深水海洋环境及其对作业的影响

深水海洋环境及其对作业的影响深水项目组赵德2013.11.21一、前言二、深水的定义及挑战三、典型的深水海洋环境及其影响◎海流◎台风四、总结目录深水的定义及挑战深水的定义据2002年在巴西召开的世界石油大会，油气勘探开发通常按水深加以区别：水深400m以内为常规水深，400m-1500m为深水，超过1500m为超深水。目前通行深水的定义是以大陆架边缘为界限，因为只要越过大陆架，典型的深水问题就会出现。中国南海的严格意义深水边界应该定义在300m左右深水的定义及挑战典型深水的影响InfluencesofDeepWater深水的定义及挑战深水的定义及挑战平台定位能力挑战深水的定义及挑战平台定位能力挑战动力定位平台定位能力受海洋环境挑战更大。深水的定义及挑战平台定位能力挑战上部球接头角度伸缩节长度月池防碰撞下部球接头角度井口稳定性南海八号遭遇孤立波案例平台最大漂移量137m拖轮与平台擦碰第一处受损点（内部）第二处受损点（内部）第一处受损点（外部）受损逃生梯第二处受损点（外部）隔水管张力绳受损深水的定义及挑战隔水管安全性挑战典型深水海洋环境风力•平均风载荷•阵风载荷波浪力•一阶波频力•二阶漂移力流力•平均流力•波动流载荷•涡流振动海流的分类及影响海流的分类表层流（洋流）•风海流•影响深度较浅•流动稳定•一般破坏性小，特殊海域破坏性大内波流•內波导致的流•影响深度深•时间短•破坏性与水下设备类型有关孤立波•内波特殊形式•影响深度浅•突发性•破坏性大重现期(year)15102550100200波浪Hs(m)4.95.86.36.97.27.57.9Hmax(m)8.410.010.811.812.413.013.5Tp(s)10.611.411.812.212.512.712.9海流(cm/s)近表层8692959810110310525m828891959799100247m61646668697172411m39404141424243576m38393940404141740m36373838393939904m363737383839391069m353637383838391233m353637373838391398m35363737383838离底1m23242525262626南海典型海流环境LW6-1浪、流极值条件洋流分类成因暖流寒流风海流密度流补偿流性质海流的分类及影响-表层流海流的分类及影响-表层流2月8月中国海域表层流分布在我国台湾的东面，黑潮的流宽达280公里，厚500米，流速1节～1.5节；入东海后，流宽减少至150公里，速度却加快到2.5节，厚度也增加到600米。黑潮流得最快的地方是在日本潮岬外海，一般流速可达到4节，最大流速可达6节～7节。海流的分类及影响-表层流1月7月1月北半球季风受陆地高压影响，从陆地吹向海洋。7月北半球季风受海洋高压影响，从海洋吹向陆地。海流的分类及影响-表层流2月8月中国海域表层流分布海流的分类及影响-表层流墨西哥湾环流LoopCurrent海流的分类及影响-表层流环流在佛罗里达出口处宽约60～80公里，深度达800米，出口后加宽到150公里，最大流速3-4节。海流的分类及影响-內波•內波是区别于海浪等表面波的海水内部的波浪形式内波定义•海水因温度、盐度等因素影响，存在密度分层，这些密度层界面在受到外界扰动时就会产生惯性线性波，即內波。內波产生原因•内波的振幅，一般要比表面波高大得多，从几十米甚至达到上百米；内波的波长，几百米至万米以上。內波特征海流的分类及影响-內波海流的分类及影响-內波海洋內波产生机制分析南海北部海域常年频繁出现内波，其中，荔湾和流花区块就是受孤立内波影响很大的区域。南海北部孤立内波特征南中国海及周边海域孤立内波海流的分类及影响-內波海流的分类及影响-內波南海內波产生机制分析海流的分类及影响-內波981孤立波监测记录孤立波海流的分类及影响-內波南海內波产生原因主要原因◎潮汐作用下深层海流通过吕宋海峡，受海峡处海脊、海岭等海底构造扰动，生成內波（内潮），向西传播至南海海域。◎该类自东向西方向內波占南海內波总数约83%。次要原因◎南海北部的陆坡和陆架海域受黑潮入侵和季风的影响，流态格局多变，众多的涡旋也可能激发内潮。◎该类随机方向內波占南海內波总数约17%。海流的分类及影响-孤立波•孤立波是內波的一种特殊形式，是一种能量传播稳定，形态传播稳定的非线性波。