復雜地質條件下的海底管道失效機理及防護措施研究

馬坤明，胡春紅，張英，王昌

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

近年來，隨著我國海洋油氣開發進軍南海和海外，逐步走向深水水域，海底管路路由面臨著越來越復雜的海床地質條件。以南海某氣田海底管道項目為例（見圖1），其海底管道路由存在海床極度崎嶇不平和地質狀況復雜多變等困難，給海底管道的設計和鋪設等帶來極大挑戰。因此，開展復雜地質條件下的海底管道失效機理和工程防護措施研究顯得尤為重要，在保證海底管道安全性，優化路由，降低成本等方面具有重要意義。

圖1 南海某氣田海底管道項目海底管道路由三維地形圖

1 海底管道在沖刷等條件下的懸跨破壞機理及防護措施研究

由于海床沖刷、淘蝕作用以及海床表面凹凸不平的復雜地貌的存在，當海底管道鋪設到海床表面時，經常會不可避免地形成不同長度的自由懸跨情況，懸跨的形成對管道有兩種不利影響[1,2]：

（1）由于管道自重及波浪、流此類環境荷載等因素會使懸跨段管道產生過大的彎矩，可能直接造成管道被破壞。

（2）當海水流經懸跨管道時，在一定流速條件下，懸跨管道兩側會出現漩渦，并以一定的頻率交替泄放，從而在結構表面形成周期荷載，使得懸跨管道在順流方向及橫流方向上發生振動，即渦激振動，很可能對海底管道造成疲勞損傷乃至破壞。

結合以上兩方面原因，可以分析得出管道的臨界懸跨長度。海底管道臨界懸跨主要由靜態懸跨和渦流激振懸跨決定。……