2009至2010年度冬季渤海冰情分析及防冰措施初探

朱卫新，张志鹏

（中国石油集团海洋工程有限公司运行处，北京 100028）

2009至2010年度冬季渤海冰情分析及防冰措施初探

朱卫新，张志鹏

（中国石油集团海洋工程有限公司运行处，北京 100028）

海冰对海洋资源尤其是滩浅海石油天然气勘探开发有严重影响。文章概述了2009至2010年度在渤海作业海域的海冰冰情，总结了该年度冰情的特点，分析了海冰对海上油气设施的作用、影响及危害，探讨了防冰抗冰措施，对今后冰期海上石油勘探开发工作提出了建议。

海洋石油；冰情分析；油气设施；防冰措施

0 引言

我国的渤海和黄海北部每年都会发生结冰现象。受冬季气候冷暖的影响，每年海上结冰的轻重程度有所不同，冰情最严重年份几乎整个渤海海区为海冰所覆盖，如1969年冬季发生的渤海大冰封，致使海上交通运输长时期瘫痪。流冰所产生的巨大破坏力，给海洋石油开采和海上工程施工等带来巨大影响。海冰对海上生产结构物造成巨大威胁，可以造成平台结构滑移、倾覆、桩基破坏和大变形等，破碎海冰在海洋平台附近堆积，可以造成结构迎风面积增加，冰载荷随之急剧增加。历史上，海冰曾经引发多次重大海工事故，如：1963年，在美国阿拉斯加库克湾 （Cook Inlet）海域两个钢结构简易平台被海冰推倒；1969年，渤海老二号平台事件；1989年，俄罗斯萨哈林岛二期（Molikpaq）移动式结构在海冰的冲击下，砂芯液化，平台产生近1 m沉降等。鉴于以上冰灾害，分析渤海2009至2010年度重冰年的冰情特点及对海上生产带来的影响，总结施工作业所采取的措施，对今后冰期海上施工作业具有非常重要的现实意义。

1 施工主要海域海冰情况

1.1 2009至2010年度冬季渤海湾及辽东湾冰情概况

渤海湾受地理位置和气象、水文条件的影响，每年冬季皆有不同程度的结冰现象。由于冬季水文、气象条件的变化，每年冰期情况差异较大。2009至2010年冬季渤海及黄海北部冰情比常年偏重。

观测数据显示：渤海湾初冰日为2010年1月5日，终冰日为2010年2月18日，冰期44天。冰期内多以冰皮 （R）、莲叶冰 （P）为主，伴有尼罗冰 （Ni）出现。最多冰量出现在1月17日。

辽东湾初冰日为2009年12月17日，终冰日为2010年3月19日，冰期93天。

根据2009至2010年度海冰资料统计，辽东湾北部大约在2009年11月中旬开始结冰，2010年3月中旬末冰消失，冰期大约4个月；渤海湾西部大约在2009年12月中下旬末开始结冰，2010年3月上旬末冰消失，冰期大约3个月。由北往南结冰期依次缩短大约1～1.5个月。

2009至2010年冬季渤海湾及辽东湾海冰具体外缘线及冰厚情况见表1。

表1 2009至2010年度冬季渤海及黄海北部冰情实况

1.2 2009至2010年度冬季渤、黄海冰情特点

（1）发生时间早，发展速度快。观测数据显示，2009年11月中旬即发现初生冰，时间较往年提前了半个月左右，自2009年12月25日至2010年1月19日，23 d时间内遭受了6次较大寒流袭击，受寒流影响气温下降了8～12℃，渤海最低气温-18℃，受持续寒潮影响，海冰迅速发展，在2010年1月上旬出现了30年同期最严重的冰情，辽东湾的海冰外缘线在12 d内扩展了61 km，莱州湾9 d内扩展了43 km。

（2）分布范围广，海冰覆盖面积大，冰情较常年明显严重。2010年2月13日辽东湾超过90%的海面被冰层覆盖，海冰外缘线达到200 km，接近30年最大浮冰范围；1月23日莱州湾的海冰外缘线达到85 km，为40年来最大，甚至青岛胶州湾也出现了罕见的结冰现象。

（3）沿岸固定冰明显超过往年，为近10年最大。在辽东湾底和东岸的现场调查发现，2009至2010年度从岸边延伸出去的固定冰层明显加宽，达到了10 km以上 （往年为200～2 000 m）；固定冰厚也增加到了40～60 cm （往年为20～40 cm），且岸边堆积现象明显，堆积冰厚达到1～1.5 m。

(4）影响较为严重。仅山东省初步统计，渔业受灾人口达到9.5万人，冰封渔港、停泊点120余处，受困渔船8 000多艘，损失水产品超过20万t，造成直接经济损失22亿元。营口港、鲅鱼圈港、锦州港、黄骅港、神华港、天津港、潍坊港、莱州港等众多港口运营受到影响，甚至导致部分港口封港。

