海冰现场监测、实时评估与安全预警_JI.ppt

《海冰现场监测、实时评估与安全预警_JI.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《海冰现场监测、实时评估与安全预警_JI.ppt（76页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

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

17、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，未出具破冰船调度建议。,67,小 结,综合考虑了油气作业海域局地海冰数值预报和经验预测的综合应用。 确定了海冰参数与冰激平台振动的对应关系。 进一步完善了工程海冰预测的程序系统。 给出了冰害预防的初步标准及破冰船调度的应急措施。,68,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,69,六 总结与展望,海冰管理

18、是一项随渤海油气开发和集输工程而发展的新技术。从1989年建立以来，它随着海冰监测技术以及相关海冰研究的发展，一直在不断完善之中。 它主要根据冰区生产作业的安全要求，对所有海上设施的危险冰情进行分析，一旦超过危险冰情报警标准，马上采取防冰、抗冰措施，以减少甚至避免冰害损失。,70,6.1 总 结,全方位的海冰现场监测 目前全方位的海冰现场监测系统包括了JZ20-2和JZ9-3海域的海冰条件参数监测、冰激平台结构振动响应监测和平台管线系统的振动响应监测。 今年渤海冰情是近10年来最轻的一年，有效冰期以及平整冰厚均低于往年。这的确影响了海冰监测资料的充分性和完备性。但从另一个方面讲，这又恰当地反应

19、了渤海海冰的生消规律。,71,基于海冰现场监测的平台系统实时安全评估 在海冰现场监测的基础上，对平台系统进行了 三方面的安全评估: 平台结构系统：目前由于一次性失效的概率较低，现在则更多地关注于平台长期服役中的累积损伤和疲劳失效。 平台上部油气管线：平台上部管线系统的安全性是目前辽东湾油气开发安全评估的重点。这在JZ20-2气田，特别是中南平台的冰期运行中更为突出。 对现场工作人员的影响：平台工作人员的心理状况，以及由此引起的操作可靠性越来越受到各级部门的重视。目前仅根据相关行业标准提出了一些建议。,72,基于海冰预测的平台系统安全预警和防冰措施 为提高海冰预测的准确性和及时性，我们做了两方面

20、的努力：一是提高海冰数值模式的精度和计算效率；二是基于多年海冰现场监测资料更加明确地提出了海冰统计预测的概念。 今年则更加明确地提出了不同平台系统进行冰期防护的三级参考标准和三级预警标准。这使得海冰管理项目具有更加明确的可操作性。,73,6.2 展 望,海冰现场监测技术的发展 平台系统安全评估理论的完善 工程海冰预测精度的提高 冰害防护措施的规范制定,74,海冰管理项目是一个理论研究与工程应用密切结合的研究课题和工程项目。经过10多年的努力，海冰管理项目不断完善和发展，并明确了许多影响平台安全的风险因素。但是随着平台结构服役年限的增加，又出现了许多新的风险与隐患。 因此，我们在海冰监测内容和新型监测技术方面，在工程服务意识和理论基础研究方面均应不断努力，从而更好地保障辽东湾油气作业的冰期安全运行。,75,本年度海冰管理项目参加人员 （大连理工大学负责人：岳前进教授）,参加海冰现场监测的人员主要有： 毕祥军、季顺迎副教授 张大勇、张 力、郭峰伟、王延林博士生 佟保林、韩达旭硕士生 刁 芒实验员。 另外，王 刚、许 宁、徐 丹等研究生也参加了数据分析和报告撰写的工作。,76,谢谢大家！,