海底管道声学探测方法中的问题分析
在海底油气输运过程中，由于海洋环境的特殊性和复杂性，海底油气管道自身的安全受到极大挑战，尤其处于暴露、甚至悬跨状态后，管道极易失效。在海底管道检测中，为获知海管的赋存状态，确定其埋深、暴露长度、悬跨高度等在位信息，多借助于高频浅地层剖面仪（简称浅剖）和侧扫声纳等声学探测设备。 通过对黄河口埕岛油田、海南东方1-1气田及杭州湾海底管道路由调查资料的分析发现，受海底底形、作业工况等影响，以及浅剖、声纳探测资料多解性的干扰，经常造成对管道状态的误判，具体表现为:使用浅剖资料分析时，管道埋藏状况判别不明;使用声纳资料分析时，悬跨段高度、长度的确定存在困难。 针对以上问题，建立“管道—海床”共存的地质模型，根据地震勘探原理对浅剖、侧扫声纳的探测过程进行正演模拟。将模拟记录图像与实际探测资料比对表明，海底斜坡、凹坑等特殊地形处的探测资料不能真实反映管道的在位信息。在探测资料解译阶段，应将实测图像回归到地质演化环境中评估海底管道的赋存状态，分析影响管道状态的地质因素，剔除因仪器自身原理产生的探测图像变形、资料多解性等问题。 论文的主要研究进展及取得的认识如下: (1)当海底管道位于斜坡、凹坑等海底不平整地层时，浅剖探测图像中地层反射界面的偏移常混淆管顶界面与海底的位置关系，造成悬跨管道被海床掩埋的假象;通过Kirchhoff积分叠后偏移方法将浅剖探测资料进行偏移归位是一种有效的方法，可还原海底的真实地形，消除解释陷阱。 (2)侧扫声纳对海底斜坡处管道进行探测时，管道在拖鱼浅水侧的声学阴影宽度明显小于深水侧宽度，造成管道悬跨高度在浅水侧被压缩、深水侧被放大，干扰真实悬跨高度的判定;基于声纳探测的几何关系，通过数值推演的方法修正斜坡处管道的悬跨高度。侧扫声纳对海沟内的管道探测时，由于沟槽边坡的遮挡及管—沟识别特征的相互叠覆，使得对管道在位信息的检测难以实现，在调整声纳波束入射角度未果的情况下，应采用条带测深系统等精确测量设备完成对管道状态的检测。 (3)由于管跨支点处土体强度降低而使支点位置逐渐向两端移动，且土体在管跨端点的掩埋范围短期内并未改变，使得其实际位置难以通过侧扫声纳探测获得，声纳图像显示的悬跨长度往往小于实际长度。 (4)受物源和动力因素的双重影响，在沉积环境较复杂的近岸及河口区，海底管道的赋存状态主要受控于路由区地形的长期演化趋势和短期季节性调整。诸如活动性沙波迁移、季节性暴风浪冲刷造成海床动态变化，海底沉积物软硬不均导致的海床差异冲蚀、块体运动等，在破坏海床稳定性的同时也威胁到管道的运行安全。 本文研究成果的创新性主要体现在:在海底动力地貌理论的背景下，结合地球物理勘探中的处理方法，解决海洋工程运行中的现实问题，弥补了地质解释中处理方法的不足，提升了地质解译的表现力。通过对海底管道声学探测过程的正演模拟，揭示特殊地形处的探测假象与解释陷阱，提出相应的修正措施应用于工程实践，对海底管道的检测与维护具有较大的实际意义。
油气运输;海底管道;声学探测技术;设备维修
中国海洋大学
硕士
海洋地质
曹立华
2015
中文
TE973.92
66
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）