苏丹37区高凝油流变特性研究

苏丹3_7区高凝油流变特性研究
,,第第卷期常州大学学报自然科学版 ,, , ,:,,,, ::,,年
月 ,, ,:,, , ,,,,,:,,::,,,,,:,,,,,,,:, ,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,, ,,,文章编号 ,:,,):,,, ,:,,:,)::,:):,
,苏丹区原油外输管道地质灾害类型分析及防护对策 ,
,,,, ，，，赵志勇张来斌田雅欣王树立
,中国石油大学 ,北京,石油工程学院，北京 ,中国石油抚顺石化公司，辽宁抚顺 ,常州大学石油 ,,,:,,,,,,,,,::,,,工程学院，江苏常州 ,,,,:,, , ，，摘要基于原油外输管道沿线所处地质环境特征对苏丹区管道地质灾害类型进行了归纳分析总结了苏丹区为防治管道 , , 。

“” ，，地质灾害而采取的对策措施借鉴了管道地质灾害的治理应贯彻预防为主的方针并应在充分的地质条件分析基础上。

、、、因地制宜地对水力侵蚀土壤重力侵蚀季节河洪水冲蚀河流横向
摆动侵蚀等地质灾害展开科学的治理阐述了加强水文观。

测以掌握游荡性季节河河床演变的基本规律以及关注尼罗河穿越段管道冲
刷趋势的重要性和具体对策
, , , , , 关键词苏丹原油管道地质灾害类型防护对策区,
,中图分类号文献标识码, ,,,,,
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，，。

的末站全长管径管道走向 :,,,,,:,,,,,
苏丹区原油管道沿线地质概况，、，,由西向东穿过热带雨林边缘热带草原入热带 ,
、、、，。

盆滩地大型季节河冲沟冲刷洼地尼罗河穿越损是穿跨越管道的危险所在。

， ,, ,,等具体而言从首站至注 ,,::,,,,: 季节河洪水冲蚀 ,,,,，为管道里程桩英文缩写为典型的热带雨林 ,,
，，、边缘地带植被茂密土壤类型为黑棉土砂黄 ,季节河洪水对管道的冲蚀表现为方面由 ,?，，。

土每逢雨季洪水肆漫沼泽广布水工保护工程于洪水强烈的冲刷淘蚀作用使河流穿越段管道的覆。

及管道伴行路在雨季经常遭到水毁从至，，土减薄埋深达不到要求加之没有水工保护措施 ,,,,:
，,或措施不当造成穿越段管道裸露悬空穿越段 ?,, ，，号站这一段为热带草原地势平缓,,,,,:,下游河道在湍急水流的冲蚀下洪水中携带大量的。

土壤类型为砂黄土但部分区域有大型季节湖和季
, ，，沙石快速下切并向上游推进形成典型的，，、、节河数条因此冲沟发育沟道侵蚀河床下切
，“”溯源侵蚀使管道敷设基础面临被淘空的
, ，危险由于季节河两岸土体属砂黄土在水流。

沟坡扩展现象较为严重在至末站 ? ,,,,:
，，侧蚀的强烈作用下极易发生坍塌进而使河道,, 、，这一段为热带沙漠戈壁土壤类型为 ,,:,,，。

拓宽危及护坡。

沙土和砂岩除在附近有湖盆滩地及在 ,,,,:
区原油外输管道在季节河区域同时处的尼罗河管道穿越处存在地质灾害风险 ,,,,,, ,,::,。

，。

存在上述种形式的洪水冲蚀该处管道设计埋深外此段区域潜在地质灾害较少 ,
，,, 约为竣工投产两年后年该 ,,,),,,,,::,
，，区域季节河洪水泛滥水位暴涨强烈冲刷管顶覆地质灾害类型 , ，土致使管道裸露长达并产生部分悬空,,:, 地质灾害一般是指由地球内力作用引起的地壳
、变形位移及地表物质运动所产生的有害过程和现 ,,,。

象影响苏丹六区原油外输管道安全运行的地质 ,,。

如图所示对该段进行回填夯实之后仅 , ,,,、、灾害可归纳为水力侵蚀土壤重力侵蚀季节河 ,,，，年月大致在同一区域管道又被季节 ,:::, 、、洪水冲蚀河流横向摆动侵蚀特殊土体侵蚀等, 。

