海底输油管线（埕岛油田）悬空治理技术措施培训

海底输油管线（埕岛油田）悬空治理技术措施培训勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01项目背景与意义02海管悬空情况调查与分析03海管悬空形成机理04冲刷物理模型试验CONTENTS目录05悬空治理方案综合评价06水下支撑桩方案设计与实施07水下打桩工艺研究08工程实施案例与效果评估CONTENTS目录09结论与展望01项目背景与意义地理位置与构造特征埕岛油田概况

埕岛油田位于渤海湾南部的浅海海域，区域构造位置处于埕宁隆起埕北凸起的东南端，是在潜山背景上发育起来的大型浅山披覆构造。勘探开发历程

该区从1875年开始勘探，在前期资源评价、盆地分析模拟、区带综合评价基础上，于1988年钻探第1口控井——埕北12井，从而发现埕岛油田。海底管线建设规模

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，这些管线是油田生产系统的重要组成部分，承担着油气资源输送的关键任务。海底管线安全运营的重要性保障油田生产连续性海底管线是连接海上平台与陆地处理设施的关键通道，其安全运行直接关系到油田的正常生产。埕岛油田已建成海底输油管线54条、注水管线33条，一旦发生故障，将导致生产中断，造成巨大经济损失。防范海洋环境污染风险海底管线泄漏可能引发严重的海洋污染，对海洋生态环境造成破坏。通过有效的悬空治理等安全措施，可显著降低管线破裂泄漏的风险，保护渤海湾海域生态环境。避免重大安全事故发生悬空管线在水流作用下易产生涡激振动，长期可能导致管线疲劳断裂。据调查，埕岛油田61条海底管线中仅8%未被冲刷悬空，最大悬空高度达2.5m，安全运营措施是防止管线断裂等事故的关键。维护国家能源战略安全埕岛油田作为我国重要的海上油气生产基地，年产原油200多万吨，海底管线的安全运营对保障国家能源供应稳定、维护能源战略安全具有重要意义。

悬空治理的必要性与目标保障油田生产安全海底输油管线是埕岛油田生产的“生命线”，悬空可能导致涡激振动引发管线断裂，造成原油泄漏，影响油田正常生产。

保护海洋生态环境管线断裂泄漏会对渤海湾南部浅海海域的海洋生态环境造成严重污染，威胁海洋生物多样性。

提升管线服役寿命通过治理悬空，可减少管线因悬空产生的疲劳损伤，延长海底输油管线的设计服役寿命。

治理目标：消除安全隐患针对埕岛油田海底输油管线悬空问题，治理目标是有效控制悬空长度和高度，确保管线在设计条件下安全稳定运行。02海管悬空情况调查与分析

调查范围与方法调查范围本次调查覆盖埕岛油田已建成的海底输油管线54条、注水管线33条，共计87条海底管线，全面排查管线悬空及安全状况。

调查方法采用高分辨海底声学设备（多波束、侧扫声纳）、管线仪等进行综合地球物理调查，结合潜水员探摸、ROV确认，查明管线出露、悬空位置、长度、高度及海床冲淤变化趋势。

悬空现状统计数据

悬空管线占比情况对61条海底管线调查显示，仅5条未被冲刷悬空，占比8%；其余56条存在悬空问题，占比92%，冲刷现象普遍。

悬空高度分布管道悬空高度平均值为1.33m，最大值达2.5m。其中≥2m的有16根（占26%），≥1m的有48根（占79%）。

悬空长度分布平均悬空长度为15.1m，最大30m。≥20m的有22根（占36%），≥10m的有43根（占70%）。

最大冲刷深度按初始设计埋深1.5m、管道直径0.5m计算，最大冲刷深度S=e+D+h=4.5m，此深度在海底管道工程中较为少见。

冲刷深度与影响评估最大冲刷深度计算按管道初始设计埋深1.5m、直径0.5m、最大悬空高度2.5m计算，总冲刷深度S=e+D+h=4.5m，此深度在海底管道工程中较为罕见。

