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1、埕岛油田地质灾害及其对海底管线的影响埕岛油田地质灾害及其对海底管线的影响胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司20102010年年4 4月月1414日日 重庆重庆第二届全国船舶与海 洋工程科学发展论坛张张 建建内 容、胜利埕岛油田开发工程技术现状二、埕岛油田地质环境特征 三、埕岛油田地质灾害要素 四、埕岛油田地质灾害对海底管线的影响 一、胜利埕岛油田开发工程技术现状 胜利滩浅海油田地理位置特殊，位于老黄河口附近020m水深内水下黄河三角洲前缘，海底地质条件恶劣； 探明的储量多属于分散、小块和丰度不高的边际性油藏，井口分散布局不集中； 受到水深条件的限制，海上钻井、
2、修井、工程设施安装能力薄弱； 海上工程投资高。 这些胜利滩浅海油田开发难题给油田工程建设带来很大困难。一、胜利埕岛油田开发工程技术现状 胜利海上油田地面工程建设在借鉴国内外海洋油田开发成功经验基础上，从油田地理位置、海洋环境条件、油藏工程、海上钻井修井装备能力、油田海上施工装备能力、生产管理、开发效益等一系列实际情况出发，贯彻“简易、高效、安全、经济”的海上油田开发方针，因地制宜、开拓创新，先后形成了以桩西老河口油田为代表的“人工岛+进海路”相结合的开敞式海油陆采开发模式；以埕岛、垦东油田为代表的“海洋平台+海底管线+陆地处理站”相结合的半海半陆的开发模式；以埕岛油田边际区块为代表的“海洋钢制
3、固定平台+移动式拉油设施+陆地站场”相结合的船拉油开发模式。一、胜利埕岛油田开发工程技术现状人工岛+进海路海洋平台海底管线海洋平台船拉油一、胜利埕岛油田开发工程技术现状 针对埕岛油田滚动开发、区块接替、逐年上产的开发特点，通过工程积累、科研攻关，形成优化的滩浅海油田开发地面工程建设技术，包括：半海半陆的油气集输技术、海水处理注入技术、高压供配电技术、平台生产自动化技术、平台及海底管线技术、构筑物安全防护技术等，建成了我国第一大滩浅海油田埕岛油田。2009年底，埕岛油田共建成平台99座，海底管线200km，年生产原油240万吨，为胜利油田持续稳产和浅滩海油田工程技术进步做出了重要贡献。一、胜利埕
4、岛油田开发工程技术现状 1、因地制宜灵活多样的海洋平台组合技术，加快了海上油田的开发建设胜利浅海埕岛油田储量多属于分散、小块和丰度不高的边际性油藏，井口布置分散，多采用移动式钻井平台钻井，受到海上大型安装船舶吃水深度的限制，及油田海上安装能力，功能相对独立的小型平台显示出其很好的适应性和经济性。通过采用灵活多样的海洋平台组合，满足不同的功能需求，加快了海上油田的开发建设，达到油田滚动开发分期实施的目的。 一、胜利埕岛油田开发工程技术现状一、胜利埕岛油田开发工程技术现状 2、中心平台海底集输管线的滩浅海油田开发模式，实现了油田经济高效滚动开发充分利用胜利油田陆上已建系统及其能力，设计了中心平台卫
5、星平台海底集输管线的滩浅海油田开发模式。 一、胜利埕岛油田开发工程技术现状 3、多样化的海洋固定平台创新技术，适应埕岛油田开发海洋与地质环境，降低了工程投资针对胜利海上油田开发需要和建造技术的实际情况，设计开发了形式多样的海洋固定平台，包括水下井口基盘、单立柱支撑平台、可搬迁修井模块采修一体化平台、外挂井口固定修井模块采修一体化平台、内加肋三级变径独桩平台、负压桩筒型基础平台、正压冲固定平台等。海洋平台结构形式的优化与创新适应埕岛油田各开发阶段的产能建设需要，并有效的降低了工程投资。一、胜利埕岛油田开发工程技术现状一、胜利埕岛油田开发工程技术现状 4、浅海油田海水处理及注入技术开发与应用，实现
