海底输油管线(埕岛油田)悬空治理技术措施
海底管道悬空防护与治理措施浅谈
海底管道是海上油田生产系统的重要组成部分,由于管道所处海床的不稳定性,在某些海域将会出现不同程度的管道悬空,给海管的安全运营造成威胁。
治理管道悬空的方法有水泥浆袋支撑、砂袋支撑、挖沟、抛石、固定支撑、仿生水草、绕流板等方法,采用专业抛石船将碎石沿管道路由覆盖于管道上方,对悬空和裸露管道形成支撑和覆盖,从而达到治理悬空的目的。
1 海底管道埋藏状态的识别挪威船级社《海底管道系统规范》(DN V2000)规定易受损伤的管道部分以及受海底条件变化影响较大部分(如管道的支撑和埋设段)通常每年都要进行检测,其他部分至少在5a 内检测一次。
如果遇到地震、大风暴或遭受严重的机械损伤,还应进行特殊检测。
在海底管道运行期间,通过对管体与海床相对位置的定期检测可以弄清管体埋深情况,是否有局部悬空及海床冲淤变化趋势,能够及时发现管道危险,它是现今保证海底管道在役期间安全运行的有效手段。
海底管道路由调查主要通过采用高分辨海底声学设备如精密测深(多波束)、侧扫声纳、管线仪等,并进行相关的验潮、声速测量、D GPS定位等完成,通过综合地球物理调查可获得管线区海底精确的水深、地形和地貌,查明全管线的现状如是否出露、悬空以及埋深情况等,给出裸露区的准确位置、走向、长度和悬空高度及跨距;查看有无人为破坏痕迹;查明管线区的地质灾害如有无严重冲刷、浅层气等灾害性地质因素;对海底管线安全现状进行评价,为海底管线的安全生产、维护提供科学依据。
在通过多波束和侧扫声纳来获取调查海区地形地貌信息的同时,主要利用海底管线仪测量来调查海底管线的埋藏和出露情况,必要时结合潜水员探摸、R O V 等确认。
其基本原理是:仪器探头发出高频声波脉冲信号,形成球面波,当碰到海底管线时,发生反射。
在垂直于管线的方向上,连续接受反射波并记录下来,在记录剖面上,会形成一个规则的开口向下的抛物线状记录,抛物线的顶点即为管线的顶部。
利用这种特性,很容易把海底管线与周围海底沉积物区分开来,并获得海底管线相对于海底的埋深和出露高度。
埕岛油田海底管道冲刷悬空机理及对策
第 23 卷第 1 期
王利金等 : 埕岛油田海底管道冲刷悬空机理及对策
45
径426 mm时, 估算管道下的冲刷引起的最大可能悬 空高度为 0. 72 m, 该原因引起的管道下冲刷可体 现在整条海底管道。 ( 3) 结构群体影响下的冲刷 导管架腿柱、立
上述因素的联合作用下发生的, 单从理论上很难确 定出具体的数值, 必须通过模型试验确定。模型试 验水池的主要尺寸为, 长为 38 m, 宽为 8 m, 高为 1 m, 选用正态模型, 几何比尺 L = 50。 1、 试验条件及试验组别 ( 1) 根据目前埕岛油田海底管道立管支撑状态, 试验包括在波浪、海流作用下立管分别从导管架腿 柱和立管桩爬上平台时, 其海床面的冲淤形态及立 管底部的最大冲刷深度与冲刷长度。 ( 2) 试验考虑冲刷最严重的情况, 即波浪、海 流同向的情况, 具体的试验环境条件分为两种, 一 种为 50 年一遇的波浪与 50 年一遇的海流相组合, 波高 H 1 / 3 = 4. 8 m, 周期 T = 8. 0 s, 流速 v = 1. 29 m/ s。另一种为 50 年一遇的波浪与一年一遇的海 流相组合, 波高 H 1/ 3 = 4. 8 m, 周期 T = 8. 0 s, 流速 v = 0. 87 m/ s。 ( 3) 立管与相连接的水平管考虑按不同的连接 方位、不同的起始埋设深度情况进行试验。 ( 4) 试验的冲刷时间要求不低于相当于原型时 间 24 h。 ( 5) 根据以上试验条件共进行了 17 组冲刷试 验, 其中导管架结构的冲刷试验共 9 组, 4 腿导管 架主要尺寸为, 主导管直径为 1 320 mm, 10 1 双斜 布置, 工作点尺寸 7. 0 m 9. 0 m; 立管桩结构的 冲刷试验 8 组, 立管桩直径为 1 600 mm; 海底管道 直径为 426 mm 。 2、 试验结果 冲刷试验得到导管架和立管桩结构近旁的最大 冲刷深度及水平管悬空长度见表 1 和表 2。 3、 试验结果分析 ( 1) 冲刷范围仅限于结构物附近的局部, 在结 构物附近, 冲刷坑明显可见 , 离结构物一定距离即 无冲刷值。试验得到的海底管道在一般情况下, 冲 刷范围均小于 6 m, 最大悬空长度仅为 9. 5 m, 这 与实测得到的最大悬空长度 30~ 40 m 相比有较大差 距, 实际海底管道冲刷悬空长度较大主要是由于该 区海床大面积冲刷引起的。 ( 2) 水平管的起始埋管深度对冲刷后水平管悬 空长度有明显影响, 如第 D5 组、第 D7 组, 在腿柱 近端埋深较浅时, 悬空长度较大, 故埋深不足或未 埋将显著增大海底管道的悬空长度。
海底管道悬空成因及防治
海底管道悬空成因及防治
潘学光
【期刊名称】《中国船检》
【年(卷),期】2005(000)010
【摘要】海底管道是海上油田生产系统中的一个重要组成部分，维护海底管道的安全是保证安全生产和保护海洋环境的重要环节。
由于埕岛滩海油田地处黄河入海口滩海交界地带，地貌条件十分复杂，在强烈的水动力因素与不稳定的海底条件作用下，平台及海底管道附近海床遭到强烈冲蚀，使平台附近与立管连接的海底管道出现悬空现象。
裸露悬空的海底管道在海流及海浪的冲刷下，
【总页数】2页(P68-69)
【作者】潘学光
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U6
【相关文献】
1.海底管道悬空成因及防治措施 [J], 巴建彬
2.仿生水草在海底管道悬空防护中的应用 [J], 孟山雅
3.仿生水草在海底管道悬空防护中的应用 [J], 孟山雅
4.海底管道悬空治理数值模拟 [J], 单潜瑜;白兴兰
5.海底管道悬空治理数值模拟 [J], 单潜瑜;白兴兰
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埕岛油田海底管线断裂分析及措施
１ 海 管断 裂 的情况
点 方 向 约 ６ ０ｍｍ； 方 向 约 ５ ５点 ０ｍｍ ； 方 向约 ６点
埕 岛油 田位 于渤 海 湾 南部 的极 浅 海 区 域 。 至 今， 已建 成管 径 不 同 的海 底 输 油 、 气 和 注 水管 线 输 约 １０条 。 中 ． Ｂ ５ — Ｂ ５ ２ 其 Ｃ ２ Ａ Ｃ ２ Ｂ海底 输油 管线 总 长
底管 线 在失效 区域发 生 整体屈 曲（ 水平 方 向屈 曲） ，
夹角 约 １ ５ （ 图 ３ 。 ３ 。见 ） 内、 外管 变形 ， 外管裂 开 。外 管裂 开最大 宽度约
图 １ Ｃ ２ Ａ Ｃ ２ Ｂ海 管 断 裂 情 况 Ｂ５—Ｂ５
５ ０ｍｍ。破损 处外 管有 少量 海生物 。 ６ 内管未 发现海 生物 。 破损 处去 中心二 号端 外管西 侧 面紧贴 内管 ，
。
现 在 该 公 司 海 洋 采 油 厂 从 事 海 洋 采 油
平 均 厚度 约 ３ｃ 覆 盖 率 约 ７ ％） 外 管 周 向全 部 ｍ， ５ ，
断裂 ， 纹边缘 呈 犬牙 状 ． 图 １ 图 ２ 裂 见 、 。
置 距 离套管 断 裂位 置错 开 １０ｍｍ，原 芯管 焊接 位 ２
置 加 强板被 撕 裂 ， 芯管 焊 口断裂 。 埕 岛 中心 二 号至 Ｃ ２ Ａ平 台海 底输 油 管线 总 Ｂ０
