南堡油田海底管道勘测及问题管段治理

王召堂

（冀东油田南堡作业区，河北唐山 063200）

0 引言

随着冀东油田南堡1号构造的开发建设，已建成的海底管道承担着2号、3号岛和NP1-5、NP1-29平台的原油和注水井口用水的运输任务。在整体安全运行一段时间后，需对海底管道埋设状况进行摸底调查，采用声纳探测技术对海底管道两侧150m范围内进行勘测，查明了测区内水深、海底地形地貌、海底冲刷、管道空间位置、立管、阳极块及淘空等情况。对勘测结果结合潜水探摸的情况进行综合分析，评价海底管道的安全状态，为管道的维护和管理提供可靠的依据。及时对问题管段进行治理，保障管道运行安全，避免发生环境污染事故。

1 勘测情况简介

冀东油田南堡1号构造位于河北省唐山市南堡外浅滩，曹妃甸西北约20km，浅滩高程为0～-7m。

水深测量采用德国Innomar公司生产的SES-96 Standard Parametric Echo Sounder，并配置涌浪滤波仪消除因风浪引起的测深误差，沿管道路由垂直方向每隔20 m布设长300 m的测线，沿测线进行水深测量并绘制水深图。

海底地貌调查利用英国GeoAcoustics公司DSSS数字旁扫声纳仪，沿管道路由平行方向间隔50 m两侧各布设3条测线，进行声纳旁测扫海，了解测区内的地形地貌。

利用差频方式采集数据，通过调换能器发射主频100 kHz和114 kHz，接收频率12 kHz，分辨率10 cm，采用计算机硬盘进行数字记录，获得海底泥面下5 m深度范围内高分辨率的声学剖面，重点部位进行加密复测并结合潜水员探摸，确定海底管道的空间位置和状态。在作业中尽可能地保持船只的直线匀速行驶。

耗时两个月对测区内7条海底管道进行了勘测，发现存在悬空、裸露、埋深不足等问题，其中单段悬空长度最长167 m，最大悬空高度达5.46 m，

且裸露段总长5 939 m，有的管道悬空和裸露段长度之和占单条管道的比例高达56%，为保证海底管道运行安全，必须对问题管段进行紧急治理。具体勘测结果见表1。

2 海底管道出现问题的原因

2.1 施工因素

表1 海底管道勘测结果

海底管道埋设采用渤海湾使用较成熟的高压水射流后挖沟技术。但在后挖沟过程中因挖沟行进速度过快、水射流压力不足、定位导航偏差等因素造成挖沟深度不够、管道没有落入沟底、挖沟路由错误，致使出现管道裸露埋深不足等问题。

2.2 水流冲刷

冀东油田南堡1号构造处于浅海区域，裸露管段受潮流海浪影响较大。水流冲刷主要是对裸露管道下面的冲刷，开始于管道与海床面之间出现一水流隧道，致使管道周围存在一定压差，使管道下方的水流流速大于行进流速，从而引起管道下的冲刷淘空[1-2]，裸露管道存在进一步被冲刷造成悬空。

通过对海底高程的测量结果和管道铺设前海底高程的比较，发现该海域属自然淤积区，所以冲刷对深埋管道的影响较小。

2.3 私挖乱采

通过对悬空段两侧150 m范围内的勘测，因私挖乱采在3号岛至1号岛海底管道两侧出现多个大坑，造成管道悬空和裸露。通过对砂坑区域声纳探测剖面成像图的观察，悬空管道存在搭于沟肩悬空和淘空悬空两种情况 （见图1）。

3 问题管段治理

图1 砂坑区声纳探测剖面

由于单段悬空长度和最大高度均对海底管道正常运行构成重大安全隐患，因此需首先对悬空段进行紧急治理。目前海底管道悬空段治理比较成熟的技术有：水下打短管桩固定、抛砂袋结合混凝土块覆盖、扰性软管跨接等方法。对于裸露段和埋深不足段可采用重新挖沟、抛砂袋结合混凝土块覆盖或人工设置仿生海底植物等方法[2-5]。

