埕岛油田海底管道冲刷悬空机理及对策

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埕岛油田海管立管悬空治理的常用方法

埕岛油田海管立管悬空治理的常用方法埕岛油田海管立管悬空治理的常用方法摘要：根据目前埕岛油田海管出现悬空的实际情况，对海管立管悬空形成机理进行了分析，重点介绍了水下支撑桩、仿生水草和铺设土工布加抛填砂袋三种治理方案原理进行了分析，并对海管立管悬空治理的不同方案应用进行了综合评价。

关键词：立管悬空治理水下支撑桩仿生水草土工布一、海底管线悬空原因1.建筑物（平台）存在形成的局部冲刷这种冲刷形成的原因是由于建筑物（平台）的存在而在局部范围内发生强化的水流或高速旋转的旋涡，这些水流或旋涡具有较高的冲刷（挟带泥沙）能力，从而在局部范围内形成冲刷坑。

冲刷坑范围与深度往往与建筑物尺度有直接关系。

2.海床侵蚀引起的大面积冲刷由于埕岛油田特殊的海洋及海底地质条件，本海区处于不稳定的冲淤状态，根据相关资料，海床调整的冲淤平衡点大致在12m到15m 水深处，在平衡点以上为侵蚀区，在平衡点以下为淤积区，这种剖面调整状态目前尚未有转缓的迹象。

对于10m水深处，在海管设计寿命15年内，海床整体冲刷深度可达0.7m。

3.海底不稳定性引起的冲刷海底表层土壤在大浪作用下发生滑移坍塌，当表层土为粉砂时，在暴风浪作用下，土壤发生液化而使土壤抗剪强度降低，从而可能造成海床一定范围内的下降。

4.其它因素如立管支撑结构的周期性振动，施工时由于受到设备、平台位置等的限制，管道在平台附近的埋深于小设计所要求的埋深等因素也是引起立管悬空的一个因素。

二、水下支撑桩施工方案为了防止立管悬空段在水流作用下产生的涡激振动，引起管线断裂，在悬空段设置支承支架，以减小横向和纵向振动幅度。

根据缩短立管悬空长度的思路，该方案采用沿悬空立管设水下短桩支撑的方法。

钢管桩沿悬空管道两侧交替设置，间距根据应根据立管的疲劳分析、极端静态及动态荷载分析结果确定。

在每一钢管桩靠近立管附近位置，设有H型钢悬臂梁，悬臂梁上设有2套①30高强U型螺栓将悬空的立管固定，从而实现减小立管悬空长度的目的。

海底输油管线埕岛油田悬空治理技术措施

海底输油管线埕岛油田悬空治理技术措施集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-海底输油管线（埕岛油田）悬空治理技术措施引言（1）根据目前埕岛油田海底管线出现悬空的实际情况，对海管悬空形成机理进行了分析，并对海管悬空治理的不同方案进行了综合评价，重点介绍了水下桩治理方案的制定和实施。

埕岛油田位于渤海湾南部的浅海海域，区域构造位置位于埕宁隆起埕北凸起的东南端，是一个在潜山背景上发育起来的大型浅山披覆构造。

该区从1875年开始勘探，在先期资源评价、盆地分析模拟、区带综合评价的基础上，于1988年钻探了第1口控井——埕北12井，从而发现了埕岛油田。

截止目前，埕岛油田已建成海底输油管线54条，注水管线33条。

海管悬空情况调查（2）目前，通过对61条海底管线的调查发现其中仅有5条管线未被冲刷悬空，仅占8％，管道悬空高度平均值为1.33m，最大值为2.5m。

大于等于2m的有16根，占26％，大于等于1m的有48根，占79％，可见冲刷的普遍。

从悬空长度来统计，平均悬空长度为15.1m，最大30m。

大于等于20m的为22根，占36％；大于等于10m的有43根，占70％。

如果按管道初始设计埋深为1.5考虑，则遭到最大冲深的管道从原海床面计算总计冲刷深度S＝e+D+h＝4.5m（其中e为埋深；D为管道直径，近似取0.5m；h为冲刷后管道悬空高度）。

这样的冲刷深度对海底管道来说是少见的。

除了管道处发生强烈冲刷以外，在采油平台井场范围内也出现较严重的冲刷。

海管悬空原因及模型试验（3）1海底管线悬空原因造成场区内平台及管道周围强烈冲刷的原因十分复杂，大致为以下几方面：1.1建筑物存在形成的部冲刷这种冲刷形成的原因是由于建筑物的存在而在局部范围内发生强化的水流或高速旋转的旋涡，这些水流或旋涡具有较高的冲刷（挟带泥沙）能力，从而在局部范围内形成冲刷坑。

冲刷坑范围与深度往往与建筑物尺度有直接关系。

海底管道悬空成因及防治措施

一
２．２－２水平管道下方的冲刷海底管道冲刷开始于管道与海床面之间的水流隧道。对于部分埋置的管道来说，这种水流隧道可以因管道两侧存在一
柱周围引起压力分布的变化，使圆管产生与流向正交的振动力，当该力的振动频率与管结构的振动频率接近时，会使海底管道产生共振，其管道振幅急剧加大，若振
的方案。
关键词：海底管道；管线悬空；防治措施；冲刷机理；仿生水草
中图分类号：ＴＥ８３２文献标识码：Ａ
１概述
海底管道是海上油田生产系统中的个重要组成部分，维护海底管道的安全是保证安全生产和保护海洋环境的重要环节。以胜利埕岛油田为例，截至２００７年１２月，已建成海底输油管道７６条１４４．４ｋｍ，这些复杂的海底管网肩负着埕岛油田原油外输的重要使命。但由于埕岛油田地处黄河口滩海交界地带，场区海洋动力、浅层工程地质、海底动力地貌条件十分复杂，造成该海区大面积区域冲刷，特别是在平台附近，再加上由于导管架存在引起的局部冲刷，造成海底管道立管底部附近出现悬空现象。这种非设计悬空，给管道带来严重安全隐患，海流在流经管道时将对管道产生作用力，一旦海流达到一定的流速，管道将产生涡激振动，当管道悬空超出其允许长度或者振动达到一定程度，都可能产生破坏及泄漏等。本文根据胜利埕岛油田为海底管道悬跨的现状，就悬空的成因和破坏的机理进行系统化分析，对海底管道悬空危害进行了评估，并对海管悬空治理的各种方案进行比对。

海底输油管线(埕岛油田)悬空治理技术措施

海底输油管线（埕岛油田）悬空治理技术措施根据水下固定桩的打桩设计，以15m海底管道为一支撑重量计算。

内管219mm×12mm，外管325 mm×20 mm，15 m海底道重量为3.2t；悬臂梁采用HZ240H型钢，材料为Q235-A，悬臂梁旋转轴承受的压力来自于海底管道和悬臂梁，估算海底管道和悬臂梁总重为3.3t，选用轴的材料为45 mm，许用应力为〔σ〕＝σs/n＝300/5＝60N mm2。

轴的抗弯模面系数Wx＝/32 已知：作用在悬臂梁上的压力P＝3.3t 作用力距支点位置1为135mm。

轴的最大应力：σmax＝Mmax/ Wx＝P·1/ Wx ＝33000×135×32/｛π×d3｝≤60N/ mm2 d3≥33000×135×32/ d≥91.13mm 取最小轴径为100mm。

1.2完成浅水打桩扶正架的设计根据海流的运动，设计了在施工水域内可以坐底的扶正架。

扶正架的作用是保证桩管在打桩过程中的垂直度，同时作为固定剖面声纳、纵倾和横倾传感器、液压控制系统等的支架，避免打桩振动对声纳、传感器等先进仪器的精度影响及损坏，便于施工工艺设计的实施。

