2009至2010年度冬季渤海冰情分析及防冰措施初探

朱衛新，張志鵬

（中國石油集團海洋工程有限公司運行處，北京 100028）

2009至2010年度冬季渤海冰情分析及防冰措施初探

朱衛新，張志鵬

（中國石油集團海洋工程有限公司運行處，北京 100028）

海冰對海洋資源尤其是灘淺海石油天然氣勘探開發有嚴重影響。文章概述了2009至2010年度在渤海作業海域的海冰冰情，總結了該年度冰情的特點，分析了海冰對海上油氣設施的作用、影響及危害，探討了防冰抗冰措施，對今后冰期海上石油勘探開發工作提出了建議。

海洋石油；冰情分析；油氣設施；防冰措施

0 引言

我國的渤海和黃海北部每年都會發生結冰現象。受冬季氣候冷暖的影響，每年海上結冰的輕重程度有所不同，冰情最嚴重年份幾乎整個渤海海區為海冰所覆蓋，如1969年冬季發生的渤海大冰封，致使海上交通運輸長時期癱瘓。流冰所產生的巨大破壞力，給海洋石油開采和海上工程施工等帶來巨大影響。海冰對海上生產結構物造成巨大威脅，可以造成平臺結構滑移、傾覆、樁基破壞和大變形等，破碎海冰在海洋平臺附近堆積，可以造成結構迎風面積增加，冰載荷隨之急劇增加。歷史上，海冰曾經引發多次重大海工事故，如：1963年，在美國阿拉斯加庫克灣 （Cook Inlet）海域兩個鋼結構簡易平臺被海冰推倒；1969年，渤海老二號平臺事件；1989年，俄羅斯薩哈林島二期（Molikpaq）移動式結構在海冰的沖擊下，砂芯液化，平臺產生近1 m沉降等。鑒于以上冰災害，分析渤海2009至2010年度重冰年的冰情特點及對海上生產帶來的影響，總結施工作業所采取的措施，對今后冰期海上施工作業具有非常重要的現實意義。

1 施工主要海域海冰情況

1.1 2009至2010年度冬季渤海灣及遼東灣冰情概況

渤海灣受地理位置和氣象、水文條件的影響，每年冬季皆有不同程度的結冰現象。由于冬季水文、氣象條件的變化，每年冰期情況差異較大。2009至2010年冬季渤海及黃海北部冰情比常年偏重。

觀測數據顯示：渤海灣初冰日為2010年1月5日，終冰日為2010年2月18日，冰期44天。冰期內多以冰皮 （R）、蓮葉冰 （P）為主，伴有尼羅冰 （Ni）出現。最多冰量出現在1月17日。

遼東灣初冰日為2009年12月17日，終冰日為2010年3月19日，冰期93天。

根據2009至2010年度海冰資料統計，遼東灣北部大約在2009年11月中旬開始結冰，2010年3月中旬末冰消失，冰期大約4個月；渤海灣西部大約在2009年12月中下旬末開始結冰，2010年3月上旬末冰消失，冰期大約3個月。由北往南結冰期依次縮短大約1～1.5個月。

2009至2010年冬季渤海灣及遼東灣海冰具體外緣線及冰厚情況見表1。

表1 2009至2010年度冬季渤海及黃海北部冰情實況

1.2 2009至2010年度冬季渤、黃海冰情特點

（1）發生時間早，發展速度快。觀測數據顯示，2009年11月中旬即發現初生冰，時間較往年提前了半個月左右，自2009年12月25日至2010年1月19日，23 d時間內遭受了6次較大寒流襲擊，受寒流影響氣溫下降了8～12℃，渤海最低氣溫-18℃，受持續寒潮影響，海冰迅速發展，在2010年1月上旬出現了30年同期最嚴重的冰情，遼東灣的海冰外緣線在12 d內擴展了61 km，萊州灣9 d內擴展了43 km。

