赵 槊(中海油田服务股份有限公司 物探事业部 水下工程技术中心，天津300451）



海底电缆外部调查检测方法的探讨

赵 槊
(中海油田服务股份有限公司 物探事业部 水下工程技术中心，天津300451）

摘 要：针对海底管缆外部检测以及路由调查中，调查方法应用出现的问题，分析了海底电缆探测调查的技术方法。目前主要有磁力仪、水上电法探测设备及浅剖仪的水上电缆检测及潜水员扦插探摸结合超短基线定位设备的水下电缆组合探测两种。根据水上电缆检测的特点，研究在一定水深情况下各系统的优化配置方案，克服设备之间相互影响及干扰，确保系统测量精度。根据水下电缆检测的特点，研究结合超短基线定位设备的潜水员潜水扦插探摸的水上组合式电缆探测方式，分析该检测系统的应用范围及优缺点。

关键词：海底电缆 探测 优化配置 磁力仪

0 引言

随着我国对海洋石油的开发，海域使用开发活动日益频繁，海底输送管道及海底电缆的数量以惊人的速度在不断增加。同时，随着海岛资源开发和海洋资源开发进程的加快，海底电缆的应用越来越广泛，特别是在海洋工程、跨海通信和新能源开发等领域海底电缆在电力传输、跨海通讯和海洋油气田的开发等领域具有其他手段无法替代的优势、然而海底电缆铺设后由于冲刷、腐蚀、海底地质灾害等原因，会出现不同程度的位移、裸露、破坏。因此，必须定期对海底电缆及管道进行检测和维修；同时，随着海洋经济活动及开发活动的日益频繁，人为损坏的事故正急剧增加，海底电缆发生故障后，往往不能立即修复，不仅修复费用昂贵、维修周期长，还会造成严重的经济损失和难以预料的影响。因此，无论是海底电缆定期检测还是应急抢险维护，准确、快速找到海底电缆的路由走向及位置是必要前提，本文主要对我国目前较集中的近海海底电缆外部调查的检测方法及优化组合方法进行一下探讨。

1 现有海底电缆探测方法及其优缺点

1.1 声纳探测

早期埋设的海底电缆受当时施工技术水平的限制，裸露于海底情况较多；已铺设的海底电缆在铺设后由于冲刷、腐蚀、海底地质灾害等原因，也会出现不同程度的裸露。裸露于海底的电缆是非常危险的，极容易受到外力的影响而受到损伤，因此，如何快速准确的获取裸露的海底电缆路由及位置是非常重要的，目前，采用声纳探测来获取的方法是行之有效的。声纳调查设备的原理是利用波束与其海底投射点的相互作用产生声能的变化，反映海底及裸露物体的状态。在海底管道/电缆的外部检测中，目前常用的设备有侧扫声纳、扫描声纳等。当前的高频数字声纳分辨率是非常高的，从理论上讲，声纳能够在正常调查中显示出直径小于1cm的合成纤维绳。

声纳探测的优势是设备便携，安装调试简单，走航式调查效率高，单条测线扫测范围宽；缺点是只能探测裸露电缆和电缆埋设沟痕来确定海缆状况，要获取清晰的声纳影像资料还需选择良好的海况情况下作业，在水深较深情况下要获取精确地裸露海底电缆影像资料和位置还需要深拖声纳拖鱼并进行USBL定位[1]。

1.2 磁力探测

海洋磁力测量主要通过测量区域磁场的异常变化，判定区域是否存在磁性障碍物，具有分辨率高，不受海底管缆以及障碍物是否漏出或掩埋的局限。海洋磁力测量对探测磁性物体尤其是掩理的物体有其它测量手段无法比拟的优势，因此在数据采集和磁力异常数据处理上受到越来越多的重视和研究。目前测量的方式已经由基于单个磁力测量拖体发展为多探头的海洋梯度仪，它可以实施准确三维梯度向量测量，测量目标的确切位置，并且立即显示在地图上。在应用上消除了日变改正的需要，减少了设备和操作的成本。

在理藏的海底电缆的调查上，普通的声学设备如管线仪等精度难以达到，海底电缆含有铁磁性材料，当通电时，将产生附加磁场。因此，通过磁力测量方法可以对埋藏的海底电缆进行有效探测，获得海底电缆的磁异常特征以及特征变化规律，确定其存在状态[6]。

磁力探测的优势是设备便携、操作简单、走航式作业，可以探测理藏的海底电缆；缺点是磁力仪拖鱼尾拖需达到3倍以上测量船船长，一般要求拖鱼具海底深度3m以内才能获取有效海底电缆磁力异常信号，为保证定位精度及拖鱼姿态稳定性，测量船应尽量在海流速度较小的平流期作业，船速一般不大于3节，作业区域及周边要求干净（无钢管桩及导管架等大的强磁性水上建筑物如海上平台等存在）[2]。

