聲學(xué)探測(cè)技術(shù)在海底石油管線鋪設(shè)后調(diào)查中的應(yīng)用

王文龍,熊指南

(1.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司,廣東 湛江 524057; 2.天津市陸海測(cè)繪有限公司,天津 300191)

在海水中,光波和無(wú)線電波衰減較快,傳播距離有限; 與它們相比,聲波在海水中的傳播性能更好,水聲技術(shù)被廣泛應(yīng)用于海洋水下目標(biāo)探測(cè)的工程實(shí)踐中,海底石油管線鋪設(shè)狀態(tài)后調(diào)查即是其重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。鋪設(shè)后裸露的海底石油管線會(huì)受到海水沖刷,加速管線的磨損; 管線懸空,會(huì)加速架空處的變形和材料疲勞,加速管線的斷裂和破損;管線路由不當(dāng),經(jīng)過(guò)了基巖區(qū)等不良地質(zhì)區(qū)域,同樣會(huì)加劇管線磨損[1]。因此,管線的裸露、懸空、不當(dāng)路由均是鋪設(shè)過(guò)程中需避免的。但海底石油管線在鋪設(shè)過(guò)程中受到復(fù)雜海洋環(huán)境的影響,布設(shè)后管線的實(shí)際路由與設(shè)計(jì)路由會(huì)有所偏差,其偏差可能會(huì)超出安全作業(yè)允許的范圍; 另一方面,海底管線周邊精確的海床狀況和海底管線的埋深及裸露情況,也是管線日后維護(hù)和運(yùn)行方案制定的必要依據(jù)。因此在管線布設(shè)后,對(duì)其自身及周邊海底環(huán)境的真實(shí)狀態(tài)進(jìn)行后調(diào)查是必要的工程環(huán)節(jié)。

目前,聲學(xué)探測(cè)技術(shù)憑其探測(cè)效率高、經(jīng)濟(jì)成本低等優(yōu)勢(shì),仍是國(guó)際上常用的海底管道安全檢測(cè)的方法。為同時(shí)滿足準(zhǔn)確和高效率的要求,通常需配合使用多種探測(cè)儀器; 同時(shí)在探測(cè)資料后處理與解譯環(huán)節(jié),多解性和不確定性也是聲學(xué)探測(cè)設(shè)備獲取資料常遇到的問(wèn)題,使得資料無(wú)法真實(shí)反映管道的在位信息?，F(xiàn)行的《海底電纜管道路由勘察規(guī)范》、《海洋工程海底地形測(cè)量規(guī)范》等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)成果各不相同,尚不能滿足當(dāng)前海底管道日常運(yùn)維服務(wù)的需要。本文提出在海底管道檢測(cè)時(shí)將各種探測(cè)手段配合使用,使各手段“取長(zhǎng)補(bǔ)短”; 在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí),將多種聲學(xué)探測(cè)設(shè)備得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,對(duì)各項(xiàng)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行相互檢核,解決單一調(diào)查設(shè)備探測(cè)資料的多解性問(wèn)題,可有效提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度。

本文分析了測(cè)深儀、側(cè)掃聲吶、淺地層剖面測(cè)量?jī)x、聲速剖面儀的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式,并分析各設(shè)備在海底石油管線鋪設(shè)狀態(tài)后調(diào)查的工程實(shí)踐中的長(zhǎng)處與局限性,進(jìn)而得出各設(shè)備配合使用,以充分滿足管線鋪設(shè)狀態(tài)后調(diào)查工作的方法[2-5]。

1 儀器原理與技術(shù)特點(diǎn)分析

1.1 測(cè)深儀

測(cè)深儀是利用超聲波遇到介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生反射的原理來(lái)測(cè)量水深的儀器[6-7],測(cè)量時(shí)借助換能器發(fā)射超聲波,超聲波在水中傳播遇到海底后,發(fā)生反射、透射和散射,反射回來(lái)的回波被換能器接收,通過(guò)測(cè)量發(fā)射波及反射波的時(shí)差來(lái)完成測(cè)量。根據(jù)回聲發(fā)射技術(shù)特點(diǎn),可分為單波束測(cè)設(shè)儀和多波束測(cè)深儀。其測(cè)量過(guò)程和原理可表示為:

其中,V代表聲波在水體中的平均傳播速度,t代表?yè)Q能器發(fā)射和接收到回波的時(shí)間間隔,S代表聲波的單程旅行距離,即換能器到海底的距離[6-8]。換能器到水面的距離可通過(guò)探頭桿的刻度讀出,加上換能器到海底的距離,即為所測(cè)的水深[6-7],如圖1、圖2所示。該類設(shè)備既具有傳統(tǒng)的模擬記錄功能,又擁有先進(jìn)的DSP(數(shù)字信號(hào)處理)技術(shù),同時(shí)能在水下對(duì)水底目標(biāo)進(jìn)行跟蹤探測(cè),并且受惡劣水文環(huán)境和復(fù)雜地貌的干擾小,探測(cè)精度高,得到的水聲數(shù)據(jù)真實(shí)穩(wěn)定可靠。通常采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口可方便地與計(jì)算機(jī)、涌浪補(bǔ)償器、GPS 等測(cè)量設(shè)備相連接,實(shí)現(xiàn)對(duì)水深的自動(dòng)化實(shí)時(shí)精確涌浪改正。

圖1 測(cè)深儀Fig.1 Sounder

圖2 超聲波回深測(cè)深示意圖Fig.2 Schematic of supersonic echo sounding

采用測(cè)深系統(tǒng)進(jìn)行管線裸露目標(biāo)探測(cè),能對(duì)精確尋找管線,給出坐標(biāo)位置,并展示周邊的海底面狀況,可用于管線路由及其周邊底質(zhì)情況的勘測(cè),可清晰分辨鋪設(shè)后懸空的管線目標(biāo),但裝備的探測(cè)能力受水深影響較大。

1.2 側(cè)掃聲吶

側(cè)掃聲吶系統(tǒng)利用回聲測(cè)深原理探測(cè)海底地貌和水下物體的設(shè)備,主要用于海底成像,如圖3。又稱旁側(cè)聲吶或海底地貌儀。側(cè)掃聲吶采用拖曳法測(cè)量,工作時(shí)由拖魚兩側(cè)的換能器基陣先發(fā)射一定頻率的電脈沖,然后轉(zhuǎn)換成聲脈沖向兩側(cè)海底發(fā)射,聲波在海底或水中物體傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射并按原傳播路線返回,換能器將接收到的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成一系列電脈沖,然后經(jīng)過(guò)處理顯示在顯示器的一條橫線上,每一次的回波數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)換成一條一條的橫線,有序排列后就形成了反映海底地貌的聲學(xué)圖像[9-13]。依據(jù)聲圖像的灰度變化,對(duì)海底地貌的起伏變化狀況進(jìn)行清晰地判斷,并分析圖像不同紋理判讀底底質(zhì)類型,還可通過(guò)分析目標(biāo)陰影及尺度判讀海底管線的出露情況。該設(shè)備接收的是聲強(qiáng)信號(hào),利用成像軟件可以給水下地物更好的視覺表現(xiàn)效果。

圖3 側(cè)掃聲吶Fig.3 Sidescan sonar

設(shè)備一般內(nèi)置的艏向設(shè)置、橫搖和縱搖校正保證拖體的準(zhǔn)確定位。下圖4為側(cè)掃聲吶測(cè)量目標(biāo)物高度的幾何關(guān)系圖,圖中A為拖魚深度,B為拖魚到海底的高度,C為拖魚到目標(biāo)物的斜距,D為聲圖陰影區(qū)長(zhǎng)度,E為目標(biāo)物的高度。由相似三角形原理可得,目標(biāo)物的高度E=D/(C+D)×B[9-10]。