（2）分布范圍廣，海冰覆蓋面積大，冰情較常年明顯嚴重。2010年2月13日遼東灣超過90%的海面被冰層覆蓋，海冰外緣線達到200 km，接近30年最大浮冰范圍；1月23日萊州灣的海冰外緣線達到85 km，為40年來最大，甚至青島膠州灣也出現了罕見的結冰現象。

（3）沿岸固定冰明顯超過往年，為近10年最大。在遼東灣底和東岸的現場調查發現，2009至2010年度從岸邊延伸出去的固定冰層明顯加寬，達到了10 km以上 （往年為200～2 000 m）；固定冰厚也增加到了40～60 cm （往年為20～40 cm），且岸邊堆積現象明顯，堆積冰厚達到1～1.5 m。

(4）影響較為嚴重。僅山東省初步統計，漁業受災人口達到9.5萬人，冰封漁港、停泊點120余處，受困漁船8 000多艘，損失水產品超過20萬t，造成直接經濟損失22億元。營口港、鲅魚圈港、錦州港、黃驊港、神華港、天津港、濰坊港、萊州港等眾多港口運營受到影響，甚至導致部分港口封港。

（5）發生了返凍現象。2010年3月上旬后期渤海遼東灣出現了明顯的返凍現象，部分海面重新凍結，海冰范圍明顯增大，從2010年3月7日的56 km增加到3月9日的111 km，但冰厚較薄，以初生冰、冰皮為主，但維持時間很短，其后快速融化。

2 海冰對海上裝備和生產設施的影響

海上嚴重冰情給海上的生產平臺、船舶帶來嚴重的影響，應急資源不足，海冰造成船舶不能隨時停靠平臺，船舶在冰區航行困難，生產生活物資運送難度增大，在緊急情況下平臺救生設備在海冰的影響下不起作用，冰情嚴重時對平臺自身安全造成影響。

海冰在風、涌、浪、潮等外力作用下，對海上工程設施的影響主要有以下幾種：在海流及風的作用下，大面積厚冰呈整體移動并擠壓結構物，伴隨有結構物的振動；自由漂移的流冰對結構物的沖擊作用；凍結在結構物四周的冰片因潮汐、水位的變化，對結構物產生上拔或下壓；凍結在冰中的結構物因溫度的變化對結構物產生的作用；流冰對結構物的磨蝕作用；堵塞冰的膨脹對結構物的擠壓作用；堆積冰對結構物及地基的冰壓作用。冰載荷的大小取決于結構的幾何形狀、冰的物理力學性質、冰類型以及冰的破壞形式，當遇到不同的結構物時，海冰產生不同的沖擊、堆積和爬升方式。

從2009年年底至2010年1月，由于持續低溫，氣溫-3℃至-15℃，渤海海域各作業區已經大面積結冰，在平臺周圍海冰連成一片，在落潮時向平臺移動，并在舷邊堆積。

中油海6號、7號、10號平臺四周冰情也比較嚴重，冰塊面積比較大，大塊的長超過10 m，寬7～8 m，厚度達10 cm左右，這些冰塊在樁腿附近也有堆積現象。每天在潮水的推動下撞擊平臺樁腿，致使平臺產生晃動，尤其漲潮時撞擊力度比較大。

冰情的不斷加重，已經嚴重影響到船舶的正常作業，由于疊加冰比較嚴重，致使中油海225船、241船在南排河海域均出現被海冰困住的情況；在遼河月東人工島碼頭，中油海221船、251船為避免被海冰擠壓破壞，只能利用2個多小時平潮時間裝卸物資，漲落潮時，退到人工島以南10 m水深處待命；中油海801船、222船、223船夜間在曹妃甸海域拋錨期間，因受到流冰的擠壓走錨，不得不多次移動錨位，防止被流冰壓到平臺和井口上。在冀東海域作業的滾裝船和油輪，由于船舶結構形式的原因，船上的海水管道和淡水管道已經全部冰凍，船上的日常生活和應急水源無法得到保障，且滾裝船不具備冰區作業能力，在冰區作業將會造成船舶的結構和設備損壞。為冀東服務的兩艘油輪由于船舶主尺寸大，功率小，又受到錨機本身性能所限，在冰區作業時安全無法保障。