（5）发生了返冻现象。2010年3月上旬后期渤海辽东湾出现了明显的返冻现象，部分海面重新冻结，海冰范围明显增大，从2010年3月7日的56 km增加到3月9日的111 km，但冰厚较薄，以初生冰、冰皮为主，但维持时间很短，其后快速融化。

2 海冰对海上装备和生产设施的影响

海上严重冰情给海上的生产平台、船舶带来严重的影响，应急资源不足，海冰造成船舶不能随时停靠平台，船舶在冰区航行困难，生产生活物资运送难度增大，在紧急情况下平台救生设备在海冰的影响下不起作用，冰情严重时对平台自身安全造成影响。

海冰在风、涌、浪、潮等外力作用下，对海上工程设施的影响主要有以下几种：在海流及风的作用下，大面积厚冰呈整体移动并挤压结构物，伴随有结构物的振动；自由漂移的流冰对结构物的冲击作用；冻结在结构物四周的冰片因潮汐、水位的变化，对结构物产生上拔或下压；冻结在冰中的结构物因温度的变化对结构物产生的作用；流冰对结构物的磨蚀作用；堵塞冰的膨胀对结构物的挤压作用；堆积冰对结构物及地基的冰压作用。冰载荷的大小取决于结构的几何形状、冰的物理力学性质、冰类型以及冰的破坏形式，当遇到不同的结构物时，海冰产生不同的冲击、堆积和爬升方式。

从2009年年底至2010年1月，由于持续低温，气温-3℃至-15℃，渤海海域各作业区已经大面积结冰，在平台周围海冰连成一片，在落潮时向平台移动，并在舷边堆积。

中油海6号、7号、10号平台四周冰情也比较严重，冰块面积比较大，大块的长超过10 m，宽7～8 m，厚度达10 cm左右，这些冰块在桩腿附近也有堆积现象。每天在潮水的推动下撞击平台桩腿，致使平台产生晃动，尤其涨潮时撞击力度比较大。

冰情的不断加重，已经严重影响到船舶的正常作业，由于叠加冰比较严重，致使中油海225船、241船在南排河海域均出现被海冰困住的情况；在辽河月东人工岛码头，中油海221船、251船为避免被海冰挤压破坏，只能利用2个多小时平潮时间装卸物资，涨落潮时，退到人工岛以南10 m水深处待命；中油海801船、222船、223船夜间在曹妃甸海域抛锚期间，因受到流冰的挤压走锚，不得不多次移动锚位，防止被流冰压到平台和井口上。在冀东海域作业的滚装船和油轮，由于船舶结构形式的原因，船上的海水管道和淡水管道已经全部冰冻，船上的日常生活和应急水源无法得到保障，且滚装船不具备冰区作业能力，在冰区作业将会造成船舶的结构和设备损坏。为冀东服务的两艘油轮由于船舶主尺寸大，功率小，又受到锚机本身性能所限，在冰区作业时安全无法保障。

海冰对海上单井威胁较大。2010年1月11日中油海6号平台承钻的NP1-7/1506井，在完井电测时，涨落潮过程中流动海冰碰撞直径850 mm（壁厚45 mm）的隔水管，导致隔水管偏斜10°。2010年1月15日大港油田埕海16井在涨潮过程中，井口被海冰推倒。3月份，海冰减弱后，经过船舶海上巡查，发现大港油田共有20口单井被海冰推倒或歪斜。

3 防冰抗冰措施

3.1 海冰监测与预报

多年来，海洋公司与国家海洋局海洋环境中心、天津市专业气象台等专业机构签订了中长期气象预报协议；每年冬季委托海冰预报专业机构专门对海洋工程公司作业海域冰情进行定期预报。目前，海洋工程公司海域海冰预报种类主要有周、月、年、补充与警报等4种方式，发布内容主要包括海冰趋势、冰期、流冰范围和冰厚等，同时平台定期观察拍照，委托气象部门对相关海域冰情进行航空实时监测、气象卫星遥测，并用破冰船进行海上巡查。

3.2 加强领导，落实责任

鉴于2009至2010年度冰情比往年严重的形势，针对冬季施工特点和生产实际，各事业部制订了冰期安全生产措施和应急预案，加强领导，逐级落实责任。为保证平台生活及平台人员安全，安排4艘船舶为海上平台提供生活物资运输和应急服务，并必须保证有一艘具有冰区航行能力的船舶，各相关事业部要保持联系，根据冰情情况和平台实际情况管理和调配好船舶。

3.3 冰期生产安排

（1）鉴于2009至2010年度冬季冰情严峻的形势，为保证平台及人员安全，2010年1月13日要求所施工的中油海1号、3号、5号、6号、7号、10号平台停止施工作业，合理安排好停工措施，首先确保井眼稳定，井下安全受控，做好人员撤离工作，平台留守人员控制在12人以内，并做好留守平台人员的生活与应急撤离保障。

