近日，由清華大學深圳國際研究生院海洋工程研究院和中海油深圳海洋工程技術服務有限公司聯(lián)合研發(fā)的世界首套水下偏振光原位清潔度測量儀在中國南海1000米深水油氣工程中試驗成功，實現(xiàn)了流體顆粒物定性分類和定量精確分析。
 

儀器實物圖
 

設計圖(無渲染)
 

　　目前，深水油氣田開發(fā)一般采用“水下生產(chǎn)系統(tǒng)+浮式生產(chǎn)裝置”模式，浮式生產(chǎn)裝置通過臍帶纜向水下生產(chǎn)系統(tǒng)輸送控制液，通過液體壓力來遠程控制閥門的關閉和開啟，而控制液的清潔度直接影響水下生產(chǎn)系統(tǒng)的高效運行和使用壽命，充分的沖洗和控制液清潔度的準確檢測，可有效預防系統(tǒng)發(fā)生故障，保障國家能源安全。傳統(tǒng)國內(nèi)水下生產(chǎn)系統(tǒng)控制液的清潔度測量大部分依靠理論計算，無法對控制液沖洗結果進行取樣和測試，小部分測量依賴國外公司掌握的控制液真空管取樣技術，但也只能在陸地實驗室采用顯微鏡法化驗，樣本有二次污染風險而且檢測費用高昂。
 

　　對此，深圳國際研究生院海洋工程研究院與中海油深圳海洋工程技術服務有限公司以聯(lián)合黨建為平臺，建立“產(chǎn)學研用”機制，以需求為指引，以水下生產(chǎn)系統(tǒng)控制液原位光學檢測為目標，建成水下偏振光原位清潔度測量儀自主研發(fā)設計、產(chǎn)品制造、測試驗證及示范應用全鏈條，設計出由光學系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、激光器、光電轉換模塊、電路系統(tǒng)組成的測量儀器，并實現(xiàn)全部技術具有自主知識產(chǎn)權、零部/元器件100%國產(chǎn)。
 

ROV操控屏幕中的儀器水下下放圖(上)和儀器現(xiàn)場工作圖(下)
 

　　團隊從水下聲光電磁全知識領域梳理和驗證，最終水下的偏振光原理成為該技術的基礎理論。為了將理論變?yōu)榭梢匀胨墓こ虡訖C，團隊根據(jù)水下偏振光理論基礎設計出由光學系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、激光器、光電轉換模塊、電路系統(tǒng)組成的儀器，并利用樣液反復測試其測試結果。為了更好地進行解讀和讀數(shù)，團隊還建立了AI模型，用機器分類和計數(shù)替代人工，采用單顆粒測量法來定量描述控制液粒子的類型、數(shù)量、比例，攻克深水低溫高壓條件下0.5微米以上粒徑顆粒檢測的難題，實現(xiàn)對控制液清潔度、顆粒物種類的變化趨勢進行動態(tài)監(jiān)測，具有智能識別、精確分類等優(yōu)勢，同時具備抗污損、自供電、自檢測、數(shù)據(jù)自存儲等功能，適合定點長期檢測，為快速、高效、準確的海管清潔度監(jiān)測提供了新工具和新思路。團隊在完成下放應用回收的方案后，建成水下偏振光原位清潔度測量儀自主研發(fā)設計、產(chǎn)品制造、測試驗證及示范應用全鏈條技術。該研究打破國外控制液真空管取樣檢測的思維模式，首次提出光學原位檢測技術，為水下生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠設計提供了基礎數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的精準評估、安全運維提供了重要工具。
 

　　清華大學深圳國際研究生院副教授廖然團隊長期從事海洋顆粒物分類探測研究，其間受到了嶗山實驗室主任吳立新院士主持的國家基金委重大儀器項目、清華大學深圳國際研究生院馬輝教授主持的國家重點研發(fā)項目支持。海洋工程研究院副院長段夢蘭教授牽頭組織了深海試驗，中海油深圳海洋工程技術服務有限公司深水技術服務中心經(jīng)理王杰文、副經(jīng)理高磊實施了深海試驗。