孤东及新滩海域海工路、人工岛面临的问题及研究对策

2015-03-16王培元中石化胜利油田分公司孤东采油厂山东东营257237

山东工业技术 2015年1期

王培元（中石化胜利油田分公司孤东采油厂,山东　东营　257237）

王培元
（中石化胜利油田分公司孤东采油厂,山东东营257237）

摘要：孤东及新滩海域位于黄河入海口两侧，由于该海域海岸蚀退加剧和海区自然条件复杂，严重影响着已建海工路及人工岛的安全，并使待建的海工路处于停滞状态。本文通过对该海域蚀退状况、已建工程现状的调查分析，提出了已建工程防护加固和待建工程设计方案优化的研究对策与思路，使海油陆采工程建设少走弯路，使工程更为经济适用，安全可靠，从而充分满足原油勘探开发的需要。

关键词：海工路；人工岛；物模试验；数值模拟

孤东及新滩外围极浅海区域已成为孤东采油厂原油上产最重要的替代阵地,采油厂在孤东和新滩已建成多个海油陆采工程，取得了显著的效益。但工程的安全和稳定无法得到有效保障，工程的建设和维护成本越来越高。

1　孤东及新滩海域的自然条件

该海域位于渤海湾西南部的黄河三角洲滩海海域，海岸线长、地形平缓、潮间宽广，沿海滩涂面积173万亩，10m等深线以内的水域面积达4800km2。区域内油气资源丰富，道路纵横交错，交通便利。

该海域属于温带海洋性风气候。该海域全年大于6级以上日数为137.5天，发生频率为7.11%，在水区极易形成强烈的风暴潮灾害。根据地质剖面图，海底地层均由黄河三角洲第四纪海相、陆相、新近沉积的淤泥质土、粘性土、粉土及砂土构成，分布较稳定。

2　孤东采油厂海工路及人工岛工程现状

采油厂在该海区已建成海工路2条、人工岛3座，分别是垦东4海工路、垦东22临探路、垦东401及垦东402人工岛、垦东22人工岛。待建的海油陆采工程有孤东海区的垦东405工程、新滩海区的垦东110等工程。现将这些工程的现状及进展情况详述如下：

2.1垦东401工程

垦东401海油陆采工程于2002年1月份正式投入使用。该工程位于孤东东大堤3+340处，包括2700m海工路、KD401和KD402两个人工岛，其中浆砌石护坡路段1460米，板桩路段1220米。人工岛下部周围采用板桩路结构形式，上部周围在板桩路上现浇三层砼挡浪墙。

2.2垦东22临探路及人工岛

垦东22海油陆采工程位于孤东东大堤7+600处，包括KD 22人工岛和板桩路段1800米。临探路采用了板桩路结构形式，人工岛下部周围采用板桩路结构形式，在板桩路结构内侧浇筑C20阶梯状砼封闭，上部周围在插板路上采用板板联体结构。

2.3待建工程进展情况

待建的海油陆采工程有孤东海区的垦东405工程、新滩海区的垦东110工程，其中垦东405工程已建成260米插板路，后因安全问题没有解决而终止。

3　海油陆采工程存在的问题及原因

3.1海油陆采工程存在的问题

随着越来越多的海油陆采工程投入使用，在风暴潮的袭击和海洋流场的共同作用下，各个海油陆采工程不同程度的出现了问题，严重影响着人员的安全和正常的生产运行。具体有以下几点：（1）海工路上频繁的发生漫水和越浪，给交通带来严重的安全隐患，人工岛会发生土方大量流失现象，危及人工岛结构稳定。（2）潮流淘刷海工路根部，造成基础悬空路面破坏。（3）沉降、脱坡、塌陷严重。（4）老化、冻融破坏严重。

3.2海油陆采工程存在问题的原因

产生海油陆采工程问题的原因是多方面的，概括起来有以下几点：（1）在工程设计方面，海工路和人工岛采用的标准普遍偏低。（2）自然环境方面，如前所述，对工程是相当不利的。（3）海岸蚀退方面，除入海口门小范围淤积外，其它广大海区均表现为蚀退。（4）老化、冻融及抛石、扭工体流失严重，常造成工程的损坏和基础悬空。

4　海油陆采工程技术研究内容

鉴于海油陆采工程存在上述问题，我们进行技术研究的具体目标是：（1）海油陆采工程的结构和防护能够抵御重现期为25年一遇的风暴潮标准，在使用期内，工程安全稳定。（2）在经济指标方面，同水深条件下比已建工程节约投资10%-30%。（3）施工方便，缩短工期。为达到上述目标，研究的内容如下：

4.1孤东及新滩海域基础资料收集、整理、调查与分析

孤东及新滩海域已经进行了长期的水文、气象观测和大量的基础研究，在收集、整理这些资料的基础上，进一步进行孤东及新滩海岸蚀退趋势的研究，重点研究孤东海堤近堤海域的蚀退趋势、垦东22、垦东401、垦东110等已建与待建工程附近的海域蚀退趋势。

4.2已建工程稳定性及长期稳定性研究

该项研究的主要内容是对海工路在海床未蚀退时、海床蚀退到使用期内极限厚度时的路体进行稳定性计算，对路体两侧抛石、砼异型块体的稳定性进行计算与试验；对人工岛工程结构稳定性的研究，也是通过计算与试验，在海床未蚀退时、海床蚀退到使用期内极限厚度时，分别研究人工岛周围围护结构的稳定性和抛石及砼异型块体的稳定性。通过这些研究，可以对这些已建工程进行安全评估，为工程今后的使用和加固提供依据。

4.3通过物理模型试验进行海工路断面结构优化研究

海工路断面结构形式。海工路断面结构形式主要有以下4种：（1）抛石、砼异型块体类。（2）直立路心结构，包括联体板桩类、P H C高强砼管桩类、沉井等多种形式，是海工路中常用的形式。（3）基础护坡类断面结构，潮间带的海工路多用此形式。（4）混合类断面，这类断面多以一、三类断面结构结合，水深较大时以这类断面为主要结构形式。

4.4波浪—潮流共同作用下的各海工路周围泥沙冲淤数值模拟

根据各工程区海域潮汐特点，既受外海潮波控制，又受到当地海域地形的影响，因此，在数模试验研究中，计算范围必须包括这些因素的影响。在本计算中，采用大模型控制潮流边界、局部模型控制工程附近海域精细流场的复合模型方法。针对各海工路及人工岛的海况条件，确定泥沙冲淤计算的数学模型基本方程式中的各个参量，然后计算工程使用后1年、5年和10年、25年期间泥沙累积冲淤情况共4组工况。根据计算所得的冲淤情况，确定已建工程使用期间的维护措施，对待建工程的平面布置进行优化。