1.3 电法探测

电法探测设备的原理是根据海底电缆与岩土之间电磁性质的差异，探测人工产生的或自然界本身存在的电场与电磁场。随着科技发展，海上电法勘察在海底电缆外部检测中得到的应用越来越广（如武汉海军工程大学自主研发的SCD-08是一款海缆探测仪），尤其是在海缆出现故障进行抢修、快速寻找其断点应用方面上，在海缆中注入低频电流信号，发信机一般可以对25Hz、50Hz、133Hz三个频率的信号进行激励，较低的25Hz可以在大水深或电磁环境比较复杂的场合使用，50Hz可以用于大水深无工频干扰的情况下使用，133Hz频率在水深较浅、电磁环境较好的场合能获得更好的效果；导体通过交变电流，其周围产生电磁场，并向空中传播；海底电缆发生故障后，其芯线（或金属保护层）与大地（海水）构成回路，当在海底电缆与大地之间传送一定功率的交流信号时，便在电缆周围产生电磁场，并通过海水（衰减）向海面传播。用海缆探测接收机把此信号接收下来，根据接收信号的强弱，即可判断出海缆的位置。当探测点越过故障点后信号不会通过，接收机就收不到信号，以此可确定故障点的位置。

在海底电缆出现故障并进行抢修、快速寻找其断点应用方面，SCD-08型海缆探测系统有其优势，在海底电缆外部检测中的复杂区域（如平台等海上构筑物附近），不适用于尾拖式的磁力探测，在这些区域安装方便、不需要采用长距离尾托式测量的电法勘察方法，如SCD-08型海缆探测系统将发挥独特优势；其缺点是在海底电缆正常外部检测中需在海缆一端加载信号，这在海洋石油平台油气生产过程中是通常比较难于实现。

另外，还有结合ROV的电法探测代表产品TSS管线电缆探测系统，优点是：采用脉冲感应技术可以在不考虑测量载体艏向的情况下提供高精度的测量结果；DSP数字信号处理技术的应用可提供质量控制信息；大量程的海底埋藏目标物探测等，其一般应用在深水管道/电缆调查区域内，本文在此不做详述。

1.4 潜水员潜水扦插探摸

潜水员潜水扦插探摸电缆结合超短基线水下定位是海底电缆探测最直接的方式，也是定位精度最高的方式。其优点是既能探测海底电缆位置又能确定其埋深情况，定位精度高，近平台以及管道/电缆分布复杂区域适用性强；缺点是作业效率低，在路由区域需要支持船舶抛锚固定好作业船舶后潜水员方能下水作业，作业时间短，一般仅限于平流期，作业海况条件要求高，作业成本高，安全风险性高。

2 海底电缆探测方法优化组合

近几年来，随着油气资源的深度开发，在原有石油平台群区域加设平台以增加油气产量逐渐提到议程上来。为平台施工设计提供准确的海底管道/电缆资料是保证作业安全的关键，现有的海管调查技术己经成熟，而海底电缆探测方法并不是独立使用的，而是根据调查区域内水深条件、管道/电缆分布情况、作业成本、作业效率及周边水下建筑物情况优化组合来进行海底管道/电缆调查作业，我们以某油田现役海底电缆调查工程为例来介绍一下海底电缆探测方法的优化组合。

某油田群是我国渤海湾内最大的海上石油平台群，其拥有近10余座平台及单点，平台群密集，海底管道/电缆密集分布。调查区路由中管线与电缆、电缆与电缆交叉较多，近平台区域内管道/电缆更加密集，管道/电缆路由长度短，调查区内作业船舶多。海底管道/电缆调查作业难度大。针对以上情况，为保证作业成果的高质量、作业的高效率、作业的安全性及作业成本的有效控制，我们进行了调查的优化组合。

