拋錨作業(yè)撞擊海底管道的影響分析

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1、第38卷第1期石油Jt程建設2l劉歡，馮梅芳，張文海2(1．中國石油冀東油田公司，河北唐山063200；2瑚6威船級社(中國)有限公司，上海200336)摘要：拋錨作業(yè)可能會撞擊海底管道，對管道的安全運行造成威脅。文章分析了船舶拋錨作業(yè)撞擊海底管道的能量、海管壁凹坑吸收的能量和海管保護層吸收的能量的計算方法，并給出了工程計算實例，得出不同錨重、埋深條件下海管的損壞等級，確定了合理的埋深，為海管安全敷設提供必要的參數(shù)。關鍵詞：海管；拋錨；撞擊；危害doi：10．3969／j．issn．1001-2206．2012．0

2、1．0060引言和拖拉。海底管道是海洋油氣資源開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的重要(3)各類航行船舶在避讓等緊急情況下采取組成部分，近些年隨著近海石油工業(yè)的發(fā)展，海底的拋錨作業(yè)。管道也得到了更為廣泛的應用。它是連續(xù)的輸送大(4)船員人為操作失誤，導致脫錨。量油氣最快捷、最經(jīng)濟、最安全、最高效的方式，1．2管道損壞等級劃分具有連續(xù)輸送、運油能力大、鋪設工期短、管理方參照標準DNVRP—F107[4]，視海管的受損程便和操作費用低等優(yōu)點，但同時也存在檢查維護不度，損壞可分為三級：方便、一旦出現(xiàn)事故修復困難等缺點。(1)次損壞(D1)：海

3、管不需要修復，也不會海底管道不僅受到海洋水文環(huán)境和海床運動、導致泄漏。海管壁上凹坑的最大深度為管徑的海底地形地貌變化的影響，還受到過往船只拋錨5％，通常不會立即影響海管的運行。不過，應該所帶來的外界影響。因此，在安裝、運行管理的采取檢驗和技術評估的手段，確認海管的結(jié)構(gòu)完過程中難免會出現(xiàn)各種損傷和缺陷，如凹坑、刮整性和通過清管球的能力。鑿、擦痕、穿孔、懸空、彎曲及變形等【l_3]。在海(2)中損壞(D2)：海管需要修復，但也不會底管道受到的各種威脅中。撞擊屬于偶然性載荷導致泄漏。當海管壁上的凹坑會限制其內(nèi)部檢驗破壞，

4、是造成海底管道破壞的主要原因之一。因時，通常需要進行修復(凹坑的最大深度超過管此，分析海管與拋錨之間的力學關系，計算安全徑的5％)。不過，修復可以推遲一段時間，再經(jīng)的埋深．就成為保障海底管道安全運行的一項重過結(jié)構(gòu)完整性評定后可以繼續(xù)運行。要的研究內(nèi)容。(3)重損壞(D3)：發(fā)生泄漏。海管壁被砸穿1海底管道損壞分級劃分孔或者海管破裂，必須立即停止油氣輸送和進行通常情況下，拋錨點與海底管道的距離越遠，線路修復，損壞的部分必須修補或替換掉。錨撞擊管道的概率就越小，管道受到錨撞擊的風2錨正面撞擊海底管道的能量計算險就越小。

5、錨拋入水中并撞擊海管的作用機理是復雜的，1．1拋錨作業(yè)與海底管道可能撞擊的情況它包括許多參數(shù)，如錨的形狀、尺寸以及撞擊方對海底管道有影響的拋錨作業(yè)主要有以下幾種：向。根據(jù)標準DNVRP—F107?；谝韵乱恍┘僭O，(1)惡劣天氣條件下，工程船舶發(fā)生遛錨或計算“最壞狀態(tài)”下錨落水并撞擊海管的能量：錨鏈發(fā)生斷裂。(1)錨是堅硬的，撞擊時不會變形。(2)漁業(yè)捕撈用具及拖錨對海底管道的撞擊(2)錨是直接下落，不旋轉(zhuǎn)。22石油工{jc建設2012年2月(3)海管是靜止的。吸收能量(kJ)的計算公式為：(4)撞擊能量轉(zhuǎn)移至海管

6、的時間很短，且大部Ek=Ybhxo(4)分轉(zhuǎn)移的能量被海管的凹坑所吸收。式中y——壓碎強度／MPa．是標準密度混凝土的(5)撞擊時錨達到了其下落的極限速度。立方抗壓強度的3倍；2．1錨的沖擊能6——錨撞擊面的寬度／m：錨被拋入水中后下沉，經(jīng)過一段時間后，達到——錨撞擊面的長度／m；下沉的極限速度，即：當錨的重力與排出水的體積曠一穿透深度，m。和流動阻力達到平衡時，錨的下沉速度就是一個常2．2．2埋深保護層量。錨下沉達到受力平衡時的方程為：挖溝并填埋海管在一定程度上可以額外保護海管免受落錨和拖錨的損壞，但作用是有限的

7、，這主(m一一)g=1p—AvT(1)要取決于挖溝的深度和撞擊物的尺寸。根據(jù)實體試錨在水中達到極限速度時，其動能為：驗，墜落物被砂礫層吸收的能量(kJ)關系為：2ET=1舢=Ep=—1DNApz+，vqP(5)器(一V)(2),除了動能，實際撞擊能量還包括附加的式中——填埋材料的有效單位重力／(kN／m)，水動力能量，則實際撞擊的能量(kJ)變?yōu)椋喝?1kN／m：EE=ET+EA1(m+m)T(3)一海管的直徑／m；A廣海管的投影面積／m；式中m——錨的質(zhì)量／kg：z——穿透深度，m；——錨的體積／m：批，Ⅳ廠一承

8、載系數(shù)，通常Nq=99，=137。pw址一海水密度／(kg／m。)；通常自然回填的砂層吸收的能量比砂礫的小很m——附加的質(zhì)量／kg，m=pCaV；多，其抗撞擊能力是砂礫覆蓋層的2％～10％。r重力加速度／(m／s)；2．3撞擊能量A——錨在下沉方向上的投影面積／m；由于有混凝土配重保護層和挖溝填埋層的保V——錨在水中的極限速度／(m／s)；護，錨撞擊海管的實