浅谈海底管道后挖沟调查技术及应用

摘要：本文主要以渤海某海底管道后挖沟调查项目为工程实例，探讨海底管道后挖沟项目的调查方法及作业注意事项；提出资料处理的方法与技巧，遵循侧扫资料、水深数据、管线资料三者相结合、综合分析的原则，结合水深数据及后挖沟作业方式分析管线资料，从而获取海底管道的精确位置与埋深等数据，对挖沟机的顺利工作具有指导性作用。

关键词：海底管道；后挖沟；管沟；埋深

中图分类号： C35 文献标识码： A

海底管道是海上油气田的生命线，在海洋石油事业和经济建设中发挥着越来越重要的作用。为保证海底管道在其设计使用期限内安全运营，一般要对新铺海底管道进行挖沟埋设，海底管道挖沟埋设的方法主要有预挖沟埋设、边铺管边挖沟埋设和后挖沟埋设。目前渤海海域建设的海底管道，除了登陆的近岸段管道外，多数采用后挖沟埋设的方法。海底管道后挖沟埋设作为新铺管道埋设的一种重要手段，因此在海底管道后挖沟过程中，如何准确的调查海管的埋深尤为重要。

1、海底管道后挖沟分析

海底管道后挖沟，是指在海底管道铺设完成后，将专门的水下挖沟机骑放在海底管道上进行挖沟。随着挖沟机的前移，管道自然下沉落入沟底，管沟两侧的挖掘土靠自然回淤填到沟内，对管道进行填埋[1]。

在进行海底管道后挖沟分析时，海底管道的埋深是一个很重要的参数。海底管道的埋深即管道的埋设深度，不同于挖沟深度和覆土深度。埋设深度是指海床平面到管道顶部的高度，挖沟深度是指海床平面到管道底部的高度，而覆土深度是指管道顶部上面实际覆盖的土壤高度。本文中所探讨的埋深指的是管道的埋设深度，图1表示了三个深度之间的关系。

图1. 后挖沟分析示意图

2、综合调查方法

海底管道后挖沟调查的目的是查明后挖沟埋设海底管道的位置、状态以及埋设深度，调查过程中涉及的仪器设备类型较多，调查方法多元化，因此选用正确、合理的调查方法至关重要。本文主要以渤海某海底管道后挖沟调查项目为工程案例，探讨海底管道后挖沟调查的作业方法及注意事项。

2.1作业前期准备

（1）调查设备选用

海底管道后挖沟调查设备的选用与海底管道的埋设状态、海床地貌特征、地形特征以及路由区地层底质状态等有着密不可分的关系[2]。本文涉及到的调查项目，选择的是单波束测深仪、侧扫声纳、管线剖面仪等仪器设备。

（2）计划测线布设

计划测线的布设应根据调查设备分别布设，一般在海底管道路由两侧布设两条纵向测线作为侧扫声纳测线，测线间隔为50m（根据水深情况而定），随着水深的增加测线间隔可以适当加宽，但须保证各条带间有30%的重叠。管线探测一般是垂直于海管路由方向布设测线，测线间隔为50m，对于管道异常区段需要加密探测，测线间隔一般为20～25m，每条测线长约200～400m（根据技术要求而定）；水深测量应在侧扫声纳和管线探测时同步进行，图2所示为计划测线布设示意图。

图2. 计划测线布设示意图

2.2设备安装及使用

由于仪器设备种类较多，调查作业前需要制定科学的作业计划和程序，防止仪器互相干扰，同时提高作业效率。一般先采用侧扫声纳进行地貌测量，然后用管线剖面仪进行管线探测，并同步进行单波束水深测量。目的是根据侧扫声纳资料初步确定管道裸露或悬空区段，然后确定管线探测的加密区段，进行管线加密探测。

仪器设备的安装：侧扫声纳采用侧舷安装的方法，侧舷安装拖缆短、定位精度高、不受尾流影响，拖缆长度以拖鱼能超出船底为原则；管线剖面仪及单波束测深仪一般安装在船舷另一侧，采用固定支架垂直安装，并将单波束测深仪安装在管线仪前面；同时为获取管道的精确位置，需要将GPS天线安装在管线仪支架的正上方。图3为仪器设备安装示意图。

图3. 仪器设备安装示意图

2.3外业调查注意事项

外业调查过程中应注意以下事项：①仪器设备需要严格接地线，尤其是管线剖面仪，地线应该直接深入海水一定深度，接地既可以有效地克服噪音干扰，也可以防止仪器被强大的电流烧毁；②侧扫声纳测量时，注意量程的选取是否合适，务必保证管沟或海管在声学图谱上清晰展现，避免呈现出来的全是“白影”；③管线仪支架需要垂直安装，否则测出的海管位置误差较大；④测量过程中必须严格控制船速，地貌测量船速一般为4～5kn，管线剖面测量船速为3～4kn；⑤对于探测外径较细的海管（外径小于8寸时），可进一步放慢船速或是将计划测线布设成与海管成45°方向，增加声波切割海管的时间，实践证明此方法有效[3]。

3、数据处理及分析

海底管道后挖沟调查项目的数据处理不同于常规的海底管线物探调查项目，此类项目的特点是需要短时间内给出海管准确的位置、状态以及埋深状况，而新挖管沟扰动地层后会导致绕射波的出现，使管线资料产生多弧现象，为准确地判定管线弧的位置带来困扰。因此，海底管道后挖沟调查项目的数据处理与分析是至关重要的。

3.1侧扫资料与水深数据相结合的原则

数据处理过程中要严格遵循侧扫资料与水深数据、管线资料三者相结合的原则。根据侧扫声纳资料判断出海底管道的状态，大致分为沟内或沟外裸露、悬空、埋藏三种状态。倘若海管为沟内裸露或悬空，则需要结合水深数据、管线资料进一步分析海管的埋深。

首先我们可以根据水深数据量取管沟的深度（沟底至海底的高度），然后结合管线资料中管线弧的位置确定海管的埋深，理论上海管的埋深应小于或等于管沟的深度。图4为某处管沟中裸露或悬空输油管道典型的侧扫声纳图像及对应的水深断面图。

图4. 侧扫声纳图像及水深断面图

3.2管线弧的判定

实际调查过程中，我们发现新铺海底管道后挖沟埋设后，在外界水动力作用下，绝大部分路由区段的管沟回填效果较好，海管位于管沟底部以下，处于埋藏状态。侧扫声纳测量时，仅能发现管沟，此时必须依据管线资料来确定海管的位置与埋深。