长 ３０ ７Ｉ ，管线 为双层 管 结 构型 式 ．９ ８年 ７月 １ ｎ １９ 投 入 使 用 ， 内管 规 格 为 ｄ ２ ￣ ５ｍｍｘ ４ｍｍ 无 缝 钢 ３ ｌ
管夕 管规 格 为 ６ ２ ｍｘ ４ｍ 无缝 钢管 ， 质 均 ４ ６ｍ １ ｍ 材
为 １Ｍｎ ２ ０ ６ 。 ０ ９年 １ ０月 海管 发生 渗漏 ， 查发 现海 调
埕岛油田海洋用高压复合软管施工及检验方法探讨
埕岛油田海洋用高压复合软管施工及检验方法探讨摘要：海底管道是油田海上产油输送上岸的主要渠道。
海底管道悬空是发生事故的主要原因，据统计，超过80%的海底输油管线以及40%的海底注水管线存在悬空隐患。
复合软管可有效地解决海底管道悬空问题。
本文重点介绍了海底高压复合软管的施工方法及检验要求，并对关键工序的检验提出了措施建议。
关键词：管道悬空复合软管检验关键工序1工程概况埕岛油田自1993年进入规模开发以来，于1999年建成了我国第一个200万吨级浅海大油田，2011年全年共生产原油260.63万吨，天然气交气量1亿立方米。
海底管道是埕岛油田海上产油输送上岸的主要渠道。
钢制海底管线在大面积冲刷、土体塌陷、土体液化等因素作用下都有可能出现局部悬空现象；此外，裸露海底管线的存在改变了原流场形态，海底管线附近水动力加强造成的局部冲刷也可能使硬质海底管线出现局部悬空现象。
钢制海底管线悬空可能会在波流水动力作用下出现静力破坏，也可能在涡激振动长期作用下出现疲劳破坏。
这种非设计性荷载给硬质海底管线安全运行带来严重隐患。
海底复合软管是由不同功能层组成的复合管线，具有优良的耐腐蚀性、挠性、抗疲劳性以及安装简便、可重复利用等优点，在国外正逐步取代传统钢质海底管线。
复合软管的最高脉冲压力可为工作压力的5倍，安全系数高。
CB1A-CB1D平台海底注水管道路由总长约720.4m，设计寿命20年，输送温度5℃～70℃，工作压力16MPa。
立管部分采用双层管结构，水平管段部分采用海洋用高压复合软管，内径Φ140mm，长度680米，最小弯曲半径4.2m。
海洋用高压复合软管与钢管间用焊接方式连接。
2.海洋用高压复合软管的特点及检验2.1高压复合软管结构骨架层：海洋软管在使用过程中，会受到外界海水压力或环形空间渗透气体压力的作用，当海洋深度较大时可能将海管压溃，造成海管的损坏，通常软管会设计专门的骨架层防止软管压溃。
抗压层：软管输送介质压力是本项目软管设计的主要考虑因素，也是通常软管设计需要考虑的主要因素，通常海洋软管承受内压主要依靠抗压层。
海底输油管线埕岛油田悬空治理技术措施
海底输油管线埕岛油田悬空治理技术措施集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-海底输油管线（埕岛油田）悬空治理技术措施引言（1）根据目前埕岛油田海底管线出现悬空的实际情况，对海管悬空形成机理进行了分析，并对海管悬空治理的不同方案进行了综合评价，重点介绍了水下桩治理方案的制定和实施。
埕岛油田位于渤海湾南部的浅海海域，区域构造位置位于埕宁隆起埕北凸起的东南端，是一个在潜山背景上发育起来的大型浅山披覆构造。
该区从1875年开始勘探，在先期资源评价、盆地分析模拟、区带综合评价的基础上，于1988年钻探了第1口控井——埕北12井，从而发现了埕岛油田。
截止目前，埕岛油田已建成海底输油管线54条，注水管线33条。
海管悬空情况调查（2）目前，通过对61条海底管线的调查发现其中仅有5条管线未被冲刷悬空，仅占8％，管道悬空高度平均值为1.33m，最大值为2.5m。
大于等于2m的有16根，占26％，大于等于1m的有48根，占79％，可见冲刷的普遍。
从悬空长度来统计，平均悬空长度为15.1m，最大30m。
