多波束测深系统在海底输油气管道检测中的应用.pdf

127第11期多波束测深系统在海底输油气管道检测中的应用李辉詹燕红（中海石油技术检测有限公司天津3 0 0 4 59)摘要】海底输油气管道的安全稳定运行受多方面因素影响，这其中的海潮周期性涨落因素尤为突出，其以长期冲刷海底管道附近海床为表现形式，以造成海底管道出现裸露、悬空乃至位移等表现后果严重威胁管道安全。因此，需要时刻掌握海底输油气管道位置与掩埋状态，这是做好应对措施的关键。多波束测深系统作为近年来一种非常适合进行海底输油气管道检测的技术其在掌握输油气管道位置与掩埋状态方面具有独特优势。基于此，本文以锦州9-3 油田海域海底三条输油气管道为例，就采用多波束测深系统如何有效确定海底管道位置和掩埋状态进行了详细阐述。【关键词】海底输油气管道；多波束测深系统；管道位置；掩埋状态随着我国海上油气开发力度的不断增大，越来越多的海上输油气管道投入运行，然而随着管道运行时间的增加以及在管道运行过程中内部外介质、洋流等等多方面因素影响，不可避免的会出现内外腐蚀、损坏等现象，甚至会造成介质泄漏等安全环保事故，存在重大安全隐患，因此为了确保海底油气管道的运行状态稳定至关重要，只有这样才能及时发现并采取针对性的措施来应对海管运行中出现的安全隐患。而多波束测深作为针对海底输油气管道检测时一种重要的应用设备，其可以实现从海底管道的施工设计到后期维护运行各个流程的全过程检测，可以随时掌握管道的位置与掩埋状态，具有独特优势。1多波束测深系统概况1.1多波束测深技术优势多波束测深技术是2 0 世纪7 0 年代发展起来的一种针对海底地形地貌勘察进行测绘的新技术，与常规测绘技术相比具有更高精度、更高分辨率和更高效率等诸多优势，特别是近些年来，随着高性能计算机技术及装备制造技术的快速发展，多波束测深技术在定位精度、显示分辨率、测量范围等方面更是有了突飞猛进的发展，尤其是随着当前3 D实时检测技术在海洋输油气管道检测领域的已经普及和完善，其针对各种复杂水体环境和不同地质地貌特征下的海底输油气管道位置与掩埋状态检测优势更为突出。1.2多波束测系统关键设备目前，在我国海底输油气管道检测领域应用最多的是美国R2SONIC公司生产的Sonic2024型多波束测深仪（图1）。图1Sonic2024多波束测深仪Sonic2024是全球首台采用宽带高分辨率浅水多波束测深仪，其优势在于可以在实际应用环境中实时在线选择2 0 多个工作频率进行在线连续调频页（2 0 0-4 0 0 kHz范围内），并可以进行频率作者简介：李辉（19 8 5-），男，汉族，福建宁德人，检测检验工程师，研究方向：海洋石油工程。-128-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备调整；而且可以按照作业环境优化选择覆盖角度（在10-16 0 之间），这些优势都为用户进行复杂设备检测时提供了最佳解决方案，尤其是在分辨率、量程、扫描范围和抗声学设备互扰方面具有独特优势 2 。同时，它具有空前的6 0 kHz的信号带宽，这使其在分辨率、数据精度以及图像质量上都有优异表现。此外，Sonic2024采用网络化的模块设计和嵌入式声呐处理器，系统设计紧凑，体积小、重量轻，省电节能，使用灵活方便，不受船只限制，使Sonic2024非常适合在小船测量或ROV/AUV操作。通过更改Sonic2024多波束系统的换能器头的安装方式即可转换为前视声呐使用，不需要进行其余任何硬件的改变，能够最大限度适应不同的测量环境。主要技术指标如下：频率：2 0 0 kHz-400kHz实时可调，步长10kHz;最大量程：50 0 m;横向波束宽度：0.5；纵向波束宽度：1.0；波束数量：2 56；扫带扇区：10 to160，可在线实时调整；脉宽：10 s-500s；脉宽类型：ShapedCW;操作温度：0 Cto50C；储存温度：-30 C to 55 C。2多波束测深技术流程2.1测线布设在进行海底管道实际检测时，多波束检测因其可以进行全覆盖测量，优势明显，可以明显提高测量效率 3 。传统的单波束测线在进行布设时通常是沿着垂直与油气管道的方向，由于测线的间距一般在2 0-10 0 m之间，这就导致了测线布设数量巨大，如在2 0 14 渤西海管路由勘察项目中，当时就以2 0 m间距进行过布设单波束测线,导致了测线布设工作量很大，影响了工作效率，而多波束测线就可以不用再这么繁琐，其在进行布设的时候只需沿管道两侧一定距离平行布设两条测线甚至是沿管线布设一条测线就能达到要求，工作效率得到了明显提升。2.2安装校准和施测在进行实际测量过程中，多波束检测一般是以船体作为参照物的，这要求多波束调查中，多波束换能器的参照系、姿态传感器的参照系要同船体参照系平行或重合，电罗经的方向要同船向平行 4 。然而在实际操作作业过程中，是达不到上述那么标准的要求的，这就需要进行一定的参数调整从而减少误差对后续工作造成的影响，只有参数校准这一步完成好了，后续的施测步骤才会准确。进行安装校准主要包括三个方面，分别为电罗经安装校准、姿态传感器安装校准、DGPS校验以及多波束换能器安装校准 5。