1.3初步完成海底管道固定装置的计算设计按照管线规格：Ф219.1×12/Ф325×14，支撑桩间距按15m 考虑，根据SACG软件对作用于支撑装置上关键部位的受力情况进行了计算，作用在支撑结构上的负载：Fυ′＝ω内+ω外+ω其它+ω-ω浮+ω波浪＝〔61.3+107.4+〕×9.8+697 ＝2714N/m→Fυ＝Fυ′×15＝40710 FH＝928N/m→FH＝FH′×15＝13920 考虑到管线涡激振动的动力效应，其为周期性的负载，动力效应故取2.0，即最终设计水下固定装置考虑的负载为：Fυ＝81420，FH＝27840 固定装置的设计为活动式结构，由外卡套、调整底座、锁紧螺母、悬臂梁、U型卡子等组成，可以单独制造，然后与水下短桩一起在工厂预制。

海底管道悬跨处理及抑制工程方法简介

国内工程界及学术界对海底管道悬跨的治理进行了一些研究和工程应用，然而我国海底管道悬跨的发生仍较为频繁，且治理效果甚微。每年仍需投入大量资金、人力、物力反复进行海管悬跨治理。为了有效解决我国海底管道悬跨问题，本文通过调研国内外工程案例，对海底管道悬跨处理及抑制工程方法进行分析介绍。
1 沙袋支撑法
图3 仿生保护技术
4 沙袋填充及混凝土压块覆盖法
沙袋填充及混凝土压块覆盖法是对悬空管道进行沙袋填充，确保管段底部填满沙袋，再用压块进行覆盖保护，如图4所示。沙袋填充及混凝土压块覆盖法的优点是施工工艺简单，管道无须停产，保护范围广。缺点是可靠性差，易形成二次冲刷造成管道悬空进一步加大。
图1 沙袋过长而产生涡激振动，引起管道疲劳断裂，可采用缩短悬空长度，设置水下桩支撑的方法对海管进行支撑固定，如图2所示。该方法的优点是施工简便，作业时管线无须停产，可靠性强。缺点是适用水深小，成本高，保护范围小。
图2 水下桩支撑法
图4 沙袋填充及混凝土压块覆盖法
2017年第11期
科学管理
海底管道悬跨处理及抑制工程方法简介
雷震名熊海荣孙国民戚晓明张捷
海洋石油工程股份有限公司天津 300451 摘要：本文对国内外海底管道悬跨处理及抑制工程方法进行了介绍，并分析了不同处理方法的特点及适用性，对海底管道悬跨处理及抑制施工具有一定的指导意义。关键词：海底管道悬跨处理及抑制工程方法
参考文献 [1] 文世鹏，吴敏等 . 埕岛油田海底管线悬空治理探索
[J]. 研究与探讨，2008（7）：17-20. [2] 刘锦昆，张宗峰 . 仿生水草在海底管道悬空防护中
的应用 [J]. 石油工程建设，2009，35（3）：20-21. [3] 李士清等 . 海底石油管道防护技术研究 [J]. 中国海

埕岛油田海底管线悬空治理探索

坑的范围与深度就越大。经初步理论分析．于对
成了埕岛油田运行中的海底管线立管处及靠平台段出现不同程度的悬空现象，重影响了海底管线的严安全运行。为了维护海上原油的安全生产和保护海
造成该冲刷的原因是由于建筑物的存在而在局部范围内发生强化的水流或高速旋转的涡流，这些水流或涡流具有较高的冲刷（带泥沙）挟能力，而从在局部范围内形成冲刷坑。冲刷坑范围与深度往往与建筑物尺寸有直接关系，建筑物的尺寸越大，冲刷
ＡｂｔａｔｓｒｃＡＣｏｄｎｅｓｒｅａａｏｕｍａｎｉｅｉｅａｎｒｄｃｉｎｉｏｆｒｄｔｈａｇｎｒｂｅｏｕｍａｎｉｅｉｅＣｒｉｇｔｔｕｖｙｄｔｆｓｂｒｅｐｐｌ，ｎｉｔｕｔｓｆｅｅｏｔｅｈｎｉｇｐｏｌｍｓｂｒｅｐｐｌｏｈｉｎｏｏｆｉｎ
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埕岛油田海底管线悬空治理探索
－公海油东：营
摘要根据海底管线调查资料，埕岛油田海底管线悬空情况进行了介绍，析了造成海底管线悬空的原因，治理海底管对分对线悬空探索与实践过程中的各种方法进行了描述，重点对海底防冲刷仿生技术进行了阐述。并关键词海底管线冲刷机理悬空治理海底防冲刷仿生技术・

海底管道失效原因分析及其对策

海底管道作为一种输送流体介质的工具，具有连续、快捷、输送量大等诸多优点，自从 "-). 年 K48M7 P Q885 公司在美国墨西哥湾铺设第一条海底管道以来，在近半个世纪里，世界各国铺设的海底管道总长度已达十几万千米，海底管道已成为海上油气田开发中油气传输的主要方式 & 除了被用于海上油气田开发外，海底管道还被广泛用作城市污水排放入海、油气穿越江河传送的工具 & 在海底管道应用迅猛发展的过程中，海底管道的安全问题始终为人们所关注 & 同陆上管道相比，海底管道运行风险更大，失效概率更高，这主要与其工作环境条件恶劣密切相关 & 运行在海底的管道既可能受到波
［-］
，
图 ( 是根据 0123#4 统计出来的数据绘出的这四种
学腐蚀、海生物腐蚀等等，其中大气腐蚀仅发生在海底管道暴露在大气中的立管段 ! 管外腐蚀速度与海水和土壤的电阻、温度、含盐度、含氧量、海流流速、海洋生物浓度等有关 ! 海底管道在腐蚀作用下常以局部穿孔形式破坏 ! （-）波流冲刷作用 ! 当海底管道埋深不足时，在波流反复冲刷作用下会逐渐裸露出海底而呈悬跨状态，波流流经悬跨管道时会在管道后部释放旋涡引起管道振动 ! 当悬跨管道自振频率与旋涡释放频
%"’
田输油管道就是因此破坏的 ! 管道连接焊缝处常常因为存在焊缝缺陷而成为管道发生疲劳破坏的危险点 ! （"）机械破坏 # 第三方活动 ! 机械破坏是指由于第三方的海上活动导致海底管道发生的破坏 ! 当海底管道位于渔业活动区、航道区或海上工程施工范围区内时，若埋设不深或由于波流冲刷而裸露出海底时，很容易受到渔网拖挂、航锚和船上落物撞击作用 ! 另外位于海上工程施工范围内的管道以及平台附近的管道部分受施工和平台上落物撞击作用的危险性也比较大 ! 这些作用都将使管道受到一定程度的损伤，严重时会造成管道断裂 ! （$）海床运动 ! 海底管道因海床运动而发生破坏实际上是海流—管道—外力三方面相互作用的结果 ! 砂质海床在波流冲刷作用下会发生淘蚀，粉砂或细砂质海床在风暴潮和地震作用下容易发生液化，淤泥质海床存在很大的流变性，当海底管道铺设在这些性质不稳定海床上时很可能由于海床蹋陷、滑动、冲蚀而发生强度或变形破坏 ! （%）管道的材料缺陷和焊缝缺陷 ! 管道的材料缺陷是指管材在制造过程中存在的质量问题，如材料表面存在着裂纹、划伤以及内部存在着偏析、气泡、夹杂物等 ! 焊缝缺陷是指管道在制造和施工过程中焊接质量不过关，存在着裂纹、气孔、夹渣等缺陷 ! 在外力作用下管道的材料缺陷和焊缝缺陷处很容易产生应力集中，它们常常是管道发生疲劳破坏和强度破坏的潜在危险点 ! （&）管道附件失效 ! 海底管道上的阀门、法兰、机械连接器、卡子、接头、垫片等附件因老化、腐蚀或其它原因而发生失效，导致海底管道发生泄露或无法正常控制 ! 除了以上几种原因外，操作失误、设计不合理也可能是造成海底管道失效的原因，与前面介绍的六种失效原因不同，它们主要是由于人为因素造成的管道失效，相对于其它几种原因这两种原因是比较容易避免的 ! 在很多情况下海底管道失效都是由上述各种原因中的几种共同作用引起的，其主要破坏原因与海底管道运行年限和运行环境密切相关 ! 对于已经服役很长时间的海底管道，腐蚀和管道附件老化可能是导致其失效的主要原因，对于铺设在砂质海床上的海底管道，波流冲刷或海床运动可能是其破坏的主要原因，而铺设在渔业活动区内的海底管道受到渔网拖挂和船锚撞击破坏的可能性更万方数据