圖4 側(cè)掃聲吶幾何關(guān)系圖Fig.4 Geometry diagram of the sidescan sonar

該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是可以利用影像方便準(zhǔn)確地進(jìn)行地物判別,且設(shè)備的使用不受水深的影響。其局限性是獲得的是水下影像; 越向兩側(cè)延伸,影像變形會(huì)越明顯; 無(wú)法獲得水深數(shù)據(jù),且定位精度相比于多波束測(cè)深設(shè)備較差,無(wú)法獲取海底管線的準(zhǔn)確路由及其周邊的準(zhǔn)確地形位置信息。

1.3 淺地層剖面儀

當(dāng)前淺地層剖面測(cè)量設(shè)備主要借助于參量陣技術(shù)(又稱非線性技術(shù),差頻技術(shù))得以實(shí)現(xiàn)[14-15],由于在高聲壓下聲波傳播具有非線性特性,采用兩組頻率接近 100 kHz的高頻換能器作為主頻進(jìn)行發(fā)射,兩組高頻聲波信號(hào)相互作用,會(huì)產(chǎn)生新的、頻率很低的聲波,稱為次頻[14-15],參量陣技術(shù)就是利用這種次頻來(lái)穿透地層,提供剖面數(shù)據(jù),如圖5所示。假設(shè)海底具有多層結(jié)構(gòu),將海底不同界面的巖石密度用ρ表示,聲波傳輸速度用c表示,當(dāng)聲波由換能器發(fā)射到海底及以下界面時(shí),會(huì)產(chǎn)生反射和透射,聲波在海底不同界面形成的反射層次都會(huì)被換能器接收,其反射系數(shù)R可通過(guò)式(2)計(jì)算得出[14-16],如圖6所示。

圖5 淺地層剖面儀Fig.5 Sub-bottom profiler

圖6 淺地層剖面儀工作原理Fig.6 Sub-bottom profiler fundamental diagram

地表的反射強(qiáng)度與相應(yīng)的反射系數(shù)R呈正相關(guān)關(guān)系。淺地層剖面儀通過(guò)接收聲波在海水和沉積層傳播過(guò)程遇到聲阻抗界面產(chǎn)生的反射信號(hào),得到海底淺部地層結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等信息,通過(guò)聲學(xué)剖面圖可以反映海底地質(zhì)情況和管線賦存狀態(tài)[14-23]。主要用于探測(cè)管線的埋設(shè)深度和位置,也可探測(cè)管線的裸露和懸空情況,特別對(duì)于新埋設(shè)的管線探測(cè)效果更佳[23-27]。

相較于測(cè)深儀和側(cè)掃聲吶,淺地層剖面儀使用更低頻率且更強(qiáng)能量的聲信號(hào),信號(hào)在各個(gè)聲速界面上形成反射,水聽器接收回波信號(hào),對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析后即可獲得聲學(xué)地層圖像。

1.4 聲速剖面儀

此類設(shè)備一般采用環(huán)鳴法直接測(cè)量聲信號(hào)在固定的已知距離內(nèi)的傳播時(shí)間進(jìn)而得到聲速[28],用于矯正測(cè)深儀、淺地層剖面設(shè)備的聲速剖面,如圖7所示。在管線后調(diào)查過(guò)程中,用于精確分析勘測(cè)海域的聲場(chǎng)環(huán)境,配合其他聲學(xué)設(shè)備使用。

