海底管线调查方法和资料处理
第卷第期海洋技术 29 1 Vol.29，No.1
Mar，2010 2010年 3 月OCEAN TECHNOLOGY
海底管线调查综合物探作业方法研究
张彦昌，郑佳
,交通部天津水运工程科学研究院,天津30 0456,
摘要 ,海底石油管线调查方法包括物探方法和潜水方法或两者的结合。综合物探作业方法是综合利用浅地层剖
面、旁侧声纳、测深仪、磁力仪等手段探测和分析海底管线状态。文章给出各种物探手段联合作业方法、作业程序和
注意事项，以及数据处理方法 ,对布线方法、仪器选择原则及作业关键点进行较详细的说明，对海底管线综合物探
作业给与了指导。
关键词 ,海底管线 ,异常状态 ,综合物探调
查中图分类号 ,文献标识码 , 文章编号 ,,,P751 B 1003-2029201001-0078-04
海底管线是海上石油生产运输的主要渠道,是连接平台常的海管状态为埋藏。异常状态包括裸露、悬空和移位。异常之间、平台与大陆炼油厂、储油厂之间油气运输的海上通道。状态可能造成海管的漏油、损坏或断裂现象。设计的埋藏深我国海上石油的开发正呈现迅猛发展的势态。目前已在黄渤 1~1.5倍 ,考虑到浅海区因海洋动力条件影度一般为管径的
海、东海、南海铺设大量油气管线,总长度近万公里。海底管响,加之人类活动频繁,设计埋藏深度较深。深海区埋藏较线在铺设及运行过程中,由于海上特殊
的恶劣环境,海管长浅,甚至直接铺设在海床上。在重要的地段,如冲刷区、养殖期受到海流冲刷、侵蚀以及地震、海浪、人为等因素的影响, 区、交叉段、近平台附近等,海管上部设计有压块mattres,s,或会出现腐蚀、变形、裸露、悬空、位移甚至断裂、泄漏等缺陷和填埋块 ,backfill,。裸露是海管上部露出泥面但下部仍在泥
中,一般是由于铺设时深度不够或海洋动力影响所致,悬空事故。为了保证安全生产和防止海洋环境污染,根据有关规
也称悬跨,suspended,是指管线底部高出海底造成高悬状态范需要对海管进行定期检测调查。调查方法一般采用工程物
一般是由于海管变形、严重冲刷或外力拉动所致。悬空是一探和潜水作业。工程物探一般用于前期大面积调查,作业效
种十分危险的状态,必须及时修复调整,位移是指管线受机率高、成本低,而潜水作业一般针对物探中发现的重大隐患
械运动或地震、强流作用造成海管位置平移,严重偏离设计以及平台跟前进行小范围的详查和检修。物探作业是综合采
中心位置的现象,易发生在转弯处或固定强海流区域。位移用水下声学的方法或磁力探测方法完成水下及海底泥面以
[1]也容易引起海管的变形、断裂等严重后果,也是一种危险的下管线埋藏状况以及路由区域海底地质状况。物探作业具
状态,必须严重关注。严重的局部位移往往伴随着悬空的危有快速高效的特点。
险状态,一般是由于机械原因造成的。例如 2005 年在 SZ36-
1 海管调查中发现的海管位移是由于渔船抛锚拉动所致,出 1 海底管线及其状态简介
现了海管严重位移和变形,出现悬空长度25 m,最大悬空高
度 1.8 m,最大位移15 m。海底管线又称海底管道,包括油管、汽管、输水管以及油
另外海管路由海床及地层中存在浅层气、断层、埋藏古水混输管
线,multiphase pipeline,。连接各平台之间以及陆地
河道也会对海管构成威胁,但是在海管铺设选址前一般已经炼油厂。海管与平台之间通过立管与平台连接,相对立管的
进行了勘测,选址中已经考虑了这些因素,但不排除新的危叫平管。立管与平管之间的连接处有一段弯曲的海管称作膨
险源的存在,海水腐蚀及海生物侵蚀是对海管的另一种危胀弯,是缓冲长距离海管热胀冷缩的。从结构上看海管有 2
[2]害,一般通过潜水手段获得有关信息,不是本文讨论的范畴。种形式,一是单壁管,外涂防腐层,带混凝土配重层,另一种
是复壁管,内管为输送介质,外管为保护管。内外之间有保温
2 综合物探调查作业设备及选用原则层。复壁管是为了防止漏油及缓解内外温差。目前多用复壁
管。我国常见的海管外径为6 ,15.24c m,,8 ,20.32c m,,10
[4] ,25.04 cm,,12,30.48 cm,,18,45.72cm, 英寸。海管物探综合调查设备的选择与海管埋设状态、路由地
海管在海底的状态可以分为埋藏、裸露、悬空、移位。正层底质状态以及海床地貌特征、地形特征有关系。一般选择多波束或单波束测深仪、数字地貌仪器,旁侧声纳,、浅地层收稿日期 ,2009-11-08 剖面仪、以及专门的管线剖面仪和/或磁力仪。一般测深仪作者简介 ,张彦昌,1964,,男,河北省南和人,高级工程师,主要从-旁侧声纳以及浅地层剖面仪,管线剖面仪,必不可少。具体选
