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1、1,辽东湾海冰现场监测 实时评估与安全预警 2006-2007年度海冰管理报告 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室 中 海 实 业 公 司 信 息 技 术 开 发 分 公 司 2007年5月29日,2,报告内容,海冰现场监测的意义 海冰现场监测系统 2006-2007年度海冰现场监测结果 基于海冰现场监测的实时安全评估 基于海冰预测的平台安全预警 结论与展望,3,海冰现场监测的目的：保障作业安全！,JZ9-3,中北平台,北高平台,中南平台,4,1海冰灾害预防 现役平台 冰区输油 平台结构、管线疲劳和人员感受 2海冰设计参数确定 新、老平台 渤海不同冰区的海冰设计参数 3新型抗冰振平台的
2、设计理念 冰载特点、结构抗冰性能、减振技术等 4冰区边际油田开发的一系列海冰问题 降低成本，作业安全！,海冰现场监测的任务,现场监测的直接应用！,现场监测的海冰研究！,5,2006-2007年冬季海冰管理的主要内容,海冰条件、冰激平台结构、管线振动的现场监测 基于现场监测的平台系统实时安全评估 基于海冰预测的平台系统预警标准及防冰措施,6,海冰管理工作的系统性,7,报告内容,海冰现场监测的意义 海冰现场监测系统 2006-2007年度海冰现场监测结果 基于海冰现场监测的实时安全评估 基于海冰预测的平台安全预警 结论与展望,8,海冰现场监测系统的要求,完备性：监测内容和数据信息的全面性。 连续性
3、：整个冰期的连续监测； 安全性：仪器本身以及对平台系统的安全； 可靠性：保障监测仪器的正常工作; 准确性：监测数据真实可靠; 先进性：当前先进的监测技术和仪器;,辽东湾油气作业区的海冰现场监测系统从1993年建立以来，在监测内容和技术方面，一直在不断发展和完善，以更好地完成海冰现场监测工作，保障冰期油气作业的安全运行。,9,海冰现场监测内容,JZ20-2 中南平台(MSW)：冰厚、冰速、甲板加速度、管线加速度。 JZ20-2 中北平台(MUQ)：冰厚、冰速、气象、甲板加速度。 JZ20-2 北高平台(NW)：冰厚、冰速、甲板加速度、甲板间相对位移，光纤应变。 JZ9-3 压缩机平台(GCP)：
4、冰厚、冰速、甲板加速度、栈桥加速度。 JZ9-3 系缆平台(MDP1)：甲板加速度、栈桥加速度。,10,海冰现场监测平台,JZ20-2NW,JZ20-2MSW,11,JZ20-2中南平台是目前风险系数最高的平台。特别需要对上部管线振动进行实时监测。,12,下层甲板视频布置图,上层甲板891拾振器布置图,JZ20-2中北平台是开发最早的现场监测系统。目前主要考虑冰振对现场人员的影响。,13,EL14.9米甲板拾振器布置图,EL16米甲板拾振器布置图,JZ20-2北高平台是新型抗冰振平台。目前主要考虑该平台的实际抗冰振性能。,JZ20-2NW,14,JZ9-3海域主要进行了GCP平台和MDP-1平
5、台的冰振测量。,15,16,压电型拾振器,891-II型拾振器,891-IV型拾振器,用于891-II型放大器,用于891-IV型放大器,平台结构与管线振动测量仪器,17,海冰现场监测系统结构示意图,18,小 结,在JZ20-2和JZ9-3两个海域的四个油气平台上建立了完备的海冰现场监测系统。 对气象条件、海冰参数、平台结构和油气管线振动的同步、连续、长期监测。 为平台的安全评估提供实时信息，同时为海冰研究提供基础数据资料。,19,报告内容,海冰现场监测的意义 海冰现场监测系统 2006-2007年度海冰现场监测结果 基于海冰现场监测的实时安全评估 基于海冰预测的平台安全预警 结论与展望,20
