海底管道冲刷预测分析

第８ 期　 ． ５． 　 海底管道冲刷预测分析　 王凤莲 ，熊海荣 ，叶宏平 ，马坤 明　 （ 海洋石油 工程股份 有限公司 ， 天津 ３ ０ ０ ４ ５ １ ） 　 ［ 摘　 要】在海洋油气中，海底管道是输送油气的有效工具。但偶有发生的海底管道断裂事故不仅造成巨大经济损失，还造成　 了严重的海洋环境污染。这些事故大多是由冲刷引起的。本￣ Ａ ｉ ｒ ｙ 线性波理论，分析了影响海底管道冲刷的时间、管道　 外径 、海床处 水流流速 、波高、周期等 因素 ，估算 了裸置于海床的管道潮流作用 下的平衡冲刷量，其研 究内容和结论对 未来　 海底管道冲刷预 测分析具有 一定指导意义。 　 ［ 关键词］海底 管道 ；悬跨；冲刷深度；平衡 冲刷量；Ａ ｉ 　 ｒ ｙ 线性波理论　 海底管道 由于具有连续 、快捷 、输送量大、 　 受 气 候 影 响小 等 优 点 ， 己成 为 海 上 油 气 集输 的 主　 要 形式 。它 连 接着 海 洋油 气 田开 发 的上游 和 下　 游 ，是 输 送 油 气 的有 效 工 具 ， 是整 个 海 洋 油 气 田　 开 发 的 生 命 线 。合 理 分 析 管 道 在 复 杂海 洋 环 境 下　 的稳 定 性 ，确 保 海 底 管 道 的安 全 运 营 ， 是海 洋 油　 气 开 采 中 的一 个 关 键 问题 。在 海 流 等 海 洋 环 境 载　 荷 的 作 用 下 ，海 底 管 道 周 围海 床 将 发 生 局 部 冲 刷　 现 象 。如 果 悬 跨 足 够 大 ，管 道 变 形 和 内部 应 力 幅　 值 将 增 大 ； 同 时 ， 在 海 洋 波 流 载 荷 作 用 下 ，管 道　 可 能产生涡激振 动，严重时将导致管道断裂 。海　 底 管道 周 围海 床 冲刷 是海 底 管 道 安 全 运 营 的 潜 在　 威 胁 。 因此 ，合 理 分 析 冲刷 产 生 和 发 展 的 物 理 机　 制 、准确估计冲刷 深度 并预测 悬跨长度是海底管　 道 设计 中需要考 虑 的重 要 问题 。 　 管 道 周 围 的 冲 刷 及 其 防治 是 目前海 洋 工程 中　 常 遇 到 的工 程 问题 ， 因为 它关 系 到 管道 的整 体 稳　 定 性 ，为 了建 造 既安 全 可 靠 又 经 济 适 用 的 管道 基　 形 成 的 马蹄 形 涡和 涡 在 管道 附近 的脱 落 。 当ＫＣ 数　 小 于５ 时 ，属 于 大尺 度 情况 ，在 管道 周 围将 不再 出　 现 马 蹄 形 涡 ，造 成 冲刷 的 原 因 是波 浪 底 部 水 质 点　 运 动对 床面 的剪 切应 力 。 　 国 内外 学 者 对 管 道 局 部 冲 刷 进 行 了大 量 的研　 究 ，主 要 有 三 大 方 法 ： 试验 研 究 、理 论 分 析 和 数　 值模 拟 。本文 主要 采用 理论 分析 法 。 　 １ 冲刷 预测 研究 所需 数据　 以 下列 出 的数 据 是 进 行 冲 刷 预 测 所 必 不 可 少　 的。 　 １ ． １ 波参 数　 由 于 冲 刷 发 生 在 环 境 的 一 定 范 围 区域 内 ， 　 所 以对 于 一 系 列 的波 来 说 ，冲 刷 量 随 着 时 间而 变　 化。输入数据包括 ：波高Ｈ（ ｍ ） ；波幅Ｔ（ ｓ ） ； 特征　 的Ｈ． Ｔ（ Ｎｗ ） 中波 的数 量 ；流 动 深 度ｄ（ ｍ） 。每 个 波　 高 和 波 幅 中波 的 数 量 可 以 从 提供 的环 境 统 计 数 据