【国家标准(GB)】 石油天然气工业 水下生产系统的设计和操作 第8部分：水下生产系统的水下机器人（ROV）接口

ICS 75.180.10
中华人民共和国国家标准
GB/T21412.8—2010/IS013628-8:2002石油关然气工业
水下生产系统的设计和操作
第8部分：水下生产系统的水下机器人(ROV)接口
Petroleum and natural gas industries-Design and operation ofsubseaproductionsystems-Part8:RemotelyOperatedVehicle(ROV)interfacesonsubseaproductionsystems（ISO13628-8:2002,IDT）
2010-09-02发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2010-12-01实施
1范围
规范性引用文件
3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
3.2缩略语
维修原则和功能要求
使用ROV维修
ROV维修任务类型
水下设施系统设计
性能设计
承载能力
操作力或扭矩
提升装置
质量控制·
温度等级
额色和标记
设计注意事项
概念设计·
详细设计，
期望的设计特性，
不期望出现的设计特性
ROV接口和水下系统
作业注意事项
显示系统
材料选择
选择标准
11文件记录
设备设计
信息反馈
GB/T21412.8—2010/ISO13628-8:200210
GB/T21412.8—2010/IS013628-8:200212
ROV接口
稳定性
机械手操作把柄
TDU把柄·
旋转(低扭矩)接口
旋转(大扭矩)接口
线性（推进）接口
线性(推进)接口
旋转对接接口
类型A和类型C
类型B
液压连接即插式接头接口类型A
液压连接即插式接头接口类型B
旋转液动接头
CCO(部件更换）接口
提升心轴
电液跨接管操作接口
附录A（资料性附录）
附录B（资料性附录）
附录C(资料性附录）
附录D（资料性附录）
附录E(资料性附录）
参考文献
-69MPa(10000psi)工作压力等级...
工作级ROV技术要求概况
机械手操作能力范围
末端受动器的替代设计形式
出油管回接系统
典型工作级ROV的操作结构
图2典型采油树上的ROV和接口
两对接点TDU装置
单对接点TDU装置
ROV工具作业接口的常规设计步骤保持ROV稳定的抓握柄
对接插头和插孔
对接插孔载荷图
典型的双对接点TDU工具的能力范围典型的单对接点TDU工具的能力范围机械手把柄
TDU把柄
低扭矩插孔
大扭矩插孔
线性推进接口类型A
线性推进接口类型C，
线性推进接口类型B·
旋转扭矩插孔
即插式接头连接接口类型A的总体布置图母扣插孔类型A
即插式接头连接类型B
旋转液动接头
CCO(用于结构组件更换）
CCO接口的结构形式
CCO锁合杆详图
CCO锁合及配置系统
可供选择的CCO接口布置形式
与CCO接口有关的提升心轴
提升心轴：
机械手连接操作
TDU连接的操作
多点连接跨接管对接盘
在没有接合和接合状态的典型跨接管用于跨接管操作的抓爪和扭矩工具组合的能力范围间隙大小
典型的五功能机械手的能力范围典型的七功能机械手的能力范围末端受动器可选择的面形式
推荐的空间要求及进人结构物内的垂直深度典型的对接参数
表3旋转驱动器维修设备等级
表4图18中插孔类型1至类型7的尺寸表A.1
ROV工具类别
GB/T21412.8—2010/ISO13628-8:200233
GB/T21412.8—2010/IS013628-8:2002GB/T21412《石油天然气工业水下生产系统的设计和操作》目前包括以下9个部分：第1部分：一般要求和推荐做法；第2部分：水下和海洋使用的挠性管系统；一第3部分：过出油管（TFL)系统；第4部分：水下井口和采油树设备；第5部分：水下脐带缆；
第6部分：水下生产控制系统；
第7部分：完井/维修立管系统；第8部分：水下生产系统的水下机器人（ROV)接口；第9部分：遥控操作工具(ROT)维修系统。本部分是GB/T21412的第8部分。本部分等同采用IS013628-8：2002《石油天然气工业水下生产系统的设计和操作第8部分：水下生产系统的水下机器人（ROV)的接口》（英文版）。本部分等同翻译ISO13628-8：2002。为便于使用，本部分做了下列编辑性修改：“ISO13628的本部分”改为“GB/T21412的本部分”；用小数点“,”代替作为小数点的逗号，”；删除国际标准的前言和引言；
规范性引用文件增加了在正文中引用的两个标准：GB/T21412.1和ISO13628（所有部分）；一计量单位以我国法定计量单位为主，即我国法定计量单位值在前，英制单位的相应值标在其后的括号内（为不改变原标准公式、曲线的形状特征、常数和系数，原使用英制单位的，仍沿用英制单位)。
