刘晓霞，黄㊀俊，罗世勇①
㊀
(中海油研究总院有限公司，北京１０００２８
打鱼打渔)摘要㊀针对南海某深水气田复杂的海底地形情况，进行了详细的三维海床建模，并结合悬跨分析计算结果，对海底管道进行了路由论证和优化.调整后的路由方案已尽最大可能避开了不利地形和不良地质，满足设计要求，无需进行大规模的海床施工处理，节省了深水工程投资费用.关键词㊀深水海底管道；三维海床；路由
中图分类号:T E ８３２㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:如何办理劳动手册
２０９５Ｇ７２９７(２０１９)z １Ｇ０４３３Ｇ０４d o i :１０．１２０８７/o e e t ．２０９５Ｇ７２９７．２０１９．z １．８１
T h r e e ＧD i m e n s i o n a l R o u t i n g D e s i g no fD e e p
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荧屏错别字l e x S e a b e d L i uX i a o Ｇx i a ,H u a n g J u n ,L u oS h i Ｇy o n g
(C N O O CR e s e a r c hI n s t i t u t eC o ．,L t d ．,B e i j i n g １
０００２８,C h i n a )A b s t r a c t ㊀B a s e do nt h ec o m p l e xs e a b e dt o p o g r a p h y o f t h ed e e p
w a t e r g a s f i e l d i nt h eS o u t hC h i n aS e a ,ad e t a i l e d t h r e e Ｇd i m e n s i o n a l s e a b e d m o d e l i n g w a sc a r r i e d o u t ,a n d t h er e s u l t s o ft h e s p a n a n a l y s i s w e r e c o m b i n e d t o d e m o n s t r a t e a n do p t i m i z e t h e s u b s e a f l o w l i n e r o u t i n g ．T h e a d j u s t e d f l o w l i n e r o u t i n g h
a s a v o i d e du n f a v o r a
坚硬的荒原
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o r d s ㊀d e e p w a t e r s u b m a r i n e p i p e l i n e ;３Ds e a b e d ;r o u t i n g ０㊀引㊀言
关键工作，对海管全生命周期的安全性和可靠性具有重要影响.在以往项目中，海上油气田开发主要集中在靠近陆地的浅海区，与深水区相比海床较为平坦，地质情况相对简单，路由选择相对容易，而随着油气田开发逐渐走向深水，海底管道路由选择技术已逐渐成为海底管道设计需要解决的首要难题.中国南海某气田水深１５００m 左右,
是国内首个进入千米水深的油气田开发项目，该项目井位较
多，位置分散，距离较远，需要新建１７条海底管道,
总长度达２１３．６k m .该气田开发项目海底管道的
路由方案非常复杂，外输管道路由深水区(关键点
K P ０~K P １４
)海床存在密集的突起㊁土坑等不平整地形，在关键点K P ３２~K P ３７附近存在陡坡区(
最大坡度约１７ʎ)，在陡坡顶部K P ４３附近海床存在一条沟壑，在K P ６２㊁K P ７０㊁K P ８５附近存在三处胶结岩块形成的硬质地层.东区管道路由同样也存在较为密集的突起㊁土坑等不平整地形，主要分布在东３管汇附近.该气田海底管道路由存在的不良地质和地形，给海底管道的路由设计带来了极大挑战.
深水海底管道路由存在以上这些土坑㊁突起㊁沟壑等不利地形，将会引起管道的悬跨或屈曲，如果管道的悬跨数量较多，悬跨长度超出计算得出的最不利情况下的允许悬跨长度，或不满足疲劳分析要求，海底管道的安全性和可靠性将存在风险.因此，需要对海管路由方案进行局部调整和优化.F l e d e r m a u s 三维数据可视化软件在本项目中
首次使用于国内深水海底管道三维路由设计，可以
①
㊀㊀收稿日期:２０１９Ｇ８Ｇ３１；修回日期:２０１９Ｇ１１Ｇ１
㊀㊀作者简介：刘晓霞，硕士，高级工程师，现主要从事海管结构设计研究工作.第６卷增刊
㊀２０１９年１１月
海洋工程装备与技术
O C E A NE N G I N E E R I N GE Q U I P M E N T A N DT E C HN O L O G Y
V o l ．６,S u p p l ．N o v ．,２０１９
４３４㊀ 海洋工程装备与技术
第６卷
较完整的展示出三维水深及海底地形特征，应用非常方便.
本文针对复杂的海底地形情况，采用F l e d e r m a u s 软件进行了详细的三维海床建模并结合悬跨分析计算结果，对海底管道进行了路由论证和优化.将海管初选路由的三维数据导入软件，生成海管的三维路由模型，读出各处不平整地形的高度和坡度，经多次调整海管路由位置，并结合计算分析结果，最终合理选择一条最优的路由，确保在该路由点上计算出来的最大悬跨长度满足小于规范允许自由悬跨长度的要求，同时计算出来的应力和弯矩满足强度要求.调整后的路由方案已尽最大可能避开了不利地形和不良地质，满足设计要求，无需海床大规模施工处理，节省了高额的深水海床处理费用.