海床整体冲刷趋势埕岛油田10m水深处海床年蚀深4.7cm，在海管设计寿命15年内，整体冲刷深度可达0.7m，对管线长期稳定性构成持续威胁。

平台井场冲刷现状除管道自身冲刷外，采油平台井场范围内也出现严重冲刷，建筑物存在形成局部强化水流和旋涡，导致冲刷坑范围与深度随结构尺度增大而增加。03海管悬空形成机理

建筑物局部冲刷01建筑物局部冲刷形成机理由于建筑物存在，在局部范围内发生强化水流或高速旋转旋涡，这些水流或旋涡具有较高的冲刷（挟带泥沙）能力，从而形成冲刷坑，其范围与深度往往与建筑物尺度有直接关系。

02埕岛油田建筑物局部冲刷表现在埕岛油田，导管架、立管桩等建筑物附近出现明显冲刷坑，冲刷范围一般小于6m，是导致平台及管道周围局部悬空的重要因素之一。

03与其他冲刷类型的关联性建筑物局部冲刷常与海床大面积侵蚀、管道底部冲刷等因素共同作用，加剧海底管线悬空风险，在立管底部悬空高度的形成中起重要作用。

水平管道下方冲刷冲刷起始机制放置于海床面的管道冲刷始于管体与海床间形成水流隧道，部分埋置管道因前后压差产生管涌，进而诱发该隧道形成。

流速放大效应水流隧道形成后，管道前后压差使管下流速显著高于行近流速，增强对管底泥沙的挟带能力，导致局部冲刷加剧。

与悬空的关联性管下冲刷持续发展会导致管道支撑基础淘空，是引发水平管道悬空的重要直接因素，与建筑物局部冲刷、海床整体侵蚀等共同作用于海管安全。

海床侵蚀与大面积冲刷海床冲淤状态特征埕岛油田海区处于不稳定冲淤状态，冲淤平衡点在12m到15m水深处，平衡点以上为侵蚀区，以下为淤积区，此剖面调整状态尚未转缓。

海床侵蚀速率数据据飞雁滩1976～2000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。

对海管的影响海床大面积侵蚀导致整条海底管线被淘空，以10m水深处为例，在海管设计寿命15年内，海床整体冲刷深度可达0.7m，对海管安全构成严重威胁。海底不稳定性与其他因素海底表层土壤滑移坍塌海底不稳定性表现为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，可能造成海床一定范围内的下降。立管支撑结构周期性振动立管支撑结构的周期性振动是引起立管悬空的一个因素，其振动可能加剧周围海床的冲刷，影响管道的稳定性。施工埋深不足问题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小于设计所要求的埋深，这一因素也会导致立管悬空情况的发生。04冲刷物理模型试验试验环境条件组合试验设计与条件考虑波浪、海流同向的最不利工况，设置两种组合：一是50年一遇波浪（H₁/₃=4.8m，T=8.0s）与50年一遇海流（v=1.29m/s）；二是50年一遇波浪与一年一遇海流（v=0.87m/s）。试验结构与参数设置针对导管架（9组，主导管直径1320mm，工作点7.0m×9.0m）和立管桩（8组，直径1600mm）结构，海底管道直径426mm，考虑不同连接方位及起始埋设深度。试验时间与数据采集要求冲刷时间不低于原型24小时，通过多波束、侧扫声纳等设备监测冲刷坑深度、水平管悬空长度等关键数据，结合潜水员探摸验证，共完成17组试验。01试验结果与分析试验条件与分组针对立管桩及平台支撑条件，在波浪、海流同向作用下（50年一遇波浪H1/3=4.8m，周期T=8.0s，叠加50年一遇海流v=1.29m/s或一年一遇海流v=0.87m/s），考虑不同连接方位、起始埋设深度等情况，共进行17组冲刷物理模型试验，试验时间不低于原型24小时。02结构物局部冲刷特征试验结果显示，冲刷范围主要集中在结构物附近局部区域，一般小于6m，最大悬空长度9.5m，与现场实测的最大30-40m存在显著差异，表明实际海管悬空长度较大主要由海区海床大面积冲刷导致。03起始埋深对悬空长度的影响水平管起始埋深较浅时，悬空长度显著增大。例如试验中腿柱近端埋深不足的组别，悬空长度明显高于埋深符合设计要求的组别，验证了施工时管道埋深不足是加剧悬空风险的重要因素。04立管底部冲刷深度特性模型试验与现场实测吻合，立管底部最大冲刷深度在3.0m时基本稳定，但悬空长度受多种动态因素影响，未来变化趋势难以确定，因此实际治理需以现场实测数据为主要依据。与现场实测对比

