勝利油田灘海油田開敞式開發(fā)與黃河三角洲灘海地區(qū)的開發(fā)

勝利油田灘海油田開敞式開發(fā)與黃河三角洲灘海地區(qū)的開發(fā)

海岸侵蝕是一個全球問題。管理措施主要是水庫和生態(tài)海灘的建設。這是被動防護的，對粘土粉碳海岸的影響不佳。為了維持黃河入?？跒┖Ｓ吞锏拈_敞式開發(fā),降低岸灘防護成本,需要探索一種新型的防護方案。1飛雁灘油田概況勝利油田地處黃河三角洲,是我國第二大原油生產(chǎn)基地,其中灘海地區(qū)原油年產(chǎn)量占有舉足輕重的地位。同時,作為油田勘探開發(fā)的新區(qū),灘海地區(qū)油田也是勝利油田資源接替的重要戰(zhàn)場。勝利油田灘海地區(qū)的開發(fā),因地制宜形成了3種模式:①封閉式海油陸采,通過建設海堤圍海圍涂的方式,實現(xiàn)潮灘原油陸地開采,如孤東油田等;②開敞式海油陸采,利用黃河挾帶的大量泥沙,在擬開發(fā)區(qū)域造陸,形成大面積灘涂,不設堤防進行開采,如飛雁灘油田、新灘油田;③在海上建設采油平臺實施海上開發(fā),如海洋石油開發(fā)公司所屬埕島油田等。這些開發(fā)模式適應當時客觀條件,均取得了較大成效。勝利油田的灘海油田均處于現(xiàn)代黃河三角洲上。黃河來水來沙量自20世紀90年代以來大幅減少,黃河尾閭的擺動、三角洲壓實性沉降作用及海洋動力作用,均對黃河三角洲岸灘淤蝕產(chǎn)生直接影響,也必然影響勝利油田各灘海油田勘探開發(fā)的。1992年的16號臺風引起的風暴潮襲擊,造成了巨大經(jīng)濟損失,勝利油田有2072口油井被淹,占全部油井總數(shù)的1/4。1992年和1997年的風暴潮,給油田帶來了9億多元的經(jīng)濟損失。如不加以治理,由風暴潮災害所造成的經(jīng)濟損失還會增加。黃河三角洲來水來沙量受自然條件和人為因素的影響,每年變化很大。隨著黃河中上游工農(nóng)業(yè)用水的增加、植保工程效益的逐步發(fā)揮及沿黃水利樞紐工程的不斷建設,黃河來水來沙量將進一步減少。黃河來沙量達到3.0×108t左右時可以維持三角洲面積的動態(tài)平衡,而最近幾年平均來沙量已達不到這一指標,加上岸線沖淤的不平衡,黃河三角洲的蝕退也就是必然的。飛雁灘油田屬于該地區(qū)典型開敞式開發(fā)的灘海油田之一。飛雁灘油田位于黃河三角洲東北部沿岸118°37E、38°02N至118°44E、38°10N的范圍內(nèi)。本區(qū)陸域由黃河1964～1976年經(jīng)刁口流路入海期間的泥沙淤積而成。飛雁灘油田東北部為埕島油田,相距約10km左右,其東部與樁西油田毗鄰,相距不過數(shù)公里。樁西油田海岸修有防潮堤,該岸段的潮間灘地已被侵蝕殆盡。其西部為桃河河口,地勢低洼,呈漏斗形向陸凹進,潮間帶寬達13km,河叉交錯。在1976年5月黃河改道之前,河口沙嘴快速向海淤進,沙嘴0m岸線伸入海中最遠達10.5km。至1976年黃河改道清水溝流路以后,該區(qū)泥沙來源斷絕,河口沙嘴遭到快速侵蝕,岸線迅速后退,至2000年0m線后退達10.5km,已進入油田內(nèi)部。飛雁灘油田20世紀90年代投入開發(fā),目前年產(chǎn)原油30萬t,現(xiàn)有156口油井,其中146口井在工作。每逢大潮和東北風4～5級時,70%以上的井區(qū)被潮水淹沒。2海灘防護假設2.1仿生防護工程飛雁灘油田地處黃河三角洲自然保護區(qū),防護工程應盡量不破壞自然面貌,為此對這一地區(qū)的岸灘提出了與其他海岸不同的防護形式——仿生和生物工程相結(jié)合的方案構(gòu)思,期望促進該海區(qū)淤積,固沙保灘,防止或延緩該區(qū)岸線的蝕退,以盡可能小的投資,保持現(xiàn)有海岸線;加強油區(qū)內(nèi)部道路及井臺的維護,改善該油區(qū)上井職工交通條件,加強對大潮、風暴潮的預測預報工作,保障職工人身安全,將潮水的影響降到最低,保持油田現(xiàn)有開發(fā)和生產(chǎn)水平不致于因該地區(qū)的海岸蝕退而下降,保持黃河三角洲的自然風貌。仿生防護工程構(gòu)思模仿沙漠地區(qū)防風固沙的原理和我國東南沿海的紅樹林防護帶。