圖7 聲速剖面儀Fig.7 Sound velocity profiler

2 設(shè)備應(yīng)用方法

管線后調(diào)查需查明管線區(qū)域海底環(huán)境,包括: 水深、地形、地貌。海底管線路由、埋深及裸露情況是后調(diào)查的重要內(nèi)容。調(diào)查結(jié)束后將調(diào)查結(jié)果歸納整理,評(píng)估海底管線的安全狀況,支撐海底管線的安全生產(chǎn)和后期維護(hù)等工作。根據(jù)前文所分析的4種水聲探測(cè)設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn),主要依據(jù)《海洋工程地形測(cè)量規(guī)范(GB 17501—2017)》、《海底電纜管線路由勘察規(guī)范GB/T 17502—2009》、《海道測(cè)量規(guī)范 GB 12327—1998》、《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范 JTS 131—2012》、《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范GB/T 18314—2009》、《海洋調(diào)查規(guī)范 GB/T 12763—2007》、《港口工程技術(shù)規(guī)范(1987)》、《海上平臺(tái)場(chǎng)址工程地質(zhì)勘查規(guī)范 GB/T 17503—2009》、《測(cè)繪作業(yè)人員安全規(guī)范 CH 1016—2008》、《測(cè)繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收 GB/T 24356—2009》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,設(shè)計(jì)如下設(shè)備應(yīng)用方法,以完成后調(diào)查工作,流程圖如圖8所示。

圖8 應(yīng)用方法流程圖Fig.8 Flowchart of the application method

第1步: 側(cè)掃聲吶海底地貌調(diào)查。查明管線路由區(qū)域的海底地貌、明顯障礙物情況; 查明管線裸露和懸空情況。以海底管道為中央線,平行于中央線共布設(shè) 2條聲吶測(cè)線,測(cè)線距路由中央線的距離需保證條帶間的覆蓋重疊率達(dá)到100%,實(shí)現(xiàn)海底管道全覆蓋掃測(cè)。選取合適的高低頻量程,測(cè)量中航速保持在4節(jié)左右,保證聲吶圖像清晰。

第2步: 測(cè)深儀每天作業(yè)前,使用聲速儀對(duì)海水聲速剖面進(jìn)行測(cè)量,并計(jì)算得出平均聲速,精確量取換能器的吃水深度,在測(cè)深儀中輸入平均聲速和吃水深度。為保證測(cè)量精度,在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中,根據(jù)水深變化實(shí)時(shí)調(diào)整儀器增益[29,41]。

第3步: 單波束測(cè)深儀和淺地層剖面儀同時(shí)進(jìn)行海底水深測(cè)量和管線埋藏狀態(tài)檢測(cè),以便查明管線路由區(qū)域的水深情況和獲得管線的精確位置及埋深數(shù)據(jù)。單波束測(cè)線以海底管線為中央線,垂直于中央線布設(shè)管線探測(cè)測(cè)線,其中間點(diǎn)在路由中心線上; 淺地層剖面儀以海底管線為中央線,垂直于中央線布設(shè)管線探測(cè)測(cè)線,其中間點(diǎn)在路由中心線上; 發(fā)現(xiàn)懸跨海管位置,進(jìn)行淺地層剖面儀加密探測(cè)[30-34]。

第4步: 多波束測(cè)深儀進(jìn)行海底水深和地貌調(diào)查。多波束測(cè)線以海底管線為中央線,平行于中央線布置多波束測(cè)線,測(cè)線間距按實(shí)際水深深度的 2.5倍布設(shè),立管兩端各向外延長(zhǎng); 檢查線測(cè)線: 垂直于主測(cè)線,檢查線總長(zhǎng)度大于多波束主測(cè)線長(zhǎng)度的5%[35-38]。

