基于超聲波成像背景下海底管道勘察探究

黃新元 辛保穩(wěn)

摘 要： 海底石油、天然氣資源豐富，長期以來都是國家開發(fā)的熱門項目，但是在開發(fā)過程中海底管道勘察也非常重要，這涉及到石油、天然氣資源運(yùn)輸問題，接下來我們以熔結(jié)凝灰?guī)r及花崗閃長巖為主的海底地形為例，借助超聲波成像技術(shù)分析其結(jié)構(gòu)面的特征參數(shù)，對深部巖體采取初步定量化探討，對地表露頭和巖芯進(jìn)行校驗補(bǔ)充，為海管隧道設(shè)計及施工提供有價值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化工程勘察成果的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 超聲波成像;海底管道;勘察

【中圖分類號】TE974.2 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）07-0014-01

前言：海底蘊(yùn)藏著豐富的石油、天然氣資源，成為很多國家爭先開發(fā)的重要區(qū)域，近年來，我國也強(qiáng)化了海洋資源的開發(fā)，在開發(fā)過程中會遇到非常多的問題需要解決，其中最為重要的是海底管道的建設(shè)。海底管道其主要作用就是承擔(dān)起石油、天然氣資源的輸送工作，但是海底地形非常的復(fù)雜，會存在以熔結(jié)凝灰?guī)r及花崗閃長巖為主的地形，如何克服這些復(fù)雜地形，就需要使用超聲波成像技術(shù)對海域段鉆孔測試，尤其是以熔結(jié)凝灰?guī)r及花崗閃長巖為主的海底地形受到次級構(gòu)造斷裂影響，巖體受擠壓破碎，形成層間破碎帶及巖性接觸軟弱帶等，海域段基巖出露少，且覆蓋層較厚，難以反映深部巖體結(jié)構(gòu)面特點。所以要分析其結(jié)構(gòu)面的特征參數(shù)，對深部巖體采取初步定量化探討，對地表露頭和巖芯進(jìn)行校驗補(bǔ)充，為海管隧道設(shè)計及施工提供有價值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化工程勘察成果的質(zhì)量。

1 海底管道概述

海底管道是通過密閉的管道在海底連續(xù)地輸送大量油（氣）的管道，是海上油（氣）田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分，也是目前最快捷、最安全和經(jīng)濟(jì)可靠的海上油氣運(yùn)輸方式。按輸送介質(zhì)可劃分為海底輸油管道、海底輸氣管道、海底油氣混輸管道和海底輸水管道等，從結(jié)構(gòu)上看可劃分為雙重保溫管道和單層管道。優(yōu)點是海底管道的優(yōu)點是可以連續(xù)輸送，幾乎不受環(huán)境條件的影響，不會因海上儲油設(shè)施容量限制或穿梭油輪的接運(yùn)不及時而迫使油田減產(chǎn)或停產(chǎn)。故輸油效率高，運(yùn)油能力大。另外海底管道鋪設(shè)工期短，投產(chǎn)快，管理方便和操作費(fèi)用低。缺點是管道處于海底，多數(shù)又需要埋設(shè)于海底土中一定深度，檢查和維修困難，某些處于潮差或波浪破碎帶的管段（尤其是立管），受風(fēng)浪、潮流、冰凌等影響較大，有時可能被海中漂浮物和船舶撞擊或拋錨遭受破壞。

2 利用超聲波成像技術(shù)勘察海底管道的原理

使用超聲波鉆孔成像綜合測試系統(tǒng)（integrative acoustic borehole imaging system），配備聲學(xué)電視探頭，是一套高度智能化的測量工具。該系統(tǒng)用超聲波以液體為傳導(dǎo)介質(zhì)（如清水、渾濁泥漿）對孔壁進(jìn)行高速逐點掃描并發(fā)射超聲波脈沖，利用傾斜坐標(biāo)計算鉆孔偏移值以及對所測得的結(jié)構(gòu)面（裂隙、巖層、斷裂等）進(jìn)行角度矯正，記錄從鉆孔液體介質(zhì)與孔壁之間的反射波強(qiáng)度和歷時來形成鉆孔壁二維特征圖像，并顯示在測井軟件中。數(shù)據(jù)采集是由MSlog軟件自動采集，海上鉆探條件惡劣，且潮汐往復(fù)運(yùn)動，潮差水面高度約4～5m，根據(jù)現(xiàn)場條件確定采集模式由上至下，以保證采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和圖像的準(zhǔn)確性。圖像解譯軟件采用WellCAD，該軟件具有統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面特征并繪制玫瑰花圖和極點圖等功能。

3 結(jié)構(gòu)面分析

首先是結(jié)構(gòu)面類型。按照解譯出的結(jié)構(gòu)面間距及密度結(jié)合實際的鉆孔巖芯編錄，劃分出構(gòu)造破碎帶/巖性接觸帶、結(jié)構(gòu)面密集帶和巖體較完整帶。在統(tǒng)計結(jié)構(gòu)面數(shù)量過程中，由于節(jié)理密集帶及構(gòu)造破碎帶等孔段對深部巖體結(jié)構(gòu)評價、巖體滲透性等具有重要作用，對工程設(shè)計施工影響較大，但二維圖像無法辨別其結(jié)構(gòu)面特征，因此將其作為獨(dú)立體劃分并統(tǒng)計，以保證數(shù)據(jù)可靠性。其次是結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。一是野外測量，穿越區(qū)海域段分流尾嶼有露頭，例如我們對以熔結(jié)凝灰?guī)r及花崗閃長巖地區(qū)測量，按照現(xiàn)場主要發(fā)育通常會有3組節(jié)理裂隙，主要節(jié)理L1節(jié)理發(fā)育密集，以為主，與隧道小角度相交，對隧道洞壁穩(wěn)定性不利 L2、L3節(jié)理走向與隧道呈大角度相交，對隧道洞壁穩(wěn)定性影響較小。二是數(shù)據(jù)解釋。按照工程需要，場區(qū)按照以10°為間距統(tǒng)計所揭露的各種結(jié)構(gòu)面傾角;傾向則以45°為間距進(jìn)行統(tǒng)計見表4為了更精確劃分出最優(yōu)結(jié)構(gòu)面組的產(chǎn)狀，對場區(qū)結(jié)構(gòu)面繪制走向玫瑰花圖與傾角極點圖，極點圖中圓心代表0°傾角，向外依次增大，直至半徑的端點，外圓代表90°傾角;玫瑰花圖中走向以10°為間距，半徑代表10條結(jié)構(gòu)面。三是通過現(xiàn)場測量和解釋成果探討，我們知道場區(qū)主要節(jié)理以NNE為主，與隧道呈小角相交，但貫通性一般，對穿越隧道影響小，且傾角以陡角為主，便于隧道的開挖。需要注意的是優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的發(fā)育能夠反映區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的特征，但地表統(tǒng)計結(jié)果僅表示淺部巖體特征，需結(jié)合深部巖體特征進(jìn)行綜合分析解譯成果精確度遠(yuǎn)高于巖芯編錄測量的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀，尤其是解譯成果代表了結(jié)構(gòu)面的真傾角，彌補(bǔ)了巖芯編錄只代表結(jié)構(gòu)面的視傾角的缺陷，在產(chǎn)狀統(tǒng)計中更有著非常大的優(yōu)勢。

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