大于等于20m的为22根，占36％；大于等于10m的有43根，占70％。
如果按管道初始设计埋深为1.5考虑，则遭到最大冲深的管道从原海床面计算总计冲刷深度S＝e+D+h＝4.5m（其中e为埋深；D为管道直径，近似取0.5m；h为冲刷后管道悬空高度）。
这样的冲刷深度对海底管道来说是少见的。
除了管道处发生强烈冲刷以外，在采油平台井场范围内也出现较严重的冲刷。
海管悬空原因及模型试验（3）1海底管线悬空原因造成场区内平台及管道周围强烈冲刷的原因十分复杂，大致为以下几方面：1.1建筑物存在形成的部冲刷这种冲刷形成的原因是由于建筑物的存在而在局部范围内发生强化的水流或高速旋转的旋涡，这些水流或旋涡具有较高的冲刷（挟带泥沙）能力，从而在局部范围内形成冲刷坑。
冲刷坑范围与深度往往与建筑物尺度有直接关系。
仿生水草治理海底管道悬空情况探查及改进措施
处 ．探 查资 料显 示 ．治理 时铺设 的仿 生水 草 缺失 率 平均超过 ５ ０ ％ ，悬 空长 度 、高 度 较 治 理 前 都 有 较 大 幅度 的下 降 但 由于仿 生水 草缺失 严重 ．新 的悬 空 隐患 已经对 管道 的安 全 构 成 了威 胁 ２ ０ ０ ８年 治
Ｏ 引 言
了大 范 围推广 但从 胜利 油 田海洋 采油 厂最 近一 段 时 间的探查 资料 看 ．发 现 了新 的情 况 ．许多 管道 再
次 悬 空 本 文针 对该 情况 进行 探查 研究 ．分 析再 次 悬 空 的原 因 ．并 对应 用仿 生水 草 系统 的海底 管道 悬 空治理方案提 出了新 的改进措 施 １ 管 道悬 空现 状
理 的有 １ 处 ，治理 效 果较 好 ．悬 空 长度 ６ ｍ，高 度
０ ． ４ ｍ，治 理 范 围 内 均 发 现 仿 生 水 草 。缺 失 少 。
２ ０ １ ０年 治 理 的有 ３处 ．治 理 范 围 内未 发 现 悬 空 ．
了大 量人 力 和物力 ．在 治理 方案 上不 断探 索 ．取 得 了显著成 效 ２ ０ ０ ６年 ．引入 了海底 仿生 水草 防 冲刷 系统 ．充 分利 用海 区海 水 的高含 沙特 点 ，通过 仿 生
及 油 田注水 的重要 任 务 但 由于油 田处 于黄 河人 海 口附 近 ．海 底 表 层 多 为 黄 河 三 角 洲 的 冲 积 沙 质 粉 土 ．极 易 受 到 冲 刷 由于 近 年 来 黄 河 治 理 成 效 显 著 ，黄 河来 沙量 减少 ，再 加 上 沿岸 构 筑 物 的建 设 ， 如 防潮 堤 、进 海 路 的修 建 等 ，改变 了海 区的 流场 。
海底管道悬空成因及防治措施
２ ． ２ － ２水平 管道 下方 的冲刷 海 底 管 道 冲 刷 开 始 于管 道 与 海 床 面 之 间 的水 流 隧道 。 对 于部分 埋置 的管道 来 说， 这 种水 流 隧道可 以 因管 道 两侧 存在 一
柱 周 围引起 压力 分 布 的变化 ， 使 圆管产 生 与流 向正交 的振 动 力 ， 当该 力 的振 动频 率 与 管结 构 的振动 频 率接 近 时 ， 会 使海 底 管 道 产 生 共振 ， 其 管道 振 幅 急 剧加 大 ， 若 振
的方案 。
关 键词 ： 海底 管道 ； 管 线悬 空 ； 防 治措 施 ； 冲刷机 理 ； 仿生 水草
中图分 类号 ： Ｔ Ｅ ８ ３ ２ 文献标 识码 ： Ａ
１ 概述