仿生防冲刷系统在埕岛油田中的应用

２１海底冲刷及其防护措施．
在海洋工程中，由于波浪、水流的作用而造成海底结构物底部及其附近海床的泥沙运动，即通常所说的海底冲刷现象。根据海洋冲刷动力学原理分析，海底冲刷的形成，主要是由于海洋结构物安装
在海底之后，打破了原有水下流场的平衡，引起局部水流速度加快，使正常流动的水流形成一定的压
一
。
仿生水草采用耐海水浸泡且抗长期冲刷的新型高分子材料加工而成，过安装基垫由海底锚固装置固通定于海底。通过仿生海草的粘滞阻尼作用，降低海流流速，防止海流冲刷，促进泥沙淤积，从而达到
埋管的目的。
２仿生系统防冲刷作用机理
多年来，底冲刷及其冲刷保护与控制技术一直是各国海洋工程领域亟需解决的重要研究课题之海
这种悬空现状，对海底管道安全存在极大的隐患，一旦海管泄漏将造成重大经济损失，急需治理。海底仿生防冲刷保护系统，基于海洋仿生学原理而开发研制的一种海底防冲刷的高新技术措施。是
地带，场区海洋动力、浅层工程地质、海底动力地貌条件十分复杂，造成该海区大面积区域冲刷，特
别是在平台附近，由于平台存在引起的局部冲刷，造成海底管道立管底部附近出现悬空现象。这种现
象还在进一步加剧中，严重危害到埕岛油田的产能建设及生产安全。
海底管道悬空治理方法也在探索中日趋完善。２０年￣２０间，先后对２条海底管道的悬０１０４年０多空情况进行了隐患治理，在管道两端平台附近采用水下桩支撑保护，有效保护了管线最薄弱的环节

20311024_海底管道悬跨评估及成因分析与治理

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得到该悬跨长度下的疲劳寿命后"评估该疲劳寿命是否满足设计寿命要求'
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海洋工程装备与技术
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海底管道悬跨评估及成因分析与治理
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摘要!海底管道结构设计内容包含了管道的在位强度分析$稳定性分析$安装分析及自由悬跨分析'针对深水管
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荔湾 !)* 气田位于南中国海珠江口盆地 "距香港东南约 !*"aK' 荔湾 !)* 气田开发项目是中海油及及其合作伙伴 &AIaM在南海海域的区域性天然气开发项目"项目在深水区拟建由5套水下井口$ 东$西管汇及中心管汇等设施组成的水下生产系统" %条%%k海底管道"一条Sk乙二醇管道"在浅水区拟建一座中心平台$一条!"k$%S"aK 油气混输海底管道'