海冰對海上單井威脅較大。2010年1月11日中油海6號平臺承鉆的NP1-7/1506井，在完井電測時，漲落潮過程中流動海冰碰撞直徑850 mm（壁厚45 mm）的隔水管，導致隔水管偏斜10°。2010年1月15日大港油田埕海16井在漲潮過程中，井口被海冰推倒。3月份，海冰減弱后，經過船舶海上巡查，發現大港油田共有20口單井被海冰推倒或歪斜。

3 防冰抗冰措施

3.1 海冰監測與預報

多年來，海洋公司與國家海洋局海洋環境中心、天津市專業氣象臺等專業機構簽訂了中長期氣象預報協議；每年冬季委托海冰預報專業機構專門對海洋工程公司作業海域冰情進行定期預報。目前，海洋工程公司海域海冰預報種類主要有周、月、年、補充與警報等4種方式，發布內容主要包括海冰趨勢、冰期、流冰范圍和冰厚等，同時平臺定期觀察拍照，委托氣象部門對相關海域冰情進行航空實時監測、氣象衛星遙測，并用破冰船進行海上巡查。

3.2 加強領導，落實責任

鑒于2009至2010年度冰情比往年嚴重的形勢，針對冬季施工特點和生產實際，各事業部制訂了冰期安全生產措施和應急預案，加強領導，逐級落實責任。為保證平臺生活及平臺人員安全，安排4艘船舶為海上平臺提供生活物資運輸和應急服務，并必須保證有一艘具有冰區航行能力的船舶，各相關事業部要保持聯系，根據冰情情況和平臺實際情況管理和調配好船舶。

3.3 冰期生產安排

（1）鑒于2009至2010年度冬季冰情嚴峻的形勢，為保證平臺及人員安全，2010年1月13日要求所施工的中油海1號、3號、5號、6號、7號、10號平臺停止施工作業，合理安排好停工措施，首先確保井眼穩定，井下安全受控，做好人員撤離工作，平臺留守人員控制在12人以內，并做好留守平臺人員的生活與應急撤離保障。

（2）對于沒有冰級符號的船舶應避免在冰區作業，撤離到無冰區；對 “中油海801”船要加強錨泊期間的監控，安排值班船舶；對于在冰區作業的船舶提出的問題要及時解決，特別是保暖方面更應該重視；在船舶運行方面，不具備破冰能力的船舶不允許進行破冰作業，在有冰的情況下，要密切觀察作業區域浮冰隨漲落潮的動態，合理安排靠泊時間，不允許長時間停泊在距平臺較近的地方，要認真考慮破冰船船舶回轉問題；在目前冰情嚴重的情況下海洋工程公司決定暫時結束中油海631、511和512船在冀東的作業，確保船舶自身安全。

（3）根據平臺周圍環境情況，平臺在海上停泊的安全措施如下：

a.安排專人24 h值班，關注冰情變化，做好冰情記錄，每天向海洋工程公司運行處匯報。

b.在有大面積海冰形成時，平臺通知守護船到平臺周圍進行破冰，防止大塊浮冰對平臺造成的沖擊。

c.在漲潮落潮時，對于坐底式平臺，要安排船舶在平臺下流艉靠，用船的螺旋槳把沉淀箱墊里的浮冰清理掉，防止浮冰堆積對油水管道造成沖擊破壞。

d.一旦海冰冰情嚴重，已危及平臺安全，留守人員緊急乘直升機撤離。

e.為保證升降系統安全，冬季期間非緊急情況下不許升降平臺。

f.做好平臺各管路系統排水、掃線、防凍工作，對生活海水、淡水系統要加強巡檢，保證生活海水、淡水供應，熱海水艙備用100 m3海水，作為應急用海水，定期加熱防凍。

g.當樁腿結冰高度距船底2 m時要及時匯報，并利用消防水清除樁腿上結冰。

4 結論及建議

（1）海冰對淺海油田設施產生嚴重威脅，隨著海洋石油勘探開發的不斷深入，必須全面、細致考慮海冰的影響，增強防御海冰災害的意識。實踐證明，高度重視海冰災害，加強預報與監測，準確預測冰情，掌握冰情動態，制訂防范措施，建立應急系統，能夠大大降低海冰災害的影響。