１㊀路由设计
１．１㊀西区管道路由
该气田西区将新建２条１０寸海底管道,
采用F l e d e r m a u s ３D 软件显示管道路由的水深地形情况如图１所示，在关键点K P ７和K P １０附近存在两个坡度，在K P ８附近存在较大面积的突起㊁
土坑等不平整地形.
K P ７附近地形的最大坡度为４．０７ʎ,K P １０附近
地形的最大坡度为２．７１ʎ，这两个坡度分部较长，在路由调查范围内是绝对无法避开的，好在由于这两
个坡度相距较远，约为３．４k m ，且坡度较缓，经过对管道的悬跨长度计算，管道可满足规范要求，所以无需对K P ７和K P １０附近的这两个坡度进行处理.
针对K P ８附近的较大面积的不平整地形,
对管道路由设计了一处弧形敷设，可有效避开了不平整地形，如图２所示
.皮里村蹲点日记
图１㊀
西区管道路由水深地形
图２㊀弧形铺设区域海管路由
１．２㊀东区管道路由
东区管道路由也存在较为密集的突起㊁土坑等不平整地形，主要分布在东３管汇附近，海管初选路由最大坡度接近１７．７６ʎ
，如图３所示
.图３㊀东区管道路由不平整区域最大坡度１７．７６ʎ
针对东３管汇附近海床极不平整，管道路由增
加了１段转弯半径为１．５k m 的弧形敷设，调整后的路由方案已尽最大可能避开了不利地形，调整后的
路由如图４所示
.
图４㊀东区管道调整后路由
增刊刘晓霞，等：复杂地形下深水海底管道三维路由设计
４３５㊀ ㊀
１．３㊀外输管道路由
外输管道路由更为复杂，需要关注的有四个区域，分别是深水突起密集区㊁陡坡区㊁沟壑区㊁硬质海床区，如图５所示.
图５㊀外输管道路由
根据路由调查资料及F l e d e r m a u s３D 软件显
示，在关键点K P ０ＧK P １４区域，外输管道路由海床存在密集的突起㊁土坑等不平整地形，局部凸起高
度最大可达到６~７m ；最大坡度区位于关键点
K P ３２ＧK P ３７附近,
该区域西侧边缘最大坡度达到１７ʎ，外输管道初选路由在该区域中心，坡度约为９ʎ；在路由关键点K P ４３附近海床存在一条沟壑区,
沟宽约为３４０m ，沟深约为６~１６m ，如图６所示
.图６㊀外输管道沟壑区
对原路由进行了优化，陡坡区管道路由向东偏
移约５００m ,
新路由管道已尽最大可能避开了不平整区域；避开了最大陡坡；在无法避开的硬质地层
区，海底管道加混凝土配重层以满足稳定性要求；针对沟壑区，管道路由向东南偏移约８００m ,
选择了坡度及深度最小的位置作为海管路由，并加装涡激振动抑制装置来避免出现疲劳破坏.
１．４㊀计算分析
对路由优化后的海底管道，分别在运行工况和水压试验工况下进行了悬跨分析，计算结果如７所示，管道的最大悬跨长度均小于规范允许的悬跨长
度，满足设计要求
.
图７(a )㊀
运行工况悬跨计算结果
图７(b )㊀水压试验工况悬跨计算结果
分别采用５００k N 和１２００k N 的底部张紧力,
在运行工况和空管工况下进行了管道悬跨分析，计算结果如图８所示，根据计算结果显示：无论是在运行工况还是空管工况，在５００k N 的底部张紧力情况下明显要比１２００k N 的底部张紧力情况下,
管道与海床面拟合得更好.底部张紧力的大小主要取㊀㊀
图８㊀运行工况悬跨计算结果
４３６㊀ 海洋工程装备与技术第６卷
自于管道的铺设分析，因此，在铺管管道时尽可能保证底部张力较小，可有效避免管道出现较大自由悬跨长度.
２㊀结㊀语
针对复杂的海底地形情况，采用F l e d e r m a u s软件进行了详细的三维海床建模并结合悬跨分析计算结果，对海底管道进行了路由论证和优化.最终选择的路由方案，管道已尽最大可能避开了海床不平整区域；避开了最大陡坡；在无法避开的硬质地层区，海底管道加混凝土配重层以满足稳定性要求；针对沟壑区，选择了坡度及深度最小的位置作为海管路由，并加装V I V涡激振动抑制装置来避免出现疲劳破坏.结合海底管道分析计算结果，调整后的路由方案已尽最大可能避开了不利地形和不良地质，
满足设计要求，无需海床施工处理，节省了高额的深水海床处理费用.
参考文献
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S u nG u o m i n g．As t u d y o f s u b s e a p i p e l i n e r o u t e s e l e c t i o n u n d e r
c o m p l e x s e a b e
d g
e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s[J]．S h i p S c i e n c e a n d
T e c h n o l o g y,２０１５,３７(９):８２Ｇ８６．
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