滩海油田采油平台防淘空措施探索.pdf

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1、第40卷第2期2011年04月船海工程SHIP＆0CEANENGINEERINGV01．40No．2Apr．2011D【)I：10．3963／j．issn1671—7953．2011．02．029滩海油田采油平台防淘空措施探索初新杰1’2(1．中国海洋大学，山东青岛266003；2．胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营257017)摘要：通过室内试验，讨论了采油平台的冲淘机理和防护措施，针对仿生海底、仿生林、抛石块、抛石子袋等防冲淘措施进行了方案设计和试验，完成了导管架式、桶形基础式、沉垫式三种采油平台的冲淘及防护试验，提出和完善了多层次抛石防护技术，并将研究成果成功

2、地应用于海上防护工程。关键词：滩海油田；采油平台；防淘空；措施中图分类号：TE58文献标志码：A文章编号：1671—7953(2011)02一O104一04胜利石油管理局自1975年在渤海湾海域进行勘探以来，经过20多年的不懈努力，已建成几十座各类大小的固定平台，铺设了海底管道，由于海上风浪和潮流的长期冲淘作用，导致诸多采油平台和海底管线的基础出现较为严重的冲淘[1]。如果不采取有效的防冲淘保护措施，时间长了，管线有可能冈疲劳而发生断裂，影响平台的正常生产并造成严重的海洋污染。如果平台基础继续被淘空，导管架会完全离开海底的支撑，整个导管架悬挂在桩顶“U”形板上，在波浪的

3、反复冲击下，有可能发生焊缝开裂，造成导管滑动，严重地威胁滩海油田平台安全和作业工人的人身安全。为此通过室内试验，提出滩海油田采油平台防淘空的措施和建议。1试验理论基础及基本思路1)海底地基经过长期的自然条件作用，在各种水动力因素作用下，基本上达到了冲淤动态平衡。海T构筑物的建设改变了其周围原有动力条件，也就破坏了原有的平衡状态，从而导致局部泥沙迁移，亦即在建筑物周围发生了淘空[2]。构筑物的尺度及形状对其周围流场改变有重要影响，研究淘空首先应尽可能满足模型周嗣动力要素变化情况与原型相似。在变态试验理论基础尚不成熟的情况下，为丁程目的而进行的试验，采用正态收稿日期：201

4、1一01一07修回日期：2011-01—19资助项目：国家863项目(8201001)。作者简介：初新杰(1968一)，男，高级工程师。研究方向：海洋工程设计和试验研究E-mail：zjyhyscxj@126．com104模型试验更准确可靠。2)动力因素中，风、浪、流、潮等均对淘空有影响。浪、流是泥沙运移的主要动力因素，其他因素只是间接因素或次要因素。在本次试验中只考虑浪、流作用。3)动力因素的模拟试验，首先保证动力相似原则睁4

5、，即原型和模型傅劳德数相同。这同时使得遵从同一相似律的浪、流这两大动力因素联合模拟成为可能。在试验中，浪、流及作用时间比尺均按该相似原则确定。

6、4)根据泥沙试验理论，冲淘试验要求起动流速相似和摩阻相似，还要求试验用沙粒径及其级配曲线与原型沙相似睁6I。合理选择试验用沙成为此类试验成败的关键因素之一，对此作如下考虑。①胜利浅海地基表层主要由黄河泥沙沉积而成，通常为粉土或细粉沙，中值粒径D50约在O．03～o．10mm之间。据测算，原型沙特征粒经大于5mm时，可采用缩尺比为1：20的正态模型试验。胜利浅海这样细的基质，满足此要求几无可能。②胜利浅海区，表层粉土中粘粒成分含量很少，启动(扬动)流速较小，采用原型沙在实验室中可以满足泥沙起动这一基本要求。当然这也要求模型比尺不能太小，即模型应比较大一些。这就要求正式试验

7、前先进行预备试验，找出合适的起动流速、波高，从而确定模型比尺。③平台周围淘空范围和深度是有上限的。采用原型泥沙，由于其天然坡角为定值，可以设想，由于周围动力场相似，经过足够长的试验过程，模型周围淘空达到极限，淘空造成的成坑形状和坡度与原型基本相同。这样，采用原型沙和正态缩滩海油田采油平台防淘空措施探索——初新杰尺模型进行试验，可以实现对平台及管线周围淘空情况的模拟。当然，冲淘过程时间比尺相似性仅作参考，而不具体分析多长时间的试验过程代表多长的原型实际作用时间。④采用原型沙解决工程防护问题，在经济上具有显著的效益。它不仅节省了材料费、加工费，亦避免了试验过程及试验完成后的

8、大量清理和分选工作量，同时亦为以后继续利用原型沙试验积累经验[7。。2室内试验2．1平台原型、模型情况1)桩基式平台。桩基式平台原型及模型参数见表1。表l桩基式平台参数对比桩数量／根桩间距／m桩外径／m导桩管外径／m2)桶基式单桶平台。桶基式单桶平台原／模型参数见表2。表2桶基式单桶平台原型及模型参数对比桶外径／m桶擘厚／m桶高度／m防护锥体的锥度3)沉垫式平台。沉垫原型主尺度为60m×30m×3．6m。沉垫模型主尺度为2000mm×1ooOmm×120mm。2．2试验采用的主要参数根据试验原型参数的率定试验情况，结合滩海工程模拟实验室的