（2）提前謀劃，有針對性地制訂風險消減預案和安全生產措施。根據冰情嚴重程度，及時停止施工作業，明確冰期撤離的條件，根據作業海域水深和堆積冰特點，確定平臺停工、拖航次序，于初冰期停止作業，重冰期之前完成拖航。如冰情預報不準，出現冰情急劇加重，當冰情影響船舶靠泊平臺，救生艇不能放置海面時，必須立即采取措施，停止作業，按應急預案撤離作業人員，留守10人左右；安排破冰或大馬力船實施破冰防護，減輕大塊浮冰對平臺的沖撞；平臺拖航必須避開大面積流冰，避免甲板上浪結冰，防止拖纜結冰造成的性能降低。

（3）冰期停工撤離取決于移動平臺抗冰能力和井口隔水管抗冰能力的最小值，以及平臺應急逃生設施的工況條件。從2010年冰情觀測，應急逃生問題和未采取抗冰保護的井口是冰期作業最大的安全隱患。

（4）提前選擇防冰海域或碼頭。經2010年冰情觀測，在渤海、遼東灣因緯度高、氣溫低，冰情最重；渤海西/西南、萊州灣受北風、東北風影響，海冰聚集，密度大，因而冰情較重。相比而言，曹妃甸海域是渤海最好的防冰避冰海域。該海域冰情受陸地地形和水深影響，由輕到重依次為：NP1-1井區、NP1-29井區、NP1-5井區。如停靠碼頭、港池結冰，平臺應近岸停靠，便于人員物資上下。

（5）平臺就位措施。海水結冰厚度與水深有關，水深越小，則冰越厚，反之亦然。一般以10 m水深為臨界點，水深超過10 m后，水深的增加對海水結冰厚度的影響就可以忽略，同時考慮到平臺淺水就位可減小傾覆力矩。所以最佳就位水深約為6～9 m。對于坐底式平臺，為增強其抗冰能力，可采用如下技術措施：避免坐底式平臺入射角90°方向與最多冰向重合，以增強平臺抗傾覆性能； 盡可能在小流速海域就位，以減小海冰產生堆積與堵塞現象，防止損壞立柱內燃油、供水管道系統，并避免平臺底部海床被掏空的可能性。對于自升式平臺，在操作規程允許范圍內，盡可能降低平臺就位高程，可以減小平臺的傾覆力矩，減小平臺冰激振動下的響應幅值與加速度；改變平臺的升降高度，可以改變自升式平臺的固有頻率，避免平臺固有頻率與冰破碎頻率一致而產生共振。

［1］王鐵剛.海冰對淺海油氣設施的影響及防冰措施[J].油氣田地面工程,2009,28(9):9-10.

［2］張樹祥，周森.渤海航運中的海冰危害和防冰減災對策［J］.冰川凍土,2003，（S2）：360-362.

［3］李陽,董法昌.淺海油氣勘探開發[M]北京:中國石化出版社,2003.

Analysis of Ice Condition in Bohai Bay in Winter of 2009—2010 and Elementary Research of Ice Preventive Measures

ZHU Wei-xin（Operation Division of China National Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100028,China），ZHANG Zhi-peng

Sea ice has a strong impact on exploration and production of marine resources,especially oil and natural gas in shallow offshore water and beach.The paper describes sea ice condition in Bohai Bay in the winter of 2009-2010 that CPOE experienced,summarizes its characteristics,analyzes the impact on and hazards to the oil and gas facilities,and brings forward some measures of ice prevention and resistance for future work.

offshore petroleum;ice condition analysis;oil and gas facilities;ice preventive measure

TE54

B

1001－2206（2011）增刊－0061－04

朱衛新 (1985-)，男，助理工程師，2007年畢業于西南石油大學石油工程專業，主要從事海洋石油工程方面的工作。

2011-08-10