海底管道悬空原因分析及防护方案对比

㊀２０１９年㊀第６期Ｐｉｐｅｌｉｎｅ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ２０１９㊀Ｎｏ６㊀基金项目：国家重点研发计划课题（２０１６ＹＦＣ０８０２１０５，２０１６ＹＦＣ０８０２３０６）；国家自然科学基金（１１４７２３０９）收稿日期：２０１９－０４－２６海底管道悬空原因分析及防护方案对比朱鹏鹏１，甄㊀莹１，曹宇光１，史永晋２（１．中国石油大学（华东），山东省油气储运安全重点实验室，山东青岛㊀２６６５８０；２．中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营㊀２５７０００）㊀㊀摘要：文中分析了海底管道悬空的原因，对仿生水草㊁阻流板㊁挠性软管等防护方案原理进行了简述㊂介绍了防护方案的治理效果并分析了其失效的原因，将防护方案优缺点和存在问题汇总成表，并提出了改进建议㊂对比结果表明：单一的防护方案具有局限性，不能适应复杂的海底环境，应采用多种防护方案组合方式㊂关键词：海底管道；管道悬空；防护方案；防护原理中图分类号：ＴＥ８㊀㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００４－９６１４（２０１９）０６－０００６－０５ＣａｕｓｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＲｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＳｕｂｍａｒｉｎｅＳｕｓｐｅｎｄｅｄＰｉｐｅｌｉｎｅＺＨＵＰｅｎｇ⁃ｐｅｎｇ１，ＺＨＥＮＹｉｎｇ１，ＣＡＯＹｕ⁃ｇｕａｎｇ１，ＳＨＩＹｏｎｇ⁃ｊｉｎ２（１．ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（ＥａｓｔＣｈｉｎａ），ＳｈａｎｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｉｌ＆ＧａｓＳｔｏｒａｇｅａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳａｆｅｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６５８０，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｒｉｌｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｈｅｎｇｌｉＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｉｍｉｔｅｄ，Ｄｏｎｇｙｉｎｇ２５７０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｓｕｂｍａｒｉｎｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｓｕｃｈａｓｂｉｏｎｉｃｗａｔｅｒｇｒａｓｓ，ｂａｆｆｌｅｐｌａｔｅ，ｆｌｅｘｉｂｌｅｈｏｓｅａｎｄｓｏｏｎ，ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｈｏｓｅｆａｉｌｕｒｅｃａｕｓｅｓ．Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｓｃｈｅｍｅｓａｎｄｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｗｅｒｅｇａｔｈｅｒｅｄａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｏａｔａｂｌｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｗｅｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｉｎｇｌｅｐｒｏ⁃ｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｈａｓｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ，ｉｔｃａｎｎｏｔａｄａｐｔｔｏｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｍａｒｉｎｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｓｈｏｕｌｄｂｅａｄｏｐｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｍａｒｉｎｅｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｓｕｓｐｅｎｄｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓ０㊀引言海底管道所处海洋环境复杂，服役期间需要承受内压㊁重力和温度等载荷作用，同时还可能面临拖网渔具的撞击㊁拖越和钩拉等第三方破坏㊂因此，管道悬空位置极易发生断裂事故，会造成海底油气泄漏，对海洋生态环境造成破坏，管道停输维修会造成损失㊂引发海底管道悬空的原因及治理管道悬空问题越来越受到重视㊂１㊀海底管道悬空的原因长期处在复杂的海洋动力环境中，铺设的管道易变成悬空状态，例如，埕岛检测６１条管道，其中悬空的管道５６条，给正常的油气运输带来了极大的安全隐患［１－２］㊂而导致管道悬空现象的因素是多方面的，包括海流㊁海底地形环境以及施工等因素［３－５］，大致分为如下几方面㊂１．１㊀海底管道和海底构筑物的存在引发海管悬空海底管道和海底构筑物的存在会改变原有的流场，使得海流速度提高并形成漩涡㊂冲刷与淤积是泥沙水力输移趋向平衡的结果［６］，若水流流速大于海床泥沙的启动速度，泥沙将被水流携带冲蚀掉，最终造成海底管道悬空或海底构筑物周围出现冲刷凹坑㊂１．２㊀海底地形变化引发海管悬空海底地形通常是不规则且凹凸不平的，其给管道的保护带来了风险和安全隐患㊂海底地形中有两类易引发海管悬空现象：（１）海底沙坡和沙脊变化迁移㊂海底沙波和沙脊受控于水动力条件和沉积物粒度的组成，形成的地形易发生变化，导致铺设在其上的管㊀㊀㊀㊀㊀第６期朱鹏鹏等：海底管道悬空原因分析及防护方案对比７㊀㊀道形成悬空，所以铺设管道时应该远离沙坡和沙脊㊂（２）大范围的海床侵蚀，其容易引起整条海底管道悬空或多段管线部分悬空㊂例如据雁滩１９７６２０００年断面测量显示，每年海床的蚀深约４．７ｃｍ［１］㊂１．３㊀施工引发海管悬空在管道的安装过程中，难以避免残余应力及热应力的产生，这会引起海底管道局部屈曲变形，甚至会引起管线在水平面内的运动，进而形成管道悬空㊂２㊀防护方案简介国内外研究人员针对海底管道悬空影响因素，从不同角度出发提出多种管道悬空防护方案㊂常见的管道悬空防护方案有以下几种类型：（１）埋藏防护：阻流板自埋技术［７－８］，仿生水草法［９－１３］，重新挖沟埋设［１４］等；（２）支撑固定防护：水下短桩支撑［１５－１６］，沙袋回填［１７－１８］，灌浆袋支撑［１９］等；（３）挠性软管［２０－２１］；（４）覆盖防护［２２］：混凝土排覆盖法［２３－２４］，砂被覆盖法［２５］等；（５）浮帘促淤法［２６］；（６）管道下降法［２７］㊂２．１㊀仿生水草技术仿生水草技术通过模拟海底水草的降流促淤作用来降低管道周围的冲刷效应㊂仿生水草是由密度低于海水的高分子材料加工而成，安装在基垫上形成仿生水草带，由海底锚固装置固定在管道两侧的海床上㊂当海底水流流经这一片仿生水草带，因为受到仿生水草带的柔性粘滞阻尼的影响，水流流速减缓，其携带的泥沙不断沉积到仿生水草带上，在管道的周围形成海底沙洲，进而将管道掩埋保护，避免管道受到撞击或水流冲刷而损坏㊂仿生水草适用于海流流速大㊁泥沙含量高的海域，施工费用低，结构简单易于制造；由于不建造新的海底结构物，因此不产生二次冲刷，能够有效防止冲刷扩展㊂但其水下作业量大，须有潜水员在海底完成，且不能在传统的拖网捕鱼水域使用㊂仿生水草示意图如图１所示㊂图１㊀仿生水草示意图２．２㊀管道自埋法管道自埋法利用管道自重和阻流板产生的负升力促使管道下沉到冲刷坑内，以实现管道自埋的目的㊂阻流板由翅板和底座两部分构成，底座设计成圆弧形，根据不同的管径设计不同尺寸的弧度，使弧度与管道的外径相匹配，安装后的阻流板不易松动㊂翅板的高度根据水流流速和海床底质确定，管径越大，翅板的尺寸也越大，以保证翅板强度㊂当急速的水流经过阻流板时发生海水分流，向下的水流对海床冲刷，扩大管底和海床之间的间隙，为管道提供下降空间；向上的水流对阻流板和管道产生一个向下的作用力，在负升力和管道自重作用下管道下沉至海床内，完成自埋过程㊂当管道裸露在海床上的部分扩大时，阻流板将继续发挥作用，再次将管道埋入海床㊂阻流板示意图如图２所示㊂图２㊀阻流板示意图管道自埋法可以抑制涡激振动，提高了管道抵抗风暴能力，显著降低管道运行期间内，因为海水冲刷而导致管道出现悬空现象发生的机率㊂但适用的范围有限，需要满足两个主要条件：（１）海流流速达到一定量值㊂不同海底情况的量值不同，例如北海海底流速要不小于０．２５ｍ／ｓ，才能达到冲蚀起动速度产生冲蚀㊂（２）海床底质中沙子和淤泥含量较高，有利于海床冲蚀而实现管道自埋㊂２．３㊀挠性软管在涡激振动作用下刚性管道易发生疲劳失效，进而造成管道断裂事故，挠性软管抗疲劳能力强，可以避免管道因疲劳失效而断裂㊂挠性软管由防渗热塑层和增强层等功能层组成，抗地形变化的能力强㊂软管整体具有良好的弯曲性能和动力特性，抗疲劳能力强，对复杂海洋环境有良好的适应性㊂安装挠性软管时，需要停产并关闭输油管线，拆除悬空管道，按照海底实际情况，选用合适规格的软管，重新安装挠性软管㊂挠性软管示意图如图３所示㊂挠性软管施工简单，铺设快捷，可回收利用，挠性㊀㊀㊀㊀㊀８㊀ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＮｏｖ２０１９㊀图３㊀挠性软管示意图软管本身的挠性特点，不需要安装膨胀补偿装置，铺设时可以随着海底地形做出相应变化，具有优良的抗腐蚀和抗疲劳特性㊂但施工费用昂贵，安装挠性软管必须在管道停产的情况下才能实施，由于是复合材料构成的软管，对于突发的意外事故的抵御能力较弱，且不能替换有海底注水管道或者电缆下方的海底管道㊂２．４㊀浮帘促淤装置浮帘促淤装置通过降低海水流速，增加泥沙沉降来防止出现冲刷悬空现象㊂浮帘促淤装置由浮块㊁设有过沙窗口的浮帘和床垫组成㊂床垫由土工织物组成，在其中可以填充粒状材料，如沙子㊁碎石或混凝土㊂浮块采用轻质浮力材料制成，以提供浮力使浮帘站起来㊂浮帘靠近下缘设有一排过沙窗口，过沙窗口目的是通过含沙量高的海流㊂浮块与浮帘上缘连接，浮帘底边与底垫的中部相连，底垫安置在海床上㊂当携带泥沙的海流向右流经浮帘时，在水流的推力下浮帘向下游倾斜，将水流底部流体导向上部，并在浮帘的背水面产生横轴旋涡，水流的底沙通过浮帘底部的过沙窗口进入并淤积在浮帘背水面的旋涡区内，长时间后大量沉积物将被沉积在底部循环区，形成沙丘㊂浮帘促淤装置投资少㊁见效快㊁施工简单，有效地降低海床附近的整体流速，截留泥沙形成沙丘，进一步减少海床冲刷，为海底管道周围海床的稳定提供保护㊂浮帘促淤装置原理图如图４所示㊂图４㊀浮帘促淤装置原理图２．５㊀管道下降法管道下降法利用水力射挖沟机对管道下方海床高支点和悬跨两侧海床过渡区域进行削挖，形成平滑的海床轮廓㊂在缺少高支点和悬跨过渡区域支撑的情况下，管道在自重作用下变形下降至海床表面或沉入海床，使得管道充分贴合海床，可以有效地降低海流对管道的冲刷效应㊂实施管道下降法，需要先进行关键性评估：（１）对海底土壤的岩土特性进行评估，以确保水力喷射挖沟机能够有效去除海床凸起处的土壤㊂（２）对进行管道应力安全评估，并由此评估管道下降的安全高度㊂（３）基于管道性能和运行条件，对管道完整性评估，确保管道下降操作过程和结束后不影响管道完整性㊂用管道下降法治理管道悬空，保证管道完整性的同时，管道能够自然地贴合海床，降低了再次发生悬空的风险㊂管道下降法原理图如图５所示㊂图５㊀管道下降法原理图３㊀防护效果对比３．１㊀阻流板防护效果２００５年，杭州湾海底管道完成阻流板安装，此时仅有５０％的管道埋入海床床面以下㊂２０１０年，对该区域管线进行第一次检测，完全埋入海床的管道已经达到８０％，管道平均埋入的深度为１．７ｍ㊂２０１３年再次对铺设的管道进行检测，管道埋入深度持续增加，管道平均埋入深度为２．６ｍ，显然管道自埋法能够起到良好的保护效果㊂但也存在部分管道未埋入海床以下的情况，如北岸部分海域海床底质为可塑性强㊁抗冲刷能力强的粉黏土，以致该区域部分管段无法下沉而裸露在海床上；而南岸部分管道路由走向与潮流方向的夹角小，接近平行，不符合管道自埋条件，少量管道裸露在海床上㊂要使阻流板能够使管道完全自埋，必须满足以下两个关键因素：（１）水流速度较高且管道路由走向和潮流方向垂直或者接近垂直，这样水流对阻流板的作用力最大，阻流板能有效发挥扰流和产生下沉作用；（２）要求海床底质易于冲刷易于淤积，使得管道底部易形成冲刷沟，管道能够下沉，并且阻流板截获的泥沙易淤积在管道周围，管道能够实现自㊀㊀㊀㊀㊀第６期朱鹏鹏等：海底管道悬空原因分析及防护方案对比９㊀㊀埋㊂３．