埕島油田地質(zhì)災(zāi)害及其對海底管線的影響

1、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害及其對海底管線的影響,勝利油田勝利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司2010年4月14日 重慶,第二屆全國船舶與海洋工程科學(xué)發(fā)展論壇,張 建,內(nèi) 容,－、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征 三、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害要素 四、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害對海底管線的影響,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,勝利灘淺海油田地理位置特殊，位于老黃河口附近0－20m水深內(nèi)水下黃河三角洲前緣，海底地質(zhì)條件惡劣；

2、探明的儲量多屬于分散、小塊和豐度不高的邊際性油藏，井口分散布局不集中；,受到水深條件的限制，海上鉆井、修井、工程設(shè)施安裝能力薄弱；海上工程投資高。這些勝利灘淺海油田開發(fā)難題給油田工程建設(shè)帶來很大困難。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,勝利海上油田地面工程建設(shè)在借鑒國內(nèi)外海洋油田開發(fā)成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，從油田地理位置、海洋環(huán)境條件、油藏工程、海上鉆井修井裝備能力、油田海上施工裝備能力、生產(chǎn)管理、開發(fā)效益等一系列實(shí)際情況出發(fā)，貫徹“簡易、

3、高效、安全、經(jīng)濟(jì)”的海上油田開發(fā)方針，因地制宜、開拓創(chuàng)新，先后形成了以樁西老河口油田為代表的“人工島+進(jìn)海路”相結(jié)合的開敞式海油陸采開發(fā)模式；以埕島、墾東油田為代表的“海洋平臺+海底管線+陸地處理站”相結(jié)合的半海半陸的開發(fā)模式；以埕島油田邊際區(qū)塊為代表的“海洋鋼制固定平臺+移動式拉油設(shè)施+陸地站場”相結(jié)合的船拉油開發(fā)模式。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,人工島+進(jìn)海路,海洋平臺＋海底管線,海洋平臺＋船拉油,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技

4、術(shù)現(xiàn)狀,針對埕島油田滾動開發(fā)、區(qū)塊接替、逐年上產(chǎn)的開發(fā)特點(diǎn)，通過工程積累、科研攻關(guān)，形成優(yōu)化的灘淺海油田開發(fā)地面工程建設(shè)技術(shù)，包括：半海半陸的油氣集輸技術(shù)、海水處理注入技術(shù)、高壓供配電技術(shù)、平臺生產(chǎn)自動化技術(shù)、平臺及海底管線技術(shù)、構(gòu)筑物安全防護(hù)技術(shù)等，建成了我國第一大灘淺海油田－埕島油田。2009年底，埕島油田共建成平臺99座，海底管線200km，年生產(chǎn)原油240萬噸，為勝利油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)和淺灘海油田工程技術(shù)進(jìn)步做出了重要貢獻(xiàn)。,一、勝利

5、埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,1、因地制宜靈活多樣的海洋平臺組合技術(shù)，加快了海上油田的開發(fā)建設(shè) 勝利淺海埕島油田儲量多屬于分散、小塊和豐度不高的邊際性油藏，井口布置分散，多采用移動式鉆井平臺鉆井，受到海上大型安裝船舶吃水深度的限制，及油田海上安裝能力，功能相對獨(dú)立的小型平臺顯示出其很好的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性。通過采用靈活多樣的海洋平臺組合，滿足不同的功能需求，加快了海上油田的開發(fā)建設(shè)，達(dá)到油田滾動開發(fā)分期實(shí)施的目的。,一、勝利埕島油田開

6、發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,2、中心平臺＋海底集輸管線的灘淺海油田開發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)了油田經(jīng)濟(jì)高效滾動開發(fā),充分利用勝利油田陸上已建系統(tǒng)及其能力，設(shè)計(jì)了中心平臺＋衛(wèi)星平臺＋海底集輸管線的灘淺海油田開發(fā)模式。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,3、多樣化的海洋固定平臺創(chuàng)新技術(shù)，適應(yīng)埕島油田開發(fā)海洋與地質(zhì)環(huán)境，降低了工程投資,針對勝利海上油田開發(fā)需要和建造技術(shù)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)開發(fā)了形式多樣的海洋固定平臺，包括水下井口基盤、

7、單立柱支撐平臺、可搬遷修井模塊采修一體化平臺、外掛井口固定修井模塊采修一體化平臺、內(nèi)加肋三級變徑獨(dú)樁平臺、負(fù)壓樁筒型基礎(chǔ)平臺、正壓沖固定平臺等。海洋平臺結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化與創(chuàng)新適應(yīng)埕島油田各開發(fā)階段的產(chǎn)能建設(shè)需要，并有效的降低了工程投資。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,4、淺海油田海水處理及注入技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了海上油田大規(guī)模注水開發(fā)，提高了油田產(chǎn)能。,采用污水海水混注、單干管串聯(lián)的集中注水模式和“