，河强烈冲淘而再次裸露同时在距管道约 ,:) 。

类，的河道下游坚硬的砂黄土河床在剧烈的涡 ,:,
旋作用下形成无数规则的但内径及深浅不一的。

，“”“”窝形坑蚀窝形坑蚀连片后面积水力侵蚀 ,,, 逐渐扩大为
更。

水力侵蚀是土壤侵蚀的一种形式水力侵蚀主“”“” ，大的坑蚀并在坑头处形成很,，，要表现为沟蚀沟蚀又称为线状侵蚀其形态包括深的形
下。

，，。

切最大下切深约宽约长从 ,:,,,,,,,,,、。

浅沟切沟和冲沟等沟蚀是对油气管道工程危，，年开始通过连续年的监测下切形成典 ,::,, ，、害最为严重的侵蚀方式之一其方式为冲沟下切，“”“”型的溯源侵蚀坑头有明显上移趋。

沟岸扩展和溯源侵蚀区管道从首站至号站, , 。

，势另一方面季节河两岸的护坡也因侧蚀而出
,, 、，。

这段区域地处热带雨林边缘热带草现大面积坍塌致使河槽逐年加宽 ,,,,:,
，。

原土壤大部分为黑棉土和砂黄土在雨水的冲刷。

下极易形成冲沟并在冲沟内形成汇水冲沟可以造河流横向摆动侵
蚀 ,,, ，。

成管道裸露悬空可以冲毁管道伴行路区管道 , 苏丹区管道遭受的河流横向摆动侵蚀主要是 ,。

，经常在雨季遭受严重的水力侵蚀年在
距 ,::, 由于旧河床堆积抬高到一定程度后主流位移造成，首站处仅一次强降雨就将大部分管道伴 ,,,, 。

的这种侵蚀对管道的安全威胁主要反映在两方，。

行路冲毁并形成多处冲沟以及管道的裸露，,面即河床的位移使原管道弹性敷设爬升段暴露
，,，于新的河槽内从而导致管道外露另一情况这
，种摆动所形成的新河槽远离爬升段但由于新河床土壤重力侵蚀 ,,,，下的管道未经深埋处理在河流的冲刷下覆土减
传统的工程地质和岩土工程边坡地质灾害研究。

通常将重力侵蚀划分为滑坡和滑塌类区管道 , , ，。

、薄同样也会造
成管道裸露区管道在 , ,,,,、在季节河两岸的土体为深厚的
砂 ,,,,,,,,,, 。

及处均有大型季节河穿越因河流 ,,,,,,,,,,，。

，黄土砂黄土垂直节理发育雨季时雨水顺砂黄。

主流横向位移而造成管道裸露时有发生仍以
,,, ，、，，，，在雨季易产生塌方空洞进而形即失去强度雨季该季节河水量猛增发生主流位移生成新。

，，，，河道而新河道下管道未经深埋因此发生前述成陡峭的冲沟同时过大的湿陷变形所产生的负。

、、，洪水冲蚀过大而造成管线裸露的事故摩阻力可能导致管道弯曲变形裸露悬空甚至 ,,:,。

，、折断此外还有可能导致地层不均匀沉降裂缝
，，等或者诱发崩塌和滑坡对管道的安全运行构成。

严重的威胁
盐渍土,,,,,
，盐渍土是在干旱气候环境中由于地下水埋深
、、浅运移滞缓强烈蒸发而造成土壤中盐分聚集地。

表所致高矿化度的盐渍土对混凝土和钢管具有强
，，腐蚀性溶盐结晶时产生体胀又会对管材和站场
，地基产生附加压力于是由于盐渍土的溶陷性和盐
，，胀性对管道地基的土体破坏很大容易造成管道
“”，，的因此盐渍土对管道工程有一暗悬空
定的。

、，危害性在号站号站附近存在两处季节湖 , , 图年季节河冲蚀致管道裸露并淘蚀成悬跨 , ,::,,,,,,
,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,:,,:,:,,,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,::,, ,, ，该地区是典型的湖盆滩地为中性程度硫酸盐渍。