6、,海冰现场监测的工作过程,现场监测系统的前期准备 2006-10 监测系统的安装调试 2006-12-10 现场测量与冰振预测 2006-12 07-2 测量设备的撤收 2007-03 数据分析整理 2007-04,21,(1)、气象要素和海冰条件 监测结果,22,JZ20-2海域的实测风速、风向结果,23,JZ20-2海域的实测气温结果,本年度冰期平均气温为：-3.4 最高气温为：-9.9 最高气温为： 4.9 ,24,JZ20-2海域实测海冰厚度、冰量,25,冰情总结分析,2006/2007年冬季，渤海冰情属于轻冰年份。JZ20-2海域总冰期和有效冰期较短，平均气温较往年偏高，冰厚和冰情都
7、接近或达到近十年内的最小值。,26,表3.1 19982007年度JZ20-2海域冰情统计表,27,(2)、冰激平台结构与上部管线 振动响应的监测结果,28,JZ20-2中北平台振动响应每天最大值,MUQ平台甲板振动时程曲线,振动频谱分析(主频),29,30,JZ20-2 北高点平台下层甲板每日振动加速度最大值,JZ20-2 北高点平台上层甲板每日振动加速度最大值,31,JZ9-3 生活平台,JZ9-3 系缆桩平台,JZ9-3 油田平台结构的每日振动加速度最大值,JZ9-3压缩机平台,32,小 结,经过充分的前期准备和现场测试，对2006-2007年冬期内，JZ20-2和JZ9-3油气田的四座
8、海冰平台的冰激振动响应、气象条件和海冰参数进行了连续监测，获得了完备的海冰现场监测资料。 海冰现场工作的顺利进行保障了平台系统的安全评估和预警工作。,33,报告内容,海冰现场监测的意义 海冰现场监测系统 2006-2007年度海冰现场监测结果 基于海冰现场监测的实时安全评估 基于海冰预测的平台安全预警 结论与展望,34,海冰现场监测的目的：,为平台系统的安全运行提供保障。,这就需要：,建立基于海冰现场监测的实时安全评估体系。,35,平台结构与不同类型结构的作用,直立结构的稳态振动 锥体结构的正倒锥体结合处冰力,平台系统的三类失效模式,平台结构失效 上部管线失效 工作人员影响,36,两个小专题汇
9、报,基于海冰现场监测的实时安全评估体系 张大勇 直立结构的稳态振动、冰与正倒锥交界处的冰激振动 许 宁,37,报告内容,海冰现场监测的意义 海冰现场监测系统 海冰现场监测结果分析 基于海冰现场监测的实时安全评估 基于海冰预测的平台安全预警 结论与展望,38,(1) 海冰现场监测 (海冰初始条件) (2) 海冰要素预测 (数值预测+经验预测) (3) 平台结构响应预测 (动力计算+统计分析) (4) 冰害预防标准及应急措施 (初步建议),油气平台系统的风险预测与防冰措施,39,(一) 海冰要素预测,(1). 局地海冰数值模拟和预测 (2). 海冰经验预测,40,为提高海冰数值模拟的计算精度和时效
10、，课题组做了以下工作：,针对渤海海冰特点，确定了与其相适应的计算参数； 建立了中小尺度下海冰的粘弹塑性本构模型； 发展了欧拉、拉格朗日以及两种坐标相结合的计算方法,(1) 局地海冰数值模拟和预测,41,辽东湾海冰分布的卫星遥感图像及数字化冰厚 (2005年2月8日08:00 ),预测的冰厚、冰速及密集度,42,JZ20-2海域模拟和实测的72小时冰厚变化,JZ20-2海域模拟和实测的72 小时海冰速度变化,43,海冰数值模拟存在的问题：,初始冰场的误差 计算参数的误差 热力因素的误差 计算模式的误差,因此，预测结果存在误差是必然的，也是可以接受的。但在强烈天气变化情况下，若考虑海冰类型的转换过
11、程，数值预测方法就遇到很大的困难。 这时可考虑 海冰经验预测。,44,当前海冰条件 预测气象和潮流变化趋势 辨识海冰类型变化： 沿岸冰漂移、原地冰持续、大风浪破碎 经验分析、数值计算海冰参数： 厚度、类型、冰量、冰速、强度,(2) 海冰经验预测,45,一. 海冰初始信息的获取,平台定点监测海冰信息 破冰船航调海冰信息 卫星海冰遥感信息 相临海域监测的海冰信息,46,二. 水文和气象信息的预测,水文：半日天文潮即可 查阅潮汐表或调和分析。 气象：不同部门的天气预测资料,47,三. 经验海冰预测之一： 一般天气条件,冰速由潮流控制，即冰速即为流速。流速即为天文潮，可由潮汐表查知，或调和分析。油气作