仪一般使用于淤泥质海底,通过高低频测量海底数据差值帮
助改正或分析用浅地层剖面仪探测海管埋深真值。
,2,旁侧声纳又称地貌仪或侧扫声纳。主要探测海底表面海床地貌特征、海底障碍物情况,帮助了解和分析海管埋
图以船速测出等管线图像藏或裸露悬空情况,具有清楚、直观等特点。是海管物探综合 1 2 kn
调查必备设备。仪器型号较多,包括Edgetec h-4200FS、Ben) thos SIS-1624、SIS-1500 等。
,3,浅地层剖面仪。浅地层剖面仪主要由于探测埋藏于泥面以下的海管,确定其平面位置和埋深。同时用于探测海管路由浅地层地质灾害,浅层气、断层等。常见的浅地层剖面仪有美国 Edgetech -3200 XS, 频率为 2 ~16 kHz, 英国产 GeoPulse3.5 kHz/14 kHz等。其中 2~16 kHz 和 3.5 kHz 仪器
[2]是浅地层底质探测的理想频率,地层穿透性好,典型为5 0~ 80 m,但是海管探测能力稍差,表现为管顶模、糊埋深分辨率
较低,而 GeoPulse14 kHz 是管线探测的理想设备,可以清楚
图以船速测出等管线图像 2 3.6 kn 地测出管顶位置和埋深,因而俗称海底管线剖面仪,但是其地层穿透性较差。海底管线在管线剖面仪图像上表现为一条
海洋技术第 29 卷 80
调查设备和测量船舶。扰,。为了得到更加准确的海管位置,GPS天线安装在管线仪 3.2 计划线布设管子正上方。多波束采用船舷安装,磁力仪采用后拖安装。磁计划线布设可以按照物探调查设备分别布设。在海管路力仪后拖电缆长度取决于测区水深,水深越深需要拖鱼下沉由区域旁侧声纳布线一般沿着管线路由方向纵向布设,测线越多,而后拖越远,为了防止船体本身的干扰,拖缆长度最低间隔50~100m ,根据水深情况而定,,布设 3~5条 ,1 条位于不低于船长的 2.5 倍。仪器安装完成后必须精确量取各设备海管中心,另外 2~3 条位于海管左右两侧。随着水深的增加之间的相对距离,精确到0.1 m,以便进行位置改正。
, 5,测线间隔可以适当加宽,保证各条带间有 30%的重叠。在测量中必须严格控制船速,管线剖面测量船速为2.5 ~ 靠近平台区域,管线交汇呈现复杂的分布情形,如图3, ,测 3.0 kn 左右,最大不超过 4 kn,地貌测量船速为 5~6kn ,多波线布设宜采用十字布设,栅格线,,在平台四周300 m×300m 束和单波束测量船速控制在 7~8kn 以内,磁力测量船速为
3~4 kn。管线剖面测量效果不好时还要进一步放慢船速。测范围内十字布线,沿平台四周方向各布设5~7 条。
量中必须严格填写作业班报。浅地层剖面测线布设。浅地层剖面探测一般垂直于管线
3.4 作业注意事项方向布设测线,在浅海区一般测线间隔为50 m,深水区域
作业中应注意以下事项,? 各测量设备必须严格接地 ,水深大于 30 m,一般间隔为 100m 。在近岸登陆段、近平台
线,地线应该直接深入海水一定深度,接地是克服噪音干扰段和已知海管异常区段、海管跨越段等特殊地段,需要加密
的有效手段,更重要的是防止仪器被强大的电流烧毁,?对探测,测线间隔一般为20~25 m,特殊时为 10~15间隔 m 。每
于深水区,管线仪支架杆必须严格垂直安装,否则测出的海条测线长度一般为300~400m 。
管位置误差将很大,当往返测量时,平直的海管会出现蛇形多波束测线布设一般可以根据有效扫宽参照旁侧声纳
变形,?需要配备地层剖面仪时,不能与管线剖面仪同时作测线布设,保证各条带间有30 %的覆盖。单波束测量一般与
业,因频率接近,相互干扰,?在接近平台等重要区段,旁侧旁扫和浅地层剖面同时实施,测线不用单独布设,与旁扫和
声纳和磁力仪测线必须保持直线航行,以减少变形和位置误浅地层剖面一致。
差,?为了了解平台处海管平管与立管的连接和走向,在平磁力仪探测主要是针对掩埋较深且有掩体覆盖的海管
台附近作业时要目视详查,做好记录,并从四周多个角度拍或管径太细的管线、电缆探测。一般布线原则同浅剖测线,即
吋照,?当探测外径较细的海管时,外径小于等于8 ,,管线垂直于海管方向。平台周围200 m×200 范围受平台磁场干m
剖面测量计划线可以布设成与海管成45 ?方向,增加声波切扰,不宜进行磁力测量。
割海管的时间。实践证明这是有效的方法。水深测量、地貌测量需要布设检查线,联络线,,检查线
3.5 物探数据处理一般垂直于管线方向布设,在垂直海管路由方向一般每1~2
[56]-数据处理包括水深、剖面、旁扫、磁力等各种数据的分析 km 布设一条。
3.3 作业方法和步骤和处理以及成图。根据有关规范,成图一般按照1:5000 比例
