埕岛油田海底管线悬空治理探索_文世鹏

埕北11C至老九井海底管道设计

刘锦昆

【期刊名称】《油田建设设计》

【年(卷),期】1996(000)001

【摘要】１９９５年１１月建成投产的埕北１１Ｃ至老九井海底管道是胜利埕岛油田第一条长距离登陆集输管道。本文总结了该管道的设计和布置原则，并对其结构分析了作了较详细的阐述。

【总页数】4页(P10-12,4)

【作者】刘锦昆

【作者单位】无

【正文语种】中文

【中图分类】TE973.11

【相关文献】

1.埕北35井组平台及海底管道油气集输系统的工艺设计 [J], 赵帅

2.埕北35井组海底管线施工及受力分析 [J], 胡洪勤

3.济阳坳陷滩海地区埕北斜394井凝析油气特征及形成机制 [J], 王秀红;陈涛;李政;侯旭波;张学军;王娟;牛子铖

4.胜利油田第一口鱼骨状水平井（埕北26B-支平1井）完钻投产 [J], 李健

5.大位移水平井钻进技术在埕北22H—P4井应用 [J], 汤学军

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浅谈海上油气储运设施安全现状及对策

龙源期刊网

浅谈海上油气储运设施安全现状及对策

作者：朱军博

来源：《教育科学博览》2014年第01期

摘要：本文介绍了海上储油设施建设情况和海底管线现状，分析了储油设施和海底管道安全运行现状及存在的问题，阐述了解决问题的对策措施，取得了较好的效果，对今后海上储油设施和海底管线安全维护有一定的指导意义。

关键词：埕岛油田储油设施海底管道安全现状

1 海上储油设施建设情况

1.1 储油设施

对一些不具备铺设输油管线的油田，如埕岛油田，就需在海上设原油储存设施。目前普遍采用的储油方式有：平台储油、油轮储油、海底油罐储油及装油、系泊、储油的联合装置储油。

1.1.1 平台储油

对油田产量小、离岸远或浅水海区，铺设海底管线不经济，或者油田虽大，离岸也不太远，但处于开发初期，海底管线尚未铺设，这时就需要在平台上设储油罐临时储油，然后再用油船装运上岸或直接运到用户。根据墨西哥湾的经验，平台储罐容量一般不超过1370m3。埕北油田就采用这种储油方式。这种方式储油受固定平台甲板面积和承载能力的限制，容量小，建支承平台要增加投资，不经济，同时受风浪影响较大，不安全，故目前采用较少。

1.1.2 油轮储油

油轮储油容量本，不受水深条件限制，可停泊在平台附近，亦可用单点系泊或多点系泊锚旋。随着海上油田开发向深海发展以及浮式生产技术的应用，油轮不仅作为储油设施，而且可作为油田的生产设施，如将油田的油气处理设施安装在油轮的甲板上，使其发展成为生产储油轮。生产储油轮要接收油田各油井开采出来的油井液，并进行油气计量、油气分离，使原油经过油气处理达到商品原油质量标准后储存待运。

1.3 海底储油

海底储油的特点是：由于它位于水面以下，同火源、雷电隔离，不仅油气损耗小、不易着火。使用安全，而且在天气恶劣时，油井可以继续生产；油罐置于水下，受波浪力小；与水上储油方式相比，可以省去昂贵的平台建造费用，而且罐容不受限制，具有巨大的储油能力。随着海上油气田开发技术的发展，现已着手于水下储油设施的研究工作。龙源期刊网

海底输油管道悬跨的综合治理

唐晓旭;胡国后

【摘要】海底管道出现悬跨有多种原因,敷设过程中海床凹凸不平、建成后海流和海浪的冲蚀及管道变形等都有可能形成悬跨.悬跨给海底管道的正常生产造成了极大的安全隐患,目前海管悬跨治理措施主要有主动支撑法、加重法和降流促淤法等.海底管道悬跨的各种治理方法都有其各自优、缺点,在具体工作中应取其优势,尽量避免其不足之处.其中降流促淤的方法应属于治本之策,在施工条件适宜的情况下可以普遍推广应用.

