浅地层剖面仪在海底管道检测中的应用_王继立 (1).doc

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1、第 42 卷 第 3 期 船 海 工 程 Vol 42 No 3 2013 年 06 月 SHIP OCEAN ENGINEE ING Jun 2013 DOI： 10 3963/ j issn 1671-7953 2013 03 043 摘 浅 地 层 剖 面 仪 在 海 底 管 道 检 测 中 的 应 用 王继立 ，黄潘阳 ，胡涛骏 ，来向华 ( 1 中海石油 ( 中国 ) 有限公司上海分公司，上海 200030; 2 国家海洋局第二海洋研究所 工程海洋学重点实验室，杭州 310012) 要： 基于大量工程实践积累的经验及数据，对浅地层剖面仪在海底管道检测中的影响因子，包括不同 、 ， ，

2、 Chirp 信号源不同航行速度及不同水深时的探测效果进行比较后认为 实际应 用中 采 用 技术 的浅地层剖 面 仪有较好的探测效果，保持适中航速是有益的，随着水深增加，探测效果会随之受到影响。 关键词： 浅地层剖面仪； 海底管 道； Chirp 技术； 管道埋设状况 中图分类号： P631 5 文献标志码： A 文章编号： 1671-7953（ 2013） 03-0161-03 2 2 n n 当声波向下传 床的详细综合调查，并且在铺设后也需要定期进 行检测以确保管道可以持续安全 运营。这些调查 要用到包括单波束、多波束、侧扫声纳、浅地层剖 面仪等大量地球物理探测设备 。在检测海底 管道赋存

3、状况的过程中，裸露或者悬空的管道可 以用单波束进 行探测，该方法简单高效、成本低 廉。对于掩埋的海底管道，则须使用浅地层剖面 仪才能确定其埋藏深度及位置。浅地层剖面探测 是海洋工程野外勘察的重要手段。它在揭示地质 结构和构造、研究第四纪地层层序、圈定工程地质 单元、识别海底灾害地质等方面，均有着其它调查 方法和手段 无法比拟 的优越性 。在管 道铺设 前的路由调查中，采用浅地层剖面仪可以 进行走 航式地层探测，且探测影像直观、易于判读； 在后 续的管道定期检测中，浅地层剖面仪可以准确、高 效地确定管道位置及掩埋状况，十分便利。 1 浅地层剖面仪的工作原理 把海底看作一个层状的模型，海水层作为第

4、 1 1 收稿日期： 2013 03 05 修回日期： 2013 03 25 基金项目： 国家海洋局青年海洋科学基金 （2011324） ； 国家海洋局第二海洋研究所科 研业务费专 项（ JG1020） 第一作者简介 王继立 ： （ 1974 ） ，男 学士， ，工 程师 研究方向： 海洋油气勘探与开发 E-mail： wangjili cnooc com cn 1 2 2 2 ， c ， ， ， c 。 1 -3 4 ， ， c ， ， 播时，一部分在分界面处发生反射，另一部分沿法 线方向继续传播，在下一分界面处发生反射和透 射，见图 1。 图 1 浅地层剖面仪工作原理 声波反射强度和地层的

5、反射系数 有关： 2 2 1 1 当两种介质的反射系数大时，接收到的反射 信号就比较强，反之则比较弱。因此 接收到的反， 射信 号，携带了水下地层的大 量有用地质信息。 通过观测记录并分析 海底沉积物对于 声波的反 射，可以了解沉积物的地质属性，并可以直观地识 别地层的地质构造。 浅地层剖面 仪就是利用回 声测深原 理设计 的。在工作过程中，浅地层剖面仪主机和定位的 GPS 固定在改装后的测量船上，利用 GPS 定位使 航向按照预定的测线方向行驶。测量船按一定的 速度行驶，发射基阵和接收基阵安置在水面下，根 据工区实际地质情况，主机设定发射声脉冲的频 率范围和功率等参数，重复向下发射一脉冲，接

6、收 161 c c = （ 1） c + c 第 3 期 ， 船 海 工 程 第 42 卷 基阵接收到回波并转换成电信号 主机对其进行 初步增益和滤波处理后，就可以实时将探测到的 水下地质情况利用纸质输出或数字输出。掩埋在 海底的管道其属性显然与周边的土体不同，反射 特征也不同，因此回波信号经接收 处理后，可以辨 别海底管道在海床中的埋设位置。 2 影响因素分析 2 1 不同信号源对检测结果的影响 图 2 是三种不同信号源的浅地层剖面系统对 水深约 16 m 时直径 711 mm （ 28 in） 海底管道的 检测结果。图 2a） 为参量阵浅剖的探测结果，频 率为 12 15 kHz ，其绕射

