵。大量報(bào)道表明墨西哥灣漏油事件[8]導(dǎo)致了無數(shù)的海洋物種的嚴(yán)重危機(jī),許多公司員工失去了生命,當(dāng)?shù)貪O民的生活被永久破壞和操作公司英國石油(BP)卷入了許多法律訴訟[9]。調(diào)查人員發(fā)現(xiàn),有一個無視警告信號的循環(huán)模式,未能分享信息,普遍缺乏對其中涉及的風(fēng)險(xiǎn)[10]。這事故對石油和天然氣工業(yè)是一個巨大的挫折，同時(shí)時(shí)人類已知?dú)v史上最大的環(huán)境危機(jī)而幾十年來嚴(yán)重影響無數(shù)的物種。但這一不幸事件不僅在政府、學(xué)術(shù)界和環(huán)保人士也在對未來戰(zhàn)略安全勘探和生產(chǎn)化石燃料的石油和天然氣行業(yè)的主要參與者間引發(fā)了非常嚴(yán)重的爭論[11]。深水鉆井勘探鉆井非常具有挑戰(zhàn)性,因?yàn)殂@孔工作是在冷,深而極高壓環(huán)境之下。在深地平線石油泄漏的情況下,海底天然氣的極限壓力在剛建成的混泥土中心產(chǎn)生了一條裂縫。天然氣通過縫隙進(jìn)入氣體鉆井立管,然后進(jìn)入工作區(qū)并點(diǎn)燃,導(dǎo)致11人死亡,17人受傷。工人們在努力激活鉆井防噴器(防噴器)時(shí)試圖關(guān)閉礦井但不幸失敗了。這種安全機(jī)制被設(shè)計(jì)來在失敗的情況下關(guān)閉中石油，但在最后一分鐘的危機(jī)時(shí)刻并沒有成功。在這次事故中大約2億加侖的石油泄漏在深水區(qū)，這對海洋生命造成了可怕的污染[12]。將近290萬公升海水化學(xué)分散劑被倒進(jìn)被石油和天然氣污染的海水中(13、14)。這起石油泄漏事件變得更加嚴(yán)重,因?yàn)樾孤┌l(fā)生在1511米深的深水區(qū)域，而且,沒有現(xiàn)成的技術(shù)能夠立即控制這樣一個深地下水平的泄漏。先進(jìn)的工業(yè)遙控車（ROV）從希林機(jī)器人、水下機(jī)器人（AUV）和UAV（無人機(jī)）被用來做海底調(diào)查和遙感地下潛油，為石油泄漏[13,15]污染做出精確分析。在他們的內(nèi)部報(bào)告本身BP了傷害和巨大的努力參與整體清洗操作說明''2010最高程度的一瞥，救災(zāi)工作涉及約48000人的動員，約6500艘，約2500英里的部署協(xié)調(diào)（1350萬英尺）的繁榮包含或吸收油。截至2014年12月底,英國石油已經(jīng)花費(fèi)了超過140億美元和人員投入7000萬多名人員小時(shí)響應(yīng)和清理活動。2014年4月美國海岸警衛(wèi)隊(duì)結(jié)束剩余的活躍在“深水地平線”地區(qū)清理行動(16、17)。繼歐洲的幾個可怕石油泄漏危機(jī)后,歐洲委員會已經(jīng)資助幾個研究項(xiàng)目，主要研究智能機(jī)器人技術(shù)以創(chuàng)新石油泄漏管理(18、19)。從那之后,大多數(shù)大型陸上油田產(chǎn)量下降,總體供應(yīng)的原油從陸上儲備現(xiàn)在趨于平穩(wěn)(4,21),現(xiàn)在所需的推力與供應(yīng)鏈的飆升需求來自離岸產(chǎn)品。目前幾乎世界上30%的石油產(chǎn)量是來自開發(fā)海上油田和深水儲量也貢獻(xiàn)了9%左右,如圖1所示(4,20)。自2002年以來,現(xiàn)在由于飽和淺水油井連近海石油產(chǎn)量也在下降。石油儲量發(fā)現(xiàn)深度d≤400mfrom海平面稱為淺水,400<d≤1500米時(shí)成為深水,1500<dm時(shí)稱為下層深海。目前境外生產(chǎn)總數(shù)的近80%來自于淺水石油儲備。第一個海上鉆井可以追溯到1869年,海上鉆井裝置設(shè)計(jì)的第一個專利是T.F.羅蘭，但首個商業(yè)開發(fā)油田從1896年加州海岸開始。這些早期的海上油田非常淺，距離海平面只有幾英尺深。深水生產(chǎn)從1990年開始成為商業(yè)上可施行的生產(chǎn)，其產(chǎn)量為1.5Mboe/d,現(xiàn)在產(chǎn)量擴(kuò)大到三倍。本著同樣的精神尋找新的石油儲量,從2005年起石油公司也開始探索深海地區(qū)的海洋水。境外生產(chǎn)對世界經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要的作用，但總體離岸生產(chǎn)也顯示從2002年開始平約23Moeb/d,主要是由于收縮淺水儲備和近期無法找到新的大離岸外匯儲備。同時(shí)在像深處和冰凍的北極區(qū)極端環(huán)境條件處發(fā)現(xiàn)了許多新近海油氣田。