仿生林帶可以吸收波能,起到消波作用,同時可以降低潮流速度,減少浪流動力對岸灘的沖蝕,同時促進海水中所挾泥沙的沉降,從而達到固沙促淤的目的。仿生林帶的第二個作用,就是保護仿生帶岸側(cè)的淺水植物,防止風暴潮等災害性海洋動力作用直接沖擊淺水及岸邊的生物防護帶。這些淺水中的生物防護帶就同沙漠中的植被一樣,保持泥沙不被海水沖走。這些生物當然同樣有消波、阻流、沉沙、促淤的作用。在仿生物根部配設混凝土重塊,以求固定在預定位置,上面系仿生漂浮物,見圖1。以每塊混凝土塊為一株,暫定株距為2m,大致與沿岸平行布設10行,仿生林帶寬約30m。每行中的任意段的結(jié)構(gòu)形式見圖2。采用混凝土重塊固定仿生植株時,在施工現(xiàn)場用繩索將重塊連起來,仿生物固定到重塊鐵環(huán)上,通過船側(cè)滑板滑下水,施工比較容易。通過人工種植的方法促使或恢復海岸地區(qū)植物的繁殖,植物的新陳代謝能夠為海岸地區(qū)增加大量的淤泥質(zhì)和固土根須,以保證海岸的防沖刷,同時也生產(chǎn)大量的養(yǎng)料,為鳥、蟲、魚、小動物等提供很好的生活、覓食環(huán)境。2.2變區(qū)域流場工程飛雁灘油田岸線在東北向強風浪和沿岸潮流作用下侵蝕嚴重,通過工程措施消減波浪的直接作用,改變區(qū)域流場,降低對岸線的沖刷,增加防護區(qū)淤積是可行的方案之一。改變區(qū)域流場通常需要依據(jù)現(xiàn)有海洋動力條件和海岸地形、地貌,采用丁壩群、順岸潛堤等工程措施。勝利油田在長期的維護黃河堤壩和修建引黃水利工程過程中,創(chuàng)造性地把鉆井技術同水利工程結(jié)合起來,發(fā)明了鋼筋混凝土水力插板及施工工藝。采用該項技術的水利工程,例如黃河護岸堤、黃河險工挑流堤、水庫護岸、過水涵橋、污水處理工程等等,都要比常規(guī)的土石方工程節(jié)省40%～60%資金。如果經(jīng)過試驗,消除初期穩(wěn)定性等問題,使其適用于海堤工程,預計能夠發(fā)揮良好作用。“水力插板”潛堤的橫斷面見圖3。2.3馬料油田孤東采用丁壩、潛堤的方案海堤工程是可行的傳統(tǒng)防護方法,無疑是有效的。從勝利油田原油生產(chǎn)情況出發(fā),要徹底排除目前和未來影響職工安全和原油生產(chǎn)的隱患,修建油區(qū)沿海大堤是見效最快的一項方案。勝利油田孤東大堤屬較低標準的海堤,海堤基礎寬30多m,但由于基礎淺,近幾年受海岸蝕退影響,堤前泥沙淘刷嚴重,給大堤帶來嚴重的不安全隱患,在1992年、1997年的大風暴潮中都有多處坍塌。如果在同一海區(qū)采取帶有丁壩、潛堤的海堤,能起到消波、阻流、促淤的作用,保護主堤基礎不被沖淘;如果大堤的臨海側(cè)沒有相應的丁壩、潛堤,大堤基礎就要更寬,堤身坡度更緩,迎浪面強度更大,既要考慮消浪,又要考慮滲透因素引起海堤穩(wěn)定的問題。3人工提高漲潮流含沙量促淤技術對比上述3個方案,第三個方案(建設傳統(tǒng)海堤)最直接有效,但顯然存在投資巨大的問題,經(jīng)濟效益和推廣可能性受到嚴重影響,不推薦采用。前兩個方案,在理論上和實踐上都可以改變海洋動力對岸灘的直接侵蝕作用,促進泥沙沉積,但關鍵問題是泥沙沉積速度問題,只有泥沙沉積較快,才能真正在短時間內(nèi)實現(xiàn)岸灘防護的目的。通過巧妙利用粉土易于起動的特性,人工提高漲潮流含沙量促淤是一項值得特別研究的課題,也是最具創(chuàng)新性、最有經(jīng)濟效益的促淤護灘措施。事實上,只要海水中含沙量提高,沉積速度必然加快,甚至出現(xiàn)與河口泥沙造陸相似的效果。但作為一般常識,完全靠人為因素實現(xiàn)泥沙的大量運移,通常需要花費大量人力物力。因此,怎樣以較小的代價提高海水中的含沙量,怎樣將高含沙海水中所含泥沙運移到預定區(qū)域并使其快速沉積,就成了問題的關鍵。黃河三角洲的粉土粒度很小,在海洋動力作用下容易分散起動,隨潮流移向深水區(qū),是造成三角洲岸灘侵蝕的重要原因。事物的利弊在一定條件下可以轉(zhuǎn)換,可以利用粉土的這些特性,通過人為擾動比較方便地實現(xiàn)海底泥土的起