7、曲线显然不如图 2b） 中 使用 Chirp 技术获取的显著。并且，使用 Chirp 技 术时其绕射曲线更接近于管道的外形，对管道的 。 图 3 不同航行速度对探测结果的影响 ， 检测具有较高的分辨率。 图 2c） 为 PCW 浅剖获 果 对于相同频率的同一浅剖 水深相同的情况 取的埋藏管道探测记录，由于波束开角较大，可以 看出声波在管道顶端发生明显的绕射，绕射波的 宽度超过 20 m，与管道的外形相差甚远，但这也 使其较容易检测到管道的具体位 置及埋深。 下，速度越慢探测到管道的频数就越多，因此形成 的绕射曲线越明显，也就更容易从浅剖记录上识 别出管道的位置，反之则绕射曲线相对不够明显， 绕

8、射曲线的形状也偏离海底管道真实形态。 2 3 水深对检测结果的影响 图 4 为航速约 4 kn 时 Chirp 浅剖对不同水深 的 711 mm 海底管道的检测结果。 图 4 水深对探测结果的影响 图 2 采用不同信号技术的浅剖对海底管道的探测记录 由图 4 可以看出随着水深的增加，管道产生 的绕射波越来越明显，图 4a） 显示水深为 37 m 时 绕射波宽度仅 10 m 左右，而在图 4c） 中，水深 90 2 2 航行速度对检测结果的影响 图 3 为不同航行速度下 Chirp 浅剖在相同水 m 时绕射波的宽度已经超过 ， 40 m。 在这样的水 ， 深（ 约 16 m） 时直径 711 m

9、m 海底管道的检测结 深条件下 已无法判断管道的掩埋状态 只能确定 162 管道的位置。 3 检测应用 浅 地层剖面仪在海底管道检测中的应用 王继立，黄潘 阳，胡涛骏，来向华 显然，管道的反射特征并没有图 6 明显。 然 东海某海底油气管道将东海开采的油气运输 到陆地，具有重要战略意义。然而其近岸段由于 各种原因，安全状况并不理想。在 2007 年台风季 后的调查中，发现裸露、悬空、掩埋段都存在。而这 些赋存状况 都可以在浅剖探测中得到较好体现。 图 5 为直径 711 mm 海管空间状态的浅剖探测图， 裸露管道的管顶与海底的反射特征明显，结合海管 尺寸，可以明确海管与两侧海床的相对位置。 图

10、 5 裸露管道典型剖面 图 6 为悬空管道的典型浅地层剖面。 图 6 悬空管道典型剖面 可以看到，除了管顶反射特征明显外，海底管 道下方的海床形态也较为明确，被海底潮流冲刷 而形成的 “V”形沟清晰可见，从海底冲刷痕迹与 管道出露高度可以判断，该段底流的冲刷与侵蚀 作用较强，并且管道两侧海床存在些许的高差。 图 7 为掩埋管道 的典型浅地层剖面。 图 7 掩埋管道典型剖面 而仔细辨别，仍然可以发现管道的弯月形绕射特 征，管道下方地层反射出现中断不连续，向下弯曲 呈绕射形态，以此可以确定管道的位置及埋藏情 况。 4 结论 1） 应用 Chirp 技术的浅地层 剖面仪，其分辨 率高、抗干扰力强、海

11、底参透性能好，可以较好完 成海底管道的检测任务。 2） 走航速度 会影响浅地层剖面仪 在海底管 道检测中的效果，一定范围内，速度越低，效果越 好（ 若不考虑经济性） 。 3） 当水深超过一定范围时，尽管浅地层剖面 仪仍然可以探测到海底 管道的位置，但其埋设状 况则无法准确确定。 参考文献 1 来向华，马建林，潘国富，等 多波束 测深技 术在海 底 管道检测中的 应用 J 海 洋工 程， 2006， 24 （ 3） ： 68- 73 2 来向华，潘国富，傅晓明，等 单波束 测深技 术在海 底 管道检测中的 应用 J 海 洋工 程， 2007， 25 （ 4） ： 66- 72 3 来向华，潘国富

12、，苟诤慷，等 侧扫声 纳系统 在海底 管 道检测中应用研究 J 海洋 工程， 2011， 29（ 3） ： 118- 121 4 王化仁 田春和， ，王 鹏，等 浅地层 剖面仪 在管线 铺 设路由调查中 的 应用 J 水 道 港口， 2007， 28 （ 2） ： 133-135 5 庄杰枣 王 绍智， ，兰 志光 浅地 层剖 面记 录地 质解 释 的若干问题 J 海洋 测绘， 1996（ 2） ： 17-24 Application of Sub-bottom 1 Profiler 2 in Submarine 2 Pipeline 2 Inspection WANG Ji-li ， HUA

13、NG Pan-yang ， HU Tao-jun ， LAI Xiang-hua （ 1 Shanghai Branch of CNOOC Ltd ， Shanghai 200030， China； 2 Laboratory of Engineering Oceanography， Second Institute of Oceanography， SOA， Hangzhou 310012， China） Abstract： Based on a huge mass of field data and experience accumulated from projects， the infl

14、uence factors when using sub-bottom profiler in pipeline inspection were analyzed， including different signal sources， different sailing speed and different depths The authors concluded that the sub-bottom profiler with Chirp technology has good inspection effect in practice while the speed is moderate The inspection effect will be influenced with the depth increasing Key words： sub-bottom profiler； seabed pipeline； Chirp technology； pipeline laying status 163