孤立波定义•线性內波在传播过程中破碎会生成若干非线性高频內波，非线性內波相互作用可能产生非线性孤立波。孤立波产生原因•突发性较强，波幅、传播速度不确定，对DP钻井平台破坏性明显。孤立波特征一个奇特的水波约170年前，苏格兰海军工程师罗素(J.ScottRussell)在一次偶然中观察到一种奇特的水波。1844年，他的报告：“我看到两匹骏马拉着一条船沿运河迅速前进。当船突然停止时，随船一起运动的船头处的水堆并没有停止下来。它激烈地在船头翻动起来，随即突然离开船头，并以巨大的速度向前推进。一个轮廓清晰又光滑的水堆，犹如一个大鼓包，沿着运河一直向前推进在行进过程中其形状与速度没有明显变化。我骑马跟踪注视，发现它保持着起始时约30英尺长，1-1.5英尺高的浪头，约以每小时8-9英里的速度前进后来，在运河的拐弯处消失了”。罗素称之为孤立波-Solitarywave。海流的分类及影响-孤立波计算发现，两个在空间传播的孤立波具有碰撞特性，说明：(1)孤立波非常的稳定；(2)象一个物质粒子。人们将具有碰撞特性孤立波称为“孤立子-soliton”，简称“孤子”。孤立子是由非线性场所激发的、能量不弥散的、形态上稳定的准粒子。海流的分类及影响-孤立波密度分界面孤立波水质点运动形式C•指的是孤立内波的传播速度（如图中C）•相当于台风的移动速度移动速度•指的是孤立内波水质点的流速（如图中A）•相当于台风的风力流动速度A海流的分类及影响-孤立波扭力矩孤立波破坏作用：可以扭断隔水管34海流的分类及影响-孤立波海流的分类及影响-孤立波孤立波监测手段•利用温度和密度层结的水体对高频声信号的反射作用的回声探测声纳。直接监测手段：声学多普勒流速剖面仪ADCP•SAR（合成孔径雷达）可以通过微波与海表面微尺度波相互作用而成像，所以现在在海洋遥感的研究中利用了SAR图像对内波进行探测及对内波的参数进行反演的研究。间接监测手段：合成孔径雷达SAR36孤立内波监测海洋二所内波流监测仪器：提前2-8小时预报内波流经过的方向及强度，监测到内波流后，对平台进行预警，提前将平台艏向对准内波流方向，根据流速调节推进器功率；内波流监测浮标两个，分别位于距平台7海里和14海里；海流的分类及影响-孤立波平台配备雷达来探测孤立波踪迹（右图）海流的分类及影响-孤立波卫星拍摄孤立波（下图）根据现场目测波形、来波方向及发生时间规律判断，本次冲击波为孤立波。海流的分类及影响-孤立波•平台采用海洋二所研制的孤立内波监测早期预警系统•保持8台推进器24小时在线运行•增加动力定位警报测试频次•中控与钻台多次组织模拟平台定位失控应急解脱演习•守护船提前待命观测孤立內波强度•开启X波段雷达作为辅助手段平台采用了如下措施提高平台孤立內波监测和应对能力：海流的分类及影响-孤立波卫星俯拍的台风“顶部”云图拍摄到的台风边缘云体0608号超强台风“桑美”的卫星云图台风成因及影响-成因台风成因及影响-成因从热带低压到超强台风，不同发展阶段的热带气旋其云层伸展的高度不同。在用引导气流图分析热带气的移动方向时，所适用的引导气流图的层次也有所不同。台风成因及影响-成因有利于热带气旋生成和发展的条件：①首先要有足够广阔的热带洋面，这个洋面不仅要求海水表面温度要高于26.5℃，而且在60米深的一层海水里，水温都要超过这个数值。；②初始扰动的存在（原始涡旋），在台风形成之前预先要有一个弱的热带涡旋存在。我们知道，任何一部机器的运转，都要消耗能量，这就要有能量来源；台风成因及影响-成因有利于热带气旋生成和发展的条件：③一定的地转偏向力的作用，一般在纬度5-20度之间，因为赤道的地转偏向力为零，而向两极逐渐增大，故台风发生地点大约离开赤道5个纬度以上；④风的垂直切变要小，即高层风和低层风的风速、风向的差别要小，在20°N以北地区，气候条件发生了变化，主要是高层风很大，不利于高层增暖，台风不易出现。台风成因及影响-成因台风成因及影响-运动路径49HYSY981作业遭遇的台风台风成因及影响-运动路径台风成因及影响-应急航行◎以中国南海为例，台风的右半圆是危险半圆，左半圆是可航半圆。◎当船舶进入危险半圆是应保持风从右船舷10°-45°直到离开危险区域；◎当船舶位于可航半圆时应以右船舷船尾受风脱离保持受风角为30°-40°；风浪过猛无法航行时应采取滞航的办法来操纵船舶。台风成因及影响-应急航行台风危险水域圆半径R是驾驶员心目中危险水域的最小允许值。R值的大小取决于台风的强度及台风预报的准确程度。谢谢！