【期刊名称】《油气田地面工程》

【年(卷),期】2011(030)007

【总页数】2页(P38-39)

【关键词】海底管道;悬跨;主动支撑法;加重法;降流促淤法

【作者】唐晓旭;胡国后

【作者单位】中海石油(中国)有限公司天津分公司;中海石油(中国)有限公司天津分公司

【正文语种】中文

海底管道悬跨是指出现在海底管道上且与海床表面不直接接触的悬空段。海底管道出现悬跨有多种原因，敷设过程中海床凹凸不平、建成后海流和海浪的冲蚀及管道变形等都有可能形成悬跨。

（1）平管下部差异性冲蚀。凸起于海底的管线，必然造成管线附近流场的变化，局部的地形差异、管线外形的差异，均会在局部形成有利于水流淘蚀管线周围沉积物的小流场，形成冲蚀坑[1-2]。管线下一旦有坑的存在，管线的束流作用必使流经管线下方的水流流速增大，冲蚀坑的规模和深度也会持续扩大，从而形成悬跨，而且悬跨的高度和长度会越来越大。

（2）海底沙波、沙脊的移动。海底沙波、沙脊的存在受控于水动力条件和沉积物的粒度组成，由于活动的沙波、沙脊的存在，使管道处于不稳定状态，极易形成悬跨。

（3）其他原因。海底管道悬跨的产生还有许多其他原因，比如构筑物的存在形成的局部冲刷，海床侵蚀引起的悬跨，立管支撑结构周期性震动产生的立管底部悬空，深水管道安装过程中张力增加造成的悬跨等。

海底管道悬跨的存在是海底管道安全运营的重大潜在隐患，如果悬跨达到一定长度，由于自身重力以及潮流冲击力的作用，管道变形和内部应力幅值将增大，在一定条件下，管道还可能产生涡激振动，严重时将导致管道断裂，给生产造成损失，同时带来环境污染。

埕岛油田海底管道疲劳寿命评估

目前，工程中对于海底管线自由悬跨的疲劳评估主要集中在求解管线的极限跨长，这种做法仅仅考虑自由悬跨的涡激共振对管线的影响，而没有考虑自由悬跨在非涡激共振状态下的疲劳损伤累积问题。本文以埕岛油田海底管道在不同浪流组合下的疲劳寿命进行评估，分析不同环境因素，不同悬跨长度对疲劳寿命的影响规律。

标签：海底管道；疲劳；评估；埕岛油田

1 埕岛油田现状

埕岛海区位于黄河三角洲前缘、渤海湾中东部南岸的极浅海海域。地面工程建设模式以中心平台为依托，在其周围辐射式建设卫星平台的方式进行开发，中心平台通过海底电缆为卫星平台生产提供电力，通过海底注水管线为其卫星平台提供注水源，卫星平台产出的油、气、水混合物则通过海底管线传输到中心平台进行处理后分输到岸上。经过多年的开发建设，1999年埕岛油田实现200万吨产能规模，成为我国的第一大浅海油田。

2 海底管道悬空原因

在海底地形的变化、波流的冲刷和淘刷，管道的残余应力等海洋因素作用下，海底管道可能形成悬空段。根据海底管道形成悬空段的成因和类型的不同，管道悬空段有以下三种类型：

2.1 海底管道由于受到波流作用形成的悬空段

埋设在海床以下和裸露在海床上的海底管道受波流的冲刷和淘刷的影响，波流首先冲刷管道上面的颗粒，等到管道露出之后在冲刷管道下面的颗粒，由此管道形成悬空段。对于裸露在海床上的海底管道，波流冲刷管道下部的颗粒形成悬空现象。

2.2 由于海底管道的应力集中形成的悬空段

海底管道在运行过程中，由于受传输介质的温度、压力等因素的作用也会有应力集中的现象，这种应力集中会在管道的某个部位形成“屈曲现象”，屈曲现象会使管道的一段产生悬空现象从而使管道形成悬空段。