本部分的附录A、附录B、附录C、附录D和附录E均为资料性附录。本部分由中国石油天然气集团公司提出。本部分由全国石油天然气标准化技术委员会（TC355)归口。本部分起草单位：中海石油(中国)有限公司研究中心。本部分主要起草人：李玉光。
GB/T21412.8—2010/IS013628-82002引言
GB/T21412的本部分内容主要提出了水下生产系统的ROV接口的技术要求，不涉及利用钻杆或导向缆收放的专门工具即遥控操作工具（ROT)进行的维修作业，仅在情况合适时作为ROT接口的参考。水下生产系统的接口对ROT工具和ROV同等适用。1范围
GB/T21412.8—2010/IS013628-8:2002石油天然气工业
水下生产系统的设计和操作
第8部分：水下生产系统的水下机器人（ROV)接口
GB/T21412的本部分给出了用于石油天然气工业水下生产系统的水下机器人接口的功能要求和指南，既可用于水下生产设备的水下机器人接口的选择和使用，也为接口的设计和操作要求提供指导，以便将标准设备和设计原则的潜力发挥到最大化。ROV作业系统可根据接口提供的水下系统的可识别的信息进行对接和动作，而这些信息正是设计水下生产系统接口时需要考虑的。本部分提出的框架性和详细的技术要求将让使用者能在特定应用条件下正确选择接口。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB/T21412的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
GB/T21412.1石油天然气工业水下生产系统的设计和操作第1部分：一般要求和推荐做法(GB/T21412.1—2010,ISO13628-1:2005,IDT)ISO10423石油天然气行业钻采设备井口和采油树设备ISO13628（所有部分）石油天然气工业水下生产系统的设计和操作3术语、定义和缩略语
下列术语、定义和缩略语适用于本部分。3.1术语和定义
功能要求functionalrequirement为达到给定目标而应满足的最低标准。注：功能要求以性能为导向、可应用于广范的开发概念。3.1.2
指南guideline
在综合考虑合适的法定要求、行业标准、标准做法和原则的基础上推荐公认做法。3.1.3
制造商manufacturer
负责接口制造的公司。
操作者operator
操作ROV(包括供应商）的公司。1
GB/T21412.8—2010/IS013628-8:20023.1.5
遥控操作工具；ROTremotelyoperatedtool;ROT一种通常由提升缆或钻柱上收放的专用工具。注：横移能通过导向缆、专用推进器或ROV协助完成。3.1.6
Wremotelyoperatedvehicle;ROv水下机器人ROV
一种能在水下浮游的机器，可完成诸如阀门的操作、液压操作和其他常规任务。注：ROV也能携带工具包执行诸如柔性出油管和脐带缆的回接和连接，以及部件更换等特定任务。3.2缩略语
CCO部件更换
出厂验收试验
FMECA失效模式影响及临界状况分析HIPPS
高完整管线保护系统
MQC多用快速接头
平均无故障工作时间
水下机器人
遥控操作工具
卫星井控制模块
工具收放装置
4维修原则和功能要求
4.1概述
进行水下生产系统的接口设计时，需要制定维修原则，包括作业内容、每项任务采用的维修方法、使用工具类型、为有效完成维修任务而通过对接或定位使ROV保持稳定的方法，以及对接近通道的要求。维修原则宜综合考虑不同维修任务，使之合理化，以便采用统一的方法，使一系列维修任务得以完成。
一且需要完成的维修任务确定，ROV维修方式宜随之建立。图1至图34给出了不同的ROV系统及接口。4.2使用ROV维修
ROV是能浮游的水下机器，能执行诸多水下作业任务，比如阀门操作、液压操作和其他一些常规任务。ROV也能携带工具包执行特定的任务，如出油管、脐带缆与刚性管线短节的回接和连接以及部件更换。ROV主要有以下5种执行维修任务的方式：使用机械手直接操作接口；
使用机械手握持工具；
使用TDU
使用双缆（使用ROT）；
使用成撬工具或框架。
接口工具宜尽可能设计成能可用多种ROV作业，而不仅限于一种，这样能增大ROV和维修船提供使用的机会。典型的ROV如图1所示。2
a）带机械手的ROV
c）下装成橘工具
GB/T21412.8—2010/IS013628-8：2002b）两对接点系统
d）单对接点系统
图1典型工作级ROV的操作结构
ROV及典型采油树上的接口如图2所示。图2典型采油树上的ROV和接口
4.3ROV维修任务类型
4.3.1带机械手的ROV维修
机械手是可自由活动关节的机械臂（如图1所示），机械臂与ROV本体相连。机械臂的关节越多，其自由度越大，因而用途更多。在机械臂的末端有一个抓爪，它通常由2～3个手指组成，用于执行作业或稳定ROV时抓握把柄、物体和结构部件。
当ROV作业时，能带2个机械手，一个用于ROV自身的稳定，另个用于作业。由ROV作业的机板手系统在功能性和可控制性方面会有很大变化。当使用ROV机械手或机械手握持工具完成水下生产系统的任务时，带要特别考虑以下几个方面的问题：接口的位置应在机械手的工作范围（典型的机械手工作范围参见附录C）：3
