南堡油田海底管道勘測及問題管段治理

王召堂

（冀東油田南堡作業區，河北唐山 063200）

0 引言

隨著冀東油田南堡1號構造的開發建設，已建成的海底管道承擔著2號、3號島和NP1-5、NP1-29平臺的原油和注水井口用水的運輸任務。在整體安全運行一段時間后，需對海底管道埋設狀況進行摸底調查，采用聲納探測技術對海底管道兩側150m范圍內進行勘測，查明了測區內水深、海底地形地貌、海底沖刷、管道空間位置、立管、陽極塊及淘空等情況。對勘測結果結合潛水探摸的情況進行綜合分析，評價海底管道的安全狀態，為管道的維護和管理提供可靠的依據。及時對問題管段進行治理，保障管道運行安全，避免發生環境污染事故。

1 勘測情況簡介

冀東油田南堡1號構造位于河北省唐山市南堡外淺灘，曹妃甸西北約20km，淺灘高程為0～-7m。

水深測量采用德國Innomar公司生產的SES-96 Standard Parametric Echo Sounder，并配置涌浪濾波儀消除因風浪引起的測深誤差，沿管道路由垂直方向每隔20 m布設長300 m的測線，沿測線進行水深測量并繪制水深圖。

海底地貌調查利用英國GeoAcoustics公司DSSS數字旁掃聲納儀，沿管道路由平行方向間隔50 m兩側各布設3條測線，進行聲納旁測掃海，了解測區內的地形地貌。

利用差頻方式采集數據，通過調換能器發射主頻100 kHz和114 kHz，接收頻率12 kHz，分辨率10 cm，采用計算機硬盤進行數字記錄，獲得海底泥面下5 m深度范圍內高分辨率的聲學剖面，重點部位進行加密復測并結合潛水員探摸，確定海底管道的空間位置和狀態。在作業中盡可能地保持船只的直線勻速行駛。

耗時兩個月對測區內7條海底管道進行了勘測，發現存在懸空、裸露、埋深不足等問題，其中單段懸空長度最長167 m，最大懸空高度達5.46 m，

且裸露段總長5 939 m，有的管道懸空和裸露段長度之和占單條管道的比例高達56%，為保證海底管道運行安全，必須對問題管段進行緊急治理。具體勘測結果見表1。

2 海底管道出現問題的原因

2.1 施工因素

表1 海底管道勘測結果

海底管道埋設采用渤海灣使用較成熟的高壓水射流后挖溝技術。但在后挖溝過程中因挖溝行進速度過快、水射流壓力不足、定位導航偏差等因素造成挖溝深度不夠、管道沒有落入溝底、挖溝路由錯誤，致使出現管道裸露埋深不足等問題。

2.2 水流沖刷

冀東油田南堡1號構造處于淺海區域，裸露管段受潮流海浪影響較大。水流沖刷主要是對裸露管道下面的沖刷，開始于管道與海床面之間出現一水流隧道，致使管道周圍存在一定壓差，使管道下方的水流流速大于行進流速，從而引起管道下的沖刷淘空[1-2]，裸露管道存在進一步被沖刷造成懸空。

通過對海底高程的測量結果和管道鋪設前海底高程的比較，發現該海域屬自然淤積區，所以沖刷對深埋管道的影響較小。

2.3 私挖亂采

通過對懸空段兩側150 m范圍內的勘測，因私挖亂采在3號島至1號島海底管道兩側出現多個大坑，造成管道懸空和裸露。通過對砂坑區域聲納探測剖面成像圖的觀察，懸空管道存在搭于溝肩懸空和淘空懸空兩種情況 （見圖1）。

3 問題管段治理

圖1 砂坑區聲納探測剖面

由于單段懸空長度和最大高度均對海底管道正常運行構成重大安全隱患，因此需首先對懸空段進行緊急治理。目前海底管道懸空段治理比較成熟的技術有：水下打短管樁固定、拋砂袋結合混凝土塊覆蓋、擾性軟管跨接等方法。對于裸露段和埋深不足段可采用重新挖溝、拋砂袋結合混凝土塊覆蓋或人工設置仿生海底植物等方法[2-5]。