２㊀仿生水草防护效果２００６年，茂名海底输油管线悬空路段完成仿生水草装置安装㊂２００７年４月，对１３．５１６．５ｍ水深的仿生水草防护效果进行检测，检查发现仿生水草在完成安装后，就能够明显降低海流流速和促进泥沙淤积㊂但由于泥沙淤积和海洋生物附着在仿生水草上而导致水草部分被掩埋和出现倒伏，防护效果会降低㊂另外，茂名管线悬空路段所在海域属于传统的渔猎场所，当拖网捕鱼船进行捕鱼活动时，会对安装的仿生水草造成破坏㊂２００７年，埕岛油田渤海湾内海上平台端的定期勘察发现，１６个平台端所在的海床均出现明显的冲刷凹坑，平台端桩柱附近的管线存在了裸露或悬空现象㊂２０１１年９月，对埕岛悬空的管道采用抛填沙袋和铺设仿生水草相结合的方法治理悬跨问题㊂２０１３年５月实测结果显示，除在平台进出的海底管线仍有少数裸露外，大部分悬跨管线周围泥沙淤积明显，所占比例为８１．８２％，厚度为０１ｍ，管线部分或完全被埋藏，裸露状态得到有效改善㊂但存在以下问题：（１）大部分平台桩脚处涡流区的管线仍然存在裸露㊁悬跨现象，达到８６．３６％㊂涡流使作用于海床底面上的剪切应力增加，桩脚处冲刷程度更大，仿生水草仅能减缓冲刷，不能根除管道悬空问题㊂（２）管线与潮流方向夹角小于４０ʎ时，仿生水草的降流促淤效果良好；夹角大于４０ʎ时，治理效果不明显，管线仍然处于裸露或是悬跨状态㊂３．３㊀混凝土沉排防护效果茂名单点海域管线存在多段管道悬空，２００６年在海底管道Ｌ３６－Ｌ５８段铺设混凝土沉排，用于压载管道及减弱冲刷作用㊂２００８年多数管线出露高度增加，２０１０年部分管线出露高度降低，混凝土沉排有一定抗冲刷效果，但少数路段管线出露高度不但没有减少，反而有所增加，如ｋｐ１３．６３８㊁ｋｐ１３．２３６㊁ｋｐ１３．１３３等路段出露严重，超过管道外径的２／３，甚至出现悬空㊂造成冲刷加剧的最主要原因是沉排的混凝土方块之间间隙过大，在间隙中形成局部涡流，导致冲刷加剧，严重甚至出现悬空现象㊂４㊀防护方案对比在复杂的海洋环境中，海底管道的防护方案均有其特点，但无法兼顾所有方面㊂防护方案对比表如表１所示㊂表１㊀防护方案对比表防护方式优点缺点和存在问题建议仿生水草法利用仿生水草的粘滞作用，降流促淤，不会产生二次冲刷若水流方向与管线垂直或是桩柱周围区域，对管道冲刷大于仿生草降流促淤效果，冲刷凹坑仍然存在适于在水中悬浮泥沙多的海域，但应避开拖网捕鱼的区域管道自埋法可促使管道自埋于海床以下若水流方向与管线走向夹角太小，阻流板效果不明显，管道不能完全埋入海床安装阻流板应选择与水流夹角接近或等于９０ʎ的管线路由重新挖沟埋设重新将管道埋入海床以下，海床可以起到良好的保护作用填埋的土壤有液化的风险，容易再次形成悬空要注意管道周围的回填土壤特性，降低土壤液化风险，如往土壤中加入砂砾等混凝土沉排采用混凝土沉排压载保护管道免受冲刷悬空和重物碰撞等损伤影响混凝土之间可能出现涡流，可能出现二次冲刷，造成冲刷加剧增加混凝土块数量，缩短混凝土沉排的间隙砂被覆盖采用砂被覆盖管道，保护管道免受冲刷悬空和重物碰撞等损伤影响砂被的边缘可能出现二次冲刷，造成冲刷加剧对砂被的边缘进行改进，减小边缘的厚度水下短桩可以固定海底管道，缩短悬空长度，施工简单，海上工期短保护范围小，对悬空较长的情况，投资较高，且无法防止冲刷范围的扩展打桩应选择海床具有一定承载力的区域砂袋回填利用堆叠的砂袋支撑悬空管道，施工简单，投资低，是常见的治理方案必须由潜水员到海底堆叠砂袋，且易被海流冲走，需要经常维护应结合其他防护方案一同治理，砂袋回填为辅挠性软管具有良好的弯曲性能和动力特性，抗疲劳能力强，适应地形变化的能力强耗资高，需要停产施工，抵抗外来冲击载荷（如锚击）的能力差适用于工况复杂的立管和跨管，应采用新型软管材料，降低挠性软管成本浮帘促淤法截留泥沙和降低流场流速，不会产生二次冲刷需要多个浮帘促淤装置相连，才能够从多角度保护管道根据海流方向，合理地选择浮帘促淤装置的安装位置及角度管道下降法管道能够自然地贴合海床表面需要先进行多项关键性评估，适用范围较小每次挖沟深度不应超过０．５ｍ，以免出现管道应力过大导致管道损坏㊀㊀㊀㊀㊀１０㊀ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＮｏｖ２０１９㊀５　结论海底环境复杂多变，而不同的防护方案优点及适用范围不同，根据实际的海底环境选择合适的防护方案是很有必要的㊂单一的防护措施不能有效保护管道，能够适应多种工况的多种防护方案组合是首要选择方案，也是研究的重点方向之一㊂参考文献：［１］㊀王海涛，王继忠，熊炜，等．埕岛油田海底输油管线悬空治理技术措施［Ｊ］．安全㊁健康和环境，２００４，４（８）：７－１０．［２］㊀王利金，刘锦昆．埕岛油田海底管道冲刷悬空机理及对策［Ｊ］．油气储运，２００４，２３（１）：４４－４８．［３］㊀肖文功．海底管道悬空隐患治理技术研究及应用［Ｊ］．中国海洋平台，２００４，１９（６）：３６－３９．［４］㊀ＡＲＹＡＡＫ，ＳＨＩＮＧＡＮＢ．Ｓｃｏｕｒ⁃ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｆｏｒｓｕｂｓｅａｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎｔｅｇｒｉｔｙ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，１（３）：１－１４．［５］㊀桑运水，王希华，赵富国，等．海底管道悬空隐患成因及防治［Ｊ］．中国造船，２００４，４５：４０８－４１２．［６］㊀佘伟伟．水底管道附近生态促淤防冲机理研究［Ｄ］．上海：上海交通大学，２０１０．［７］㊀刘光生，杨元平，吴修广，等．强潮海湾Ｓｐｏｉｌｅｒ海底管道冲刷机理分析［Ｊ］．海洋学研究，２０１６（２）：５３－５９．［８］㊀杨元平，吴修广，刘光生，等．Ｓｐｏｉｌｅｒ自埋技术特点及其在杭州湾海底管道运行情况分析［Ｊ］．海洋学研究，２０１６，３４（３）：５７－６１．［９］㊀侯志民，张异彪，蔡春麟，等．仿生草在平湖悬空油管维护中的应用效果［Ｊ］．海洋地质前沿，２０１３，２９（８）：５３－５９．［１０］㊀刘国强，张乐民．关于改进仿生水草海底管道悬空治理效果的探讨［Ｊ］．工程质量，２０１４（１０）：３８－４１．［１１］㊀崔华，曹立华，陈义兰，等．埕岛海域平台周围悬跨海底管线仿生草治理效果研究［Ｊ］．海岸工程，２０１５，３４（３）：７７－８６．［１２］㊀王法永，张旭，邢彩娟，等．仿生草在南堡油田海底管道防护中的应用及效果［Ｊ］．石油工程建设，２０１７，４３（１）：２８－３０．［１３］㊀陈冠宗．茂名单点海底管线基础冲刷安全性评估与治理［Ｄ］．广州：华南理工大学，２０１２．［１４］㊀杜喜军，赵杰，王艳涛，等．海底管道挖沟方法的选择［Ｊ］．管道技术与设备，２０１５（５）：５２－５４．［１５］㊀ＣＲＯＷＨＵＲＳＴＡＤ．Ｍａｒｉｎｅｐｉｐｅｌｉｎｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｆｌｅｘｉｂｌｅｍａｔｔｒｅｓｓ［Ｃ］／／ＣｏａｓｔａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ８３．ＡＳＣＥ，１９８２：３７０－３７８．［１６］㊀刘锦昆．浅海海底管道悬空段防护技术研究及应用［Ｄ］．青岛：中国石油大学（华东），２０１４．［１７］㊀ＧＯＤＢＯＬＤＪ，ＳＡＣＫＭＡＮＮＮ，ＣＨＥＮＧＬ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙｄｅｓｉｇｎｆｏｒｃｏｎｃｒｅｔｅｍａｔｔｒｅｓｓｅｓ［Ｃ］／／ＴｈｅＴｗｅｎｔｙ⁃ｆｏｕｒｔｈＩｎｔｅｒｎａ⁃ｔｉｏｎａｌＯｃｅａｎａｎｄＰｏｌａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ⁃ａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＯｆｆｓｈｏｒｅａｎｄＰｏｌａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，２０１４．［１８］㊀夏令．波浪作用下的泥沙起动及海底管线周围局部冲刷［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００６．［１９］㊀叶海宾．水泥袋灌浆技术治理立管鹅头悬空工程实践［Ｊ］．海洋工程装备与技术，２０１８（５）：３４６－３５０．［２０］㊀陈伟，梁旭，陈大江，等．海洋柔性复合软管施工保护技术及应用［Ｊ］．海洋工程装备与技术，２０１８（６）：３８４－３８９．［２１］㊀余荣华，袁鹏斌，秦林肖．海洋非粘结型柔性软管制造装备现状分析［Ｊ］．机械设计与制造，２０１８（２）：９７－９９．［２２］㊀魏中格，齐雅茹，刘鸿升，等．海底管道维修技术［Ｊ］．石油工程建设，２００２，２８（４）：３０－３２．［２３］㊀ＳＨＡＨＢ，ＷＨＩＴＥＣ，ＲＩＰＰＯＮＩ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｃｏｎ⁃ｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓｆｏｒｕｎｓｕｐｐｏｒｔｅｄｏｆｆｓｈｏｒｅｐｉｐｅｌｉｎｅｓｐａｎｓ［Ｊ］．ＳｐｅＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９８８，３（２）：２２７－２３７．［２４］㊀奉虎，王彦红，王靖．海底管道悬跨处理方法及其适用性分析［Ｊ］．中国造船，２０１２（Ｓ２）：７４－８１．［２５］㊀吕明春．胜利埕岛油田海底管线防悬空技术探讨与应用［Ｊ］．安全㊁健康和环境，２００８，８（３）：２０－２２．［２６］㊀ＸＩＥＬ，ＺＨＵＹ，ＨＵＡＮＧＷ，ｅｔａｌ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＩｎｖｅｓｔｉｇａ⁃ｔｉｏｎｓｏｆＤｙｎａｍｉｃＷａｖｅＦｏｒｃｅｏｎＳｅａｂｅｄａｒｏｕｎｄａＧｅｏｔｅｘ⁃ｔｉｌｅＭａｔｔｒｅｓｓｗｉｔｈＦｌｏａｔｉｎｇＣｕｒｔａｉｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｓｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１５，７３：３５－３９．［２７］㊀ＴＨＵＳＹＡＮＴＨＡＮＮＩ，ＳＩＶＡＮＥＳＡＮＫ，ＭＵＲＰＨＹＧ．Ｆｒｅｅｓｐａｎｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｙｐｉｐｅｌｉｎｅｌｏｗｅｒｉｎｇ（ＰＬ）ｍｅｔｈｏｄ［Ｃ］／／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＡｎｎｕａｌＯｆｆｓｈｏｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｎｆｅｒ⁃ｅｎｃｅ，２０１４．作者简介：朱鹏鹏（１９９５），硕士研究生，主要研究海底管道保护㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１４７９８００４６８＠ｑｑ．ｃｏｍ（上接第５页）［４］㊀刘名阳．煤矿采空影响区油气管道危险性评价［Ｄ］．西安：西安科技大学，２００９．［５］㊀王鸿，张弥，常怀民．釆空区地表移动盆地对埋地管道的影响分析［Ｊ］．石油工程建设，２００８，３４（２）：２３－２６．［６］㊀王金东．采空沉陷区天然气管道的危险性评价［Ｄ］．西安：西安科技大学，２０１３．［７］㊀冯伟，么惠全．采空塌陷区管道成灾机理分析及工程防治措施［Ｊ］．水文地质工程地质，２０１０，３７（３）：１１２－１１５．［８］㊀徐平．采动沉陷影响下埋地管道与土相互作用及力学响应研究［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０１５．［９］㊀李丽．采空沉降对长输管道应力变形影响研究［Ｄ］．北京：北京交通大学，２０１５．［１０］㊀袁灯平，马金荣．利用ＡＮＳＹＳ进行开采沉陷模拟分析［Ｊ］．济南大学学报（自然科学板），２００１，１５（４）：３３６－３３９．［１１］㊀柳春光，史永霞．沉陷区域埋地管线数值模拟分析［Ｊ］．地震工程与工程振动，２００８，２８（４）：１７８－１８３．作者简介：王浩（１９８３），工程师，硕士研究生，主要从事油气储运相关工作㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｃｙｗａｎｇｈａｏ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ通讯作者：赵潇（１９９０），工程师，硕士研究生，主要从事油气储运相关工作㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｏｘｉａｏ１９９０＠ｆｏｘｍａｉｌ．ｃｏｍ。