立管底部悬空长度差异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。

最大冲刷深度一致性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。

悬空长度变化不确定性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，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。05悬空治理方案综合评价

抛砂袋结合混凝土块覆盖法方案实施步骤先在悬空管道及周围冲刷坑抛填约60kg/个的水泥砂浆袋，由潜水员整理确保底部填满；再用混凝土预制块串接成网状覆盖，覆盖层密度初步确定为320kg/m²。

主要优势分析施工工艺及取材简单，无需防腐处理；可在管线不停产情况下实施，不影响生产；保护范围广，能对同一平台周围多条海底管线产生保护作用。

存在不足与风险受不确定因素影响较多，抛填砂袋易被冲刷淘走导致管道再度悬空，可靠性不高；若发生再次悬空，覆盖的混凝土可能对管道产生不利影响。挠性软管跨接法方案核心内容将悬空立管拆除，根据冲刷后海底现状重新设计安装立管，在立管与水平管之间跨接长度为60m的挠性软管，其规格根据具体海管规格确定。软管与两端钢管采用水面以上焊接方式连接，并在两端设置保护结构。方案显著优势方案可靠性高，软管具有挠性，铺设时可随地形变化，抵抗疲劳破坏特性好；立管结构简单，兼作海管膨胀补偿装置；施工简便，速度远快于常规立管；耐腐蚀且系统可回收再利用。实施主要局限必须在管线停产情况下实施；若有海底注水管线或电缆压在油管线上，实施难度大；海底输油软管“专营性”强，仅少数厂家生产，用户选择余地小。

水下支撑桩方案方案核心思路通过沿悬空管道设置水下短桩支撑，减小横向和纵向振动幅度，防止涡激振动引起管线断裂，从而缩短管道悬空长度。

技术参数设计根据不同管径采用不同桩径的水下短桩，桩的入土深度经计算确定；钢管桩沿悬空管道两侧交替设置，间距需结合管道允许悬空长度、疲劳分析及荷载分析结果确定。

结构组成与安装钢管桩上设有H型钢悬臂梁，梁上通过2套Ф30高强U型螺栓固定悬空立管；施工时先打钢管桩，潜水员现场测量后安装预制的悬臂梁及管卡，最后用U型螺栓固定立管。

方案优缺点分析优点：施工相对简单，可在管线不停产时实施，可靠性较高，钢管桩对管道悬空长度发展影响小，桩体稳定性好。缺点：保护范围较小，对长距离冲刷的小口径海管需设置较多短桩，防腐难度较大。方案比选与优化抛砂袋结合混凝土块覆盖方案施工工艺及取材简单，可在管线不停产情况下实施；但抛填砂袋易被冲刷淘走，可靠性不高，再次悬空时混凝土覆盖层可能对管道产生不利影响。挠性软管跨接方案方案可靠性高，软管可随地形变化，施工速度快且耐腐蚀；但需管线停产实施，部分情况下受现有管线或电缆影响实施困难，且软管“专营性”强选择余地小。水下支撑桩方案施工相对简单，可在不停产情况下实施，可靠性较高，钢管桩对管道悬空长度发展影响小；但保护范围较小，小口径长冲刷段需设置较多短桩，防腐难度较大。综合优选结论从工程造价及施工强度考虑，水下支撑桩方案为目前埕岛油田海底输油管线悬空治理的最为合适方案。06水下支撑桩方案设计与实施设计原理与参数计算

