關(guān)于海底輸油氣管線淺底層剖析探究

黃興華，楊光升，李 德，王中山

中國(guó)石油天然氣管道局工程有限公司國(guó)際事業(yè)部，河北 廊坊

1. 引言

在國(guó)家的相關(guān)條例中，已經(jīng)明確地要求在接近海底管道建設(shè)的區(qū)域中不能出現(xiàn)采砂或者其余的活動(dòng)，減少海底輸油管道的影響，當(dāng)前，有關(guān)部門正在加強(qiáng)對(duì)此環(huán)節(jié)的管制工作，采用多種檢驗(yàn)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)用海作業(yè)的合理規(guī)劃，防止海底管道的建設(shè)受到多種因素的干預(yù)，有利于維護(hù)海洋的總體環(huán)境。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者均針對(duì)海底輸油氣管線淺底層這一項(xiàng)目展開了研究，且取得了顯著的成果，但關(guān)于如何進(jìn)行定位校正的問(wèn)題，研究深入度一直不足。本文創(chuàng)新性地從定位校正、測(cè)線布局等方面出發(fā)，進(jìn)一步針對(duì)海底輸油氣管線淺底層進(jìn)行了剖析，希望能夠?yàn)橛嘘P(guān)人員提供參考。

2. 檢驗(yàn)方式

2.1. 定位校正和測(cè)線布局

使用淺底層剖面測(cè)量、側(cè)掃聲吶測(cè)量以及多波束測(cè)算等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)海底油氣管道線路鋪設(shè)的全方位檢驗(yàn)工作，在此過(guò)程中，會(huì)涉及到LAYBACK 校正法[1]：

在上述的公式中，LP 是拖魚一直到GPS 天線的水平長(zhǎng)度。x 是拖點(diǎn)延伸到GPS 天線的總體長(zhǎng)度，L 能夠設(shè)定為拖點(diǎn)和拖魚之間的總體電纜距離，h 是拖點(diǎn)距離到海面之間的長(zhǎng)度，y 是拖魚和海面之間所保持的長(zhǎng)度關(guān)系。

通常情況下，采用普通的GPS 天線，將其放置在甲板上方的固定區(qū)域，此類位置的規(guī)劃和設(shè)施的能換裝置區(qū)域存在差異性，有利于為設(shè)施調(diào)節(jié)換能裝置的位置關(guān)系，并在后期實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化的GPS 定位管制。淺底層剖面能夠使用測(cè)線布局的方式，全方位的滿足當(dāng)?shù)氐臋z驗(yàn)需求，使用兩米長(zhǎng)的長(zhǎng)測(cè)線，保持總體距離為5 km，能夠以管線為實(shí)際的中軸線，將其設(shè)定在平行的管線規(guī)劃過(guò)程中，設(shè)定具體的管線距離應(yīng)當(dāng)維持在5 km 上下，短測(cè)線的距離需要維持在100 m 的距離，垂直的管線規(guī)劃保證間距的位置在100 m。側(cè)掃聲吶測(cè)量位置以及淺地層之前所保持的整體長(zhǎng)度距離為持續(xù)等同，需要將其設(shè)定在整體的管線路由區(qū)域之上，促使整體的掃描寬度能夠保持在100 m 的距離范圍之內(nèi)，多波束測(cè)量實(shí)際的管道會(huì)延伸到路由范圍以及附近的區(qū)域之內(nèi)。海底輸油氣管線見圖1：

Figure 1. Submarine oil and gas pipeline 圖1. 海底輸油氣管線

2.2. 淺層剖面的測(cè)算工作

淺層剖面測(cè)量通常會(huì)采用EdgeTech3200XS-SB512i 淺層剖面設(shè)施，此類設(shè)備在海洋的地質(zhì)檢驗(yàn)過(guò)程中，具備高效的性能和優(yōu)勢(shì)，有助于強(qiáng)化總體的工作中質(zhì)量，此類設(shè)施還會(huì)應(yīng)用在地球物理勘探以及海洋工程等環(huán)節(jié)中[2]。通常情況下，有關(guān)安全檢測(cè)的海洋管理人員會(huì)根據(jù)國(guó)家出臺(tái)的相關(guān)條例，檢驗(yàn)管線內(nèi)部底層狀況以及相對(duì)應(yīng)的油氣管線埋藏或者懸空的情況，了解具體的管道槽溝自然回淤現(xiàn)象，了解當(dāng)?shù)卦敿?xì)的管道區(qū)域建設(shè)狀態(tài)，分析內(nèi)部存在的穩(wěn)定情況，掌握當(dāng)?shù)氐某练e環(huán)境特征，才會(huì)保證后續(xù)的管制質(zhì)量。