2.3 海底地形的崎岖变化形成的悬空段

海底管道悬跨结构在发生涡激振动的过程中，存在着流体与结构之间的相互作用，从而改变作用在结构上的流体荷载的分布和大小。

3 疲劳寿命评估

以埕岛油田某管线为实例进行数值试验，讨论各参数对悬跨管线疲劳寿命的影响。根据埕岛油田海域水深范围，设定计算管线处的水深为10m，考虑悬跨长度、流速大小、波浪大小以及水流与管线的夹角等影响因素。

南堡油田海底管道勘测及问题管段治理

王召堂

【摘要】冀东油田利用人工岛和导管架平台对浅海油田实现了海油陆采,针对南堡1号构造铺设了7条海底管道,为了预防海底管道泄漏、排除生产隐患,对海底管道的埋设状况进行了摸底调查.采用声纳探测技术进行了勘测,发现部分海底管道存在裸露、埋深不足、悬空等问题,对于问题管段采取了抛石护坡、碎石覆盖和后挖沟填埋等治理措施,保障了海底管道的安全运行.

【期刊名称】《石油工程建设》

【年(卷),期】2012(038)006

【总页数】3页(P21-23)

【关键词】海底管道;管道埋设;管道勘测;治理措施

【作者】王召堂

【作者单位】冀东油田南堡作业区,河北唐山063200

【正文语种】中文

0 引言

随着冀东油田南堡1号构造的开发建设，已建成的海底管道承担着2号、3号岛和NP1-5、NP1-29平台的原油和注水井口用水的运输任务。在整体安全运行一段时间后，需对海底管道埋设状况进行摸底调查，采用声纳探测技术对海底管道两侧150m范围内进行勘测，查明了测区内水深、海底地形地貌、海底冲刷、管道空间位置、立管、阳极块及淘空等情况。对勘测结果结合潜水探摸的情况进行综合分析，评价海底管道的安全状态，为管道的维护和管理提供可靠的依据。及时对问题管段进行治理，保障管道运行安全，避免发生环境污染事故。

1 勘测情况简介

冀东油田南堡1号构造位于河北省唐山市南堡外浅滩，曹妃甸西北约20km，浅滩高程为0～-7m。

水深测量采用德国Innomar公司生产的SES-96 Standard Parametric Echo

Sounder，并配置涌浪滤波仪消除因风浪引起的测深误差，沿管道路由垂直方向每隔20 m布设长300 m的测线，沿测线进行水深测量并绘制水深图。

海底地貌调查利用英国GeoAcoustics公司DSSS数字旁扫声纳仪，沿管道路由平行方向间隔50 m两侧各布设3条测线，进行声纳旁测扫海，了解测区内的地形地貌。

仿生防冲刷系统在埕岛油田中的应用

４９卷增刊２　２００８年Ｉ１月　中　国　造　船　ＳＨＩＰＢＵＩＬＤｎ、ＩＧ　０Ｆ　ＣＨＩＮＡ　Ｖｏ１．４９　Ｓｐｅｃｉａｌ　２　ＮＯＶ．２００８　

文章编号：１　０００—４８８２（２００８）￥２—５７５—０５　

仿生防冲刷系统在埕岛油田中的应用　

刘锦昆，张宗峰　

（胜利油田胜利工程设计咨询有限公司，山东东营２５７０２６）　

摘要　

埕岛油田地处黄河１：３滩海交界地带，大面积区域冲刷造成海底管线出现悬空安全隐患。海底仿生防冲　刷保护系统基于海洋仿生学原理，通过仿生海草的粘滞阻尼作用，降低海流流速，促进泥沙淤积，其应用　于埕岛油田海底管线悬空治理具有显著的促淤埋管效果　介绍了该系统的特点、防冲刷作用机理以及应用　

效果，为河流及海底管线的防护提供参考。　

关　键　词：仿生防冲刷保护系统；海底管线；粘滞阻尼；冲刷机理　

１　引言　

埕岛油田自开发以来，已建成海底输油、输气、注水管道１１０条，海底管线总长度达到１７７ｋｍ。　

这些复杂的海底管网肩负着埕岛油田原油外输及油田注水的重要使命。埕岛油田地处黄河１３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，由于平台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。这种现　

