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重要组成部分。海底管道经常面临诸如渔业活动和各类灾害地质现象的影响。有统计表明中国海油近30年来铺设的约6202km海底管道共发生了51起大大小小的事故，轻的可造成管道变形和穿孔小漏，严重的会使管道出现裂缝大漏和断裂等。因此，为了保障海底管道的安全运营，需要及时有效地查明海底管道的在位状态，评价其安全风险，做好防护措施，更好地预防事故发生。 海底管道在位状态指的是管道在海床上的埋设状态，通常包含管道的掩埋、裸露、悬空等信息，摇控无人潜水器(ROV)在这些数据的获取方面有着绝对的优势，如果要了解管道周围地形地貌的话，通常需要进行船载多波束和侧扫声呐的调查，但由于受到水深的限制，船载调查在深水区时便无能为力。这时我们引入了自主水下航行器(AUV)来进行深水区的海底管道在位状态调查。查明海管周围地形地貌特征有着非常重要的意义，我们可以根据调查结果来分析判断海管周围地形地貌，特别是硬质海底、珊瑚礁和沙波区等特殊地形地貌对海管是否存在不利影响、影响程度如何、如何保护这些区域内的海管和哪些保护措施最为有效，这都可以为以后在类似区域的海管铺设和运营维护提供参考借鉴。 中海油田服务股份有限公司一直在跟踪AUV深水工程物探调查技术及其装备的发展和应用。经过近10年来的引进、消化和吸收，我们已经成功将AUV先后应用在荔湾、陵水、流花等海区的深水场址和路由调查项目中，中海油服现已具备了国内领先的AUV深水工程物探调查技术能力，获得了用户的充分认可。本次受国家科技重大专项专题“荔湾3-1气田海底管道状态调查和后评估”的资助，我们首次成功地将AUV应用于深水海底管道在位状态调查中。 一、AUV调查 ⒈AUV系统 AUV可搭载多种海洋调查仪器，因为脱离了跟母船之间的物理连接，它可以在程序指引下下潜到预定的工作深度，并维持在海底以上一定高度(定高)或海面以下一定深度(定深)位置，最大作业水深3000m，依靠自身的能源动力系统按照先前设计测线实现全自动海洋工程测量(图1a)。与传统的船载或者拖曳调查手段相比，AUV具有水下高度自治、机动性好、受调查船噪音影响小、姿态稳定等优势，可获得高分辨率、高密度、高精度的调查数据，在成果资料精细度方面拥有明显的优势，正在逐渐变为深水区域海洋工程勘察的主要手段。  本次调查所用的AUV(图1b)长度为5.66m，直径0.68m，重量1500kg，采用锂电池供电，转弯半径约15m，最大下潜速度＞1m/s，最大航速为4.86kn，在3.0kn航速下可连续作业24h，采用滑道式收放装置。AUV采用PHINS惯性导航系统，集成的传感器主要包括避碰声呐、深度传感器、姿态传感器、应急自救系统、水上水下通信设备和甲板控制系统。 AUV可搭载多种专业调查设备，本次调查用到的主要是多波束测深仪和侧扫声呐(表1)。 表1 AUV搭载设备参数及相应的调查成果
⒉作业实施 在本次调查中，选取了水深介于300～500m的一段长度约为25km的海底管道，采用AUV进行调查。AUV测线布设在北侧2条海底管道之间的位置，仅布设1条25km的测线就可以同时对3条海底管道实施调查，提高了作业效率(图2)。  图2 AUV作业测线布设示意图 二、调查成果 本次将AUV用于深水海底管道在位状态调查是AUV在该领域内的首次尝试。在调查区域内发现有3条已建海底管道(图3)，出于数据保密考虑，此处将已建海底管道分别命名为海管01、海管02和海管03(非真实海管名称)，3条已建管道均为近东西方向延伸，水深值在300～500m之间，整体上由西向东逐渐变深。从区域地质背景上来看，调查区属于南礁和沙波交替分布。