胜利油田滩海油田开敞式开发与黄河三角洲滩海地区的开发

胜利油田滩海油田开敞式开发与黄河三角洲滩海地区的开发

海岸侵蚀是一个全球问题。管理措施主要是水库和生态海滩的建设。这是被动防护的，对粘土粉碳海岸的影响不佳。为了维持黄河入海口滩海油田的开敞式开发,降低岸滩防护成本,需要探索一种新型的防护方案。1飞雁滩油田概况胜利油田地处黄河三角洲,是我国第二大原油生产基地,其中滩海地区原油年产量占有举足轻重的地位。同时,作为油田勘探开发的新区,滩海地区油田也是胜利油田资源接替的重要战场。胜利油田滩海地区的开发,因地制宜形成了3种模式:①封闭式海油陆采,通过建设海堤围海围涂的方式,实现潮滩原油陆地开采,如孤东油田等;②开敞式海油陆采,利用黄河挟带的大量泥沙,在拟开发区域造陆,形成大面积滩涂,不设堤防进行开采,如飞雁滩油田、新滩油田;③在海上建设采油平台实施海上开发,如海洋石油开发公司所属埕岛油田等。这些开发模式适应当时客观条件,均取得了较大成效。胜利油田的滩海油田均处于现代黄河三角洲上。黄河来水来沙量自20世纪90年代以来大幅减少,黄河尾闾的摆动、三角洲压实性沉降作用及海洋动力作用,均对黄河三角洲岸滩淤蚀产生直接影响,也必然影响胜利油田各滩海油田勘探开发的。1992年的16号台风引起的风暴潮袭击,造成了巨大经济损失,胜利油田有2072口油井被淹,占全部油井总数的1/4。1992年和1997年的风暴潮,给油田带来了9亿多元的经济损失。如不加以治理,由风暴潮灾害所造成的经济损失还会增加。黄河三角洲来水来沙量受自然条件和人为因素的影响,每年变化很大。随着黄河中上游工农业用水的增加、植保工程效益的逐步发挥及沿黄水利枢纽工程的不断建设,黄河来水来沙量将进一步减少。黄河来沙量达到3.0×108t左右时可以维持三角洲面积的动态平衡,而最近几年平均来沙量已达不到这一指标,加上岸线冲淤的不平衡,黄河三角洲的蚀退也就是必然的。飞雁滩油田属于该地区典型开敞式开发的滩海油田之一。飞雁滩油田位于黄河三角洲东北部沿岸118°37E、38°02N至118°44E、38°10N的范围内。本区陆域由黄河1964～1976年经刁口流路入海期间的泥沙淤积而成。飞雁滩油田东北部为埕岛油田,相距约10km左右,其东部与桩西油田毗邻,相距不过数公里。桩西油田海岸修有防潮堤,该岸段的潮间滩地已被侵蚀殆尽。其西部为桃河河口,地势低洼,呈漏斗形向陆凹进,潮间带宽达13km,河叉交错。在1976年5月黄河改道之前,河口沙嘴快速向海淤进,沙嘴0m岸线伸入海中最远达10.5km。至1976年黄河改道清水沟流路以后,该区泥沙来源断绝,河口沙嘴遭到快速侵蚀,岸线迅速后退,至2000年0m线后退达10.5km,已进入油田内部。飞雁滩油田20世纪90年代投入开发,目前年产原油30万t,现有156口油井,其中146口井在工作。每逢大潮和东北风4～5级时,70%以上的井区被潮水淹没。2海滩防护假设2.1仿生防护工程飞雁滩油田地处黄河三角洲自然保护区,防护工程应尽量不破坏自然面貌,为此对这一地区的岸滩提出了与其他海岸不同的防护形式——仿生和生物工程相结合的方案构思,期望促进该海区淤积,固沙保滩,防止或延缓该区岸线的蚀退,以尽可能小的投资,保持现有海岸线;加强油区内部道路及井台的维护,改善该油区上井职工交通条件,加强对大潮、风暴潮的预测预报工作,保障职工人身安全,将潮水的影响降到最低,保持油田现有开发和生产水平不致于因该地区的海岸蚀退而下降,保持黄河三角洲的自然风貌。仿生防护工程构思模仿沙漠地区防风固沙的原理和我国东南沿海的红树林防护带。