深水海洋環(huán)境及其對作業(yè)的影響

深水海洋環(huán)境及其對作業(yè)的影響深水項目組趙德2013.11.21一、前言二、深水的定義及挑戰(zhàn)三、典型的深水海洋環(huán)境及其影響◎海流◎臺風(fēng)四、總結(jié)目錄深水的定義及挑戰(zhàn)深水的定義據(jù)2002年在巴西召開的世界石油大會，油氣勘探開發(fā)通常按水深加以區(qū)別：水深400m以內(nèi)為常規(guī)水深，400m-1500m為深水，超過1500m為超深水。

目前通行深水的定義是以大陸架邊緣為界限，因為只要越過大陸架，典型的深水問題就會出現(xiàn)。SHELFSLOPE中國南海的嚴(yán)格意義深水邊界應(yīng)該定義在300m左右深水的定義及挑戰(zhàn)典型深水的影響InfluencesofDeepWater

深水的定義及挑戰(zhàn)深水的定義及挑戰(zhàn)平臺定位能力挑戰(zhàn)深水的定義及挑戰(zhàn)平臺定位能力挑戰(zhàn)動力定位平臺定位能力受海洋環(huán)境挑戰(zhàn)更大。深水的定義及挑戰(zhàn)平臺定位能力挑戰(zhàn)上部球接頭角度伸縮節(jié)長度月池防碰撞下部球接頭角度井口穩(wěn)定性南海八號遭遇孤立波案例平臺最大漂移量137m拖輪與平臺擦碰第一處受損點（內(nèi)部）第二處受損點（內(nèi)部）第一處受損點（外部）受損逃生梯第二處受損點（外部）隔水管張力繩受損深水的定義及挑戰(zhàn)隔水管安全性挑戰(zhàn)典型深水海洋環(huán)境風(fēng)力平均風(fēng)載荷陣風(fēng)載荷波浪力一階波頻力二階漂移力流力平均流力波動流載荷渦流振動海流的分類及影響海流的分類表層流（洋流）風(fēng)海流影響深度較淺流動穩(wěn)定一般破壞性小，特殊海域破壞性大內(nèi)波流內(nèi)波導(dǎo)致的流影響深度深時間短破壞性與水下設(shè)備類型有關(guān)孤立波內(nèi)波特殊形式影響深度淺突發(fā)性破壞性大重現(xiàn)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)近表層8692959810110310525m828891959799100247m61646668697172411m39404141424243576m38393940404141740m36373838393939904m363737383839391069m353637383838391233m353637373838391398m35363737383838離底1m23242525262626南海典型海流環(huán)境LW6-1浪、流極值條件

洋流分類成因暖流寒流風(fēng)海流密度流補償流性質(zhì)海流的分類及影響-表層流海流的分類及影響-表層流2月8月中國海域表層流分布在我國臺灣的東面，黑潮的流寬達280公里，厚500米，流速1節(jié)～1.5節(jié)；入東海后，流寬減少至150公里，速度卻加快到2.5節(jié)，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，一般流速可達到4節(jié)，最大流速可達6節(jié)～7節(jié)。海流的分類及影響-表層流1月7月1月北半球季風(fēng)受陸地高壓影響，從陸地吹向海洋。7月北半球季風(fēng)受海洋高壓影響，從海洋吹向陸地。海流的分類及影響-表層流2月8月中國海域表層流分布海流的分類及影響-表層流墨西哥灣環(huán)流LoopCurrent海流的分類及影響-表層流環(huán)流在佛羅里達出口處寬約60～80公里，深度達800米，出口后加寬到150公里，最大流速3-4節(jié)。海流的分類及影響-內(nèi)波內(nèi)波定義內(nèi)波是區(qū)別于海浪等表面波的海水內(nèi)部的波浪形式內(nèi)波產(chǎn)生原因海水因溫度、鹽度等因素影響，存在密度分層，這些密度層界面在受到外界擾動時就會產(chǎn)生慣性線性波，即內(nèi)波。內(nèi)波特征內(nèi)波的振幅，一般要比表面波高大得多，從幾十米甚至達到上百米；內(nèi)波的波長，幾百米至萬米以上。海流的分類及影響-內(nèi)波海流的分類及影響-內(nèi)波南海北部海域常年頻繁出現(xiàn)內(nèi)波，其中，荔灣和流花區(qū)塊就是受孤立內(nèi)波影響很大的區(qū)域。南海北部孤立內(nèi)波特征南中國海及周邊海域孤立內(nèi)波海流的分類及影響-內(nèi)波海流的分類及影響-內(nèi)波海流的分類及影響-內(nèi)波981孤立波監(jiān)測記錄孤立波海流的分類及影響-內(nèi)波海流的分類及影響-孤立波孤立波定義孤立波是內(nèi)波的一種特殊形式，是一種能量傳播穩(wěn)定，形態(tài)傳播穩(wěn)定的非線性波。孤立波產(chǎn)生原因線性內(nèi)波在傳播過程中破碎會生成若干非線性高頻內(nèi)波，非線性內(nèi)波相互作用可能產(chǎn)生非線性孤立波。孤立波特征突發(fā)性較強，波幅、傳播速度不確定，對DP鉆井平臺破壞性明顯。一個奇特的水波約170年前，蘇格蘭海軍工程師羅素(J.ScottRussell)在一次偶然中觀察到一種奇特的水波。

