海底輸油管線線路問題與保護方法研究

楊澤林，張世富，胡永攀，韓 凱

（1. 解放軍后勤工程學(xué)院 軍事供油工程系， 重慶 401331； 2. 解放軍后勤工程學(xué)院 國家救災(zāi)應(yīng)急裝備工程技術(shù)研究中心， 重慶 401331）

海底輸油管線線路問題與保護方法研究

楊澤林1，張世富2，胡永攀2，韓 凱1

（1. 解放軍后勤工程學(xué)院 軍事供油工程系， 重慶 401331； 2. 解放軍后勤工程學(xué)院 國家救災(zāi)應(yīng)急裝備工程技術(shù)研究中心， 重慶 401331）

由于近年來的不斷開發(fā)，陸上油田的產(chǎn)量和質(zhì)量不斷降低，使得海上采油成為石油勘探開發(fā)的重要陣地。在海上石油開發(fā)過程中，海底輸油管線是完成石油運輸?shù)闹匾緩?。就海底輸油管線展開探討，分析海底輸油管線的優(yōu)缺點和鋪設(shè)方式，研究海底輸油管線在線路選擇過程中遇到的問題，總結(jié)海底輸油管線的相關(guān)保護方法，旨在為相關(guān)技術(shù)人員提供參考，提升海底輸油管線的安全性，達到降低泄漏和安全事故的發(fā)生率的目標，保障海上石油開發(fā)安全與效益，推動海上石油開發(fā)的持續(xù)健康發(fā)展。

石油開發(fā)；海底輸油管線；線路問題；保護方法

隨著陸上石油資源的開發(fā)和利用，陸上石油資源的儲量和質(zhì)量逐漸下降，尤其是石油開采中，出現(xiàn)高水量石油和特高含水量石油，影響石油的質(zhì)量。針對這類情況，近年來通過加強和研究海洋石油的開發(fā)，有效的提升了石油開發(fā)效率和質(zhì)量。海底輸油管線是完成海上采油輸運的有效途徑，但是，海底輸油管線在實際的運用中，容易受到一些外界因素的影響，導(dǎo)致海底輸油管線線路安全受到影響，從而產(chǎn)生安全隱患[1,2]。

因此，本文對海底輸油管線線路問題展開探討與分析，并結(jié)合海底輸油管線的工程實例，選擇適宜的管線保護措施，提高海底輸油管線的安全性和穩(wěn)定性。

1 海底輸油管線介紹

1.1海底輸油管線

海底輸油管線是指敷設(shè)在海底的石油管線，借由閉合與封閉的管道，完成對石油的輸運。

圖1 海底管線結(jié)構(gòu)圖Fig.1The structure chart of submarinepipeline

其是輔助海上石油開采的重要部分，主要完成開采后的石油輸運任務(wù)。海底輸油管線能在海底連續(xù)地輸送大量油料，有效提高石油輸運的效率以及輸運距離，是目前最快捷、安全和經(jīng)濟可靠的海上油氣運輸方式，也是推動海上石油開采的重要途徑。海底管道可以根據(jù)具體運送介質(zhì)可以分為輸油管道、油氣管道和輸氣管道等[3]。根據(jù)海底管道的結(jié)構(gòu)，又可以分為單層管道和雙層保溫管道，如圖1所示。

1.2 海底輸油管線的優(yōu)缺點分析

1.2.1 海底輸油管線的優(yōu)點

海底輸油管線與船運比較，具有許多優(yōu)勢：（1）海底輸油管線具有運輸能力強和運輸效率高的特點，能夠滿足海上石油開采的基本需求；（2）海底輸油管線具有較高的適應(yīng)性，可以結(jié)合不同的水下情況，選擇適宜的布置方式，進而完成輸油任務(wù)；（3）自然環(huán)境對輸油管線的干擾較小，不會受到海上儲油設(shè)施容量和油輪運量限制，確保海上石油開采的效率；（4）海底輸油管線鋪設(shè)距離較長，可以進行遠距離運輸，減少了運輸時間和次數(shù)。（5）海底輸油管線輸送量大，可以長期穩(wěn)定連續(xù)運行，為海上石油開發(fā)利用提供基礎(chǔ)保障。

