浅谈MS1000在探测海底障碍物及管缆悬空中的应用

尹继红

摘 要：海洋平台在数十年的作业过程中，其周围遗落了许多的杂物。这些海底障碍物的存在不仅影响后续的施工作业，而且可能造成底层海流的改变，影响平台的基础冲刷，掏空海底管缆，致使海管海缆悬空。MS1000扫描声呐可以对海底障碍物及管缆高清成像，确定障碍物位置、大小、形态及管缆悬空的长度、高度，为后续作业提供强有力的支撑。

关键词：海洋平台;MS1000;海底障碍物;海管海缆悬空

中图分类号：P756.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0139-02

0 引言

近年来海上平台周围废弃的海底电缆、工程遗弃物越积越多，这些海底障碍物的存在对施工中钻井船就位和日常运营维护带来了不小的麻烦，而且可能造成底层海流的改变，影响平台的基础冲刷，掏空海底管缆，致使海管海缆悬空。考虑到常规的作业设备效率低、风险大、成本高，本文结合渤海某些平台附近已建海底管缆及障碍物的调查实例，介绍利用MS1000单波束机械式扫描声呐探测平台投影面积外延10米范围内海底障碍物位置、大小、形态及已建海底管缆悬空长度、高度等的原理和方法。探寻一种全覆盖、高精度海洋平台附近障碍物探测及海底管缆悬空治理的方法与应用。

1 工作原理和性能参数

1.1 探测原理及系统组成

MS1000是挪威Kongsberg公司开发的一种高精度、高分辨率、小巧轻便的机械式扫描声呐，该领域被公认为世界领先。MS1000声呐换能器以0.9°×30°波束角度发射声脉冲，频率为675kHz，当声波遇到物体或海底会反射回波，回波信号被声呐接收后，根据信号时延和强度形成图像。然后声呐探头以一定的角度步进旋转，再次重复发射和接收过程。最后旋转360°形成一幅完整的海底图像[1]。见图1、图2所示。MS1000由水上水下两部分组成。水上部分：操作软件电脑，软件狗，甲板单元，USB连接线。水下部分：声呐探头水下电缆、三脚架（保护探头。）系统组成及连接见图3所示。

1.2 功能应用

（1）使用便捷，操作简单，可实现人力施放或者ROV搭载;（2）在潜水员水下作业前，可以全面了解水下情况，避免潜在危险;可以协助潜水员水下作业，提高作业效率;（3）可以在扫测的图像上进行标注，测量物体的大小、距离、方位;（4）扫测后的图像可以进行镶嵌。

2 MS1000扫测作业

2.1 扫测站位布设

作业前，对平台进行现场踏勘，选取合适的设备投放地点，主要扫测选点为平台甲板的突出位置或空间宽敞的平台角点、楼梯口、人行走道附近，选取合适的扫测半径，需保证对测量区域全覆盖。

2.2 扫测施放过程以及数据采集

扫描声纳的下放受潮流影响较大，因此，尽量选择平流时间窗口进行设备下放及测量工作。如图4所示。待MS1000扫描声纳在海底稳定后即进行数据采集工作，采集前先使用较快的速度进行扫测，检查图像的重合度，当重合度较好时表明仪器状态较为稳定。若重合度不佳，则需等待一段时间待其稳定或通过适当拉紧或放松受力绳使其稳定，如若需要可适当调整下放位置。

进行重合度检查且状态良好后，即进行数据的采集工作，采集时将探头转速调至最低以获得足够且清晰的数据点。本次调查分别用三个扫测半径进行了数据采集工作，分别为75m、50m及30m。采集记录和存储的图片格式为TIFF，一个点位的数据采集结束后关闭设备，声呐从海底回收至甲板。重复上述作业，逐点扫测，直至360。覆盖整个平台海床，调查结束[2]。

3 MS1000数据分析及处理

完成后需要进行内业数据处理工作，通过每一投放点采集数据的回放，判断最优质量的数据，然后在CAD中进行平台的绘制作业，并确定平台投影外延，一并绘制在CAD中。通过选取参考点，确定缩放比例，镶嵌成图，最终绘制海底障碍物分布图。近平台区域一般选取声呐图像中导管架平台的桩腿作为参考点（圆台沉箱组合式平台以栈桥、靠船位置为参考点），以成像最清晰、特征最明显的为佳。在CAD中通过每张声纳图像中桩腿位置和平台图中桩腿位置，进行图像的旋转、放大、缩小，使图像中桩腿与平台桩腿完全吻合，至此镶嵌成图结束[3]。

在某平台的实际扫测过程中，发现有线状、块状障碍物、底质异常区，线状物可能包含的种类有：渔网、繩索、钢丝缆、软管、架子管、钢管、铁管、工字钢、废弃电缆、线缆托架、海管海缆等。块状物可能包含的种类有：铁板、餐盘、铁筐、水泥块、沙袋、柜子、架子、架子板、梯子、废料等。其中块状障碍物具有一定的高度（见图5所示）。底质异常区可能为：疑似水泥砂浆。（看起来像是散落的物料，有可能是钻井船排出的水泥灰之类的东西。）

Y1障碍物实际高度（泥上部分）（见图6所示），采用直角三角形等比例公式计算如：

得到h/H=L1/（L1+L2），L1投影长、L2探头到障碍物距离可以在镶嵌的成果图直接量到;探头距离海床的垂直高度H是已知的，近似等于探头到地面的垂直高度（地面安装时探头位置已定）。

海管海缆悬空潜在危害大，油田运营方每年投入巨资治理悬空。传统的船载地貌设备（双频旁扫声呐、多波束、浅剖仪、磁力仪等）进行物探调查，由于受已建平台结构的影响，作业无法全面覆盖调查区域，尤其是近平台段。MS1000在近平台段的应用，可以弥补船载地貌设备的不足，可以安全、高效、低成本的完成该区域海管海缆悬空探测。

4 结语

目前，渤海油田已建有150多座采油平台、200多条海管。由于开发时间早，许多平台已经服役超过20年，其周围（平台投影外延10m）遗落的障碍物有的达10吨以上，因此及时对障碍物进行处理，对油田生产经营意义重大。海管海缆的悬空探测，为科学治理悬空提供了有效的影像、数据支持，有力的保证了海上油气安全生产。运用MS1000声呐扫描系统有效的解决了近平台段海管海缆悬空调查、及平台周围海底地貌调查不能完全覆盖的情况。为传统船载物探调查之外，提供了一种全新的、安全的、有效的、低成本的调查方式。其应用范围会越来越广。

参考文献

[1] 何萃干.浅谈海洋平台附近海底管缆及障碍物探测[J].中国科技信息，2014（15）：191-192.

[2] 李强，于汀，李家钢，等.应用MS1000扫描声呐探测石油平台附近海底管道位置的方法与实例分析[C].2013年中国海洋工程技术年会论文集，2013.

[3] 付传宝，叶家玮，刘愉强，钟穗东.扫描声呐探测桥墩水下结构的方法与实例分析[J].广东公路交通，2006（4）：43-45.