飞雁滩油田滩面滩面裂缝防治与潜堤结构选择

飞雁滩油田滩面滩面裂缝防治与潜堤结构选择

飞燕滩油田位于海口采油厂东北约60公里的海滩上。自1992年以来，它一直是基于开放的开发模式建造的。由于多年来的潮汐侵蚀，大部分漫水道区域受到不同程度的破坏，尤其是受到1997年11月11日的风暴潮的影响，远离陆地的区域（包括海洋）受到的破坏最为严重。另外,由于黄河改道,近些年来黄河泥沙输送方向发生了改变,致使飞雁滩滩面呈不断退蚀态势。漫水路的修筑加快了滩海油田的开发、发展,但同时改变了当地局部海流流场的状态,在潮流的不断作用下,沿漫水路两侧形成了4条潮沟,潮沟深度约1.5m,底宽8m,直接对漫水路的稳定和安全造成威胁,原来埋在泥面以下的漫水路护坡基础逐渐被淘刷呈外露状态,漫水路距陆地越远,其护坡基础外露的程度越高,部分路段的护坡基础已完全外露。为此,在飞雁滩地区进行保滩促淤的先导试验工程,保证飞雁滩油田正常的生产建设是十分必要的。1潜堤基础冲淤剧变先导试验工程选择潜堤结构,工程位于飞雁滩油田漫水路最前端,将埕129井台与埕11-6井台连接,潜堤长度为1018m,潜堤与现有漫水路形成一个坝田,使坝田内滩地淤积(图1)。在潜堤透射系数试验研究、潜堤断面稳定试验研究等室内研究的基础上,对研究中所得到的矩形、拱形、梯形及槽形四种断面结构潜堤进行分析对比,最终确定采用梯形断面结构型式作为本次先导试验工程的潜堤结构。潜堤采用前板桩加水下不分散砼砌片石倒“T”形结构(图2),潜堤顶高程为1.25m,顶宽1m,潜堤底宽3.5m,前板桩通过预留钢筋与水下不分散砼砌片石连接,形成一个刚性结构。工程于2001年9月底竣工投入使用后,起到了较好的促淤效果,但在2002年3次较大风暴潮的冲击作用下,潜堤局部出现了底部土体被淘刷、塌陷和整个施工区的冲淤剧变。经分析认为,造成潜堤破坏的原因主要有以下几点:1)由于设计、施工时,潜堤基础冲刷试验未完成,设计及施工方案均存在一定不足。2)从施工顺序上来讲,由于先施工潜堤底部台阶,后施工板桩,这样在潜堤底部台阶施工完毕,而板桩未打入之前,由于海水风浪的侵蚀作用,潜堤底部遭到局部冲刷,部分土体被带走形成小空洞。3)板桩施工工艺:由于板桩采用水冲冲坑后再打入的施工方法,对板桩两侧土体产生扰动。4)板桩接缝处理较难,板桩接缝处不可避免留有空隙,在波浪冲击作用下,接缝部位土体从板桩接缝空隙处被带出,从而引起接缝部位土体流失,形成空洞,导致潜堤断裂塌陷。针对破坏原因分析,于2005年5月对潜堤采取了相应的加固措施,加固断面见图3,具体加固措施如下:1)潜堤与两个井台之间设抛石防护,抛石顶高程1.25m,顶宽5m,边坡1∶3。2)潜堤东西两端部采用抛石上压扭工字块防护。3)潜堤的迎海侧采用抛石上压扭工字块防护;潜堤局部塌陷处,抛石顶高程为0.5m,顶宽5m,边坡1∶3;其余段,抛石顶高程为0.5m,顶宽3m,边坡1∶3。4)潜堤底部采用灌水泥砂浆填充空洞。5)潜堤背水侧,塌陷处进行抛石防护,抛石顶高程为0.5m,顶宽5m。6)抛石采用花岗岩,下设土工布。加固后的潜堤至今未见出现破坏现象。2初步研究的结果2.1潜堤前后冲淤情况先导试验工程完成后,选取了3个典型断面进行冲淤测量,并绘制冲淤效果断面图,见图4～图6。从促淤效果断面图可以明显看出,潜堤取到了较好的促淤效果,达到了保滩促淤的目标,且具有以下几个特点。1)潜堤后滩地的淤积速度随时间延长而逐渐减弱,直至淤积速度减小为0达到平衡。根据长期的观察测量资料,目前潜堤后滩地已不再淤积,滩地高程均低于潜堤顶高程50～100cm。2)潜堤建成至加固这段时间内,潜堤前后冲刷坑随着时间的延长而逐渐加深,但冲刷速度逐渐减弱,冲坑均位于潜堤的前后堤脚处,冲坑最大深度达1.5m。3)潜堤前采用抛石上压扭工字块加固后,潜堤后冲刷坑开始回淤,且初期淤积速度很快,后期淤积速度逐渐减弱,目前堤后冲刷坑深普遍为30～60cm,且趋于稳定,潜堤前堤脚处冲坑由于抛石填平已经外移,且不再在抛石堤脚处,而在距抛石堤脚6～10m处出现冲刷坑,冲坑深度随时间逐渐加深,但冲刷速度逐渐减弱,目前堤前冲坑深度普遍为50cm左右。这些说明扭工字块具有较好的消浪效果,致使堤后冲坑回淤,同时说明直立式堤的堤前冲坑位于堤脚处,对潜堤安全不利,而斜坡式堤的堤前冲坑位于堤脚外,这点在斜坡式海堤中也可以得到印证。2.2潜堤后滩地理论淤高工程竣工后,对潜堤后滩地冲淤变化进行了连续测量,测量结果见表1。从表1可以看出,到2002年底,潜堤后滩地平均淤高了约30～80cm,工程建成后的第1年平均淤积速度约为50cm/a。由于飞雁滩离黄河入海口距离较远,黄河入海泥沙很难到达,由此可以认为潜堤能够利用外海波浪携带的泥沙达到保滩促淤的效果,且当年淤积厚度可按50cm进行预测。2.3潜堤堤顶高程的确定潜堤顶高程是关系到促淤效果和工程投资这对矛盾体的关键,潜堤顶高程越高,投资越大,消浪和促淤效果越好;反之,潜堤顶高程越低,投资越少,促淤效果也越差。目前,对于潜堤堤顶高程国际上尚没有明确的确定办法,但有一定的经验可循,较为流行的确定方法为堤顶高程宜在设计高水位附近,根据飞雁滩保滩促淤先导试验工程的经验,潜堤顶高程应依据目标淤积高程(为了保证工程的稳定安全,需要最终达到的滩地淤积高程)来确定。从表1可以看出,飞雁滩保滩促淤先导试验工程到2003年后,淤积的潜堤后滩地普遍低于潜堤顶高程50～100cm,并基本不再淤积,通过对江苏、上海等地区保滩促淤工程的现场考察也验证了这一点,因此,潜堤顶高程宜高出目标淤积高程50～100cm。3黄河三角洲海床下蚀的下蚀模型研究飞雁滩油田保滩促淤先导试验工程的建成投产,取得部分设计施工所需的数据资料,验证了潜堤保滩促淤的效果,在胜利油田其它开敞式开发油田(如桩106油田、新滩油田等)的漫水路和井台防护工程和胜利滩海油田海堤隐患治理工程中具有一定的推广价值。由于目前对黄河三角洲海床下蚀的趋向及下蚀速度都还得不到有科学根据的预测数据,给设计工作造成困难。恰当地确定