2.3检测资料处理进行海底输油气管道的位置和埋深状态确认是进行多波束检测的主要目的，多波束检测时得到的数据帮助我们进行精细分析处理，根据处理后得到的数据分析管道的位置与掩埋状态，检验管道所处的环境是否安全，管道运行是否正常。3多波束测深系统应用3.1测区信息锦州9-3 油田海域海底三条输油气管道主要包括锦州9-3 SLPW至锦州9-3 WHPE注水管线、锦州9-3 GCP至锦州2 0-2 MUQ天然气管线和锦州9-3WHPE至锦州9-3 WHPA注水管线。3.2测线布设测线布置时，以两条并行的海底管道为参考，沿路由方向布设三条测线，保证地貌调查全覆盖。上述三条测线为纵测线，做测深和地貌调查。多波束地形测量根据水深情况适当加密，在锦州2 0-2 平台附近测线间隔50 m，在锦州9-3 平台附近测线间隔3 0 m，保证管线路由全覆盖。调查中，对平台区域做详细调查。按照平台方向布设测线，保证平台周边多波束调查全覆盖。纵测线，每隔2 5、50 m做定位标记点，横测线，每隔10、2 5m做定位标记点。3.3安装多波束测深系统多波束系统固定在船舶右航，为了保证安装质量，避免因测量船摇摆，特别是船主机、螺旋桨、穿泵等机器噪音带来的误差影响，进行测量仪器安装的时候可以选择在1/2 船长处，也就是测量船重心附近的船航位置（图2）。3.4多波束水深数据处理多波束水深数据采用加拿大CARIS公司生产的专业多波束处理软件CARISHIPSandSIPS6.1129李辉等多波束测深系统在道检测中的应用第11期GPS/多波束3.2m1.5m光纤罗经图2 多波束测深仪安装示意图进行多波束数据的处理。具有作业过程为：（1）通过人机交互作业，对多波束水深数据进行转换，具体就是LineMode模式下剔除粗差，过滤掉虚假无效信号。（2）对数据进行潮位改正，潮位数据采用推算潮位进行潮位改正。（3）在SubsetMode模式下进行精细数据清理分析，具体就是按照前面测区测线的布设情况，平均每4-6 条测线为一组，逐区进行数据清理，以达到消除飞点的目的。（4）水深压缩是进行绘图编制前的一个重要步骤，这是因为多波束系统采集水深数据量极大，一些相关重叠或者超稠密的水深为无效数据，进行水深压缩时要保留最浅水深。（5）在AutoCAD平台上对水深图进行文字注记、勾绘等深线（等深线间隔为1m，海底坡度变化很复杂时，可以选择5m作为等深线间隔）、设计图幅和相应的编绘，得到最终水深（图3）。图3 CARISHIPSandSIPS6.1软件处理三维效果图3.5成图评价（1）多波束扫测数据不仅能生成需要的水深图，还能通过多波束专用软件生成多波束测量范围内的地域图，能直观的查看管道路由周围的海底地貌状况和管道的裸露悬空状况，为管道路由后期的维护治理提供基础数据居（图4）。遵仕CBAC注水管栈砂区图4 平台近端管道分布多波束效果图130-2023年第2 6 卷维修改造石油和化工设备（2）多波束测深仪能准确计算悬空海管的高度，通过量取悬空管道的管顶标高和海底标高之间的高差，减去管道的外径，能准确的计算出管道各个位置的悬空高度度（图5）。水下支撑桩水下支撑桩悬空管道海底最大县空0 54 m+图5管道悬空状态多波束效果图（3）通过海管三维模拟仿真系统可逐渐将多波束扫测的海管路由区域管缆信息整合到一起，组成局部管缆综合图，实现了海底管道运行状态的科学评价，从而为海底输油气管道的服役稳定与安全提供了详实可靠依据。4结论（1）应用多波束测深系统进行海底输油气管道的位置和掩埋状态检测优势明显，主要表现为高分辨率、高精度、全覆盖、高效率，并且越靠近海底管道布设测线，越能提高多波束设备的分辨率，实现更加清晰的输出。（2）多波束检测同样受到波束角因素的影响，其检测能力会随着海水深度增加而逐渐呈线性降低，因此只有在相对较浅的水深环境下测量精度才最高，将多波束系统安装在ROV中施测使测量系统尽可能的贴近海底是解决水深因素限制影响的一种有效方法。（3）利用多波束测深系统进行海底输油气管道掩埋状况检测主要是通过测量管道与海底面的相对高差来完成的，海底管道的掩埋深度直接关乎到该项技术的应用效果，没有完全掩埋的海底管道可以应用多波束测深技术，而完全掩埋的海底管道则并不适用。因此要全面掌握和分析海底油气管道的运行状况，需要各种技术设备（如浅地层剖面仪、侧扫声呐等物探设备）等进行综合检测，只有这样才能保证检测效果的精准度。参考文献1蔡元忠,宋波,顾斌超.海底输油管道掩埋状况调查研究 .海洋工程,2 0 0 0,18(3):9 1-9 6.2唐继蔚,刘雨.某沉船打捞作业工前礁盘多波束扫测 .海洋测绘2 0 2 2,4 2(5)2 3-2 63韩天培,王鹏飞.渤海海域某海底管道探测技术研究 .科技创新导报2 0 19(3 2)3 8-3 94卢进,骆秀媛,蔡永桥,徐龙.变径清管器的研究与应用 1.设备管理与维修.2 0 19(0 6)14 5-14 6.5王建成,何宝根,王小刚.浅论影响多波束测深系统测量精度的主要因素 .人民珠江.2 0 15,3 6(0 6)58-6 1.收稿日期：2 0 2 3-0 6-10 修回日期：2 0 2 3-10-10