結合冀東油田海域實際，懸空段采用拋石護坡、碎石覆蓋結合后挖溝回填法處理。本方法優點是施工工藝及取材簡單，便于實施；不需要進行防腐處理；不影響管道正常生產；保護范圍廣，對同區域周圍的海底管道可產生保護。缺點是存在拋填的毛石碎石有進一步被沖刷淘走和形成塌方的可能，造成管道的再度懸空，覆蓋的碎石將對管道產生下向壓力，破壞防腐層等不利影響[2]。對裸露段和埋深不足段采用后挖溝處理，使管道埋深達到設計要求的1.5 m。

3.1 管道曲率修正

根據實測的海底管道路由資料，為減小現存懸空狀態下的管道應力，需對海底管道路由縱剖面曲率進行修正。輸水和混輸管道修正曲率半徑分別為1 000 m和2 000 m，使修正段管道與平直管道平順過渡。

3.2 懸空段毛石護坡碎石回填砂袋支撐

因懸空段多為私挖亂采所致，因而形成多段不連續大坑，懸空管道中間存在多處支撐點。根據管道懸空實際情況，對部分懸空高度較大區域，采用拋毛石人造坡堤、碎石回填堤芯方法。為避免碎石損壞管道防腐層和便于安放保護防腐層的砂袋，在回填碎石表層鋪設300 mm厚的小鵝卵石，回填高程為修正后管底高程，專業潛水員水下平整并安放袋裝粗砂將管道按一定間距 （混輸、輸水管道間距分別為20 m和7 m）進行支護。懸空段施工剖面見圖2。

圖2 懸空段支護覆蓋施工截面

3.3 過渡處理段開挖

采用潛水挖溝機對懸空管道支撐點進行削挖，為防止產生過大的管道應力造成管道斷裂，需控制水射流壓力和船舶行進速度，前兩次挖溝的深度控制在0.3～0.5 m，隨后每次挖溝深度控制在0.5～1.0 m，直至達到設計修正路由的位置，混輸管道挖溝處理段見圖3。

3.4 袋裝粗砂支護破拆及海底管道下放

待懸空處理段挖溝完成后，由專業潛水員對水下袋裝粗砂支護進行破拆，每次破拆高度為200～300 mm，以保證管道應力改變不致過大，逐次破拆，直至將管道下放至鋪設的小鵝卵石上。

圖3 沙坑區管道挖溝處理段分布示意

3.5 粗砂碎石塊石覆蓋

管道回填覆蓋段利用定位系統由工程船舶逐段按自下而上為300 mm粗砂、300 mm碎石、500 mm塊石進行分層回填覆蓋保護，過渡處理段管道采用水力自然回淤覆蓋。

4 結束語

通過采用聲納探測技術對工區7條管道進行勘測，及時發現了部分管段存在的嚴重問題，采取成熟有效的技術方法對問題管段進行搶救性治理，取得了良好效果，確保了海底管道的安全運行，為油田積累了相關問題的處理經驗。但同時需要加強海底管道管理，特別是夜間加強管道路由附近巡查力度，避免再次因私挖亂采造成管道懸空；對過往船舶和路由區域內的工程船舶加強管理，避免捕魚拖網和拋錨對管道及海纜造成損壞；建立定期勘測制度，定期了解海底管道埋設狀況，掌握該海域水流沖刷和淤積變化情況。

[1]路繼臣，馮林先，林向英，等.灘海石油工程技術[M].北京：石油工業出版社，2006.188-190.

[2]孟凡生，徐愛民，李軍，等.灘海海底管道懸空問題治理對策[J].中國海洋平臺，2006,21（1）:52-54.

[3]趙峰.遼東灣北部地貌變遷對海底管道安全影響研究[A].渤海灣淺海油氣田開發工程技術文集（第六集）[C].北京：石油工業出版社，2008.617-623.

[4]劉錦昆，張宗峰.仿生防沖刷系統在埕島油田中的應用[J].中國海洋平臺，2008,23（6）：38-54.

[5]焦向民，灘淺海輸油管道懸空隱患不停輸治理[J].石油工程建設，2012，38（3）：9-12.