结合冀东油田海域实际，悬空段采用抛石护坡、碎石覆盖结合后挖沟回填法处理。本方法优点是施工工艺及取材简单，便于实施；不需要进行防腐处理；不影响管道正常生产；保护范围广，对同区域周围的海底管道可产生保护。缺点是存在抛填的毛石碎石有进一步被冲刷淘走和形成塌方的可能，造成管道的再度悬空，覆盖的碎石将对管道产生下向压力，破坏防腐层等不利影响[2]。对裸露段和埋深不足段采用后挖沟处理，使管道埋深达到设计要求的1.5 m。

3.1 管道曲率修正

根据实测的海底管道路由资料，为减小现存悬空状态下的管道应力，需对海底管道路由纵剖面曲率进行修正。输水和混输管道修正曲率半径分别为1 000 m和2 000 m，使修正段管道与平直管道平顺过渡。

3.2 悬空段毛石护坡碎石回填砂袋支撑

因悬空段多为私挖乱采所致，因而形成多段不连续大坑，悬空管道中间存在多处支撑点。根据管道悬空实际情况，对部分悬空高度较大区域，采用抛毛石人造坡堤、碎石回填堤芯方法。为避免碎石损坏管道防腐层和便于安放保护防腐层的砂袋，在回填碎石表层铺设300 mm厚的小鹅卵石，回填高程为修正后管底高程，专业潜水员水下平整并安放袋装粗砂将管道按一定间距 （混输、输水管道间距分别为20 m和7 m）进行支护。悬空段施工剖面见图2。

图2 悬空段支护覆盖施工截面

3.3 过渡处理段开挖

采用潜水挖沟机对悬空管道支撑点进行削挖，为防止产生过大的管道应力造成管道断裂，需控制水射流压力和船舶行进速度，前两次挖沟的深度控制在0.3～0.5 m，随后每次挖沟深度控制在0.5～1.0 m，直至达到设计修正路由的位置，混输管道挖沟处理段见图3。

3.4 袋装粗砂支护破拆及海底管道下放

待悬空处理段挖沟完成后，由专业潜水员对水下袋装粗砂支护进行破拆，每次破拆高度为200～300 mm，以保证管道应力改变不致过大，逐次破拆，直至将管道下放至铺设的小鹅卵石上。

图3 沙坑区管道挖沟处理段分布示意

3.5 粗砂碎石块石覆盖

管道回填覆盖段利用定位系统由工程船舶逐段按自下而上为300 mm粗砂、300 mm碎石、500 mm块石进行分层回填覆盖保护，过渡处理段管道采用水力自然回淤覆盖。

4 结束语

通过采用声纳探测技术对工区7条管道进行勘测，及时发现了部分管段存在的严重问题，采取成熟有效的技术方法对问题管段进行抢救性治理，取得了良好效果，确保了海底管道的安全运行，为油田积累了相关问题的处理经验。但同时需要加强海底管道管理，特别是夜间加强管道路由附近巡查力度，避免再次因私挖乱采造成管道悬空；对过往船舶和路由区域内的工程船舶加强管理，避免捕鱼拖网和抛锚对管道及海缆造成损坏；建立定期勘测制度，定期了解海底管道埋设状况，掌握该海域水流冲刷和淤积变化情况。

[1]路继臣，冯林先，林向英，等.滩海石油工程技术[M].北京：石油工业出版社，2006.188-190.

[2]孟凡生，徐爱民，李军，等.滩海海底管道悬空问题治理对策[J].中国海洋平台，2006,21（1）:52-54.

[3]赵峰.辽东湾北部地貌变迁对海底管道安全影响研究[A].渤海湾浅海油气田开发工程技术文集（第六集）[C].北京：石油工业出版社，2008.617-623.

[4]刘锦昆，张宗峰.仿生防冲刷系统在埕岛油田中的应用[J].中国海洋平台，2008,23（6）：38-54.

[5]焦向民，滩浅海输油管道悬空隐患不停输治理[J].石油工程建设，2012，38（3）：9-12.