3 方法應(yīng)用實(shí)例

以我國(guó)南海某油氣田群中的一條輸油管線后調(diào)查為例,檢驗(yàn)本文提出的水聲探測(cè)設(shè)備應(yīng)用方法在后調(diào)查中的應(yīng)用效果。工程實(shí)施海域海底地形平坦簡(jiǎn)單,區(qū)內(nèi)水深約64～70 m; 海底表層沉積物主要為陸源碎屑堆積,顆粒較細(xì),主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂和細(xì)砂。本次作業(yè)于2018年10月啟動(dòng),4個(gè)測(cè)量人員、1條測(cè)量船同時(shí)作業(yè),歷時(shí)7 d。海底管線檢測(cè)工程中的物探調(diào)查作業(yè)使用WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng);采用當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?潮位改正采用預(yù)報(bào)潮位;使用導(dǎo)航定位軟件 Hypack 2008的導(dǎo)航處理模塊處理導(dǎo)航數(shù)據(jù); 地域圖由水深數(shù)據(jù)導(dǎo)入 CARIS HIPS and SIPS 7.0軟件,經(jīng)后處理后生成; 所有裸露及懸空狀態(tài)下的數(shù)據(jù)由側(cè)掃聲吶、淺地層剖面儀和多波束測(cè)深儀數(shù)據(jù)提供,作為管線狀態(tài)分析依據(jù); 在管線資料后處理與解譯前,首先識(shí)別淺地層剖面圖上的干擾波,去除影響管線判讀的假信號(hào),然后根據(jù)聲波反射帶回的地層信息對(duì)海底地層進(jìn)行層序劃分,結(jié)合測(cè)區(qū)資料判讀海管在位狀態(tài),計(jì)算海管埋藏深度[39-41]。

3.1 儀器設(shè)備選擇

本次調(diào)查使用的單波束測(cè)深儀為無(wú)錫海鷹加科公司生產(chǎn)的 HY1600精密淺水回聲測(cè)深儀; 多波束測(cè)深儀為美國(guó)生產(chǎn)的 ResonSeaBat T50P型多波束;地貌測(cè)量設(shè)備為美國(guó)EdgeTech公司生產(chǎn)的4200MP側(cè)掃聲吶系統(tǒng); 管線探測(cè)設(shè)備分別為德國(guó) Inomar公司生產(chǎn)的 SES 2000淺地層剖面儀。同時(shí),采用HY1200聲速剖面儀,以修正矯正測(cè)深儀、淺地層剖面設(shè)備的聲速剖面。

3.2 測(cè)線布設(shè)

3.2.1 水深測(cè)量計(jì)劃測(cè)線布設(shè)

單波束測(cè)線: 以海底管線為中央線,垂直于中央線布設(shè)管線探測(cè)測(cè)線,其中間點(diǎn)在路由中心線上,測(cè)線長(zhǎng)度200 m,測(cè)線間隔為200 m。

多波束測(cè)線: 以海底管線為中央線,平行于中央線布置多波束測(cè)線,測(cè)線間距按實(shí)際水深深度的2.5倍布設(shè),立管兩端各向外延長(zhǎng)50 m,測(cè)線整體覆蓋寬度為200 m。

檢查線測(cè)線: 垂直于主測(cè)線,檢查線總長(zhǎng)度大于多波束主測(cè)線長(zhǎng)度的5%。

3.2.2 側(cè)掃聲吶測(cè)量計(jì)劃測(cè)線布設(shè)

以海底管道為中央線,平行于中央線共布設(shè)2條聲吶測(cè)線,立管兩端各向外延長(zhǎng) 50 m,測(cè)線距路由中央線的距離為100 m。

3.2.3 淺地層剖面儀測(cè)量計(jì)劃測(cè)線布設(shè)

以海底管線為中央線,垂直于中央線布設(shè)管線探測(cè)測(cè)線,其中間點(diǎn)在路由中心線上,測(cè)線長(zhǎng)度200 m,測(cè)線間隔為200 m。

3.3 后調(diào)查結(jié)果及分析

3.3.1 多波束數(shù)據(jù)處理

多波束數(shù)據(jù)處理采用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件 CARIS HIPS and SIPS 7.0,數(shù)據(jù)處理前先進(jìn)行項(xiàng)目建立與數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、聲速剖面改正、潮位數(shù)據(jù)改正等預(yù)處理措施,然后對(duì)測(cè)線文件進(jìn)行線模式編輯和SUBSET模式編輯,最后對(duì)采集到的水深數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮,生成管線路由區(qū)域的地域圖[41-45]。地域圖中不同顏色代表不同的水深信息,顏色較深的區(qū)域海管沖刷比較嚴(yán)重。圖9顯示海底裸露管線多波束圖像; 圖10顯示懸空管線的判斷需要結(jié)合多波束側(cè)視圖進(jìn)行判斷。對(duì)地域圖進(jìn)行子區(qū)分析,可以直觀讀取裸露、懸空海管的管頂標(biāo)高、海底標(biāo)高。圖11為本次調(diào)查管道路由多波束圖像,可清晰地顯示本次調(diào)查的輸油管線與未知管纜相交,相交處管纜上方存在壓塊維護(hù),相交處兩管纜均處于埋藏狀態(tài)。

