滩海人工岛采油集输设施不均匀沉降分析及防护建议

滩海人工岛采油集输设施不均匀沉降分析及防护建议

张志富

中国石油冀东油田公司南堡油田作业区 河北 唐山 063200

摘要：滩海陆岸及人工岛采油集输生产平台主要靠吹砂建成，周围存在海水、人工养殖区等水体，地基稳定差，下沉明显，工艺设备设施、建筑物基础下沉快，不均匀下沉较常见，对工艺设施影响较大。本文介绍分析了常见的不均匀下沉情况以及防护建议。

关键词：滩海人工岛；采油设施；不均匀沉降；分析；建议

引言

滩海陆岸及人工岛采油和集输设施沉降速度大，不均匀沉降较常见，致使设备设施倾斜或产生形变应力，影响安全运行。因此分析讨论产生不均匀沉降的原因，针对具体原因制定相应的监测、预防、治理措施，为日后设计和管理指明方向，是本文的主要初衷。

1 概述

人工岛和滩海陆岸地基情况特殊，其围堤采用袋装砂斜坡堤结构，岛心采用吹填砂形成，土层由砂质粉土层、淤泥质粉质粘土层 粘质粉土层、粉砂层等构成，地下450mm-2000m，不同程度出现渗水，土的流变现象最为普遍，主要表现在沉降变形、蠕变、冲蚀变形。各种工艺设施按照《建筑地基基础设计规范》、《建筑桩基技术规范》、《建筑地基处理技术规范 》等技术规范标准设计建造，投用后通过监测发现一定程度的下沉，一般在控制范围内的整体下沉对设备设施影响不大，但不均匀下沉，则会导致管线发生弯曲，计量间出现倾斜侧移，房体出现裂缝等现象，不但影响设备设施的使用，甚至带来较大安全隐患。下面从人工岛和滩海陆岸设备设施地基运行情况，阐述产生不均匀下沉的原因。

2 场站主要沉降情况及分析

人工岛和和滩海陆岸采油和集输设施常见的不均匀沉降表现在，单井井口流程倾斜弯曲、计量间单井流程倾斜弯曲、阀组及流程倾斜弯曲、外输管线倾斜弯曲、集输各种容器类的管线倾斜弯曲、外输管线上下或左右S型变形、抽油机倾斜、计量间悬空或滑移、护坡外输管线裸露悬空、房屋基础下沉墙体开裂等。

以单井井口倾斜为例分析产生不均匀沉降的原因。单井采油树的基础为套管管柱埋深几千米，没有明显沉降，井口流程采用1个自然基础支撑，单井地下管线直埋深度在800-1500mm，随着场站沙土的沉降，单井的井口和地下管线下沉较快。井口流程连接采油树的一端几乎不沉降，而井口流程连接地下部分随土层一起沉降，速度快，最终造成井口管线向地下掩埋端倾斜。
同理，计量间单井流程、阀组流程、外输管线、集输各种容器类管线倾斜弯曲都是同一个原理，即上述连接设施的流程全部打了桩基或自然基础，而直埋管线支撑使用的自然基础或没有打基础，直埋端管线沉降速度明显大于打基础端管线沉降速度，自然基础沉降速度明显大于桩基的沉降速度，因而造成管线向沉降速度快的一侧倾斜弯曲，相应的产生下沉应力，2015年-2016年3-2转油站管线自然基础沉降量最大量在51m，容器类桩基基础沉降最大值仅8.6mm。 2号岛3个计量间流程、2号岛3个老阀组、3-2转油站三相分离器等26个集输容器类流程、2号岛和3-2外输油管线等都出现了类似的问题。

以计量间为例分析整体设施产生不均沉降的原因，计量间倾斜、悬空、滑移下沉主要是计量间的基础产生了不均沉降，计量间整体都是坐落在两条基础上的，打基础的地下条件和基础大小完全相同，按照设计不会产生不均匀沉降，实际大部分计量间并未产生不均匀沉降。但通过对二区、六区等南堡10个下沉计量间现场踏勘发现，3个计量间投用一两年内发生了不均沉降，7个人计量间投用2-5年未发生不均匀沉降，而后期突然几个月内发生了大幅不均匀沉降，几个月的沉降量量明显大于几年的沉降量。通过对现场地形检查发现，其中有10个计量间一侧或者两侧地坪低于周围地坪，存在雨季积水问题。7个计量间沉降幅度较大，雨季到来前一年内计量间3米左右位置发生过动土作业，未下雨之前计量间几乎没有明显沉降，快速不均匀沉降主要发生在雨季；仔细现场踏勘发现沉降幅度较大的计量间，动土作业的管沟平行于计量间基础，大部分计量间单井投产时都会垂直于计量间动土作业，距离只有1米多，但并未产生明显的不均匀沉降。

