埕島油田地質災害及其對海底管線的影響

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

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帶來很大困難。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀,勝利海上油田地面工程建設在借鑒國內外海洋油田開發(fā)成功經驗基礎上，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、生產管理、開發(fā)效益等一系列實際情況出發(fā)，貫徹“簡易、

3、高效、安全、經濟”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+進海路”相結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+移動式拉油設施+陸地站場”相結合的船拉油開發(fā)模式。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀,人工島+進海路,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、術現狀,針對埕島油田滾動開發(fā)、區(qū)塊接替、逐年上產的開發(fā)特點，通過工程積累、科研攻關，形成優(yōu)化的灘淺海油田開發(fā)地面工程建設技術，包括：半海半陸的油氣集輸技術、海水處理注入技術、高壓供配電技術、平臺生產自動化技術、平臺及海底管線技術、構筑物安全防護技術等，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，年生產原油240萬噸，為勝利油田持續(xù)穩(wěn)產和淺灘海油田工程技術進步做出了重要貢獻。,一、勝利

5、埕島油田開發(fā)工程技術現狀,1、因地制宜靈活多樣的海洋平臺組合技術，加快了海上油田的開發(fā)建設 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，功能相對獨立的小型平臺顯示出其很好的適應性和經濟性。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，達到油田滾動開發(fā)分期實施的目的。,一、勝利埕島油田開

6、發(fā)工程技術現狀,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀,2、中心平臺＋海底集輸管線的灘淺海油田開發(fā)模式，實現了油田經濟高效滾動開發(fā),充分利用勝利油田陸上已建系統(tǒng)及其能力，設計了中心平臺＋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)工程技術現狀,3、多樣化的海洋固定平臺創(chuàng)新技術，適應埕島油田開發(fā)海洋與地質環(huán)境，降低了工程投資,針對勝利海上油田開發(fā)需要和建造技術的實際情況，設計開發(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、內加肋三級變徑獨樁平臺、負壓樁筒型基礎平臺、正壓沖固定平臺等。海洋平臺結構形式的優(yōu)化與創(chuàng)新適應埕島油田各開發(fā)階段的產能建設需要，并有效的降低了工程投資。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀,4、淺海油田海水處理及注入技術開發(fā)與應用，實現了海上油田大規(guī)模注水開發(fā)，提高了油田產能。,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和超重力脫氧水質穩(wěn)定技術，實現了灘淺海油田大規(guī)模注水開發(fā)。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀,5、海電陸電相結合的海上高壓供配電技術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置2臺3000kW天然氣發(fā)電機，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。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀,6、兩級控制三級網絡的淺海平臺生

9、產自動化技術，提高了埕島油田生產管理水平,采用了衛(wèi)星平臺、中心平臺和陸地中心站的三級網絡、兩級控制的系統(tǒng)結構模式，實現了埕島油田采油平臺遙測遙控，衛(wèi)星平臺實現了無人值守，提高了埕島油田的生產管理水平。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀,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，雙鉆機導向孔定向鉆對接牽引技術、礁石區(qū)海底管線設置技術，灘淺海海底管線水下干式維修技術等。,,8、海油陸采地面工程配套技術

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，進行了進海路、人工島、海堤等水工結構的研究，研制了“樁護板、板防浪”的樁板組合結構，形成了適合新灘地區(qū)海油陸采的地面配套技術。9、灘淺海油田保灘促淤技術：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構，達到保灘促淤目的，確保了灘海構構筑物的安全。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀,埕島油田海況特征、淺地質條件十分復雜，所在海域內易發(fā)育多種災害地質現象，對工程設施

11、的安全穩(wěn)定構成威脅。隨著埕島油田深層次開發(fā)，工程設施不斷增多，災害地質現象時有發(fā)生，對油田產生的影響越來越大。埕島油田曾發(fā)生多起海底電纜中斷、管道泄露等事故，對油田正常生產形成極大的安全隱患。,一、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀,內 容,－、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀二、埕島油田地質環(huán)境特征 三、埕島油田地質災害要素 四、埕島油田地質災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，細粒物質搬運到近岸深水區(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。 高分辨率側掃聲納，結合區(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、埕島油田地質環(huán)境特征,,二、埕島油田地質環(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，孔隙水的排出導致海底沉積物發(fā)生密實化，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7m，岸線后退達10km。,二、埕島油田地質環(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

15、4m。,以沖為主沖淤調整階段（1996年－），最大侵蝕厚度達3m,二、埕島油田地質環(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5.0m。,2003年,1999年,隨著時間

16、的推移，這種復雜的海底地形將逐漸有被夷平的趨勢。,二、埕島油田地質環(huán)境特征,5、海底表層沉積物聲學特征,,通過聲學淺地層剖面探測確定海底淺表層沉積物厚度和結構構造特征、識別海底潛在地質災害現象。,主要災害地質現象識別：①侵蝕殘留體（蝕余崗丘或臺地）；②侵蝕負地形（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、埕島油田地質環(huán)境特征,,擾動土層：研究區(qū)內較發(fā)育的一種海底淺層災害地質現象，

17、最大擾動深度可達5m。根據擾動土層的擾動程度、埋藏特征，分為3種類型： 1）強擾動土層： CB12A附近，擾動厚度多在4.5m。2）弱擾動土層。3）埋藏擾動土層：東部CBG5平臺附近。,二、埕島油田地質環(huán)境特征,,電纜中斷點,二、埕島油田地質環(huán)境特征,該地區(qū)表層分布的主要為粉土，土質均勻性差，在強地震、暴風浪等外力作用下，易發(fā)生液化。,6、海底淺表土層工程地質特征,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狀態(tài)。,二、埕島油田地質環(huán)境特征,內 容,－、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀二、埕島油田地質環(huán)境特征 三、埕島油田地質災害要素 四、埕島油田地質災害對海底管線的影響,三、埕島油田災害地質要素,,通過對災害地質現象綜合分析表明：埕島地質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，其他災害地質現象只是這三大誘因的表現。詳細分析了風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級風浪液化深度小于3.0m； 10級風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、埕島油田災害地質要素,內 容,－、勝利埕島油田開發(fā)工程技術現狀二、埕島油田地質環(huán)境特征 三、埕島油田地質災害要素 四、埕島油田地質災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方式主要為埋設形式，一般埋設深度1-2m，風暴潮作

20、用下表層土體液化后，由于土體強度全部或部分喪失，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，對管道安全性構成影響。,四、埕島油田地質災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、埕島油田地質災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象普遍，懸空長度在3m-40m，有的甚至達到了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、埕島油田地質災害對海底管線的影響,,針對災害性地質條件海底管線的防護，通過理論分析及數值模擬結合實驗研究，建立考慮差異沉降影響管線安全性的計算模型。,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，采取了管線防護對策，取得了一些效果。,四、埕島油田地質災害對海底管線的影響,針對液化程度較重的區(qū)域，可適當增加埋設深度，并增加支護等相關措施，防治管道液化時下沉和上浮。,針對沖刷，采