◎本报记者 陈 曦
在广袤无垠的海洋之下，一场关乎能源输送安全的“暗战”悄然打响。海底管道，作为海洋油气资源开发体系中输送油气的关键通道，宛如一条条深海“动脉”，在整个产业链里占据着核心地位。然而，在复杂的海洋环境中，这条“动脉”的稳定性却面临着诸多挑战。
近日，海洋石油工程股份有限公司设计院与天津大学联合研发了提升海底管道稳定性的新型海底管道试验装置，并获得国家发明专利授权。该装置将为我国保障海上油气田安全开发提供有力技术支撑。
真实工况难以有效还原
全球海洋油气田建设项目中，海底管道铺设成本通常占总开发成本的30%—40%，其投入之高令人咋舌。更关键的是，一旦海底管道发生故障，造成的经济损失堪称天文数字。保障海底管道的稳定性，成为海底管道设计与运维的重中之重。
当前，海底管道稳定性研究主要依赖理论分析与数值模拟。但海底管道所处环境极为复杂，海流、海床土壤特性差异等多种因素交织，导致理论与模拟和实际情况偏差巨大。
相关研究显示，现有的理论分析与数值模拟在预测海底管道因复杂外力作用产生的位移时，误差达20%—30%，无法精准还原真实工况。物理模型试验研究的匮乏，如同紧箍咒一般，制约着海底管道稳定性研究的深入推进。
对此，海洋石油工程股份有限公司设计院与天津大学历经两年艰苦研发，成功推出一款海底管道试验装置。“这个装置就像给海底管道研究装上‘透视眼’，能精准洞察其情况。”海油工程设计院海管工程师夏日长形象地说。
精准评估管缆动态稳定性
海底管道试验装置采用支撑、限位和测距三部分结构设计，搭配波流水槽和海床土壤模型，还运用了水下连杆式高精度激光测距技术，能快速、精准地分析不同尺寸海底管道在复杂土壤环境及波流条件组合下的物理稳定性和侧向位移，实现对海底管缆动态稳定性的精准评估。
“我们在结构设计上，将海底管道模型两端与摆杆紧密相连。这一创新构造让管道模型更换变得高效又灵活。”海管结构高级工程师崔少敏介绍，研究人员能根据不同需求，轻松更换不同直径和壁厚的管道模型，全面掌握不同参数对海底管道稳定性的影响规律。
针对管道自重这一关键因素，装置配备高精度配重调节系统。通过精确控制配重块数量与分布，快速、准确调整海底管道模型自重，模拟不同海床环境与工况下的实际受力。
为了高度还原复杂水流与波浪条件，让实验结果直接应用于实际工程，大型不规则随机波流水槽两侧的可调节固定挡杆发挥着重要作用。研究人员可通过调控挡杆角度与位置，灵活改变海底管道试验装置与水流夹角。
在测量技术上，引入高精度激光测距仪更是一大亮点。“它实时、准确测量海底管道试验中的侧向位移变化，解决了激光测距仪和动态移动管道的运动协调性问题。我们还通过研发水下连杆结合滑轮铰接系统，将精密测量误差突破性地降低到5毫米。”崔少敏说，“这为管道设计与安全评估体系优化提供了关键支撑。”
保障能源输送安全
新研发的海底管道试验装置应用范围十分广泛，涵盖多尺寸海底管道和海底电缆的动态位移监测，并适用于不同土壤、海洋环境条件。无论是开展海底管道物理模型试验研究，还是验证海底管道稳定性分析原理和方法，或是研究海底管缆其他运动特性，它都能大显身手。
目前，该装置已在中国海油渤中26-6油田开发项目以及旅大10-1油田10-4区块调整项目中投入使用，为科研和工程设计建设提供了有效的数据支持。
在这些项目中，该装置像一位可靠的“安全卫士”，精准监测海底管道情况，为项目保驾护航。未来，它将继续在更多海上油田项目中发光发热，为保障国家能源安全贡献力量，让深海中的“动脉”更加安全、稳定地输送能源。
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