GB/T21412.82010/IS013628-8.2002工具本体与机械手握持工具的把柄之间具有柔韧性，以便工具灵活插拔，从而使机械手的肘节活动角度在手臂的其余部分插拔时不必精确移动（图19是设计考虑在即插式接头和机械手把柄之间采用钢缆延伸件柔性连接的一个例子）；根据机械手臀臂的提升和作业能力来确定在机核手工作范围内可移动的部件重量；一在决定任务的难度时应考患精确性、准确性和可重复性；一为工具插人接口留出足够的通道和空间以便插人接口并与临近操作，如即插式接头的操作，保持合理间距：
一水下设备和部件承受机械手、工具和（或)ROV工作时产生的载荷和扭矩的能力；一对设备采取保护措施以防止ROV的碰撞。应考虑可对成功维修和完成上述特定任务产生影响的环境条件，应选择下列稳定ROV方法中的一种：
停靠ROV的靠近接口的水平台面、施加推力使其靠近台面，允许从垂直或水平方向接近接口；
使用一根允许ROV抓爪（具有一定自由度的机械手）抓握的水平杆或垂直杆(见图6）；—ROV对接点（见图7，图15，图16，图18和图22)；一采用使手吸盘安装的相对单滑的表面。为使作业不受限制，对接点置至少与海床面保持1.5m（4.92ft)以上的净空。宜避免采用需要移动、打开或关闭才能进行其他维修任务的ROV平台。设计者宜合理考虑不同的维修任务，以便在水下设施上采用统一的ROV对接方式，这样ROV就能在一次潜水作业中完成不同的维修任务。在某些特定地理位置，由于松软的泥土以及ROV推进器对海床冲刷，在建立海床面时需要特别小心。wwW.bzxz.Net
与局部工具载荷相关的具体细节如图8所示。4.3.2带工具收放装置（TDU)的ROV维修4.3.2.1概述
TDU是一种专门设计的工作包，安装在ROV本体的前端或后端，通过笛卡儿装置（如图3所示）来准确引导和定位，根据任务的复杂性和TDU对接位置与工具接口的相对位置确定是1个、2个还是3个自由度。TDU装置能替代或协助机械手作业。4.3.2.2两对接点系统
TDU与两个对接插头配合使用并锁合，使笛卡儿装置和ROV与水下生产设备相连，两对接点笛卡儿装置能从同一对接位置接近一个或多个维修接口，特别适用于执行一组与操作盘有关的接口任务。典型的两对接点TDU装置如图3所示。图3两对接点TDU装置
4.3.2.3单对接点系统
GB/T21412.82010/1S013628-8;2002单对接点系统与两对接点系统相似，只是在操作上存在某些差异。单对接点的TDU也是一个安装在ROV上的工作包，提供类似方式通过y-2笛卡儿装置精确引导和定位。单对接点系统与两对接点系统对接方式基本相同，但它能围绕水下设备更加自由地移动，推荐用于单个布置（或一对隔开的）接口或者相邻结构物对其有限制的情况。典型的单对接点TDU装置如图4所示。图4单对接点TDU装置
4.3.2.4对接和TDU操作通常需考虑的事项通常，单对接点TDU最多有两个维修接口，能从单一对接点操作，理想的情况是接口直接垂直排列在对接点上方（见图10)。
笛卡儿装置操作限制和工具对接点的相关位置决定两对接点TDU的接口应布置在个特定范围内(见图9)。
其他需要考虑的事项如下：
与两对接点TDU相比，单对接点TDU通常要求更轻的接口工具载荷条件；与两对接点TDU相比，单对接点TDU能对水下设备的对接结构和接口工具施加更大的由ROV产生的动载荷和静载荷；
两对接点TDU需更多的接近空间以便从以下几个方面满足笛卡儿装置的需要：ROV工具框架、ROV收放系统（绞车和水面支持装置）、中继器（TMS--tethermaintenancesystem）、水下设备（特别是对接口不是位于外侧的设备）；TDU框架需设计成能承受环境、ROV、TDU对接插头和接口工具产生的载荷和扭矩；两对接点TDU通常装配在ROV的上半部分，使工具对接点位于笛卡儿装置的下方[为了使作业不受限制，对接点宜至少与海床面保持1.5m(4.92ft)以上的净空；单对接点TDU通常装配在ROV的基座附近，使工具对接点的位置位于上方[为了使作业不受限制，对接点宜至少与海床面保持1.5m(4.92ft)以上的净空]。在某些特定地理位置，由于松软的泥土以及ROV推进器对海床冲刷，在建立海床面时需要特别小心。
与工具局部相互作用载荷有关的详细情况见图8。4.3.3双缆维修
4.3.3.1概述
控制模块和油嘴等水下部件能利用一种叫CCO工具的提升架（见图23）更换。CCO工具通常在提升重量超出浮游式ROV的提升能力情况下进行部件安装和回收作业。CCO工具利用提升缆或钻杆从维修船上收放，这是第一根缆，该缆用于支撑CCO工具和所更换部件的重量和动载荷。第二根缆是ROV的脐带缆或TMS系统。为了避免缠绕，建议将上述两根缆分开布置在维修船的不同区域。4.3.3.2使用双缆操作通常需考虑的事项CCO工具横移和转动可由导向缆或导向（至少两个)控制，-个无导缆的漏斗形接口可在推进器5
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