8、一級沉降+兩級過濾”的黃河口海水凈化工藝技術(shù)和超重力脫氧水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了灘淺海油田大規(guī)模注水開發(fā)。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,5、海電陸電相結(jié)合的海上高壓供配電技術(shù)滿足埕島海上油田大規(guī)模開發(fā)用電需求,在埕島中心一號平臺上設(shè)置2臺3000kW天然氣發(fā)電機(jī)，同時采用岸上35kV高壓供電方式通過海底電纜連接到中心二號平臺，并用海底電纜將各個平臺連接起海上供電環(huán)網(wǎng)。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,6、兩級控制三級網(wǎng)絡(luò)的淺海平臺生

9、產(chǎn)自動化技術(shù)，提高了埕島油田生產(chǎn)管理水平,采用了衛(wèi)星平臺、中心平臺和陸地中心站的三級網(wǎng)絡(luò)、兩級控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，實(shí)現(xiàn)了埕島油田采油平臺遙測遙控，衛(wèi)星平臺實(shí)現(xiàn)了無人值守，提高了埕島油田的生產(chǎn)管理水平。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,7、 海底管道優(yōu)化與創(chuàng)新,拖管法安裝的雙層海底保溫輸油管線、單層海底注水管線技術(shù)，雙鉆機(jī)導(dǎo)向孔定向鉆對接牽引技術(shù)、礁石區(qū)海底管線設(shè)置技術(shù)，灘淺海海底管線水下干式維修技術(shù)等。,,8、海油陸采地面工程配套技術(shù)

10、：針對渤海灣灘海海床平坦、淤泥層厚、潮差大、冬季有浮冰等特點(diǎn)，進(jìn)行了進(jìn)海路、人工島、海堤等水工結(jié)構(gòu)的研究，研制了“樁護(hù)板、板防浪”的樁板組合結(jié)構(gòu)，形成了適合新灘地區(qū)海油陸采的地面配套技術(shù)。9、灘淺海油田保灘促淤技術(shù)：采用倒梯形潛堤、Fs漿墊拋石潛堤、透空式雙排管樁潛堤等結(jié)構(gòu)，達(dá)到保灘促淤目的，確保了灘海構(gòu)構(gòu)筑物的安全。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,埕島油田海況特征、淺地質(zhì)條件十分復(fù)雜，所在海域內(nèi)易發(fā)育多種災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象，對工程設(shè)施

11、的安全穩(wěn)定構(gòu)成威脅。隨著埕島油田深層次開發(fā)，工程設(shè)施不斷增多，災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象時有發(fā)生，對油田產(chǎn)生的影響越來越大。埕島油田曾發(fā)生多起海底電纜中斷、管道泄露等事故，對油田正常生產(chǎn)形成極大的安全隱患。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀,內(nèi) 容,－、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征 三、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害要素 四、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害對海底管線的影響,1、區(qū)域地貌特征,埕島油田位于1953～1964年神仙溝流路

12、和1964～1976年刁口流路走河期間形成的黃河水下三角洲之上。,,1976年改道走清水溝流路，泥沙來源斷絕，原三角洲體系受到侵蝕，岸線急劇后退。,沖蝕改造過程中，細(xì)粒物質(zhì)搬運(yùn)到近岸深水區(qū)，粗粒沉積物（粉砂）留在原地，形成硬蓋層（鐵板砂）。,二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征,2、埕島海區(qū)地貌類型及分布,,埕島油田位于現(xiàn)代黃河三角洲的水下三角洲上，地勢西南高，東北低，水下三角洲為陸上三角洲向海的水下延伸部分。 高分辨率側(cè)掃聲納，結(jié)合區(qū)域地貌

13、特征，地貌劃分3個地貌單元： 不同的地貌單元，形成多種不同的微地貌形態(tài)，侵蝕地貌為主。,二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征,,二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征,1）侵蝕殘留體：主要發(fā)育在水下岸坡下部與海底緩坡的交界處，形狀各異，大約在0.5～4.5m之間。2）沖刷溝槽：由局部沖刷造成的溝槽狀地貌形態(tài)。3）塌陷凹坑：海底表層粉土液化形成，孔隙水的排出導(dǎo)致海底沉積物發(fā)生密實(shí)化，垂向變形形成塌陷凹坑。多個塌陷洼坑發(fā)育在一起變形成塌陷洼地。,3、埕島海

14、區(qū)海底地貌的演化過程,受黃河三角洲沉積影響，埕島海域地貌演化主要經(jīng)歷了地貌的建造期和蝕退改造期。海岸線平均后退約8 km；1988~2004年間8m水深線平均每年向岸邊后退250m。 波浪潮流作用是水下岸坡塑造的主要動力因素。分3個階段。,快速沖刷階段（1976年～1986年） 本階段的侵蝕中心，最大侵蝕厚度達(dá)7m，岸線后退達(dá)10km。,二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征,緩慢沖刷階段（1986年～1996年）, 侵蝕中心的最大侵蝕厚度達(dá)

15、4m。,以沖為主沖淤調(diào)整階段（1996年－），最大侵蝕厚度達(dá)3m,二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征,侵蝕中心向目前黃河口方向移動的趨勢。,比較2004年與1976年水深資料，基本以15m等深線為界，深水區(qū)淤積，淺水區(qū)沖刷。,4、復(fù)雜地形區(qū)海底地形變化分析,CB20區(qū)塊此區(qū)地形屬于黃河刁口河流路期間所形成的河口沙壩區(qū)地形最復(fù)雜，其間分布有沖刷坑、沖刷溝槽和突出的侵蝕殘留體。殘留體與周圍海底地形高差最大達(dá)5.0m。,2003年,1999年,隨著時間