1.2.2 海底輸油管線的缺點

海底輸油管線在具備優(yōu)勢的同時，不可避免的存在一些劣勢，而這些劣勢則是影響海底輸油管線運輸能力和運輸安全的主要因素。主要有：（1）海底輸油管線需要布置在海底，且需要一定埋深，導(dǎo)致海底輸油管線的日常維護和管理效果不夠理想，增加維護的難度；（2）如果海底輸油管線出現(xiàn)滲漏的情況，導(dǎo)致滲漏點的維修難度大，增加石油的損失量，造成對周邊環(huán)境的污染；（3）受到海底輸油管線布置因素的影響，處于潮差或是波浪破碎帶，就可能會受到海浪、潮流或是海中漂浮物的影響，導(dǎo)致海底輸油管線受到?jīng)_擊和撞擊，嚴重時可能會導(dǎo)致海底輸油管線出現(xiàn)破裂和泄露的情況。

1.3 海底輸油管線的鋪設(shè)

（1）需要加強對海底基本情況的分析。通過適宜的勘測技術(shù)，完成對海底地形和地質(zhì)條件的分析。針對地質(zhì)資料獲取，可以采取 GIS 技術(shù)、GPS 技術(shù)和 RTK技術(shù)等，完成對地質(zhì)資料的獲取。在具體探測中，通過 GPS 技術(shù)獲取準確的數(shù)據(jù)資料，借由GIS 技術(shù)構(gòu)建適宜的數(shù)據(jù)模型，根據(jù)模型完成對海底輸油管線線路設(shè)計。

（2）選擇適宜的管線鋪設(shè)方式。通常情況下，海底輸油管線的鋪設(shè)方式，可以采用牽引法鋪設(shè)、卷筒船鋪設(shè)和鋪管船鋪設(shè)等方式 。其中主要以鋪管船鋪設(shè)方法的應(yīng)用范圍最廣，圖2為鋪管船鋪設(shè)方式的具體鋪設(shè)流程圖。

圖2 鋪管船鋪設(shè)方式流程圖Fig.2 The flow chart ofpipelaying barge laying way

（3）開溝作業(yè)。鋪管完成后，需要合理的實施開溝作業(yè)，主要在盡可能接近管線的位置進行土方開挖，并減少土方的開挖量。然后將管線置于開挖后的溝內(nèi)，最后完成填方。借由開溝作業(yè)，實現(xiàn)對管線的保護[5]。

2 海底輸油管線線路問題分析

結(jié)合某海上油田的基本情況，對海底輸油管線線路問題進行解讀和分析，并為海底輸油管線的保護提供基礎(chǔ)。該油田主要是位于淺海區(qū)域，共有海底管線 120 條左右，且 CB25A-CB25B 為海底輸油管線，總長度約為 722 m[6]。管道結(jié)構(gòu)主要選擇雙層管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管與外管均選擇的無縫鋼管，其中內(nèi)外觀的規(guī)格，內(nèi)：φ325 mm×14 mm；外：φ426 mm ×12 mm，材質(zhì)為 16Mn。針對 CB25A-CB25B 海底輸油管線的基本情況，對海底輸油管線線路問題進行分析，具體輸油管線線路問題分析如下。

2.1 登陸點問題

登陸點問題是影響海底輸油管質(zhì)量與安全。登陸點問題主要體現(xiàn)在登陸點的選擇上，具體的登陸點選擇時，需要保障登陸點的地質(zhì)地貌能夠符合海底輸油管線的基本需求，還要便于維護和基礎(chǔ)設(shè)施配套。但是，在實際登陸點選擇時，可能會受到碼頭、港口等的影響，導(dǎo)致適宜設(shè)置登陸點的位置的減少,尤其是一些地質(zhì)條件和水深條件較好的部分，往往會建成的大型集裝箱碼頭，使得登陸點選擇難度增加。另外，輸油管線的規(guī)模和數(shù)量的增加，可能會導(dǎo)致登陸點選擇困難的情況,并且海底輸油管線容易受到地質(zhì)條件和來往船只的影響，導(dǎo)致輸油管線出現(xiàn)破裂的情況。所以，尋找新的登陸點和挖掘原有登陸點潛力是海底輸油管線線路需要面對的問題。

2.2 海底輸油管線斷裂問題

上述工程海底輸油管線在具體的應(yīng)用中，可能出現(xiàn)斷裂的問題。斷裂引起輸油管線泄露，同時造成周邊海域出現(xiàn)石油污染，嚴重影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境，且造成大量的石油資源浪費。導(dǎo)致海底輸油管線的原因較多，具體的導(dǎo)致海底輸油管線斷裂問題的分析如下：