同理我们的二号岛和六区生产辅助用房和生活水房墙体开裂、抽油机倾斜、3-2外输管线S型倾斜、凝液罐放喷管线基础全部向东倾斜、桩基主水管倾斜等现场进行实地核查，都发现了墙体开裂、抽油机、管线基础倾斜一侧存在雨季大雨过后积水问题。

2016年曹妃甸区夏季降雨总量比2015年明显偏高，通过对3-2转油站2015年和2016年39个监测点对比发现，2015年平均沉降量为6.031mm，2016年平均沉降量为8.259mm，比2015年沉降提高36.9%。

由此推断，整体设施产生不均匀沉降的主要原因设施附近积水，低洼地带周围发生沉降的根本原因，是下雨积水以及由此引发的低洼地带土层渗流使得土中的有效应力改变，导致地基下沉。沉降量不仅取决于低洼带积水下渗量，还与土层渗透性有关，随土体渗透系数的增加而增加，因此发生挖掘作业的回填部位渗透性强，积水沉降快，基础在雨季下沉明显。

3 产生沉降的常见情况

1. 一个系统工艺的基础做法不同，或基础及载荷设计计算沉降速度误差，造成设施沉降不均匀。

2. 设施周围基槽回填仍采用了透水性强的沙土或者回填不实，坑槽离基础近，地表水大量渗入浸湿地基，导致地基下沉。

3. 基础附近地坪低雨季大量积水，或者水管、下水系统漏水，基础附近地坪倾斜，导致积水一侧局部下沉速度快。

4. 基础局部存在透水性较大的沙土层或基础下部土层渗水能力不均匀，未经处理，形成水囊浸湿地基，引起下沉。

5. 大量的抽拍基坑水，导致接近基坑的基础快速下沉。

6. 大雨过后，井场积水达到1-2万方，排水不及时，造成基础附近土壤长期水泡，基础附近有效应力降低，发生下沉甚至倾斜。

7. 护坡被海浪侵蚀，管线局部裸露悬空，发成沉降弯曲。

4 预防和治理措施

(1)滩海和人工岛建立采油集输场站，需要提前做地勘，同时对系统设备、管线的载荷进行计算，合理设计基础的深度、面积、间距，尽量是系统设备整体沉降速度一直。

(2) 基础外槽回填土应用粘土、粉质粘土等透水性较弱的土料回填，或用2：8、3：7灰土回填。对于局部挖掘作业回填区域采用机械压实回填，不允许机械压实的管沟采用浇水沉降填实。计量间、容器类基础5米内，2层以上的房屋10米内尽量避免挖掘作业。

(3)基础周围地坪水平设置在一个高度，或向四周布置小于2度的缓坡，且高于周围地坪不小于10公分，避免基础附近积水，同时对基础周围地面进行硬化或铺砖，减少雨水的渗入；对基础附近管道漏水，及时堵截或挖沟排走。

(4)基槽及附近局部存在透水性较大的土，采取挖除或用透水性较小的土料封闭，使与地基隔离，并在下层透水性较小的土层表面作成适当的排水坡度或设置盲沟。

(5) 严禁在设施基础附近采用大量抽取基坑水的方式施工，积水较多的沟槽采用钢板桩方式排水，避免基坑附件基础下沉。

(6)场站建立足够雨水回收渠、雨水回收池，台风大雨天气，提前准备布置好排水泵，尽量在降雨过后的12小时内，排除井场积水。

结束语

不均匀沉降对采油和集输设施的安全运行影响较大，应针对不同原因导致的不均匀沉降采取不同的预防、监测、治理措施，从设计施工和日常管理方面做好提前预防、通过各种监测实时掌控沉降情况，适时开展隐患治理，确保设施安全运行。

参考文献

[1]《基坑降水及引起地表沉降分析》 桂林工学院 李忠.

[2]《2017年人工岛及NP3-2转油站沉降变形监测报告》 南京水利科学研究院 焦志斌