2.3. 側(cè)掃聲吶測(cè)量

側(cè)掃聲吶本質(zhì)上是采用EdgeTech4200MP 的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋的勘探管制，現(xiàn)階段，此類技術(shù)正廣泛的使用在眾多的海洋管制的過(guò)程中，是保證整體管制質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因?yàn)槠鋬?yōu)勢(shì)較多較為明顯，在當(dāng)前的海洋測(cè)量以及后續(xù)的調(diào)研工作過(guò)程中均是一種較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。EdgeTech4200MP 能夠集側(cè)掃聲吶全頻譜以及多脈沖技術(shù)，在拖魚的環(huán)節(jié)中能夠利用可拼發(fā)射的方式在計(jì)算機(jī)設(shè)備的輔助之下，選用兩類較為合適的工作形式，能夠獲取較為高效和高質(zhì)量的脈沖，在后期所獲得的分辨率效果和信噪比狀況較強(qiáng)。在收集信息的過(guò)程中會(huì)實(shí)現(xiàn)淺底層剖面設(shè)施在同一船體之間實(shí)現(xiàn)的測(cè)量，在將此設(shè)施以及側(cè)掃聲吶放置在船尾兩側(cè)之后，在船出現(xiàn)掉頭之后，工作人員需要注意此環(huán)節(jié)的速度，防止過(guò)快的轉(zhuǎn)彎，導(dǎo)致內(nèi)部的勘測(cè)電纜攪拌在一起。采用此類技術(shù)和設(shè)施開展系統(tǒng)性的管制過(guò)程中，工作人員應(yīng)當(dāng)了解在路由區(qū)域內(nèi)部的真實(shí)海底狀況，分析管線的裸露狀況以及有可能對(duì)海底地下地貌情況所造成的干預(yù)性。在工作人員收集到具體的數(shù)據(jù)和信息之后，需要保障拖魚應(yīng)當(dāng)距離海底在可控的范圍之內(nèi)，最好的狀態(tài)是設(shè)定在10%～15%之間，等到海底出現(xiàn)起伏狀況之后，工作人員需要選擇起伏較強(qiáng)的區(qū)域，促使拖魚能夠和海底維持一個(gè)較為合理的距離，等到海底的水深度變淺之后，就需要確保拖魚的距離需要把控在和海底維持在2～9 m 之間，確保拖魚的位置精準(zhǔn)程度，促使其能夠高于拖纜的總體長(zhǎng)度11%，在聲吶的圖像分析中，其具體的分辨效率需要控制在小于0.1 m 的狀況下。在工作人員開展測(cè)量的過(guò)程中，側(cè)掃聲吶拖魚能夠在拖曳船設(shè)施之上利用電纜的搖動(dòng)，即使在距離海面較遠(yuǎn)的狀態(tài)下，也可以保證換能裝置可以出現(xiàn)脈沖，保障工作人員可以及時(shí)的分析返回?cái)?shù)據(jù)，了解具體的發(fā)射聲波狀況。

2.4. 多波束測(cè)量

多波束的測(cè)算工作是采用KONGSBERG EM2040 多波束其具體的性能指標(biāo)如表1，此類技術(shù)是當(dāng)前海底地形勘測(cè)較為高效的一種方式，在工作中，能夠測(cè)量較遠(yuǎn)的范圍，總體的觀測(cè)效果較好，自身的精度和相對(duì)應(yīng)的效率較高，是較為明顯的優(yōu)點(diǎn)。此類技術(shù)能夠在測(cè)探的過(guò)程中在技術(shù)的幫助之下，從點(diǎn)延展到后續(xù)的線以及面，有助于展現(xiàn)較為完善的立體測(cè)深和生圖狀況。在開展外業(yè)的建設(shè)過(guò)程中，主要的方式是能夠徹底的嚴(yán)查路由區(qū)域以及附近的海底地形狀況，有利于工作人員可以在第一時(shí)間之內(nèi)了解具體的海底管線調(diào)整狀況和地形之下的變化情況。多波束測(cè)量原理見圖2：