16、的推移，這種復(fù)雜的海底地形將逐漸有被夷平的趨勢。,二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征,5、海底表層沉積物聲學(xué)特征,,通過聲學(xué)淺地層剖面探測確定海底淺表層沉積物厚度和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征、識別海底潛在地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象。,主要災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象識別：①侵蝕殘留體（蝕余崗丘或臺地）；②侵蝕負(fù)地形（洼地、溝槽、侵蝕坑等）；③塌陷凹坑（洼地）；④擾動土層；⑤海底滑塌（瓶頸樁滑坡）；⑥粉砂流等。,二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征,,擾動土層：研究區(qū)內(nèi)較發(fā)育的一種海底淺層災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象，

17、最大擾動深度可達(dá)5m。根據(jù)擾動土層的擾動程度、埋藏特征，分為3種類型： 1）強(qiáng)擾動土層： CB12A附近，擾動厚度多在4.5m。2）弱擾動土層。3）埋藏?cái)_動土層：東部CBG5平臺附近。,二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征,,電纜中斷點(diǎn),二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征,該地區(qū)表層分布的主要為粉土，土質(zhì)均勻性差，在強(qiáng)地震、暴風(fēng)浪等外力作用下，易發(fā)生液化。,6、海底淺表土層工程地質(zhì)特征,表層沉積物粘性土含量次之，含水量介于30－59%，粘聚力3－25kpa，

18、由于沉積時間短，目前粘性土均處于欠固結(jié)狀態(tài)。,二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征,內(nèi) 容,－、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征 三、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害要素 四、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害對海底管線的影響,三、埕島油田災(zāi)害地質(zhì)要素,,通過對災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象綜合分析表明：埕島地質(zhì)因素或潛在威脅主要集中在海底土液化、局部沖刷兩大方面，局部還可能發(fā)生滑塌，其他災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象只是這三大誘因的表現(xiàn)。詳細(xì)分析了風(fēng)暴作用下埕島海底土的液化

19、、局部沖蝕及自重、地震作用下的滑塌。,9級風(fēng)浪液化深度小于3.0m； 10級風(fēng)浪液化的極限深度為4.1m。與探測的擾動層深度相吻合。,總體趨勢邊緣低、中心高,三、埕島油田災(zāi)害地質(zhì)要素,內(nèi) 容,－、勝利埕島油田開發(fā)工程技術(shù)現(xiàn)狀二、埕島油田地質(zhì)環(huán)境特征 三、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害要素 四、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害對海底管線的影響,1、土體液化對海底管道的影響 海底管道在海底的鋪設(shè)方式主要為埋設(shè)形式，一般埋設(shè)深度1-2m，風(fēng)暴潮作

20、用下表層土體液化后，由于土體強(qiáng)度全部或部分喪失，可能造成管道的上浮或下沉，同時加速表層土的沖刷，造成埋置管道的裸露甚至懸空，對管道安全性構(gòu)成影響。,四、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害對海底管線的影響,整個海區(qū)的沖刷侵蝕：例如：埕島EDC平臺位置處2000年海圖水深6.33m，2008年該處海圖水深達(dá)到8.33m。埕島中心一號平臺位置處水深95年為7.5m，目前該區(qū)域達(dá)到了約10.5m。,2、沖刷對海底管道的影響,水平管道下面的沖刷：對于部分埋置的管道

21、來說，管道前后存在一定水壓差，使管道下的流速大于行近流速，形成水流隧道，從而引起管道下的沖刷。,四、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害對海底管線的影響,海底沖刷容易造成海底管線的懸空 根據(jù)近幾年探摸資料，海底管線尤其是平臺附近海底管線懸空現(xiàn)象普遍，懸空長度在3m-40m，有的甚至達(dá)到了60m-70m，懸空高度在0.5m－3.0m。水平管段也同樣存在懸空現(xiàn)象。管線的懸空使得海底管道直接受到惡劣的海洋環(huán)境作用，可能引發(fā)海底管線橫向失穩(wěn)、渦激振動，在管線薄

22、弱處引起斷裂、疲勞破壞等。,四、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害對海底管線的影響,,針對災(zāi)害性地質(zhì)條件海底管線的防護(hù)，通過理論分析及數(shù)值模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究，建立考慮差異沉降影響管線安全性的計(jì)算模型。,開展了埕島油田裸置管線的穩(wěn)定性校核及埋置管線在液化海床土中的垂向穩(wěn)定性研究，采取了管線防護(hù)對策，取得了一些效果。,四、埕島油田地質(zhì)災(zāi)害對海底管線的影響,針對液化程度較重的區(qū)域，可適當(dāng)增加埋設(shè)深度，并增加支護(hù)等相關(guān)措施，防治管道液化時下沉和上浮。,針對沖刷，采