黄河水下三角洲埕岛油田海底管线悬空分析

成斑状地貌，并最终消失变为粗糙海底。
２冲淤规律
该海区长期的海底变化存在阶段性，１７－１８即９６９０年为快速冲刷阶段，９０１９１８－９２年为缓慢冲刷阶段，９２年至今为以冲刷为主的冲淤调整阶段］１９。现今埕岛海区海底正处于冲淤调整期，下地形坡度和波浪能量整体向岸衰减的速度已逐渐趋于平衡，水长期
海底表面较为平缓，层为沉积物粒径较大的黄河三角洲蚀退相粉砂。水深１Ｉ表５１Ｔ附近潮流流速较大，深水区粗糙海底表面存在较弱的潮流冲刷痕迹；水深小于１的在２ｍ
粗糙海底，底表面相对平滑。海
产石油２０００ ×１ｔ以上，是一个颇具规模的浅海油田。然而，由于埕岛海域的海洋环境、
浅海地层工程地质条件及海底地貌非常复杂，海底管道极易出现悬空现象。管线悬空段
一
方面受疲劳破坏的威胁，一方面水流遇管线会产生尾流涡旋，会对管道诱发振动效另
冲刷规律对本海区地形演变的控制减弱季
冬季，海岸及水下岸坡经强风浪的作用，水区冲刷，水区淤积，深浅岸坡坡度整体变
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第２卷期７第２
文章编号：０２３８（０８０ — ０６０１０ — ６２２０）２０２ —６

