圖片來源 : OCEANEERING
【EE Times - Taiwan 2010/09 作者：任汝思】
隨著‘容易取得的石油’(easy oil)愈來愈難開採，在更嚴峻的地形進行更深層鑽探作業，以及讓開發人員能運用各種遙控工具執行工作，將成為防範另一次深水災難的關鍵。英國石油公司(British Petroleum)最終也許能為Deepwater Horizon海上鑽油井漏油事件導致的重大災難找到責任歸屬，但事實上，英國石油在這場漏油災難中並不是唯一有過失的一方。你我都有責任。
近10年來，據美國能源管理局(U.S. Energy Information Administration)統計，美國大約每天消耗2,000萬桶石油。這相當於全球每日消耗量的四分之一，而且是中國2009年每日約820萬桶消耗量的2倍多。
自今年4月20日事發以來，Deepwater Horizon鑽油井漏油事件在91天內已導致每天約6萬桶原油流入墨西哥彎；截至今年7月，累計總數已達550萬桶石油。這相當於美國每7個小時所消耗的石油量。儘管這場災害並不是我們引發的，但目前全球各地失控的石油消耗情況，仍然對地球的未來造成巨大影響。即使研究人員致力於讓深海鑽探工作更加安全，但我們仍必須時刻銘記，每個人都有責任盡量降低石油消耗量。
由於Deepwater Horizon鑽油井裂口暫時用的封鎖蓋無法阻止石油持續噴出，英國石油公司日前改採新的封油蓋，期望能有效控制漏油。據該公司表示，這種新的封油蓋可遏止石油與瓦斯從油井裂縫滔滔不絕地噴流至墨西哥灣。自從預防漏油的蓋子失效並引發強烈爆炸以來，已經造成11人死亡，並導致美國有史以來最嚴重的環境污染。
所有針對Deepwater Horizon採取的行動，都是在距海平面5,000英呎以下的深海所進行的，由遙控無人載具(remotely operated vehicles；ROV)負責執行任務──這些ROV本來不是為了此一任務所設計，而且一直到幾星期以前，他們都還缺乏可執行這類作業的工具。ROV的操作人員可坐在距離1英哩遠的船上控制室中進行操控。船員每三人一組每12小時輪班一次，操作這些深水機器人來進行精確的檢修。
“當看著那群人在工作時，我必須說，他們幾乎每天都在創造奇蹟，”美國麻州伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution；WHOI)應用海洋物理暨工程系研究專員Andy Bowen說。Bowen管理伍茲霍爾海洋研究所的國家探潛基金會，他最近才勘察過Deepwater Horizon。
儘管英國石油用來進行維修工作的ROV被視為最先進的科技產品，但它事實上使用的都是標準的商用化載具。每個ROV都由重型鋼纜或臍帶纜線連接到水面的艦艇，以提供動力，並為ROV與船艦上的控制室之間提供高速光纖通訊。在臍帶纜線的末端，大約位於水面下1英哩處，則設置了一個座廂(或可稱車庫)，用來停放暫時休息的ROV。ROV透過一種可充電及通訊的纜線與車庫連接，這種纜線通常以杜邦Kevlar纖維包覆，讓ROV能在車庫附近作業。
總部位於休士頓的Oceaneering International公司是一家ROV製造商，同時也是英國石油在Deepwater Horizon的主要ROV承包商。除了生產自有機器人，該公司也提供船員和船隻，以及客製化與標準化的ROV工具。Oceaneering公司儘快地針對幾款工具進行加工，使ROV能在Deepwater Horizon進行維修工作。
未來的遙控無人載具(ROV)
隨著石油的取得愈來愈困難，人們勢必要在更深的海域或更具挑戰性的環境開採石油和天然氣，風險和成本也同步提升。因此，在這些深海或嚴苛環境中採用ROV的要求不斷升高，然而，石油和天然氣產業無法停下腳步等待ROV技術迎頭趕上。儘管墨西哥灣的開採行動因此事件再次中斷，但大型的石油和天然氣企業仍試圖在非洲和其他地區推動更多的開採計畫。
其中一項計劃是殼牌石油(Shell Oil)公司的Perdido開發平台，它位於德州Galveston外海200英哩處。在相當於距海平面1萬英呎的深海下作業，Perdido浮動鑽油平台據稱是目前世界上最深的石油開發平台。位於深達8,000英呎海底的第一口探勘井從3月起開始生產，Shell表示，該公司計劃在此平台上開鑿35個探勘井，其中一個探勘井深達9,627英呎。
Perdido所在的深水地形也為其帶來了一些挑戰－－整個油田高低不平且充斥著深長的海溝，其中一個油田斷層的高度甚至達1,500英呎。