Figure 2. Multibeam measurement of depth and position 圖2. 多波束測(cè)量水深與位置

Table 1. Dual probe multi-beam performance index 表1. Kongsberg EM2040 雙探頭多波束性能指標(biāo)

3. 檢驗(yàn)研究

3.1. 淺底層剖析探究

依照地震的勘測(cè)原理，海底油氣管線因?yàn)樽陨硇螒B(tài)的原因，在采用聲學(xué)的反射管制過(guò)程中，會(huì)實(shí)現(xiàn)較為高效的拋物線反射線路，并在此過(guò)程中形成一個(gè)衍射弧，工作人員利用此方式就能夠了解到拋物線頂部以及底部存在的一個(gè)距離情況，從而分析當(dāng)?shù)氐墓芫€埋藏狀況，通常情況下，海底的油氣管線通常會(huì)具備三種埋藏的方式，第一，海底油氣管線完全被裸露在海底的區(qū)域，工作人員可以利用淺底層的剖面影像只管的將其做以高效展示，在管線衍射弧高于海底之后，往往就會(huì)代表著此區(qū)域的管線已經(jīng)出現(xiàn)裸露，較為危險(xiǎn)。第二，一旦油氣管線處于一種懸空的狀況之下，內(nèi)部的淺底層剖面往往就會(huì)直接說(shuō)明此狀態(tài)較為危險(xiǎn)。上述兩種情況均會(huì)導(dǎo)致管道的泄露，對(duì)海洋的環(huán)境造成較多的影響，以至于海洋的生物因此受到干預(yù)，后期的污染效果較為嚴(yán)重。

3.2. 地形地貌分析

側(cè)掃聲吶換能裝置所發(fā)射的聲波可以實(shí)現(xiàn)對(duì)回射聲波的接收工作，將具體的聲能轉(zhuǎn)變?yōu)楹侠淼碾娔埽罂梢岳猛弦冯娎|的方式傳回到船甲板區(qū)域的設(shè)備上方。在此過(guò)程中，信號(hào)就會(huì)被直接處理，并轉(zhuǎn)換成工作人員所需要的形式，將其轉(zhuǎn)移到監(jiān)視管制設(shè)施和相對(duì)應(yīng)的儀器之上。在聲吶的程序運(yùn)行過(guò)程中，強(qiáng)回聲信號(hào)能夠在監(jiān)視設(shè)施上呈現(xiàn)較深的顏色，側(cè)掃聲吶圖可以在此過(guò)程中采用多種掃面線的排列構(gòu)成所組成，側(cè)掃聲吶會(huì)呈現(xiàn)一種較為獨(dú)特的扇形波實(shí)現(xiàn)聲脈沖的發(fā)射管制，在對(duì)兩側(cè)做以高效率的傳播過(guò)程中，聲波因此就會(huì)被海底的多種物體反射，從而了解具體的位置以及相對(duì)應(yīng)的航跡線情況。物體反射的聲波能夠延展到海底的具體區(qū)域，主要在于拖魚和海底內(nèi)部所保持的高度和具體深度，工作人員通過(guò)對(duì)其記錄以及聲學(xué)陰影的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體情況的了解[2]。

4. 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，海底管道一旦出現(xiàn)較為嚴(yán)重的泄露就會(huì)導(dǎo)致海洋的環(huán)境質(zhì)量因此受到干預(yù)，為保證海洋的環(huán)境，需要有關(guān)管理人員采用較為合理的安全測(cè)試工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋管道的管制，有助于全方位的管控海洋環(huán)境，通過(guò)高科技的技術(shù)了解實(shí)際的管道輸油狀況，以便于強(qiáng)化總體的監(jiān)督管制質(zhì)量。