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(yè)區(qū)，河北唐山 063200）

0 引言

隨著冀東油田南堡1號構(gòu)造的開發(fā)建設(shè)，已建成的海底管道承擔(dān)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(yùn)輸任務(wù)。在整體安全運(yùn)行一段時間后，需對海底管道埋設(shè)狀況進(jìn)行摸底調(diào)查，采用聲納探測技術(shù)對海底管道兩側(cè)150m范圍內(nèi)進(jìn)行勘測，查明了測區(qū)內(nèi)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(jié)果結(jié)合潛水探摸的情況進(jìn)行綜合分析，評價海底管道的安全狀態(tài)，為管道的維護(hù)和管理提供可靠的依據(jù)。及時對問題管段進(jìn)行治理，保障管道運(yùn)行安全，避免發(fā)生環(huán)境污染事故。

1 勘測情況簡介

冀東油田南堡1號構(gòu)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(chǎn)的SES-96 Standard Parametric Echo Sounder，并配置涌浪濾波儀消除因風(fēng)浪引起的測深誤差，沿管道路由垂直方向每隔20 m布設(shè)長300 m的測線，沿測線進(jìn)行水深測量并繪制水深圖。

海底地貌調(diào)查利用英國GeoAcoustics公司DSSS數(shù)字旁掃聲納儀，沿管道路由平行方向間隔50 m兩側(cè)各布設(shè)3條測線，進(jìn)行聲納旁測掃海，了解測區(qū)內(nèi)的地形地貌。

利用差頻方式采集數(shù)據(jù)，通過調(diào)換能器發(fā)射主頻100 kHz和114 kHz，接收頻率12 kHz，分辨率10 cm，采用計算機(jī)硬盤進(jìn)行數(shù)字記錄，獲得海底泥面下5 m深度范圍內(nèi)高分辨率的聲學(xué)剖面，重點(diǎn)部位進(jìn)行加密復(fù)測并結(jié)合潛水員探摸，確定海底管道的空間位置和狀態(tài)。在作業(yè)中盡可能地保持船只的直線勻速行駛。

耗時兩個月對測區(qū)內(nèi)7條海底管道進(jìn)行了勘測，發(fā)現(xiàn)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(dá)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(dá)56%，為保證海底管道運(yùn)行安全，必須對問題管段進(jìn)行緊急治理。具體勘測結(jié)果見表1。

2 海底管道出現(xiàn)問題的原因

2.1 施工因素

表1 海底管道勘測結(jié)果

海底管道埋設(shè)采用渤海灣使用較成熟的高壓水射流后挖溝技術(shù)。但在后挖溝過程中因挖溝行進(jìn)速度過快、水射流壓力不足、定位導(dǎo)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(xiàn)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(gòu)造處于淺海區(qū)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(xiàn)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(jìn)流速，從而引起管道下的沖刷淘空[1-2]，裸露管道存在進(jìn)一步被沖刷造成懸空。

通過對海底高程的測量結(jié)果和管道鋪設(shè)前海底高程的比較，發(fā)現(xiàn)該海域?qū)僮匀挥俜e區(qū)，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(cè)150 m范圍內(nèi)的勘測，因私挖亂采在3號島至1號島海底管道兩側(cè)出現(xiàn)多個大坑，造成管道懸空和裸露。通過對砂坑區(qū)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(qū)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(yùn)行構(gòu)成重大安全隱患，因此需首先對懸空段進(jìn)行緊急治理。目前海底管道懸空段治理比較成熟的技術(shù)有：水下打短管樁固定、拋砂袋結(jié)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(jié)合混凝土塊覆蓋或人工設(shè)置仿生海底植物等方法[2-5]。

結(jié)合冀東油田海域?qū)嶋H，懸空段采用拋石護(hù)坡、碎石覆蓋結(jié)合后挖溝回填法處理。本方法優(yōu)點(diǎn)是施工工藝及取材簡單，便于實(shí)施；不需要進(jìn)行防腐處理；不影響管道正常生產(chǎn)；保護(hù)范圍廣，對同區(qū)域周圍的海底管道可產(chǎn)生保護(hù)。缺點(diǎn)是存在拋填的毛石碎石有進(jìn)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(chǎn)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(dá)到設(shè)計要求的1.5 m。

3.1 管道曲率修正

根據(jù)實(shí)測的海底管道路由資料，為減小現(xiàn)存懸空狀態(tài)下的管道應(yīng)力，需對海底管道路由縱剖面曲率進(jìn)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(hù)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(xù)大坑，懸空管道中間存在多處支撐點(diǎn)。根據(jù)管道懸空實(shí)際情況，對部分懸空高度較大區(qū)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(hù)防腐層的砂袋，在回填碎石表層鋪設(shè)300 mm厚的小鵝卵石，回填高程為修正后管底高程，專業(yè)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(jìn)行支護(hù)。懸空段施工剖面見圖2。

圖2 懸空段支護(hù)覆蓋施工截面

3.3 過渡處理段開挖

采用潛水挖溝機(jī)對懸空管道支撐點(diǎn)進(jìn)行削挖，為防止產(chǎn)生過大的管道應(yīng)力造成管道斷裂，需控制水射流壓力和船舶行進(jìn)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(dá)到設(shè)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(hù)破拆及海底管道下放

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

圖3 沙坑區(qū)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(tǒng)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(jìn)行分層回填覆蓋保護(hù)，過渡處理段管道采用水力自然回淤覆蓋。

4 結(jié)束語

通過采用聲納探測技術(shù)對工區(qū)7條管道進(jìn)行勘測，及時發(fā)現(xiàn)了部分管段存在的嚴(yán)重問題，采取成熟有效的技術(shù)方法對問題管段進(jìn)行搶救性治理，取得了良好效果，確保了海底管道的安全運(yùn)行，為油田積累了相關(guān)問題的處理經(jīng)驗(yàn)。但同時需要加強(qiáng)海底管道管理，特別是夜間加強(qiáng)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(qū)域內(nèi)的工程船舶加強(qiáng)管理，避免捕魚拖網(wǎng)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(shè)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(shù)[M].北京：石油工業(yè)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(fā)工程技術(shù)文集（第六集）[C].北京：石油工業(yè)出版社，2008.617-623.

[4]劉錦昆，張宗峰.仿生防沖刷系統(tǒng)在埕島油田中的應(yīng)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(shè)，2012，38（3）：9-12.