海底输油管线埕岛油田悬空治理技术措施

海底输油管线埕岛油田悬空治理技术措施在全球范围内，石油资源的开采和利用已成为一个重要的经济活动。

在海外海域，液态石油往往通过海底输油管线被运输到陆地上。

然而，由于海洋环境的复杂性和海底管道的长期使用，管道的损坏和老化是不可避免的。

特别是在复杂的海底地形下，输油管道的安全永远是一个大问题。

如何及时发现、评估和治理侵蚀、冲刷、受损或悬空管道，是不断探讨和研究的难题之一。

本文将结合海底输油管线埕岛油田的实际情况，探讨悬空治理技术措施及其作用。

1. 埕岛油田概述埕岛油田是位于南海北部海域的一个重要油气田，其油气运输采用了海底输油管线的方式进行。

该油田的油气主要运输到陆地油田加工厂，年输送量超过100万吨。

然而，由于长期海底管道的经营和使用，加之海洋动力学和气候变化等复杂因素的影响，埕岛油田的海底输油管线存在许多问题。

管道的侵蚀、冲刷、受损和悬空等问题，已成为该油田输油过程中需要解决的难点。

这也要求我们在管线治理过程中，进行及时的管道安全评估、维护和改造工作，以确保输油管线的长期稳定、安全运行。

2. 海底输油管线侵蚀、冲刷和受损情况海底输油管线因长期处于恶劣的海洋环境中，易受到海水侵蚀、岩石土壤冲刷和海底地形变化等因素的影响，导致管道壁厚减薄、腐蚀、变形等问题。

针对这些问题，我们需要及时了解和评估管道的实际情况，制定相应的管道安全措施。

针对侵蚀和冲刷问题，我们可以通过海洋探测技术等手段，对管道的情况进行诊断和评估。

探测手段包括声波探测、磁力探测、电磁探测等。

这些方法可以非破坏性地识别管道问题，从而为管道治理提供依据。

针对管道变形和受损问题，我们可以通过无人机检测、水下摄影和无人潜水器等技术手段，对管道的情况进行高清拍摄和评估。

这些技术手段不仅可以保证检查的准确性和安全性，还可以对悬空问题进行及时发现和治理。

3. 海底输油管线悬空治理技术措施在海底输油管线的使用过程中，管道的悬空问题是比较常见的。

悬空问题指的是管道的一段或多段处于海底，但管道的另一端没有支撑物，而是悬空在空中。

海底管线冲刷与防护_电力水利_工程科技_专业资料

海底管线冲刷与防护_电力水利_工程科技_专业资料海底管道冲刷悬空与防护霍俊波 21150933101 2015级水利工程一、背景介绍人类的发展离不开对能源的开发和利用。

对于不能或不需要在原地进行利用的资源，常常要采取输运的方式，将能源运输到合适的地方进行加工、利用。

所以，选择运输方式很重要。

对于流体，常见的输送方式有装入容器中进行车辆运输，或者在流体生产地与需要地之间连接管道，进行管道运输。

车辆运输的方式具有灵活、但是运行成本较高的特点，适合用量较小、急用、或者珍贵物品的运输。

相对而言，管道运输的投资成本比较大，方式不如车辆灵活，但是后期运行、管理方便，输送能力大，在石油、天然气、水等基础能源的运输方面有着重要的应用。

最早的管道应用是排水管，人们利用排水管将废水排入河流或海洋中。

管道在海底的应用，可以追溯到1947年建立在墨西哥湾的一条深6m，离岸17m的浅水管道，该管道至今仍在使用。

在我国，海底管道的应用起步较晚。

1973年，我国在山东省黄岛附近铺设了3条链接海底到岸上的输油管道。

又于1985年在埕岛北部油田铺设了连接两个海洋平台之间的海底管道。

1987年，通过引进国外铺设船，我国在深海中进行了管道铺设。

1994年，我国自行研发了铺设船，可以进行深海管道的铺设。

自此，海底管道应用在我国蓬勃发展起来。

由于海底管线所处的海洋环境非常恶劣、直接受到波浪潮流等作用，存在着很多不稳定因素，运行中的管道发生破坏的案例在世界范围内不胜枚举，由于管道内部输着原油、天然气等资源，每一次管道破坏事件都会带来巨大的经济损失及环境污染等严重的后果。

在管道应用日益广泛的当代，管道的破坏事故却有增无减。

我国海底管道的发展时间不足50年，也发生过很多管道破坏事件。

2000年，东海平湖内某段管道在波流冲刷作用下导致失效；2003、2009年埕岛油田段发生过由于悬空而引发的管道断裂；2007年，我国南海涠洲海底管道因为腐蚀而发生泄漏；2011年，渤海蓬莱的石油钻井平台处抛锚滴漏造成管道破裂，发生了溢油事故，对当地环境带来了严重后果。

埕岛油田海底管线安全策略探讨

１海底管线作业中检验的现状
根据石油天然气行业标准海底管线系统
就使得作业中检验中究竟检验哪些项目在执行（ＳＹ／Ｔ１００３７ — ２０１０）规定要求：整个管道系统中易
中存在很大的选择余地，随意性很大。这便会造受损伤的关键管段以及海底条件产生重大变化成两个问题。一是检验项目过多，造成过检验；另的区域（如管道的支撑与埋设），检测的时间间隔
险的相似度进行分类；之后，根据该类管道的隐和悬空扩展的主要因素。ＣＢ３５区、ＣＢ３０区以及
患或风险状况，制定该类海底管线的系统的作业中心二号平台附近处于强冲刷区。路由复勘结果
２
文件要求：海底电缆管道铺设完毕后ｌ２个月至１８次复查，此后每３年组织一次复查，并向主管机关
２埕岛油田海底管线隐患及风险分析
个月内，所有者应对电缆管道的海底状况组织一２．１国外海底管线事故原因统计分析Ａｒｎｏｌｄ对美国密西西比河三角洲１９５８～１９６５
显示，ＣＢ３５区的水深１９９９年在３．５～４ｍ，２０１１年水发生３次海管破裂事故，为海底管线安全生产敲深大致为７－８ｍ，增大１倍，冲刷十分严重，造成管响了警钟。

浅析海底管线悬空治理的质量控制

２．立管器空治理质量控销在项目实施过程中，发证检验部门从施工准备、原材料、现场施工、复探验收等方面进行严格的控制，保证施工质量满足规范及设计要求。
２．１施工准备检验质量控制（１）提交施工组织设计（施工方案）进行报验审批；
探摸、抛填完成水下探摸，不满足设计要求的地方要求施工单位进行补抛；（６）施工单位砂袋抛填并水下整理施工完成后，由检验项目部委派有资质潜水员下水对抛砂情况进行探摸，检验要点如下： ① 砂袋应堆放均匀、填实；
造成立管悬空的原因是多方面的，例如平台存在形成的局部冲刷、海床侵蚀引起的大面积冲刷、海底不稳定性引起的冲刷等。本文以埕岛油田立管悬空
治理项目为例，这些管线线路表层土以粉土为主，在波浪及海流作用下海区处
１．概述
摸报告的差异若不大，可允许进行抛砂施工，若差异大，要求再次进行探摸，若差异仍较大，应与业主联系；（２）砂袋抛填时，应按照施工组织设计中的方案要求施工单位采用滑道进
行抛填ｔ（３）抛砂时不能在管线正上方进行投砂，以免砂袋直接抛到管线顶部，造成管道损坏。抛砂应依次向管线两侧均匀投砂，各区域投砂量根据管线悬空高度进行有效控制，减小潜水员水下砂袋的调整工作量ｎａｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗ

埕岛油田海底管道运行现状及安全分析

（ＩＯＥｈｎｌＯｌｅｒｎｈＳａｄｎ，ｏｇＳＮＰＣＳｅｇｉｉｌＢａｃ，ｈｎｏｇＤｎ－ｆｄｉ
由于国内外海底管道建造采用的材质、施工工艺ｙｎ，５０ｉｇ２７０）１ｓｒｃ：ｅｃｒｅａｅｙｏｒｔｎｉｕｔｎｏ有较大差别，因此建立在长期工程统计分析背景ＡｂｔａｔＴｈｕｒｎｔｓｆｔｐｅａｉｇｓｔａｉｎａｄｘｓｉｇｐｏｌｍｓｗｅｅａａｙｅｏｕｂｒｎｐｅｉｅ下的国外管道评估体系对埕岛油田的海底管道不ｅｉｔｎｒｂｅｒｎｌｚｄｆｒｓｍａｉｅｐｉｌｎ能有较强的针对性和适应性，容易产生评估偏差，以需要在胜利油田内部设计、造、理的所建管基础上建立出一套评估技术标准，主要解决好对比对象、安全参数、评估方法等方面的确立。
管道两端满足检测装置安装的标准化设计、现场今后只有适当提高海工设施建设标准，完善
人员的标准化操作、管理人员录取资料及分析资埕岛油田在用海上设施安全运行检测与评估的常态机制，大科技攻关力度，加建立海底管道的在线料的标准化程序等。
效的评估手段，
海底管道的安全性，需要完善诸如海上现场焊缝
清洁生产，确保油田经济效益和安全环保社会效益的最大化。
ＯｅａｉｇＳｕｔｎａｄＳｆｔＡａｓｆｒｐｒｔｉａｉｎａｅｎｌｉｏｎｔｏｙｙｓＳｂｒｎｉｅｉｅｉｈｎｄｏＯｌｅｕｍａｉｅＰｐｌＣｅｇａｉｌｎｎｉｆｄ

埕岛油田海底管线悬空治理探索_文世鹏

１８
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＳＵＰＥＲＶＩＳＩＯＮＩＮＰＥＴＲＯＬＥＵＭＩＮＤＵＳＴＲＹ
石油工业技术监督·２００８年４７月
研究与探讨
湾某工程中使用一周、一个月、三个月、半年及一年后的效果照片。１海底防冲刷仿生技术
海底防冲刷仿生技术是基于海洋仿生学原理而开发研制的一种海底防冲刷的高新技术。海底仿生防冲刷系统是由仿生海草、仿生海草安装基垫、特殊设计的海底锚固装置及专用水下液压工具等组成。仿生海草采用耐海水浸泡、抗长期冲刷的新型高分子材料加工，且符合海洋抗冲刷流体力学原理。
１７
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＳＵＰＥＲＶＩＳＩＯＮＩＮＰＥＴＲＯＬＥＵＭＩＮＤＵＳＴＲＹ
研究与探讨
石油工业技术监督·２００８年４７月
线下面最大可能冲刷深度达到０．７２ｍ。该原因引起的悬空更多体现在距立管底部一定距离外。３海床侵蚀引起的大面积冲刷
由于埕岛油田特殊的海洋及海底地质条件，本海区处于不稳定的冲淤状态。根据飞雁滩１９７６－２０００年２４年断面测量，５ｍ等深线平均每年蚀退距离达０．１９ｋｍ，海床蚀深１２．６ｃｍ／ａ；１０ｍ等深线每年蚀退距离达０．１０ｋｍ，海床蚀深４．７ｃｍ／ａ。海床调整的冲淤平衡点大致在１２～１５ｍ水深处，在平衡点以上为侵蚀区，在平衡点以下为淤积区，这种剖面调整状态目前尚未有转缓的迹象。对于１０ｍ水深处，在海管设计寿命１５年内，海床整体冲刷深度可达０．７ｍ。由于该原因引起的海底管线淘空体现在整条海底管线。４海底不稳定性引起的冲刷

埕岛油田海底管道悬空治理和检测

埕岛油田海底管道悬空治理和检测
赵益民;胡光海;董立峰;周其坤
【期刊名称】《海岸工程》
【年(卷),期】2012(031)002
【摘要】埕岛油田位于废弃的黄河水下三角洲前缘,海底地形变化较快,该区域的海底管道悬空现象比较严重.本研究介绍了海底管道悬空的治理措施和检测方法,提出了海底管道悬空治理效果的三种检测方案,并以埕岛油田某输油管道一端的悬空治理效果的检测为例,说明了防冲刷仿生海草防护技术对海底悬空管道有一定的治理效果.
【总页数】7页(P14-20)
【作者】赵益民;胡光海;董立峰;周其坤
【作者单位】国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛66061
【正文语种】中文
【中图分类】P229.5
【相关文献】
1.埕岛油田海底输油管线悬空治理技术措施 [J], 王海涛;王继忠;熊炜;李爱军;张伟
2.埕岛油田海底管线悬空治理探索 [J], 文世鹏;吴敏;王西岗
3.埕岛油田海管立管悬空治理的常用方法 [J], 崔晓明
4.埕岛油田海底输油管线悬空治理技术措施 [J], 王海涛;王继忠;熊炜;李爱军;张伟
5.埕岛油田海底管道冲刷悬空机理及对策 [J], 王利金;刘锦昆
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海底管道悬空处理技术探讨

NP1-3D/NP1-1D海底管道悬空处理技术探讨摘要：海底管线悬空是安全生产、环境保护的重大隐患。

在对海底管线悬空原因的分析的前提下，分析比较悬空段回填碎石悬空段回填碎石粗砂开挖方案、悬空段袋装粗砂支护开挖方案、悬空段水下短桩支护开挖方案，经过实践表明悬空段袋装粗砂支护开挖方案很好的治理了悬空问题，并获得较好的社会效益和经济效益。

关键词：海底管线海底电缆管道悬空悬空治理管道开挖1、NP1-3D/NP1-1D海底管道概况中国石油天然气股份有限公司冀东油田公司，计划开发南堡油田1号构造。

该构造地理位置位于河北省滦南县南堡乡西偏南4km浅水海域，距海岸线最近约1.0km。

开发模式采用半海半路式开发。

1号构造包括：NP1-5P井口平台、NP1-1D人工岛、NP1-2D人工岛、NP1-3D、1座陆岸终端、1座试验井场、1座35KV变电站。

海底管道的主要流程：来自NP1-1P、NP1-5P井口平台井流物分别经各自的海底混输管道输送至NP1-3D（3号人工岛），同NP1-3D流体混合后，再经NP1-3D 至NP1-1D海底油、气、水混输管道输送到NP1-1D号岛。

NP1-1D将提供注水用水，经NP1-1D至NP1-3D注水海底管道输至NP1-3D，满足NP1-1P平台、NP1-5P和NP1-3D注水要求。

2、海底管线问题的提出及原因分析冀东南堡油田1号人工岛和3号人工岛之间的海管海缆包括一条混输管道，一条注水管道，两条海底电缆，长度均为 6.4km。

混输管道为双层管，内管Φ406.4mm，外管Φ559mm；注水管道为单层管，管径Φ219.1mm。

根据胜利油田信科海洋勘察测绘有限公司完成的《冀东油田南堡作业区1-3号岛海底管缆调查报告》（2010年8月），南堡1-3号岛混输管道和输水管道埋深浅于设计要求的1.5m（海管管顶起算），部分管道已经裸露，特别是在管道路由上的几处海底管道非法取砂活动，致使管道出现悬空状态，悬空位置在距离1#岛3.5公里到4公里处。