仿生林带可以吸收波能,起到消波作用,同时可以降低潮流速度,减少浪流动力对岸滩的冲蚀,同时促进海水中所挟泥沙的沉降,从而达到固沙促淤的目的。仿生林带的第二个作用,就是保护仿生带岸侧的浅水植物,防止风暴潮等灾害性海洋动力作用直接冲击浅水及岸边的生物防护带。这些浅水中的生物防护带就同沙漠中的植被一样,保持泥沙不被海水冲走。这些生物当然同样有消波、阻流、沉沙、促淤的作用。在仿生物根部配设混凝土重块,以求固定在预定位置,上面系仿生漂浮物,见图1。以每块混凝土块为一株,暂定株距为2m,大致与沿岸平行布设10行,仿生林带宽约30m。每行中的任意段的结构形式见图2。采用混凝土重块固定仿生植株时,在施工现场用绳索将重块连起来,仿生物固定到重块铁环上,通过船侧滑板滑下水,施工比较容易。通过人工种植的方法促使或恢复海岸地区植物的繁殖,植物的新陈代谢能够为海岸地区增加大量的淤泥质和固土根须,以保证海岸的防冲刷,同时也生产大量的养料,为鸟、虫、鱼、小动物等提供很好的生活、觅食环境。2.2变区域流场工程飞雁滩油田岸线在东北向强风浪和沿岸潮流作用下侵蚀严重,通过工程措施消减波浪的直接作用,改变区域流场,降低对岸线的冲刷,增加防护区淤积是可行的方案之一。改变区域流场通常需要依据现有海洋动力条件和海岸地形、地貌,采用丁坝群、顺岸潜堤等工程措施。胜利油田在长期的维护黄河堤坝和修建引黄水利工程过程中,创造性地把钻井技术同水利工程结合起来,发明了钢筋混凝土水力插板及施工工艺。采用该项技术的水利工程,例如黄河护岸堤、黄河险工挑流堤、水库护岸、过水涵桥、污水处理工程等等,都要比常规的土石方工程节省40%～60%资金。如果经过试验,消除初期稳定性等问题,使其适用于海堤工程,预计能够发挥良好作用。“水力插板”潜堤的横断面见图3。2.3马料油田孤东采用丁坝、潜堤的方案海堤工程是可行的传统防护方法,无疑是有效的。从胜利油田原油生产情况出发,要彻底排除目前和未来影响职工安全和原油生产的隐患,修建油区沿海大堤是见效最快的一项方案。胜利油田孤东大堤属较低标准的海堤,海堤基础宽30多m,但由于基础浅,近几年受海岸蚀退影响,堤前泥沙淘刷严重,给大堤带来严重的不安全隐患,在1992年、1997年的大风暴潮中都有多处坍塌。如果在同一海区采取带有丁坝、潜堤的海堤,能起到消波、阻流、促淤的作用,保护主堤基础不被冲淘;如果大堤的临海侧没有相应的丁坝、潜堤,大堤基础就要更宽,堤身坡度更缓,迎浪面强度更大,既要考虑消浪,又要考虑渗透因素引起海堤稳定的问题。3人工提高涨潮流含沙量促淤技术对比上述3个方案,第三个方案(建设传统海堤)最直接有效,但显然存在投资巨大的问题,经济效益和推广可能性受到严重影响,不推荐采用。前两个方案,在理论上和实践上都可以改变海洋动力对岸滩的直接侵蚀作用,促进泥沙沉积,但关键问题是泥沙沉积速度问题,只有泥沙沉积较快,才能真正在短时间内实现岸滩防护的目的。通过巧妙利用粉土易于起动的特性,人工提高涨潮流含沙量促淤是一项值得特别研究的课题,也是最具创新性、最有经济效益的促淤护滩措施。事实上,只要海水中含沙量提高,沉积速度必然加快,甚至出现与河口泥沙造陆相似的效果。但作为一般常识,完全靠人为因素实现泥沙的大量运移,通常需要花费大量人力物力。因此,怎样以较小的代价提高海水中的含沙量,怎样将高含沙海水中所含泥沙运移到预定区域并使其快速沉积,就成了问题的关键。黄河三角洲的粉土粒度很小,在海洋动力作用下容易分散起动,随潮流移向深水区,是造成三角洲岸滩侵蚀的重要原因。事物的利弊在一定条件下可以转换,可以利用粉土的这些特性,通过人为扰动比较方便地实现海底泥土的起