象还在进一步加剧中，严重危害到埕岛油田的产能建设及生产安全。　

海底管道悬空治理方法也在探索中日趋完善。２００１年￣２００４年间，先后对２０多条海底管道的悬　

空情况进行了隐患治理，在管道两端平台附近采用水下桩支撑保护，有效保护了管线最薄弱的环节　

——立管部分。但根据最新的探摸资料，在已治理的管线上，水下桩保护之外也出现悬空范围扩展，　

这种悬空现状，对海底管道安全存在极大的隐患，一旦海管泄漏将造成重大经济损失，急需治理。　多年来，海底冲刷及其冲刷保护与控制技术一直是各国海洋工程领域亟需解决的重要研究课题之　

一。海底仿生防冲刷保护系统，是基于海洋仿生学原理而开发研制的一种海底防冲刷的高新技术措施。　

仿生防冲刷系统在埕岛油田中的应用_刘锦昆

第23卷第6期2008年12月中国海洋平台CHINAOFFSHOREPLATFORMVol.23No.6Dec.,2008

收稿日期:2008-08-01作者简介:刘锦昆(1967-),男,高级工程师,从事海洋结构工程研究、设计及管理工作。文章编号:1001-4500(2008)06-0036-03

仿生防冲刷系统在埕岛油田中的应用

刘锦昆,　张宗峰(胜利工程设计咨询有限公司,东营257026) 摘　要:介绍了海底仿生防冲刷保护该系统的特点、防冲刷作用机理以及应用效果,为河流及海底管线的防护提供参考。关键词:仿生防冲刷保护;海底管线;粘滞阻尼;冲刷机理中图分类号:TB17 文献标识码:AAPPLICATIONOFBIONICSCOURPREVENTIONSYSTEMINCHENGDAOOFFSHOREOIL-FIELDLIUJin-kun,　ZHANGZong-feng(ShengliEngineering&ConsultingCompanyLtd.,Dongying257026,China) Abstract:Thispaperintroducesthecharacteristicsofthesubseabionicscourpreventionsystem,themechanismofanti-scouranditsapplicationeffect,whichprovidesthereferencetotheprotectionoftheriverandsubseapipelines.Key　words:bionicscourpreventionsystem;subseapipeline;viscosityresistance;mechanismofscour埕岛油田自开发以来,已建成海底输油、输气、注水管道110条,海底管线总长达177km。这些复杂的海底管网肩负着埕岛油田原油外输及油田注水的重要使命。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、海底动力地貌等十分复杂,造成该海区大面积区域冲刷,特别是在平台附近,由于平台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。这种现象还在进一步加剧中,严重危害到埕岛油田的产能建设及生产安全。海底管道悬空治理方法在探索中日趋完善。2001年～2004年之间,先后对20多条海底管道的悬空安全隐患进行了治理,在管道两端平台附近采用水下桩支撑,有效保护了管线最薄弱的环节———立管部分。但根据最新的探摸资料,在已治理的管线上,水下桩保护之外也出现悬空范围扩展,这种悬空现状,对海底管道安全存在极大的隐患,一旦海管泄漏将造成重大经济损失,急需治理。多年来,海底冲刷及其冲刷保护与控制技术一直是各国海洋工程领域亟需解决的重要研究课题之一。海底仿生防冲刷保护系统,是基于海洋仿生学原理而开发研制的一种海底防冲刷的高新技术措施。仿生水草采用耐海水浸泡且抗长期冲刷的新型高分子材料加工而成,通过安装基垫由海底锚固装置固定于海底。通过仿生海草的粘滞阻尼作用,降低海流流速,防止海流冲刷,促进泥沙淤积,从而达到埋管的目的。1　仿生系统防冲刷作用机理1.1　海底冲刷及其防护措施在海洋工程中,由于波浪、水流的作用而造成海洋结构物底部及其附近海床的泥沙运动,即为海底冲刷现象。根据海洋冲刷动力学原理分析,海底冲刷的形成,主要是由于海洋结构物安装在海底之后,打破了原有水下流场的平衡,引起局部水流速度加快,使正常流动的水流形成一定的压力梯度并构成对海底剪切力的原因,同时,海洋结构物的出现还改变了水流的方向,使之产生湍流和漩涡,更加速了冲刷作用(图1)。海底冲刷对海洋结构物的安全造成很大的威胁,在北美墨西哥湾和欧洲北海油气资源开发过程中,就有不少因海洋冲刷而造成海洋结构物损坏的事故实例。1.2　海底防冲刷仿生技术的基本原理海底防冲刷保护系统,是基于海洋仿生学原理而开发研制的一种海底防冲刷的高新技术措施。仿生海底防冲刷技术是由采用耐海水浸泡、抗长期冲刷的新型高分子材料加工且符合海洋抗冲刷流体力学原理的仿生海草、仿生海草安装基垫、特殊设计的海底锚固装置,以及专用水下液压工具等组成的。从作用机理来看,当仿生海草及其安装基垫被可靠地锚固在海底需要防止或控制冲刷的预定位置之后,海底水流经过这一片仿生海草时,由于受到仿生海草的柔性粘滞阻尼作用,流速得以降低,减缓了水流对海床的冲刷能力;同时,由于流速的降低和仿生海草的阻碍,促使水流中夹带的泥沙在重力作用下不断地沉积到仿生海草安装基垫上,逐渐形成一个被仿海生物加强了的海底沙洲,从而控制了海底结构物附近海床冲刷的形成(图2)。