（1）環(huán)境荷載的影響。上述工程主要處于淺海海域，使得海底輸油管線容易受到的環(huán)境荷載的影響。其中環(huán)境荷載主要有風(fēng)荷載、浪、流和地震等。部分海底輸油管線經(jīng)過凹凸不平的海床，受到流、地震力等影響，使得海底輸油管線發(fā)生移動或振動。移動就會增加輸油管線與地面的摩擦，增加管線的損耗，振動會使得管線產(chǎn)生疲勞裂紋，最終導(dǎo)致斷裂[7,8]。

（2）海上作業(yè)的影響。海上作業(yè)可能會對海都輸油管線造成不利影響。相關(guān)作業(yè)船只和漁業(yè)船只，在具體的拋錨過程中，忽視海底輸油管線存在，導(dǎo)致海都輸油管線出現(xiàn)損傷的情況。上述工程中的CB25A-CB25B 段，明顯受到錨的影響，導(dǎo)致海底輸油管線出現(xiàn)斷裂和裂痕。

（3）腐蝕的影響。海底輸油管線可能會受到的海洋生物的影響，使得海底輸油管線出現(xiàn)腐蝕的情況。尤其是海藻、貝類等海洋生物，附著在海底輸油管線表面，會引起局部腐蝕的情況，如果不能得到有效治理，就可能會導(dǎo)致輸油管線出現(xiàn)泄漏的情況。另外，海底輸油管線，在具體的輸油過程中，原油中可能會含有固體蠟、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等，如果這些沉積在海底輸油管線的內(nèi)表壁，不但會對管道本身造成腐蝕，還會嚴重影響管道的直徑，制約管線的運力。

2.3 海底輸油管線的懸空問題

海底輸油管線在實際的輸油過程中，可能會受到海水、暴潮等因素的影響，使得管線被沖刷最終直接裸露到海面。海底輸油管線的懸空問題，對海底輸油管線安全性影響加大，是導(dǎo)致海底輸油管線出現(xiàn)腐蝕和斷裂的主要因素。如下為海底輸油管線懸空問題的機理分析：

（1）構(gòu)建物存在形式造成的局部沖刷。構(gòu)建物的存在可能會導(dǎo)致局部的水流發(fā)生變化，產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)的漩渦，漩渦具備沖刷的能力，最終會引起海底輸油管線的懸空。

（2）水平管道下的沖刷。海底輸油管道在具體的輸油過程中，管道的前后的存在一定的負壓，引起具有沖刷能力的水流，最終會造成對管道的沖刷。根據(jù)海水深度的情況，沖刷能力也存在差異，最終就會導(dǎo)致海底輸油管線出現(xiàn)懸空[9]。

（3）海床侵蝕。工程所處區(qū)域切實存在海床侵蝕作用，海床的侵蝕就會對海底輸油管線造成的沖刷，且根據(jù)相關(guān)資料分析，海床侵蝕造成的沖刷，深度可以達到 0.7 m，可以直接造成海底輸油管線出現(xiàn)懸空的情況。

（4）海底不穩(wěn)定性引起的沖刷。海底表層土壤的穩(wěn)定性不高，容易受到海流和風(fēng)浪的影響，引起海底表層土壤的滑坡等現(xiàn)象，這類情況也可能會導(dǎo)致海底輸油管線出現(xiàn)懸空問題。

（5）其他因素。具體的海底輸油管線設(shè)計等因素和設(shè)備因素均可能會導(dǎo)致海底輸油管線懸空問題，影響海底輸油管線的功能性。

3 海底輸油管線的保護

根據(jù)工程的基本情況，在明確海底輸油管線線路問題的基礎(chǔ)上，選取適宜的保護方式，完成對海底輸油管線的保護工作，促使海底輸油管線的功能性可以得到發(fā)揮，順利完成海底輸油任務(wù)。

3.1 構(gòu)建完善的海底輸油管線監(jiān)控系統(tǒng)