Shell的Perdido平台使用了Oceaneering公司的ROV，全部都是符合目前產業標準可用於1萬英呎深的載具。截至目前為止，由這些ROV所執行的建置作業皆順利運作，未曾發生過任何意外。
另一個執行石油探勘作業的領域位於北極(Arctic)。一項探勘鑽油平台計劃今年在格林蘭西岸外海展開。俄羅斯現正計劃在位於北冰洋(Arctic Sea)邊的卡拉海(Kara Sea)進行石油探勘作業；卡拉海一年中有九個月都是結冰的。
在永遠冰封或半冰封的冰原深處或在超過1萬英呎的深海中開鑿油井，需要的是一款可在遠端遙控操作而在地面上又可獨立於人員引導的無線ROV。這些結合ROV與部份‘自主水底載具’(AUV)的無線混合型載具需要更多的航行智慧、自給自足的動力，以及新式的水中通訊系統。
目前，市場上還沒有任何商用的無線化ROV系統出現，然而，由於業界正面臨更多新挑戰以及越來越多的群眾監督力量，預期這一技術的發展腳步可望加速。
回顧與展望
“從Deepwater的漏油事件後，石油工業將會記取過去的教訓，並放眼未來。”WHOI的Bowen表示。“放眼未來的定義是指以必須開發哪一種技術，才能針對可能最糟糕的情況作好完全準備。
新一代的技術預計可取自於各個不同領域的技術移轉，包括AUV公司、政府與大學的研究中心，也可能包括地面與空中機器人公司等。
例如，挪威的康斯柏格(Kongsberg Maritime AS)公司為深海地質勘測與海防應用打造了Hugin AUV。Hugin AUV目前只用於收集資料，但可運作於受監控或自主操作模式，其性能也可擴展設計為一部ROV。
位於美國路易斯安那州拉法葉(Lafayette, La )的深水勘測公司C&C Technologies為其在全球的石油與天然氣客戶使用Kongsberg的AUV，根據該公司的地球物理經理Jay Northcutt表示。該公司採用的AUV船隊包括可定位於4,500英哩深(15,000英呎)的Hugin 4500，並包含一個由鋁氧半燃料電池與可再充電的鋰電池所組成的電池組，它可為這個AUV供電達60小時之久。
“石油與天然氣開發的深度最終將會超過1萬英呎，我也看見了未來對於ROV的需求，”Northcutt表示，“不過，開發此一ROV的推動力量必須來自於石油與天然氣公司，因為市場需求就在那裡。”
無線通訊是一個充斥著各種積極開發活動的領域。WHOI使用了可定位於11,000英呎深海的Nereus混合ROV作為一款測試平台，該研究所的工程師們在今年初成功地執行了一項通訊與控制系統試驗。這套通訊與控制系統整合了聲學與光纖，以便無線控制此ROV。此光纖數據機則包含了一款小型的LED傳送器與一款光倍增接收器，以便在200英呎的距離內提供低功耗的多點雙向通訊。
帶領WHOI團隊開發這一通訊系統的資深工程師Norman E. Farr表示，除了為ROV帶來更大的操作彈性度以外，這一套光學/聲學通訊系統還要求更小、更便宜的船具與更少的人員，才能順利執行海底任務。他指出，“這是改變遊戲規則的一套全新架構。”
WHOI並計劃在美國西北海岸的胡安德富卡海底山脊(Juan de Fuca Ridge)展開首次大規模的開發計劃.
ROV製造商們整合新技術的腳步將會有多快？這將取決於全球深水探勘與鑿井的發展進度。雖然此一漏油事件讓美國歐巴馬政府宣佈四個月內暫緩墨西哥灣的石油鑽探和探勘，但業界一般認為這將不至於影響該領域的進展。
圖1：Ocenaeering公司開發的ROV可在低於海平面5千英呎的深海中執行任務。ROV旁停放座廂上方的無線系統為其供應動力以及與海面船上的指揮中心通訊。
圖2：WHOI結合以電池充電的無線ROV與光纖數據機，使無線ROV所擷取的資料與即時視訊可透過光纖數據機傳送至海面的船上指揮中心。無線ROV並可接收船上指揮中心的指令執行特定任務。
【Winzi 讀報】
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Wikipedia : Deepwater Horizon
The Wall Street Journal : Rig Workers Had Chance to Prevent Explosion
Sciblog : What actually went wrong on Deepwater Horizon?
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