海底管道悬空原因分析及防护方案对比

朱鹏鹏; 甄莹; 曹宇光; 史永晋

【期刊名称】《《管道技术与设备》》

【年(卷),期】2019(000)006

【总页数】5页(P6-10)

【关键词】海底管道; 管道悬空; 防护方案; 防护原理

【作者】朱鹏鹏; 甄莹; 曹宇光; 史永晋

【作者单位】中国石油大学(华东) 山东省油气储运安全重点实验室山东青岛

266580; 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院山东东营 257000

【正文语种】中文

【中图分类】TE8

0 引言

海底管道所处海洋环境复杂，服役期间需要承受内压、重力和温度等载荷作用，同时还可能面临拖网渔具的撞击、拖越和钩拉等第三方破坏。因此，管道悬空位置极易发生断裂事故，会造成海底油气泄漏，对海洋生态环境造成破坏，管道停输维修会造成损失。引发海底管道悬空的原因及治理管道悬空问题越来越受到重视。

1 海底管道悬空的原因

长期处在复杂的海洋动力环境中，铺设的管道易变成悬空状态，例如，埕岛检测61条管道，其中悬空的管道56条，给正常的油气运输带来了极大的安全隐患[1-2]。而导致管道悬空现象的因素是多方面的，包括海流、海底地形环境以及施工等因素[3-5]，大致分为如下几方面。

1.1 海底管道和海底构筑物的存在引发海管悬空

海底管道和海底构筑物的存在会改变原有的流场，使得海流速度提高并形成漩涡。冲刷与淤积是泥沙水力输移趋向平衡的结果[6]，若水流流速大于海床泥沙的启动速度，泥沙将被水流携带冲蚀掉，最终造成海底管道悬空或海底构筑物周围出现冲刷凹坑。

1.2 海底地形变化引发海管悬空

海底地形通常是不规则且凹凸不平的，其给管道的保护带来了风险和安全隐患。海底地形中有两类易引发海管悬空现象：(1)海底沙坡和沙脊变化迁移。海底沙波和沙脊受控于水动力条件和沉积物粒度的组成，形成的地形易发生变化，导致铺设在其上的管道形成悬空，所以铺设管道时应该远离沙坡和沙脊。(2)大范围的海床侵蚀，其容易引起整条海底管道悬空或多段管线部分悬空。例如据雁滩1976～2000年断面测量显示，每年海床的蚀深约4.7 cm[1]。

埕岛油田海底管道疲劳寿命评估 2

摘要：目前，工程中对于海底管线自由悬跨的疲劳评估主要集中在求解管线的极限跨长，这种做法仅仅考虑自由悬跨的涡激共振对管线的影响，而没有考虑自由悬跨在非涡激共振状态下的疲劳损伤累积问题。本文以埕岛油田海底管道在不同浪流组合下的疲劳寿命进行评估，分析不同环境因素，不同悬跨长度对疲劳寿命的影响规律。