2.1 管道/电缆路由区

管道/电缆路由区内管道/电缆分布存在三类情况，第一类是只存在海底管道；第二类是海底管道与海底电缆并存；第三类是只存在海底电缆。

针对第一类仅有海底管道存在的情况，目前调查方法已经很成熟，采用侧扫声纳和管线仪结合的调查方法即可实现有效探测。

针对第二类海底管道/电缆存及第三类仅存海底电缆的情况，要考虑到采用海底电缆探测仪的探测方法需在平台上加载信号，这在平台生产过程中是很难实现的，采用ROV搭载TSS管道/电缆探测仪作业成本太高，业主单位很难接受。所以针对管道/电缆并存的情况只能采用磁力仪、侧扫声纳及管线仪的组合探测方法，为保证对路由区裸露管缆及障碍物的有效探测，需至少平行于路由中心线间距50m布设3条纵测线[3]，为保证磁力仪探测管道/电缆位置的定位精度，需首先采用管线仪对海底管道进行有效探测及高精度定位，之后采用磁力仪进行一系列校准、测试后对海底管缆进行有效探测，最后利用海底管道位置差分定位至探测到的海底电缆位置，而针对仅存在的海底电缆路由区，目前采用磁力仪和侧扫声纳优化结合的探测方法来解决，侧扫声纳一般只需平行于路由中心线间距50m布设2条纵测线即可对裸露电缆及障碍物进行有效探测[4]，为保证磁力仪探测的海底电缆位置的高精度，尽量选择平流期时作业，并进行往返测量后取其海底电缆平均位置，经过潜水员结合USBL抽检探摸并计算后，采用此种方法海底电缆探测精度达到了±1.92m，完全可以满足海洋工程设计及施工精度要求。

2.2 近平台区

近平台区域内一般指以平台为中心半径为250m的作业区域内，此区域内海底管道/电缆密集，交叉现象较多，要求管道/电缆调查位置精度高，是管道/电缆调查的难点，考虑到作业效率、成本及安全性，目前采用的是物探结合潜水探摸组合方法。物探方法即是采用磁力仪、侧扫声纳和管线仪的组合方法，平台具有强磁性，磁力仪目前只能探测到距平台75m以外的管道/电缆磁异常信号，75m以内的管缆磁异

常信号均被平台的强磁异常信号覆盖，无法进行有效探测；管线仪仅能获取海底管道的位置及状态，由于是搭载在测量船上，考虑到作业安全性，一般最近仅能探测到距平台50m的距离；近平台区域内管缆裸露情况较多，侧扫声纳又可以实现条带区域覆盖，所以侧扫声纳是近平台区域管道/电缆探测的必要手段。而针对近平台区域内物探方法无法探测到的管道/电缆，即距平台75m内的埋藏电缆和距离平台50m内埋藏的海底管道就需采用潜水扦插探摸电缆结合超短基线水下定位的方法解决[5]。

3 结语

本文根据我国目前较集中的近海海底电缆外部调查的检测方法的实践和资料解释方面的经验，对海底电缆的探测方法进行了简要的统计和描述，并简述了现有各种海底电缆探测方法的优缺点。最后以较为复杂的某油田群现役海底电缆调查过程为例来介绍不同条件下的海底电缆探测方法的优化组合。但是，海底电缆在工作状态下的埋深探测是一个难点，是一个亟待攻克解决的问题。

参考文献

[1] GB/T18314-2009 全球定位系统（GPS）测量规范 中国标准出版社2009-5-1

[2]钟献盛、裴彦良.应用磁力仪探测海底电缆方法的探讨《海洋科学》2001年9期

[3] GB/T17502-2009 中国标准出版社2009.10.30

[4]李家彪、何长志、康寿玲、于晓果、王小波等 GB/T12763.8-2007海洋调查规范第8部分：海洋地质地球物理调查 中国标准出版社 2007.12.01

[5]冯强强，温明明，王功祥.侧扫声纳和磁力测量在海底光缆探测中的应用《中国科技信息》2014年11期

[6]李铃，郭忠顺，国外随钻随测技术的发展概况[J] 石油矿场机械1982年01期 P49-P60

中图分类号：TM614

文献标识码：A

DOI：10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2016.04.012.03

作者简介：赵槊（1975-），男，河北秦皇岛人、工程师，本科，研究方向：海洋结构物检测、维护及完整性管理。

Discussion of Subsea Cable Detection Methods of External Investigation

ZHAO Shuo
(China Offshore Oilfield Services Ltd.Geophysics Division, Tianjin 300451, China)

Abstract：In view of the problems in the external detection and routing survey of submarine pipeline and cable, this thesis analyzed the technical method of submarine cable survey.At present, there are mainly magnetometer, underwater electrical prospecting equipment with shallow anatomy instrument surface cable detection with divers manually positioning detective by carrying ultra-short baseline beacon.According to the characteristics of the surface cable detection, the optimal allocation scheme of each system is studied in a certain water depth, which can overcome the mutual influence and interference between the equipment, and ensure the measurement accuracy of the system.According to the characteristics of the underwater cable detection.The research combined diver carrying with ultra-short baseline positioning beacon device manually positioning detective work with cable detection mode, the application field of the detection system and its advantages and disadvantages.

Keywords:subsea cable; detection; optimization; magnetometer