基于超声波成像背景下海底管道勘察探究

黄新元 辛保稳

摘 要： 海底石油、天然气资源丰富，长期以来都是国家开发的热门项目，但是在开发过程中海底管道勘察也非常重要，这涉及到石油、天然气资源运输问题，接下来我们以熔结凝灰岩及花岗闪长岩为主的海底地形为例，借助超声波成像技术分析其结构面的特征参数，对深部岩体采取初步定量化探讨，对地表露头和岩芯进行校验补充，为海管隧道设计及施工提供有价值的基础数据，进一步优化工程勘察成果的质量。

关键词： 超声波成像;海底管道;勘察

【中图分类号】TE974.2     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）07-0014-01

前言：海底蕴藏着丰富的石油、天然气资源，成为很多国家争先开发的重要区域，近年来，我国也强化了海洋资源的开发，在开发过程中会遇到非常多的问题需要解决，其中最为重要的是海底管道的建设。海底管道其主要作用就是承担起石油、天然气资源的输送工作，但是海底地形非常的复杂，会存在以熔结凝灰岩及花岗闪长岩为主的地形，如何克服这些复杂地形，就需要使用超声波成像技术对海域段钻孔测试，尤其是以熔结凝灰岩及花岗闪长岩为主的海底地形受到次级构造断裂影响，岩体受挤压破碎，形成层间破碎带及岩性接触软弱带等，海域段基岩出露少，且覆盖层较厚，难以反映深部岩体结构面特点。所以要分析其结构面的特征参数，对深部岩体采取初步定量化探讨，对地表露头和岩芯进行校验补充，为海管隧道设计及施工提供有价值的基础数据，进一步优化工程勘察成果的质量。

1 海底管道概述

海底管道是通过密闭的管道在海底连续地输送大量油（气）的管道，是海上油（气）田开发生产系统的主要组成部分，也是目前最快捷、最安全和经济可靠的海上油气运输方式。按输送介质可划分为海底输油管道、海底输气管道、海底油气混输管道和海底输水管道等，从结构上看可划分为双重保温管道和单层管道。优点是海底管道的优点是可以连续输送，几乎不受环境条件的影响，不会因海上储油设施容量限制或穿梭油轮的接运不及时而迫使油田减产或停产。故输油效率高，运油能力大。另外海底管道铺设工期短，投产快，管理方便和操作费用低。缺点是管道处于海底，多数又需要埋设于海底土中一定深度，检查和维修困难，某些处于潮差或波浪破碎带的管段（尤其是立管），受风浪、潮流、冰凌等影响较大，有时可能被海中漂浮物和船舶撞击或抛锚遭受破坏。

2 利用超声波成像技术勘察海底管道的原理

使用超声波钻孔成像综合测试系统（integrative acoustic borehole imaging system），配备声学电视探头，是一套高度智能化的测量工具。该系统用超声波以液体为传导介质（如清水、浑浊泥浆）对孔壁进行高速逐点扫描并发射超声波脉冲，利用倾斜坐标计算钻孔偏移值以及对所测得的结构面（裂隙、岩层、断裂等）进行角度矫正，记录从钻孔液体介质与孔壁之间的反射波强度和历时来形成钻孔壁二维特征图像，并显示在测井软件中。数据采集是由MSlog软件自动采集，海上钻探条件恶劣，且潮汐往复运动，潮差水面高度约4～5m，根据现场条件确定采集模式由上至下，以保证采集数据的稳定性和图像的准确性。图像解译软件采用WellCAD，该软件具有统计结构面特征并绘制玫瑰花图和极点图等功能。

3 结构面分析

首先是结构面类型。按照解译出的结构面间距及密度结合实际的钻孔岩芯编录，划分出构造破碎带/岩性接触带、结构面密集带和岩体较完整带。在统计结构面数量过程中，由于节理密集带及构造破碎带等孔段对深部岩体结构评价、岩体渗透性等具有重要作用，对工程设计施工影响较大，但二维图像无法辨别其结构面特征，因此将其作为独立体划分并统计，以保证数据可靠性。其次是结构面产状。一是野外测量，穿越区海域段分流尾屿有露头，例如我们对以熔结凝灰岩及花岗闪长岩地区测量，按照现场主要发育通常会有3组节理裂隙，主要节理L1节理发育密集，以为主，与隧道小角度相交，对隧道洞壁稳定性不利 L2、L3节理走向与隧道呈大角度相交，对隧道洞壁稳定性影响较小。二是数据解释。按照工程需要，场区按照以10°为间距统计所揭露的各种结构面倾角;倾向则以45°为间距进行统计见表4为了更精确划分出最优结构面组的产状，对场区结构面绘制走向玫瑰花图与倾角极点图，极点图中圆心代表0°倾角，向外依次增大，直至半径的端点，外圆代表90°倾角;玫瑰花图中走向以10°為间距，半径代表10条结构面。三是通过现场测量和解释成果探讨，我们知道场区主要节理以NNE为主，与隧道呈小角相交，但贯通性一般，对穿越隧道影响小，且倾角以陡角为主，便于隧道的开挖。需要注意的是优势结构面的发育能够反映区域构造应力场的特征，但地表统计结果仅表示浅部岩体特征，需结合深部岩体特征进行综合分析解译成果精确度远高于岩芯编录测量的结构面产状，尤其是解译成果代表了结构面的真倾角，弥补了岩芯编录只代表结构面的视倾角的缺陷，在产状统计中更有着非常大的优势。

参考文献

[1] 任宪刚.海洋导管架平台立管设计方法研究[J].科技创新导报.2013（20）.

[2] 黄承义，肖春桥，李春风，田丰，邵春丽.多波束测量技术在海底管道探测中的应用[J].天津科技.2013（03）.

[3] 陈鹏.运营期海底管道检测方法分析与探讨[J].山西建筑.2019（11）.

[4] 崔少敏.海底管道悬跨分析中部分计算参数对结果的敏感性分析[J].化学工程与装备.2017（03）.

[5] 阳连丰，张晓健.湿式回收技术在海底管道修复过程中的应用[J].海洋工程装备与技术.2016（04）.