关键词：海底管道；疲劳；评估；埕岛油田

1 埕岛油田现状

埕岛海区位于黄河三角洲前缘、渤海湾中东部南岸的极浅海海域。地面工程建设模式以中心平台为依托，在其周围辐射式建设卫星平台的方式进行开发，中心平台通过海底电缆为卫星平台生产提供电力，通过海底注水管线为其卫星平台提供注水源，卫星平台产出的油、气、水混合物则通过海底管线传输到中心平台进行处理后分输到岸上。经过多年的开发建设，1999年埕岛油田实现200万吨产能规模，成为我国的第一大浅海油田。

2 海底管道悬空原因

在海底地形的变化、波流的冲刷和淘刷，管道的残余应力等海洋因素作用下，海底管道可能形成悬空段。根据海底管道形成悬空段的成因和类型的不同，管道悬空段有以下三种类型：

2.1 海底管道由于受到波流作用形成的悬空段

埋设在海床以下和裸露在海床上的海底管道受波流的冲刷和淘刷的影响，波流首先冲刷管道上面的颗粒，等到管道露出之后在冲刷管道下面的颗粒，由此管道形成悬空段。对于裸露在海床上的海底管道，波流冲刷管道下部的颗粒形成悬空现象。

2.2 由于海底管道的应力集中形成的悬空段

海底管道在运行过程中，由于受传输介质的温度、压力等因素的作用也会有应力集中的现象，这种应力集中会在管道的某个部位形成“屈曲现象”，屈曲现象会使管道的一段产生悬空现象从而使管道形成悬空段。

2.3 海底地形的崎岖变化形成的悬空段

海底管道悬跨结构在发生涡激振动的过程中，存在着流体与结构之间的相互作用，从而改变作用在结构上的流体荷载的分布和大小。

滩浅海海底管道铺设

1 滩浅海海底管道铺设

1 绪论

海上油气田开采出的油气除少数在海上直接装船外运外，多数是通过管道转输至陆上加工并分别输送到用户。随着海洋石油天然气开发的不断深入，海洋管道的作用显得越来越重要，这就需要有高效、易于实现的海底管道施工工艺。海底管道铺设在国际上已有了较长的历程，从Brow & Root海洋工程公司1954年在美国的墨西哥湾铺设第一条海底管道以来，世界各国在近海域成功地铺设了个种类型、各种管径的海底管道。随着海域水深的增加，铺管技术也相应得到了很大的发展。目前，主要的铺设方式有水面拖放法、水下拖放法、底拖法、离底拖法、铺管船法、深水区域的J型铺管法及卷筒铺管法。而我国海底管道铺设起步较晚，1973年我国首次在山东黄岛附近采用水面拖放法铺设了3条500米长的海底输油管道，1985年渤海石油海上工程公司在埕北油田采用水面拖放法成功地铺设了1.6千米（钻采平台之间）海底输油管道[1]。1987年，我国引进了一条小型铺管船，结束了国内无铺管船的历史，逐步进入铺管船铺管法的时代，大大提高了海底管道的施工效率和质量。

2 分段浮拖法

目前我国使用最为广泛的海底管道铺设方法是浮拖法和铺管船法，本文主要讲述这两种铺管法。

分段浮拖法是目前比较成熟、起步相对较早的一种海底管道铺设方法。常见于海床复杂，管线路由附近有其他的海底管线或是海底电缆，不利于进行铺管法的海域。水深较浅，铺管船无法在此正常进行铺管作业的海域。距离较短，比如海上平台与平台之间的管线连接。在这些情况下一般都采用分段浮拖法进行铺设。分段浮拖法主要分两部分工序，陆地预制和海上安装。

2.1 陆地预制

陆地预制分以下几个工序：

1) 预制小段。一般在厂房的滑道预制，连接成大概60米的小段

2) 套管穿插。适应于双壁管道

3) 大段连接。这个工序在露天场地完成，包括内管和外管的连接

4) 吊上发送滑道，见图1所示。

5) 通球试压 2 6) 安装牵引头