[3]尺绘制。这里简要介绍剖面、旁扫、磁力信号的分析和处理由于作业设备较多,调查测量前须指定科学的作业计划
地貌资料处理主要包括数据回放、图像镶嵌、信号判读和程序,防止仪器相互干扰,同时提高作业效率。一般作业程
剔除伪信号等。在资料回放过程中,分析管线出露及海底冲序是,首先进行侧扫声纳的地貌调查,然后进行管线剖面测
刷情况,分析海底微地貌,进行海底障碍物识别和定位,利用量,单波束测量同时进行,最后是多波束或磁力探测。目的是
地貌处理软件对声纳图像进行航速、航向、倾斜改正、拖鱼位首先根据声纳扫测资料确定海管裸露、悬空等异常地区,据
置改正、移去水体等,然后完成图像镶嵌,绘制海底微地貌此制定管线仪调查的重点部位,决定管线仪布线的加密区
图,绘制海底特征物及海管出露位置。由于旁侧声纳拖鱼位域。在上述测量中均与单波束测深同步进行,以获得海底地
置受海流、航迹、航向等影响,其中海管出露位置准确度较形起伏情况。由于旁侧声纳频率为100/500 kHz ,管线剖面仪
差,需要与管线剖面仪数据结合处理,一般以管线仪位置为频率为 14 kHz,单波束测深仪为1 90~210kHz ,所以测量中
准。但其出露长度及海管相对位置较准确,其图像较直观形相互之间无干扰。地貌测量及管线剖面测量完成以后,对于
象。未能探测到的海管,再施以磁力测量。为了得到海底地形及
剖面和磁力资料属于离散状数据,在回放过程中分析剔海管异常区段的详查资料,可以增加多波束测量。多波束测
除干扰信号,一一摘录海管位置数据,形成数据表,将摘录的量子系统较多,姿态传感器、罗经等,测量一般独立进行,时
坐标展绘在 AutoCAD图上 ,连线形成海管位置,对各离散位间可以安排在地貌及剖面测量以后,对重点部位及近平台段
置点进行线性回归处理,剔除严重偏离回归曲线的点,形成进行详查。最后进行磁力测量,磁力测量一般拖鱼尾拖很长,
海管位置最或然值。然后比对地貌资料、水深资料准确确定所以一般也单独进行。
海管坐标、走向以及出露、悬空长度和高度。形成最终成果。仪器安装。旁侧声纳一般采用侧舷安装方式,侧拖安装
综合地貌资料及浅地层剖面资料确定海底表面及浅层拖缆短,定位精度高,不受尾流影响,拖缆长度以拖鱼能超出
底质灾害类型,海底障碍物情况、冲刷情况,给出海管路由区船底为原则,单波束及管线剖面仪一般安装在船舷另外一
域地质地貌综合工程评价。侧,以固定支架垂直安装。前后相差 1m 以内 ,工作中无干
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Comprehensive Geophysical Prospecting Method Applied in
SubseaPipelines Surveying
ZHANG Yan-chang, ZHENGa Ji
(Tianjin ResearchIn stitute for Water TranspoErntg ineering, Tianjin 300456,C hina ) Abstract,Subsea pipeline surveying methodi ncludes comprehensive geophysical prospecting method anddi ving inspection or both. Comprehensive geophysical prospecting methodi s to take use of subbottpomrofi ling system,si de scan, echo sounding andmagne tics method to survey andanal yze the pipeline status. The mpcorehensive geophysical prospecting method, working procedureswo andrk- ing notce tems and the method of daprtoace ssng are gven. The ayout of plans urveyng nes, prnciple of nstrument seecton and iiiililiiilithe key points of working are sdecribed detailedly, which gives a guide toac tual work.
Key words: subseap ipeline; abnormal status; comprehensive geophysical prospecting method