結(jié)合自動化系統(tǒng)，構(gòu)建海底輸油管線在線監(jiān)控系統(tǒng)，針對容易出現(xiàn)海底輸油管線斷裂和泄漏的區(qū)域，合理的對壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器等進行布置，從而完成對海底輸油管線的壓力和溫度、流量等的監(jiān)控。另外，針對登陸點部位，合理對金屬框架進行應(yīng)用，減少自然因素對登陸點管線的影響。在自動監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，完善滲漏監(jiān)控和定位系統(tǒng)，選取海關(guān)檢漏負壓法和輸差檢漏法等，依據(jù)傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建海底輸油管線的三維立體模型，再配合定位系統(tǒng)來管理監(jiān)控。一旦發(fā)生泄漏的情況，系統(tǒng)能夠自動發(fā)出警報，并顯示具體的故障位置，促使相關(guān)工作人員采取適宜的維護措施，提升海底輸油管線的功能性和安全性[10,11]。

3.2 拋沙袋結(jié)合混凝土塊覆蓋保護

這類保護方式，主要是針對海底輸油管線的懸空情況的處理和預(yù)防措施。在出現(xiàn)懸空管道周邊，展開拋沙帶，并控制沙袋的重量，以 60 kg 為準，配合潛水員，切實將沙袋置于懸空輸油管線的底部，完成對懸空的處理。拋沙袋完成后，對管道上部用混凝土的進行覆蓋，控制密度為 320 kg/p。采用這類方式，具有操作簡單，取材容易、成本低廉的特點，符合海底輸油管線的懸空控制。

3.3 負壓保護

采取負壓保護的方式，可以提高的對海底輸油管道的保護水平，盡可能的避免泄漏對海底環(huán)境造成的不利影響[12]。海底輸油管道的發(fā)生斷裂，迅速關(guān)閉閥室的截斷閥，開啟制動泄壓系統(tǒng)，并根據(jù)管道內(nèi)部的基本情況，將輸油管道中的石油送入到的儲油罐中，從而使管道內(nèi)部的壓力低于海水壓力，有效避免海底輸油管線泄漏的情況。

3.4 強化日常巡檢

日常巡檢同樣是海底輸油管線的保護途徑，具體的日常巡視，需要在海況和氣象條件允許的情況下展開。巡檢人員根據(jù)海底輸油管線的線路圖，完成對水面和管線的監(jiān)測，再結(jié)合在線監(jiān)控系統(tǒng)，強化對海底輸油管線的保護，并根據(jù)海底輸油管線的具體應(yīng)用標準，定期展開海底輸油管線的維護工作[13,14]。

4 結(jié)束語

海底輸油管線是海上石油開采的有效設(shè)施，為推動海上采油效率和安全提供基礎(chǔ)。海上采油技術(shù)和工藝不斷優(yōu)化，增加了海底輸油管道的負荷。故此，分析海底輸油管線線路問題并采取管線保護的有效措施，保障海底輸油管線線路的安全，快速地完成海底輸油工作，為海上采油提供基礎(chǔ)，為國家儲備足量的石油資源奠定基礎(chǔ)，推動國內(nèi)經(jīng)濟的持續(xù)健康發(fā)展。

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Research on Lineproblems andprotection Methods of Submarine Oilpipeline

YANG Ze-lin1, ZHANG Shi-fu2, HU Yong-pan2, HAN Kai1
（1. Department of Military Oil Supply Engineering, Logistical Engineering University ofpLA, Chongqing 401331，China；2. National Disaster Emergency Equipment Engineering Technology Research Center, Logistical Engineering University ofpLA, Chongqing401331，China）

Due to the continuous development in recent years, the output and quality of onshore oil fields have been decreasing. So the offshore oil exploration becomes an importantposition in oil exploration and development. In the specific offshore oil development, the submarine oilpipeline is an important way to complete oil transportation. In thispaper, the submarine oilpipeline was discussed. Advantages and disadvantages of submarine oilpipelines were analyzed as well as the way of laying. Theproblems in theprocess of line choice were studied. Then, the relevantprotection methods of the submarine oilpipelines were summarized, which couldprovide reference for relevant technicalpersonnel to improve the security of submarine oilpipelines.

Oil development; Submarine oilpipeline; Lineproblem;protection method

TE835

： A

： 1671-0460（2017）02-0261-04

解放軍后勤工程學(xué)院青年科研基金資助項目，項目號：X2050225。

2016-12-28

楊澤林（1993-），男，遼寧沈陽人，碩士研究生，研究方向：從事石油與天然氣工程管線方面研究。E-mail：qxiaodian813500@163.com。