6、了海上油田大规模注水开发，提高了油田产能。采用污水海水混注、单干管串联的集中注水模式和“一级沉降+两级过滤”的黄河口海水净化工艺技术和超重力脱氧水质稳定技术，实现了滩浅海油田大规模注水开发。一、胜利埕岛油田开发工程技术现状 5、海电陆电相结合的海上高压供配电技术满足埕岛海上油田大规模开发用电需求在埕岛中心一号平台上设置2台3000kW天然气发电机，同时采用岸上35kV高压供电方式通过海底电缆连接到中心二号平台，并用海底电缆将各个平台连接起海上供电环网。 一、胜利埕岛油田开发工程技术现状 6、两级控制三级网络的浅海平台生产自动化技术，提高了埕岛油田生产管理水平采用了卫星平台、中心平台和陆地中心站
7、的三级网络、两级控制的系统结构模式，实现了埕岛油田采油平台遥测遥控，卫星平台实现了无人值守，提高了埕岛油田的生产管理水平。 一、胜利埕岛油田开发工程技术现状 7、 海底管道优化与创新 拖管法安装的双层海底保温输油管线、单层海底注水管线技术，双钻机导向孔定向钻对接牵引技术、礁石区海底管线设置技术，滩浅海海底管线水下干式维修技术等。 8、海油陆采地面工程配套技术：针对渤海湾滩海海床平坦、淤泥层厚、潮差大、冬季有浮冰等特点，进行了进海路、人工岛、海堤等水工结构的研究，研制了“桩护板、板防浪”的桩板组合结构，形成了适合新滩地区海油陆采的地面配套技术。 9、滩浅海油田保滩促淤技术：采用倒梯形潜堤、Fs浆
8、垫抛石潜堤、透空式双排管桩潜堤等结构，达到保滩促淤目的，确保了滩海构构筑物的安全。一、胜利埕岛油田开发工程技术现状 埕岛油田海况特征、浅地质条件十分复杂，所在海域内易发育多种灾害地质现象，对工程设施的安全稳定构成威胁。 随着埕岛油田深层次开发，工程设施不断增多，灾害地质现象时有发生，对油田产生的影响越来越大。埕岛油田曾发生多起海底电缆中断、管道泄露等事故，对油田正常生产形成极大的安全隐患。一、胜利埕岛油田开发工程技术现状内 容、胜利埕岛油田开发工程技术现状二、埕岛油田地质环境特征 三、埕岛油田地质灾害要素 四、埕岛油田地质灾害对海底管线的影响 1、区域地貌特征埕岛油田位于19531964年神仙
9、沟流路和19641976年刁口流路走河期间形成的黄河水下三角洲之上。1976年改道走清水沟流路，泥沙来源断绝，原三角洲体系受到侵蚀，岸线急剧后退。 冲蚀改造过程中，细粒物质搬运到近岸深水区，粗粒沉积物（粉砂）留在原地，形成硬盖层（铁板砂）。二、埕岛油田地质环境特征 2、埕岛海区地貌类型及分布埕岛油田位于现代黄河三角洲的水下三角洲上，地势西南高，东北低，水下三角洲为陆上三角洲向海的水下延伸部分。高分辨率侧扫声纳，结合区域地貌特征，地貌划分3个地貌单元：不同的地貌单元，形成多种不同的微地貌形态，侵蚀地貌为主。二、埕岛油田地质环境特征 地貌单元水深范围微地貌单元近岸侵蚀浅水台地05.0m冲蚀沟槽,侵
10、蚀台地、波痕,冲刷坑水下斜坡5.0-15.0侵蚀残留体,塌陷,冲蚀沟槽,粗糙海底、波痕平缓海底15.0m平缓海底二、埕岛油田地质环境特征 1）侵蚀残留体：主要发育在水下岸坡下部与海底缓坡的交界处，形状各异，大约在0.54.5m之间。2）冲刷沟槽：由局部冲刷造成的沟槽状地貌形态。3）塌陷凹坑：海底表层粉土液化形成，孔隙水的排出导致海底沉积物发生密实化，垂向变形形成塌陷凹坑。多个塌陷洼坑发育在一起变形成塌陷洼地。 3、埕岛海区海底地貌的演化过程受黄河三角洲沉积影响，埕岛海域地貌演化主要经历了地貌的建造期和蚀退改造期。海岸线平均后退约8 km；19882004年间8m水深线平均每年向岸边后退250m
11、。波浪潮流作用是水下岸坡塑造的主要动力因素。分3个阶段。 快速冲刷阶段（1976年1986年） 本阶段的侵蚀中心，最大侵蚀厚度达7m，岸线后退达10km。二、埕岛油田地质环境特征 缓慢冲刷阶段（1986年1996年）, 侵蚀中心的最大侵蚀厚度达4m。 以冲为主冲淤调整阶段（1996年），最大侵蚀厚度达3m 二、埕岛油田地质环境特征 侵蚀中心向目前黄河口方向移动的趋势。 比较2004年与1976年水深资料，基本以15m等深线为界，深水区淤积，浅水区冲刷。 4、复杂地形区海底地形变化分析 CB20区块此区地形属于黄河刁口河流路期间所形成的河口沙坝区地形最复杂，其间分布有冲刷坑、冲刷沟槽和突出的侵蚀