圖9 裸露管道多波束圖像Fig.9 Multibeam image of exposed pipelines

圖10 懸空管道多波束圖像Fig.10 Multibeam image of suspended pipelines

圖11 海底管線路由多波束圖像Fig.11 Multibeam image of submarine pipeline routes

3.3.2 聲速改正

為提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度,每天進(jìn)行水深測(cè)量作業(yè)前,使用聲速剖面儀測(cè)量海水不同深度的聲速,推算出該地區(qū)海水的平均聲速。聲速剖面儀處理程序可以顯示當(dāng)前的聲速剖面曲線,通過(guò)讀取聲速剖面曲線上每個(gè)點(diǎn)的聲速求和除以點(diǎn)數(shù)求取平均聲速。使用聲速儀直接測(cè)量各層水體的聲速,與測(cè)深儀的設(shè)計(jì)聲速進(jìn)行比較后得出改正數(shù),從而進(jìn)行測(cè)深儀聲速改正[28,46]。

表1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量聲速表

3.3.3 聲吶數(shù)據(jù)處理

使用專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件 Discover 4200 MP 2.00對(duì)聲吶數(shù)據(jù)處理,在進(jìn)行聲吶圖像判讀前,先進(jìn)行聲速、潮位校正,通過(guò)調(diào)節(jié)合適的增益使采集到的海底圖像達(dá)到最佳效果。對(duì)于檢測(cè)到的海底裸露管道,聲波傳播至此會(huì)形成較強(qiáng)的反射和散射,在聲吶記錄圖上為黑色的條帶目標(biāo)物,如圖12所示; 對(duì)于懸空管道,由于海管懸跨,管線下方距離海面有一定空隙,聲波可以穿過(guò)此空隙傳播至管道背面一定距離,在聲吶記錄圖上為黑色條帶后方間隔一段時(shí)間后形成管道遮擋的白色陰影[11,47],如圖13所示。

圖12 裸露管道聲吶圖像Fig.12 Sonar image of exposed pipelines

圖13 懸空管道聲吶圖像Fig.13 Sonar image of suspended pipelines

3.3.4 淺地層剖面儀數(shù)據(jù)處理

淺地層剖面儀在橫切海底管道進(jìn)行測(cè)量時(shí),可將海底管道看做一個(gè)繞射點(diǎn),在淺地層剖面儀的波束角范圍內(nèi),接收到管頂?shù)睦@射波,最終會(huì)形成以拋物狀曲線為標(biāo)志的繞射圖像,如圖14所示。根據(jù)繞射曲線頂點(diǎn)至海底的高度(h)與海底管道的管徑(Φ)大小關(guān)系可判斷出管道埋藏(h＜0)、裸露(h＞0,h＜Φ)、懸空(h＞0,h＞Φ)的空間狀態(tài)。

圖14 淺剖繞射曲線示意圖Fig.14 Schematic of the sub-bottom profiling diffraction curve

使用淺地層剖面儀系統(tǒng)自帶的數(shù)據(jù)后處理軟件ISE2.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,由于受作業(yè)環(huán)境、采集設(shè)備以及地質(zhì)條件等因素的影響,反映淺地層聲學(xué)特征的記錄剖面圖上可能存在各種各樣的干擾信號(hào)。一方面可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)設(shè)備發(fā)射脈沖寬度、頻率、增益等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,另一方面可建立纜溝、電纜、地層圖像樣本庫(kù)進(jìn)行比對(duì)分析,提高判讀的準(zhǔn)確性。圖15為管線在不同空間狀態(tài)下的淺地層剖面圖。將管道正上方位置記為管頂標(biāo)高,管道正上方/下方海底泥面位置記為海底標(biāo)高,海底標(biāo)高減去管頂標(biāo)高即為管線的埋藏深度。