（2）对于没有冰级符号的船舶应避免在冰区作业，撤离到无冰区；对 “中油海801”船要加强锚泊期间的监控，安排值班船舶；对于在冰区作业的船舶提出的问题要及时解决，特别是保暖方面更应该重视；在船舶运行方面，不具备破冰能力的船舶不允许进行破冰作业，在有冰的情况下，要密切观察作业区域浮冰随涨落潮的动态，合理安排靠泊时间，不允许长时间停泊在距平台较近的地方，要认真考虑破冰船船舶回转问题；在目前冰情严重的情况下海洋工程公司决定暂时结束中油海631、511和512船在冀东的作业，确保船舶自身安全。

（3）根据平台周围环境情况，平台在海上停泊的安全措施如下：

a.安排专人24 h值班，关注冰情变化，做好冰情记录，每天向海洋工程公司运行处汇报。

b.在有大面积海冰形成时，平台通知守护船到平台周围进行破冰，防止大块浮冰对平台造成的冲击。

c.在涨潮落潮时，对于坐底式平台，要安排船舶在平台下流艉靠，用船的螺旋桨把沉淀箱垫里的浮冰清理掉，防止浮冰堆积对油水管道造成冲击破坏。

d.一旦海冰冰情严重，已危及平台安全，留守人员紧急乘直升机撤离。

e.为保证升降系统安全，冬季期间非紧急情况下不许升降平台。

f.做好平台各管路系统排水、扫线、防冻工作，对生活海水、淡水系统要加强巡检，保证生活海水、淡水供应，热海水舱备用100 m3海水，作为应急用海水，定期加热防冻。

g.当桩腿结冰高度距船底2 m时要及时汇报，并利用消防水清除桩腿上结冰。

4 结论及建议

（1）海冰对浅海油田设施产生严重威胁，随着海洋石油勘探开发的不断深入，必须全面、细致考虑海冰的影响，增强防御海冰灾害的意识。实践证明，高度重视海冰灾害，加强预报与监测，准确预测冰情，掌握冰情动态，制订防范措施，建立应急系统，能够大大降低海冰灾害的影响。

（2）提前谋划，有针对性地制订风险消减预案和安全生产措施。根据冰情严重程度，及时停止施工作业，明确冰期撤离的条件，根据作业海域水深和堆积冰特点，确定平台停工、拖航次序，于初冰期停止作业，重冰期之前完成拖航。如冰情预报不准，出现冰情急剧加重，当冰情影响船舶靠泊平台，救生艇不能放置海面时，必须立即采取措施，停止作业，按应急预案撤离作业人员，留守10人左右；安排破冰或大马力船实施破冰防护，减轻大块浮冰对平台的冲撞；平台拖航必须避开大面积流冰，避免甲板上浪结冰，防止拖缆结冰造成的性能降低。

（3）冰期停工撤离取决于移动平台抗冰能力和井口隔水管抗冰能力的最小值，以及平台应急逃生设施的工况条件。从2010年冰情观测，应急逃生问题和未采取抗冰保护的井口是冰期作业最大的安全隐患。

（4）提前选择防冰海域或码头。经2010年冰情观测，在渤海、辽东湾因纬度高、气温低，冰情最重；渤海西/西南、莱州湾受北风、东北风影响，海冰聚集，密度大，因而冰情较重。相比而言，曹妃甸海域是渤海最好的防冰避冰海域。该海域冰情受陆地地形和水深影响，由轻到重依次为：NP1-1井区、NP1-29井区、NP1-5井区。如停靠码头、港池结冰，平台应近岸停靠，便于人员物资上下。

（5）平台就位措施。海水结冰厚度与水深有关，水深越小，则冰越厚，反之亦然。一般以10 m水深为临界点，水深超过10 m后，水深的增加对海水结冰厚度的影响就可以忽略，同时考虑到平台浅水就位可减小倾覆力矩。所以最佳就位水深约为6～9 m。对于坐底式平台，为增强其抗冰能力，可采用如下技术措施：避免坐底式平台入射角90°方向与最多冰向重合，以增强平台抗倾覆性能； 尽可能在小流速海域就位，以减小海冰产生堆积与堵塞现象，防止损坏立柱内燃油、供水管道系统，并避免平台底部海床被掏空的可能性。对于自升式平台，在操作规程允许范围内，尽可能降低平台就位高程，可以减小平台的倾覆力矩，减小平台冰激振动下的响应幅值与加速度；改变平台的升降高度，可以改变自升式平台的固有频率，避免平台固有频率与冰破碎频率一致而产生共振。

［1］王铁刚.海冰对浅海油气设施的影响及防冰措施[J].油气田地面工程,2009,28(9):9-10.

［2］张树祥，周森.渤海航运中的海冰危害和防冰减灾对策［J］.冰川冻土,2003，（S2）：360-362.

［3］李阳,董法昌.浅海油气勘探开发[M]北京:中国石化出版社,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

朱卫新 (1985-)，男，助理工程师，2007年毕业于西南石油大学石油工程专业，主要从事海洋石油工程方面的工作。

2011-08-10