土
区外输管道地质灾害防治对策 ,,
，地质灾害对管道的破坏往往是灾难性的为了
“，避免或减少管道地质灾害事故贯彻预防为”主。

，的方针同时管道地质灾害防治措施的制定应当
，建立在充分的地质条件分析的基础上并坚持因地。

，制宜的原则修建水工保护工程结构时注意适应
，，，土壤特性因势利导尽量考虑疏通防止地表水
，沿管道方向汇集绝不能把水工保护工程修成挡水 ,,,。

，工程苏丹区项目自管道投产之初先后投入 ,。

大量人力和资金开展区域治理及水工保护工作
图季节河年后改道 , ,,,,,,::,
,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,::, ,,,, , 防治对策制定的基本条件 ,,,
特殊土体侵蚀 ,,,、区管道穿越条大型季节河尼罗河以及数 ,, ，，不清的大小冲沟其中尤以季节河产生的危害最埋地管道会不可避免地遭遇特殊土体侵蚀问。

，。

、大对于处于热带草原上的季节河每至雨季则泛题苏丹六区原油外输管道涉及到如膨胀土湿陷
，，、。

滥成灾其河床具有一定的游荡性属于平面上非性砂黄土盐渍土等土体造成的地质灾害问题。

稳定性河道反映在穿越管道的安全上则由于河道黑棉土 ,,,,,，，深泓线摆动发生主槽移位导致管道外露从而影
，黑棉土是一种胀缩性极强的灰黑色粘性土具。

响管道的安全对于这种游荡性河流的管道水工保 ,,,，,有浸水承载力衰减等特性加之渗透系数小 ,，护问题设计中不仅要详细调查管道穿越段的长期 ),,,，，，因此容易产生地基变形造:,,×,:,,,。

，。

蚀以此观之加强对当地水文地质资料的收集分灾害治理的重中之重
析和对于开展有针对性地水工保护具有十分重要的其他防治 ,,,,,。

意义，
除了对河岸土坝进行夯实采取导流排水措施,，,,:，，外还采用土工布大面积覆
盖土坝并利用编
，, 织袋装土顺坡堆砌有效地防止了土体的滑塌新防治对策制定的的分类 ,,, 冲沟防治 ,,,,, ,,。

旧河道交汇处是洪峰的顶冲点如图所示为 , ，、，，针对水力侵蚀所造成的冲沟采取导流排水防止此处溃坝生成新的
河道除筑坝夯实外在迎。

，。

工程加固和水工保护等措施相结合的方法对冲沟水坡面也堆砌了沙袋
形成柔性防护墙。

的不同部位采取不同的治理措施在沟头上游汇水年的洪水造成处发生长
的 ,::,,,,,, ,,:, ，,区修截水沟防止地表水流排入沟内冲沟中部则，管道裸露后在悬空管道采用管墩支撑再进行回填。

存在沟壁不稳和沟床不稳的问题采取了削坡减，。

，夯
实并在回填土上抛石然而年大致在 ,:::
、,重挖出不稳定沟壁沿冲沟两岸侧壁顶部修截水。

同一位置又发生大面积管
道裸露和大跨度悬空为。

沟引走地表水，了进行彻底整治在考虑洪水冲击力和河床下切速
，度等因素前提下首先对该段管道进行深埋并对管。

，道进行打桩支撑为防止河道的进一步冲蚀在埋滑坡防治 ,,,,,
，管上方用混凝土浇筑导流明渠导流明渠沿河流长、，在治理滑坡滑塌一类
的土壤重力侵蚀时将，。

约横向宽为防止河水泄落下后对明 ,:,,:,。

其与防治
季节河洪水冲蚀及河流横向摆动相结合
，渠基础的淘蚀在泄流端下筑高的砌石灌。

,,,, 这样做是由区管道沿线的地貌特征所决定的如 ,。

，浆防蚀墙同时在其结构表面按照水流流动特性，、前所述区管道在处两条季节河 ,,,,,,,,,,,。

进行形状设计以减小阻力防蚀墙建好后用沙土回，，的大型冲沟两
岸砂黄土层深厚且垂直节理发
，填夯实又在混凝土明渠的上下游抛石笼作为下泄。

、。

，育在雨季时易发生滑坡滑塌与此同时季节。

、河对管道覆土冲蚀也最严重年年连 ,::, ,:::
、、续两次大洪水使河道横向移位管道裸露淘空河
、，床滑坡滑塌冲沟下切等等使得这两个区域成为， ,洪水的消能机构防止墙基础被淘蚀如图所 ,
,。