海 底 管 道 是海 上 油 田生 产 系 统 中的 个 重 要组 成部 分 ， 维护 海底 管 道 的安 全 是保 证 安 全 生 产 和保 护海 洋 环 境 的 重 要 环节 。以胜利 埕岛 油 田为 例 ， 截至 ２ ０ ０ ７ 年 １ ２月 ， 已 建 成 海 底 输 油 管 道 ７ ６条 １ ４ ４ ． ４ ｋ ｍ，这 些 复杂 的海 底管 网肩负 着 埕 岛油 田原油外 输 的重要 使命 。 但 由于 埕岛 油 田地 处黄 河 口滩海 交 界 地带 ， 场 区海 洋 动力 、 浅层工程地质 、 海 底 动力 地貌 条 件 十分 复杂 ，造成 该 海 区大 面积 区 域 冲刷 ， 特 别是 在平 台附近 ， 再 加 上 由于导 管 架存 在 引起 的局部 冲刷 ， 造 成 海底 管道 立 管底 部附 近出现 悬空 现象 。 这 种 非设 计悬 空 ， 给 管道 带来 严 重安 全 隐患 ， 海流 在流 经 管道 时将 对 管道 产 生 作用力 ， 一旦 海 流 达 到 一定 的流 速 ， 管道 将 产 生涡 激振 动 ， 当 管道 悬空 超 出其 允许 长度 或者 振 动达 到一 定程 度 ， 都 可能 产 生 破坏 及泄 漏等 。 本 文根 据胜利 埕 岛油 田为 海底 管道 悬跨 的 现状 ， 就 悬 空 的成 因和 破 坏 的机理 进 行系 统化 分 析 ， 对 海 底管 道 悬 空危 害进 行 了评 估 ， 并对 海 管悬 空 治理 的 各种 方案 进行 比对 。
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海底输油管线（埕岛油田）悬空治理技术措施
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理技术措施
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引言（1）
根据目前埕岛油田海底管线出现悬空的实际情况，对海管悬空形成机理进行了分析，并对海管悬空治理的不同方案进行了综合评价，重点介绍了水下桩治理方案的制定和实施。
埕岛油田位于渤海湾南部的浅海海域，区域构造位置位于埕宁隆起埕北凸起的东南端，是一个在潜山背景上发育起来的大型浅山披覆构造。
该区从1875年开始勘探，在先期资源评价、盆地分析模拟、区带综合评价的基础上，于1988年钻探了第1口控井——埕北12井，从而发现了埕岛油田。
截止目前，埕岛油田已建成海底输油管线54条，注水管线33条。
海管悬空情况调查（2）
目前，通过对61条海底管线的调查发现其中仅有5条管线未被冲刷悬空，仅占8％，管道悬空高度平均值为1.33m，最大值为2.5m。
大于等于2m的有16根，占26％，大于等于1m的有48根，占79％，可见冲刷的普遍。
从悬空长度来统计，平均悬空长度为15.1m，最大30m。
大于等于20m的为22根，占36％；大于等于10m的有43根，占70％。
如果按管道初始设计埋深为1.5考虑，则遭到最大冲深的管道从原海床面计算总计冲刷深度S＝e+D+h＝4.5m（其中e为埋深；D为管道直径，近似取0.5m；h为冲刷后管道悬空高度）。
这样的冲刷深度对海底管道来说是少见的。
除了管道处发生强烈冲刷以外，在采油平台井场范围内也出现较严重的冲刷。
海管悬空原因及模型试验（3）
1海底管线悬空原因
造成场区内平台及管道周围强烈冲刷的原因十分复杂，大致为以下几方面：
1.1建筑物存在形成的部冲刷
这种冲刷形成的原因是由于建筑物的存在而在局部范围内发生强化的水流或高速旋转的旋涡，这些水流或旋涡具有较高的冲刷（挟带泥沙）能力，从而在局部范围内形成冲刷坑。
冲刷坑范围与深度往往与建筑物尺度有直接关系。
1.2水平管道下面的冲刷
放置在海床面上的管道冲刷开始于管道与海床面之间出现一水流隧道。
对于部分埋置的管道来说，这种水流隧道可以因管道前后存在一定压差形成管涌而发生。
当水流隧道形成后，管道前后的压差使管道下的流速大于行近流速，从而引起管道下的冲刷。
1.3海床侵蚀引起的大面积冲刷