调查区域西段地形地貌特征较为丰富，发现了硬质海底、异常反射区、珊瑚礁、沙波区等，地形起伏较大，局部坡度＞20°，这些地形地貌特征都容易造成海管的冲刷、悬空等，对海管的安全运营存在较大的威胁，需要重点关注；东段相对而言水深变化较为平缓，除管道附近外，坡度均＜3°，地形地貌特征相对简单，存在1处管道跨越，详细特征如下： ①地貌图上发现了3条已建海底管道，且地貌资料上反射较为均匀，海管状态良好(图3a)，1处管道跨越，3条海管均进行了跨越处理(图3b)； ②1处片状展布的异常反射区，在地貌资料上呈强反射，在水深资料上体现为局部的凸起，推测可能与半掩埋珊瑚礁有关(图3c、3d)；  ③1处带状分布的异常反射区，呈东北—西南方向延伸，在地貌资料上呈强反射，在水深资料上表现为局部的凸起(图3e、3f)，推测与半掩埋的珊瑚礁有关； ④3处近似圆形的异常反射区，在地貌资料上呈强反射，在水深资料上体现为局部的凸起，推测为出露海底的珊瑚礁，这些珊瑚礁直径介于26～27m，高出海底1.3～2.2m，其中 2 处异常反射位于已建管道旁(图3g、3h)，需重点关注其不利影响；  ⑤1处呈片状展布的异常反射区，在地貌资料上呈强反射，在水深资料上体现为局部的凸起(图3i、3j)，推测为硬质海底区，可能与半掩埋的珊瑚礁有关； ⑥1处单个呈点状的、整体呈串状分布的珊瑚礁和几个距离管道较近的珊瑚礁直径介于9～12m，明显高出海底，突出可达4.4m(图3i、3j)； ⑦2处沙波区，分别命名为沙波区1和沙波区2，沙波区1分布范围呈带状，沿西北—东南方向展布，波长15～20m，波高0.5～0.8m(图3k、3l)，沙波区2内部沙波形态大小不一，较小的沙波波长约20～25m，波高0.8～1.2m，较大的沙波波长40～50m，波高1.5～3.0m(图3m、3n)。  图3 AUV调查地貌和水深地形成果图 三、讨论 本次调查中，在深水段发现了多种可能影响到海底管道正常运营的地形地貌，概括起来可以大致分成4类：异常反射区、珊瑚礁、沙波区和管道跨越处理(图4)，这些环境因素对海底管道的安全运营存在很大的威胁，需重点关注。  图4 AUV调查成果示意图 珊瑚礁质地较坚硬，礁面起伏不平，常会导致管道被磨损或悬空，危害海底管道的正常运营。浅掩埋的珊瑚礁对海底管道的破坏主要是磨损作用，与出露的古珊瑚礁相比，其危害性较弱。出露的或高出海底的珊瑚礁较易形成海底陡坎和珊瑚礁脊等，地形变化大，对海底管道的正常运营构成了很大的障碍。海床运动、地质不稳定等因素可能会造成海底管道出现裂缝甚至断裂，在水动力的长期作用下，沙波具有很强的活动性，可造成管道的悬跨、悬空等，这些非常不利于海底管道的正常运营。 此外，先前较为完好的人工跨越处理也很容易在底流或其他因素影响下出现损毁现象，这些都可能造成海管出露、悬空或更严重的出现弯折等。因此，在关注海管本身状态的同时还需要对其周边地形地貌特征加以持续关注，以最大限度降低风险。 在深水海洋工程物探调查中，AUV开始扮演着越来越重要的角色，本文中AUV的首次成功实践更加证明了这一点，其可以作为深水海底管道在位状态更多选择性。随着油气勘探开发不断向深水迈进，今后将会铺设越来越多的深水海底管道，深水海底管道的铺设、运营等都离不开这些调查工作，相信未来AUV将会在这个领域发挥更大的作用。 四、总结 ①本次是将AUV应用于深水海底管道在位状态调查的首次成功实践。 ②AUV具有水下高度自治、机动性好、更接近海底、受调查船噪音影响小、姿态稳定等优势，可获得高质量、高数据密度、高精度的调查数据资料，在成果资料精细度方面拥有明显的优势，是深水区域进行海洋工程勘察的重要手段。 ③本次调查中，在深水段发现了丰富多样的可能影响到海底管道正常运营的地形地貌，概括起来可以大致分成4类：异常反射区、珊瑚礁、沙波区和管道跨越处理，这些都对海底管道的安全运营存在很大的威胁，需重点关注。 1 END 1 【作者简介】文/陈冠军 郝高建 冯湘子 朱友生，来自中海油田服务股份有限公司物探事业部。文章来自《天津科技》（2022年第5期），参考文献略，用于学习与交流，版权归期刊及作者所有，转载也请备注由“溪流之海洋人生”微信公众平台编辑与整理。    |
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