圖15 海底管線不同空間狀態(tài)剖面Fig.15 Profile of submarine pipelines in different spatial states

3.3.5 管道綜合調(diào)查結(jié)果分析

將多波束、側(cè)掃聲吶、淺剖多種數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行綜合對(duì)比分析,可得出管線路由的平面位置及相應(yīng)的埋藏深度。為了方便查看管線路由信息,將平面位置坐標(biāo)距管線起點(diǎn)的距離以KP值表示,以KP值為橫坐標(biāo),管線各坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的管頂標(biāo)高為縱坐標(biāo),繪制了管線縱剖面圖,圖16。

圖16 輸油管道縱剖面圖Fig.16 Longitudinal profile of oil pipelines

經(jīng)查,該工程輸油管道存在7處埋藏,埋藏總長(zhǎng)度為 268.8 m,占探測(cè)總長(zhǎng)度的 1.30%,存在 2處懸空,懸空長(zhǎng)度為 10.5 m,占探測(cè)總長(zhǎng)度的0.05%,裸露總長(zhǎng)度 20 432.9m,占探測(cè)總長(zhǎng)度的98.65%。另外,可將調(diào)查數(shù)據(jù)分析生成詳細(xì)的管線埋深表。

4 結(jié)論

聲學(xué)探測(cè)技術(shù)在海洋調(diào)查,特別是海底的工程探測(cè)領(lǐng)域,一直發(fā)揮著不可或缺的作用。本文首先明確了要探討解決的海洋工程技術(shù)問(wèn)題,進(jìn)而以問(wèn)題為導(dǎo)向,有針對(duì)性地從相關(guān)聲學(xué)探測(cè)裝備的工作原理出發(fā),分析了 4種裝備在解決本文所研究問(wèn)題方面的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。在此基礎(chǔ)上給出了應(yīng)用 4種聲學(xué)探測(cè)技術(shù)裝備,滿足海底石油管線鋪設(shè)后調(diào)查工程技術(shù)需求的方法步驟,最后以我國(guó)南海某油氣田群中的一條輸油管線后調(diào)查為例對(duì)得出的方法進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證,本文提出的應(yīng)用水聲探測(cè)設(shè)備開展石油管線鋪設(shè)狀態(tài)后調(diào)查的方法是可行的,能夠有效滿足對(duì)管線裸露、懸空情況以及管線路由情況的后調(diào)查工程需求?？梢娭贫ü芫€的后調(diào)查方案,需要考慮調(diào)查海域的底質(zhì)、水深等多種情況,并綜合考慮選擇探測(cè)設(shè)備,發(fā)揮各種技術(shù)類型設(shè)備的優(yōu)勢(shì),獲得理想的調(diào)查結(jié)果。

要獲得獲得準(zhǔn)確可靠的成果,需要技術(shù)人員在熟悉儀器原理和區(qū)域環(huán)境的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)運(yùn)用各型設(shè)備,正確甄別信號(hào)、提取數(shù)據(jù),并有效解決探測(cè)數(shù)據(jù)的多解性等問(wèn)題,也就是說(shuō)技術(shù)人員的能力和水平是決定性因素之一。此外,除本文介紹的水聲探測(cè)設(shè)備外,電磁感應(yīng)法探測(cè)、海洋磁力測(cè)量等技術(shù)手段也是后調(diào)查的可選項(xiàng),對(duì)于更為復(fù)雜的后調(diào)查工作需求,可將多類設(shè)備配合使用,以達(dá)到最佳的調(diào)查效果。