12、业区的冰情会相间12小时往复出现。 一般情况下，冰类型在48小时内无太大变化，平整冰、莲叶冰、碎冰、重叠冰相对稳定。 一般情况下，冰厚变化平缓。热力增厚趋势较缓，热力作用下的冰类型变化伴随动力消容。,48,三. 经验海冰预测之二： 持续北风作用,在强北风持续作用下，一般伴随降温。此时重点考虑沿岸冰的下移，以及在下移过程中的运动特点：途经、还是徘徊。 海冰的强度较高、海冰厚度、密集度增长相对较快，此时冰振平台振动较强烈。 但在持续两天强北风作用下，沿岸冰又易漂移出作业海区，并在较深海域融化。,49,三. 经验海冰预测之三： 持续南风作用,在强南风持续作用下，风浪或涌浪产生，此时会将平整冰转化为碎
13、冰、甚至消失。 南风停止，产生冻结碎冰，或再次形成初生冰。 一般情况下，冰速由流速控制。但在强风作用下，应考虑对冰速的影响。当风速达15m/s以上时，主要由风速控制。,50,不同海冰类型,初生冰,破碎冰,莲叶冰,沿岸冰,51,海冰经验预测特别注意的三个特点： 本地冰、沿岸冰、动力破碎 平稳天气 持续北风 持续南风 以经验预报海冰变化为主，结合数值模式。,海冰预测问题,52,(1) 海冰现场监测 (海冰初始条件) (2) 海冰要素预测 (数值预测+经验预测) (3) 平台结构响应预测 (动力计算+统计分析) (4) 冰害预防标准及应急措施 (初步建议),油气平台结构的风险预测与预防措施,53,(
14、3) 平台结构响应预测 (动力计算 + 统计分析),平台结构安全分析 管线振动安全分析 平台人员感受分析,平台冰振响应的动力计算 或 平台冰振响应的统计分析,目的,54,平台结构响应的动力计算,缺点：计算量较大，不宜用作实时安全评估。,55,冰激平台振动的统计预测,中北平台对冰厚、冰速、振动响应进行同步测量，选取不同工况进行统计分析可得统计关系； 振动加速度与冰速近似成线性关系； 通过以往监测结果以及动力计算可知：同种冰况下，MSW平台最大振动加速度为MUQ平台的2倍，NW平台最大振动加速度为MUQ平台的1.2倍。,56,冰振响应与冰厚、冰速的对应关系,JZ20-2中北平台冰振响应与冰速的对应
15、关系,JZ20-2中南平台冰振响应与冰速的对应关系,57,平台位移响应与冰厚的线性关系,JZ20-2中北平台冰振位移响应与冰厚的对应关系,JZ20-2中南平台冰振位移响应与冰厚的对应关系,58,MUQ平台冰厚-冰速-加速度之间的统计关系,冰厚(cm),冰速(cm/s),59,工程海冰数值模拟及预测系统,60,平台结构响应预测实例,2007年1月17日13:00 初始冰厚分布图 初始密集度分布图,61,基于统计分析的24小时MUQ平台位移预测,62,MUQ平台瞬态位移预测,63,(1) 海冰现场监测 (海冰初始条件) (2) 海冰要素预测 (数值预测+经验预测) (3) 平台结构响应预测 (动力
16、计算+统计分析) (4) 冰害预防标准及应急措施 (初步建议),油气平台结构的风险预测与预防措施,64,冰害预防标准的初步建议,人员感受预警的三级标准(对应4h)： 心理舒适性界限： 0.1 m/s2 工效降低性界限： 0.3 m/s2 身体健康性界限： 0.7 m/s2 上部管线预警的两级标准： 建议破冰： 0.4 m/s2 强制破冰： 0.6 m/s2 平台结构预警的一级标准： 防冰措施： 1.0 m/s2,65,破冰船调度操作方案,基于24小时冰情、冰振预报： 给出危险冰振可能出现的时间区域 破冰船的三级调度方案： 加强海冰监测 安排破冰船值守 破冰船应急调度,66,本年度实时安全分析与预警工作,2006-2007海冰管理期间，应用上述评价建议，项目组对平台共进行56天的平台风险预测。 其中，冰情与天气预报56份，平台冰激振动预测报表49份。 由于冰情较轻，未