由于埕岛油田特殊的海洋及海底地质条件，本海区处于不稳定的冲淤状态，根据飞雁滩1976～20xx年24年断面测量，5m等深线平均蚀退距离达0.19km/a，海床蚀深12.6cm/a；10m等深线蚀退距离达0.10km/a，海床蚀深4.7cm/a。
海床调整的冲淤平衡点大致在12m 到15m水深处，在平衡点以上为侵蚀区，在平衡点以
下为淤积区，这种剖面调整状态目前尚未有转缓的迹象。
对于10m水深处，在海管设计寿命15年内，海床整体冲刷深度可达0.7m。
由于该原因引起的海管淘空体现在整条海底管线上。
1.4海底不稳定性引起的冲刷
海底不稳定性的表现是海底表层土壤在大浪作用下发生滑移坍塌，当表层土为粉砂时，在暴风浪作用下，土壤发生液化而使土壤抗剪强度降低，从而可能造成海床一定范围内的下降。
1.5其它因素
如立管支撑结构的周期性振动，施工时由于受到设备、平台位置等的限制，管道在平台附近的埋深于小设计所要求的埋深等因素也是引起立管悬空的一个因素。
2冲刷物理模型试验
实际上，立管底部的悬空高度是在以上因素的联合作用下发生的，单从理论上很难确定出具体的数值，因此，根据埕岛油田的条件及海管立管结构我们进行
了冲刷物理模型试验。
针对立管桩及平台支撑条件分不同情况共进行了17组试验，试验结果与现场探摸结果吻合；模型试验得出立管底部的悬空长度为10m，与现场探测情况存在较大的差别。
原因分析及现场实测表明，立管底部的最大冲刷深度在3.0m基本达到不变，但悬空长度由于受多种条件的影响，将来如何变化，目前确定较为困难。
因此，在针对输油管线立管底悬空治理研究时，主要仍根据实测进行。
悬空治理方案分析（4）
1抛砂袋结合混凝土块覆盖
1.1方案描述
先在悬空管道及其周围一定范围内（主要指立管周围明显的海底冲刷坑）抛填水泥砂浆袋，每个砂浆袋重约60kg。
在抛填砂袋的过程中要由潜水员对砂袋进行整理，保证悬空立管底部填满砂袋。
抛理砂袋完成后，再在管道上用混凝土覆盖，混凝土覆盖层可用小的混凝土预制块串接成网状，混凝土覆盖层的密度
初步确定为320kg/m2，这样可提高覆盖层抗冲刷的能力，又不至于对海底管道造成损坏。
1.2方案优缺点
优点是施工工艺及取材简单，便于实施；不需要进行防腐处理；可以在管线不停产的情况下实施，不影响生产；保护的范围广，对同一平台周围的海底管线均可产生保护。
缺点是受不确定因素的影响较多，抛填的砂袋有进一步被冲刷淘走的可能，造成管道的再度悬嚓，因此，该方法的可靠性不高；如果再次悬空，覆盖的混凝土将对管道产生不利影响。
2挠性软管跨接
2.1方案描述
将悬空立管拆除，根据目前冲刷后实际的海底现状，重新设计及安装立管。
在立管与水平管之间跨接长度为60m的挠性软管，挠性软管的规格根据具体的海管规格确定。
为提高其连接的可靠性，挠性软管与两端钢管仍采用水面以上的焊接方式，并在两端设有挠性软管保护结构，用于海底输油的挠性管道是由密
封、保温、加强等材料构成的多层挠性管结构。
2.2方案优缺点
优点是方案可靠性高，由于软管有挠性，在辅设时可随地形的变化而变化，因此有很好的抵抗疲劳破坏的特性；立管结构简单，挠性软管兼作海管的膨胀补偿装置；施工简便，施工速度比常规立管要快许多倍；耐腐蚀，软管系统可回收再利用。
缺点是必须在管线停产的情况下方可实施；对于有的管线，如有海底注水管线或电缆压在油管线上，则实施起来较为困难；海底输油软管比钢质管道有更强的“专营性”，世界上仅少数厂家设计和生产，因此用户选择的余地较小。
3水下支撑桩
3.1方案描述
为了防止水下管道悬空段在水流作用下产生的涡激振动，引起管线断裂，在悬空段设置支承支架，以减小横向和纵向振动幅度。
根据缩短管道悬空长度的思路，该方案采用沿悬空管道设水下短桩支撑的方法。