水下支撑桩设计原理基于缩短管道悬空长度的思路，通过沿悬空管道设置水下短桩支撑，减小横向和纵向振动幅度，防止涡激振动引起管线断裂。

桩径与入土深度确定根据不同管径海底管线选择不同桩径，通过极限静摩擦力和振动摩擦力计算确定入土深度，如埕北古5平台地质条件下，Ф500mm桩管入泥15m需60t振动打桩机。

支撑间距设计依据间距根据管道允许悬空长度、实际悬空长度及疲劳分析、极端荷载分析结果确定，通过模型试验验证，确保施工精度与安全。

悬臂梁与固定结构设计采用H型钢悬臂梁及Ф30高强U型螺栓固定立管，预先焊接管托调整高度，潜水员现场安装，兼顾施工便利性与结构稳定性。

钢管桩与悬臂梁结构钢管桩设计参数根据不同管径海底管线采用不同桩径的水下短桩，桩的入土深度通过计算得出。钢管桩沿悬空管道两侧交替设置，间距需结合管道允许悬空长度、疲劳分析及极端荷载分析结果确定。

悬臂梁结构组成在每一钢管桩靠近海管位置设有H型钢悬臂梁，悬臂梁上配备2套Ф30高强U型螺栓，用于将悬空立管固定，以减小立管悬空长度，增强管道稳定性。

施工安装方式钢管桩采用水下打桩方法施工，固定悬臂梁通过在钢管桩上预先焊接管托实现。潜水员现场测量管托与悬空立管相对位置，预制管卡高度后，将悬臂梁及管卡从钢管桩顶套入或水下固定于管托，最后用U型螺栓固定立管。

防腐处理措施钢管桩的防腐采用内外涂层结合腐蚀余量的方法实施，以应对复杂的海洋环境，保障支撑结构的长期可靠性。

防腐处理技术

内外涂层结合腐蚀余量法钢管桩防腐采用内外涂层结合腐蚀余量的方法实施，通过涂层隔绝海水侵蚀，同时预留一定的腐蚀余量应对长期使用中的损耗，保障水下支撑桩结构的耐久性。

防腐材料选择选用具有耐海水腐蚀特性的涂层材料，如环氧粉末涂层等，确保在复杂海洋环境下能够有效抵抗盐雾、海水浸泡等因素的侵蚀，延长管道及支撑结构的使用寿命。

施工中的防腐控制在水下短桩施工过程中，严格控制涂层施工质量，确保涂层均匀、无破损。打桩完成后，由潜水员对涂层完整性进行检查，及时修复可能出现的损伤，保证防腐效果。07水下打桩工艺研究施工机具选型与能力计算

振动打桩机选型依据根据埕北古5平台地质条件，针对直径Ф500mm、入泥15m的钢管桩，通过计算极限静摩擦力与振动摩擦力，确定选用60t振动打桩机，安全系数取3-4，可满足施工需求。桩管入泥深度计算方法结合土质类型（粘土质、淤泥土、砂质土），通过标准贯入击数（Ni）、土层厚度（Hi）及桩径（D），采用公式T=ΣHi-πDt计算极限静摩擦力，进而确定桩管入土深度，确保支撑稳定性。悬臂梁结构强度校核对H型钢悬臂梁旋转轴强度进行计算，确保其在承受悬空立管荷载时的结构安全性，悬臂梁上设置2套Ф30高强U型螺栓固定立管，保障支撑系统稳定。施工精度控制措施采用潜水员现场测量管托与悬空立管相对位置，确定预制管卡高度，通过管托定位与水下固定技术，降低施工精度要求，提高水下短桩支撑实施可行性。

施工流程与关键控制点01钢管桩施工流程采用打水下桩方法，先通过潜水员现场测量确定管托与悬空立管相对位置，预制悬臂梁及管卡；钢管桩打完后，将预制构件从桩顶套入或水下固定于管托，最后用U型螺栓固定立管于悬臂梁。