示
、图季节河导流明渠消能及防冲淘机
构 , ,,,,,，,,,, ,,,,,,,,,,,,:,,:,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,:,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,:,, ,,,,
“”砂黄土台面落差是造成窝形坑蚀的前提条
结论与建议 , 。

，件一般情况下台面的下侧面是绕流分离后流体。

，，涡漩形成的开始因此在现场观察发现绝大部苏丹六区原油外输管道途经地区地形地貌复。

分台面的下侧面都留有深浅不一的圆型小蚀坑圆，，，杂不同区块各具特点因此地质灾害防治难度
“”，型小蚀坑逐渐变大发展成窝形蚀坑连片。

，大前几年开展的水工保护工作成效显著然而。

，后形成下切因此为阻止下游河床的继续下切，通过对上述地质灾害类型的分析发现尚有一些重和溯源
,,,: 。

稳定关注尼罗河穿越段管道的冲刷趋势 ,,,对盐渍土的防控可以在管定铺设夯实的灰土
，,层以隔断地表水下渗以非盐渍土类的粗粒土回区原油管道采用定向钻技术自西而东穿越尼 ,，。

填管沟各段有害毛细水的上升。

，罗河管道穿越段水面宽平均水深,,,, 。

， , 东岸受河水冲刷地势陡峭河西岸地
势 ,,,,。

，平缓平均穿越深度根据钻探取样穿 ,,,,, ,参考文献,、越处地质特性由上至下依次为中沙层碎石层及 ,,,。

，强风化砂岩层考虑到尼罗河汛期水势凶猛对 ,, ，，，、赵忠刚姚安林赵学芬等长输管道地质灾害的类型防 ,,，、河床及东岸冲刷厉害应对该处管道埋深冲刷破 ,, ，，,,,控措施和预测方法石油工程建设:, ,::,,, ,:)。

坏状态进行定期检查利用水声学原理测量穿越带 ,,, ,,,,, 中华人民共和国水利部水保号土壤侵蚀分类分级标准、。

,,,, 水底地形及时掌握河床状况等而对于河水冲
,, , ，北京中国水利水电出版社,, ,,,:,，涮厉害的河东岸也应采用如沙袋等一定的柔性防 ,, ，蒋长春林荣飞苏丹上阿特巴拉工程黑棉土防渗料的开采及 ,,。

冲设施进行防护 ,, , ，，,碾压商品与质量学术观察:, ,:,,,,,,, ,, ,, ，苏建德沙漠区沙土类土湿陷性研究岩土工程界,,:,
，,,::,,,,),:,
,, ,, 梅云新马惠宁管道地质灾害类型及水工保护问题油 ,,:, 充分重视特殊土体造成的侵蚀 ,,, ，，,,,气储运,::,,, ,,,,),,,、、特殊土体如膨胀土湿陷性砂黄土盐渍土对 ,, ,, 陈情来西气东输管道工程沿线黄土滑塌对策石油规 ,,:,。

，，,,,管道的侵蚀也不能忽视这种侵蚀所造成的灾害已划设计,::,,, ,,:),,,
,, ,, 赵应奎西气东输工程管道线路地质灾害及其防治对策 :,:, 。

经逐渐显现比如胀缩性极强的膨胀土已经造成某
，，,,,天然气与石油 ,::,,: ,,,),:,。

些阴保室和阀室的地坪出现下沉和开裂破坏若建 ,, ，，高红时崇林石忠苏丹区原油管道尼罗河定向钻穿越技 ,,, 筑物的基础沉降至管道本体则必定对管道施加额外 ,, ，，,,,术油气储运:,,::,,, ,:,:),,,，。

，载荷存在断裂破坏的风险因此应尽早对已经 ,, ，，帅健王晓霖左尚志地质灾害作用下管道的破坏行为与防 ,,，,出现沉降的管段的土壤采取相应处置措施如在 ,, ，，,,,护对策焊管:,,::,,, ,,),,,,，条件允许下可以进行土壤置换否则在完成基础 ,, ，，梁伟高德彬周义某输油管道线路工程地质问题及其防 ,:,
,, ，，,,,治山西建筑:,,::,,, ,,,),:,、沉降恢复性抬升之后可采取快速开挖快速回填的。

，分段施工方法建议在管沟回填距地表时:,,,
，，应快速碾压夯实加高管堤以保持土层中的水分。