敏感的產(chǎn)品加上嚴(yán)酷的工作環(huán)境對目前的安全管理體系造成了嚴(yán)酷挑戰(zhàn),因此,連續(xù)的石油和天然氣設(shè)施檢查和維護(hù)是至關(guān)重要的。雖然從深水區(qū)域中提取石油和天然氣是一個令人印象深刻的工程壯舉,但同樣也需要足夠的技術(shù),以防止事故發(fā)生,確保人類和海洋生活的安全。而通過先進(jìn)技術(shù)采集的石油和天然氣的需求量使得油田采集的經(jīng)濟(jì)可行性變的更加困難，但為了防止事故的發(fā)生，技術(shù)成本似乎變得已經(jīng)很難承擔(dān)，深水地平線漏油案已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。人類的局限性及其在極端環(huán)境中的操作能力是糟糕的,因此,機(jī)器人援助在這種情況下將會非常有價(jià)值[22]。在這種人機(jī)合作模型中,大多數(shù)的認(rèn)知能力決定將來自人類操作員而訪問關(guān)鍵對象,數(shù)據(jù)收集、檢查、處理和反饋則來自機(jī)器人裝置配備合適的傳感器。因此,可以說,石油和天然氣設(shè)施的整體自動化可以進(jìn)一步劃分為許多具體的子問題，例如人機(jī)界面等(1、8、第23-25),數(shù)據(jù)信號傳輸(每股26到29),資源分配和任務(wù)調(diào)度[30-33],[34-36]導(dǎo)航技術(shù),移動機(jī)器人的定位（37-41）,在水下環(huán)境的本地化的水下機(jī)器人（42-51),檢驗(yàn)技術(shù)(52-58)和遙操作[59]等?？焖僭鲩L的石油和天然氣工業(yè)面臨的挑戰(zhàn),如較低的回收率,探索非傳統(tǒng)的儲備,在極端環(huán)境條件下的操作,以及最后的整體商業(yè)模式盈利能力將提高自動化水平高提上議程[61]。成功處理上述挑戰(zhàn)，需要最好使用來自從其他行業(yè)解決方案的已經(jīng)可用的機(jī)器人解決方案,這種方案混合了新的激進(jìn)的創(chuàng)新，特別是在石油和天然氣行業(yè)，如智能鉆井平臺，智能檢查和操作技術(shù)和生產(chǎn)自動化操作。有幾個正在進(jìn)行的項(xiàng)目已經(jīng)表明了在這個方向上的進(jìn)展，例如一個挪威的公司命名的機(jī)器人鉆井系統(tǒng)，已經(jīng)簽署了一項(xiàng)聯(lián)合研究計(jì)劃與美國航空航天局開發(fā)的智能鉆井技術(shù)（11）。艾波比集團(tuán)還開發(fā)了一個基于遙操作跟蹤從一個單一的平臺，是一個集成所有生產(chǎn)設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。他分布在植物的不同部位上?？紤]到產(chǎn)品的敏感性和他們的生產(chǎn)環(huán)境，目前大多數(shù)被建議或者使用的的機(jī)器人技術(shù)在不久的將來仍在業(yè)務(wù)助理的過程中進(jìn)行檢查、操作、維修(IMR)和救援任務(wù)?；谶@樣的遙操作技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域產(chǎn)生令人振奮的結(jié)果，如海上石油和天然氣的勘探22,63–[65]，[66，68]–太空探索、軍事[69]，[水]下70,71勘探，醫(yī)療應(yīng)用[72,73]，娛樂[74]，和[75,76危險(xiǎn)環(huán)境。2.海上機(jī)器人技術(shù)四分之三的地球表面覆蓋著水，海洋占主要部分，這儲藏這大量的石油，也被稱為海上油田。首先在海上石油和天然氣的商業(yè)勘探開始在墨西哥灣成功安裝--淺海水域的路易斯安那[79]。然后，隨著在陸上和淺海油田上使用改進(jìn)的技術(shù)和消耗的化石燃料資源，石油和天然氣的搜索已經(jīng)從淺水（小于1000英尺深的水從海平面）到深水（超過1000英尺）[80]。淺水中最初的油氣勘探系統(tǒng)是由陸上設(shè)施同一種設(shè)備組成的。這些設(shè)備的區(qū)別在于密封的容器中絕緣性不同。從手工操作的油田的淺水區(qū)的遠(yuǎn)程操作到深水油田的操作主要有兩個主要的障礙，一是推進(jìn)技術(shù)支持和二是整個項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性。但隨著石油產(chǎn)品價(jià)格的增加，目前機(jī)器人技術(shù)的改善在這一歷史性的轉(zhuǎn)變成為可能?，F(xiàn)在有兩種主要的動機(jī)來實(shí)現(xiàn)石油和天然氣領(lǐng)