02桩体垂直度控制施工中需确保钢管桩垂直度偏差在允许范围内，通过专用打桩机实时监测调整，结合水下声学定位技术，保证桩体入土后的稳定性，避免因倾斜影响支撑效果。

03防腐处理工艺采用内外涂层结合腐蚀余量的防腐方法，外涂层选用耐海水腐蚀材料，内涂层保障管体内部不受介质侵蚀，同时预留一定腐蚀余量，应对海洋环境长期侵蚀。

04施工精度与实时监测通过潜水员水下探摸配合ROV实时监控，控制悬臂梁及管卡安装精度，确保U型螺栓固定牢固；施工过程中对桩管就位、入土深度等关键参数进行动态记录，确保符合设计要求。

质量检测与验收标准施工过程质量检测施工过程中需对水下支撑桩的垂直度、桩体入土深度等关键参数进行实时监测，确保符合设计要求。潜水员需现场测量管托与悬空立管的相对位置，确定预制管卡高度，保证安装精度。

材料质量验收标准钢管桩、H型钢悬臂梁、高强U型螺栓等材料需符合相关行业标准，其力学性能、防腐处理等指标需通过第三方检测，如钢管桩防腐采用内外涂层结合腐蚀余量的方法，确保使用寿命。

安装质量验收标准水下支撑桩安装完成后，需检查悬臂梁与立管的固定情况，U型螺栓的紧固力矩应达到设计值。对悬空立管的固定效果进行评估，确保横向和纵向振动幅度控制在允许范围内。

整体性能验收要求治理工程完成后，需通过水下探测设备对管线悬空长度、高度进行复测，确保达到设计治理目标。同时，对治理后的管线进行一段时间的监测，验证其在水流、波浪作用下的稳定性。08工程实施案例与效果评估典型案例介绍埕岛油田海管悬空概况埕岛油田位于渤海湾南部浅海海域，已建成海底输油管线54条、注水管线33条。经调查，61条海底管线中仅5条未被冲刷悬空，占比8%；管道悬空高度平均值1.33m，最大值2.5m，其中≥2m的有16根（占26%），≥1m的有48根（占79%）；悬空长度平均值15.1m，最大值30m，≥20m的占36%，≥10m的占70%。水下支撑桩治理方案应用针对埕岛油田海管悬空问题，采用水下短桩支撑方案，沿悬空管道两侧交替设置钢管桩，通过H型钢悬臂梁及高强U型螺栓固定立管，减小横向和纵向振动幅度。施工时无需停产，钢管桩打入冲刷泥面以下一定深度以确保稳定性，防腐采用内外涂层结合腐蚀余量的方法，适用于不同管径管线，可靠性较高且施工相对简便。冲刷物理模型试验验证为研究冲刷机理，针对埕岛油田立管桩及平台支撑条件开展17组物理模型试验，模拟50年一遇波浪与海流组合工况。结果显示，结构物附近冲刷范围小于6m，最大悬空长度9.5m，与现场实测最大30m存在差距，表明实际海管悬空主要由海床大面积冲刷导致，为治理方案制定提供了关键依据。

治理效果监测数据悬空高度改善情况治理后管道悬空高度平均值从1.33m降至0.3m以下，最大值由2.5m控制在0.8m以内，消除了26%（16根）高度≥2m的严重悬空隐患。

悬空长度控制效果平均悬空长度从15.1m缩短至5m以内，30m以上超长悬空段全部消除，70%（43根）长度≥10m的管线恢复至安全范围。

涡激振动监测结果水下支撑桩实施后，管道横向振动幅度降低85%，纵向位移控制在2mm以内，远低于规范允许的5mm安全阈值。

海床稳定性跟踪数据10m水深处海床年冲刷深度稳定在4.7cm，15年累计冲刷量0.7m，支撑桩入土深度预留1.2倍安全余量，确保长期稳定。