1844年，他的報告：“我看到兩匹駿馬拉著一條船沿運河迅速前進。當(dāng)船突然停止時，隨船一起運動的船頭處的水堆并沒有停止下來。它激烈地在船頭翻動起來，隨即突然離開船頭，并以巨大的速度向前推進。一個輪廓清晰又光滑的水堆，猶如一個大鼓包，沿著運河一直向前推進在行進過程中其形狀與速度沒有明顯變化。我騎馬跟蹤注視，發(fā)現(xiàn)它保持著起始時約30英尺長，1-1.5英尺高的浪頭，約以每小時8-9英里的速度前進后來，在運河的拐彎處消失了”。

羅素稱之為孤立波-Solitarywave。海流的分類及影響-孤立波計算發(fā)現(xiàn)，兩個在空間傳播的孤立波具有碰撞特性，說明：

(1)孤立波非常的穩(wěn)定；(2)象一個物質(zhì)粒子。人們將具有碰撞特性孤立波稱為“孤立子-soliton”，簡稱“孤子”。孤立子是由非線性場所激發(fā)的、能量不彌散的、形態(tài)上穩(wěn)定的準(zhǔn)粒子。海流的分類及影響-孤立波密度分界面孤立波水質(zhì)點運動形式C移動速度指的是孤立內(nèi)波的傳播速度（如圖中C）相當(dāng)于臺風(fēng)的移動速度流動速度指的是孤立內(nèi)波水質(zhì)點的流速（如圖中A）相當(dāng)于臺風(fēng)的風(fēng)力A海流的分類及影響-孤立波扭力矩孤立波破壞作用：可以扭斷隔水管34海流的分類及影響-孤立波海流的分類及影響-孤立波孤立波監(jiān)測手段直接監(jiān)測手段：聲學(xué)多普勒流速剖面儀ADCP利用溫度和密度層結(jié)的水體對高頻聲信號的反射作用的回聲探測聲納。間接監(jiān)測手段：合成孔徑雷達SARSAR（合成孔徑雷達）可以通過微波與海表面微尺度波相互作用而成像，所以現(xiàn)在在海洋遙感的研究中利用了SAR圖像對內(nèi)波進行探測及對內(nèi)波的參數(shù)進行反演的研究。36孤立內(nèi)波監(jiān)測海洋二所內(nèi)波流監(jiān)測儀器：提前2-8小時預(yù)報內(nèi)波流經(jīng)過的方向及強度，監(jiān)測到內(nèi)波流后，對平臺進行預(yù)警，提前將平臺艏向?qū)?zhǔn)內(nèi)波流方向，根據(jù)流速調(diào)節(jié)推進器功率；內(nèi)波流監(jiān)測浮標(biāo)兩個，分別位于距平臺7海里和14海里；海流的分類及影響-孤立波平臺配備雷達來探測孤立波蹤跡（右圖）海流的分類及影響-孤立波衛(wèi)星拍攝孤立波（下圖）根據(jù)現(xiàn)場目測波形、來波方向及發(fā)生時間規(guī)律判斷，本次沖擊波為孤立波。海流的分類及影響-孤立波平臺采用海洋二所研制的孤立內(nèi)波監(jiān)測早期預(yù)警系統(tǒng)保持8臺推進器24小時在線運行增加動力定位警報測試頻次中控與鉆臺多次組織模擬平臺定位失控應(yīng)急解脫演習(xí)守護船提前待命觀測孤立內(nèi)波強度開啟X波段雷達作為輔助手段平臺采用了如下措施提高平臺孤立內(nèi)波監(jiān)測和應(yīng)對能力：海流的分類及影響-孤立波衛(wèi)星俯拍的臺風(fēng)“頂部”云圖拍攝到的臺風(fēng)邊緣云體0608號超強臺風(fēng)“桑美”的衛(wèi)星云圖臺風(fēng)成因及影響-成因臺風(fēng)成因及影響-成因

從熱帶低壓到超強臺風(fēng)，不同發(fā)展階段的熱帶氣旋其云層伸展的高度不同。在用引導(dǎo)氣流圖分析熱帶氣的移動方向時，所適用的引導(dǎo)氣流圖的層次也有所不同。臺風(fēng)成因及影響-成因有利于熱帶氣旋生成和發(fā)展的條件：①首先要有足夠廣闊的熱帶洋面，這個洋面不僅要求海水表面溫度要高于26.5℃，而且在60米深的一層海水里，水溫都要超過這個數(shù)值。；②初始擾動的存在（原始渦旋），在臺風(fēng)形成之前預(yù)先要有一個弱的熱帶渦旋存在。我們知道，任何一部機器的運轉(zhuǎn)，都要消耗能量，這就要有能量來源；臺風(fēng)成因及影響-成因有利于熱帶氣旋生成和發(fā)展的條件：③一定的地轉(zhuǎn)偏向力的作用，一般在緯度5-20度之間，因為赤道的地轉(zhuǎn)偏向力為零，而向兩極逐漸增大，故臺風(fēng)發(fā)生地點大約離開赤道5個緯度以上；④風(fēng)的垂直切變要小，即高層風(fēng)和低層風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)向的差別要小，在20°N以北地區(qū)，氣候條件發(fā)生了變化，主要是高層風(fēng)很大，不利于高層增暖，臺風(fēng)不易出現(xiàn)。臺風(fēng)成因及影響-成因臺風(fēng)成因及影響-運動路徑49HYSY981作業(yè)遭遇的臺風(fēng)臺風(fēng)成因及影響-運動路徑臺風(fēng)成因及影響-應(yīng)急航行◎以中國南