12、残留体。残留体与周围海底地形高差最大达5.0m。2003年1999年 随着时间的推移，这种复杂的海底地形将逐渐有被夷平的趋势。二、埕岛油田地质环境特征 5、海底表层沉积物声学特征通过声学浅地层剖面探测确定海底浅表层沉积物厚度和结构构造特征、识别海底潜在地质灾害现象。 主要灾害地质现象识别：侵蚀残留体（蚀余岗丘或台地）；侵蚀负地形（洼地、沟槽、侵蚀坑等）；塌陷凹坑（洼地）；扰动土层；海底滑塌（瓶颈桩滑坡）；粉砂流等。 二、埕岛油田地质环境特征 扰动土层：研究区内较发育的一种海底浅层灾害地质现象，最大扰动深度可达5m。根据扰动土层的扰动程度、埋藏特征，分为3种类型： 1）强扰动土层： CB12A附
13、近，扰动厚度多在4.5m。2）弱扰动土层。3）埋藏扰动土层：东部CBG5平台附近。二、埕岛油田地质环境特征 电缆中 断点二、埕岛油田地质环境特征 该地区表层分布的主要为粉土，土质均匀性差，在强地震、暴风浪等外力作用下，易发生液化。 6、海底浅表土层工程地质特征 表层沉积物粘性土含量次之，含水量介于3059%，粘聚力325kpa，由于沉积时间短，目前粘性土均处于欠固结状态。二、埕岛油田地质环境特征 内 容、胜利埕岛油田开发工程技术现状二、埕岛油田地质环境特征 三、埕岛油田地质灾害要素 四、埕岛油田地质灾害对海底管线的影响 三、埕岛油田灾害地质要素 通过对灾害地质现象综合分析表明：埕岛地质因素或潜
14、在威胁主要集中在海底土液化、局部冲刷两大方面，局部还可能发生滑塌，其他灾害地质现象只是这三大诱因的表现。 详细分析了风暴作用下埕岛海底土的液化、局部冲蚀及自重、地震作用下的滑塌。 9级风浪液化深度小于3.0m； 10级风浪液化的极限深度为4.1m。与探测的扰动层深度相吻合。总体趋势边缘低、中心高 三、埕岛油田灾害地质要素内 容、胜利埕岛油田开发工程技术现状二、埕岛油田地质环境特征 三、埕岛油田地质灾害要素 四、埕岛油田地质灾害对海底管线的影响 1、土体液化对海底管道的影响海底管道在海底的铺设方式主要为埋设形式，一般埋设深度1-2m，风暴潮作用下表层土体液化后，由于土体强度全部或部分丧失，可能造
15、成管道的上浮或下沉，同时加速表层土的冲刷，造成埋置管道的裸露甚至悬空，对管道安全性构成影响。四、埕岛油田地质灾害对海底管线的影响整个海区的冲刷侵蚀：例如：埕岛EDC平台位置处2000年海图水深6.33m，2008年该处海图水深达到8.33m。埕岛中心一号平台位置处水深95年为7.5m，目前该区域达到了约10.5m。 2、冲刷对海底管道的影响水平管道下面的冲刷：对于部分埋置的管道来说，管道前后存在一定水压差，使管道下的流速大于行近流速，形成水流隧道，从而引起管道下的冲刷。四、埕岛油田地质灾害对海底管线的影响海底冲刷容易造成海底管线的悬空 根据近几年探摸资料，海底管线尤其是平台附近海底管线悬空现象
16、普遍，悬空长度在3m-40m，有的甚至达到了60m-70m，悬空高度在0.5m3.0m。水平管段也同样存在悬空现象。 管线的悬空使得海底管道直接受到恶劣的海洋环境作用，可能引发海底管线横向失稳、涡激振动，在管线薄弱处引起断裂、疲劳破坏等。四、埕岛油田地质灾害对海底管线的影响 针对灾害性地质条件海底管线的防护，通过理论分析及数值模拟结合实验研究，建立考虑差异沉降影响管线安全性的计算模型。 开展了埕岛油田裸置管线的稳定性校核及埋置管线在液化海床土中的垂向稳定性研究，采取了管线防护对策，取得了一些效果。 四、埕岛油田地质灾害对海底管线的影响 针对液化程度较重的区域，可适当增加埋设深度，并增加支护等相关措施，防治管道液化时下沉和上浮。 针对冲刷，采用仿生海底防冲技术、水下支撑技术进行防护。四、埕岛油田地质灾害对海底管线的影响 工程地质环境是一个动态变化的过程，防护研究是一个永恒的主题。 精心
