[转载]“深海一号”设计环境条件的研究与探索
“深海一号”大气田
系列报道
相伴的那片海
——研究总院九大创新技术助力
“深海一号”大气田开发
引言
“深海一号”在陵水海域已经落位。
未来的30年，
他将与大海为伴，接受狂风、波涛的考验。
这一回，
我们为您说说与“深海一号”相伴的那片海，
讲讲波涛相关的故事。
1
活跃而强烈的那片海
南海是全球海洋环境中
最为复杂恶劣的三大海域之一。
夏秋季节台风频发，冬季浪高风急；
特殊的地理位置和复杂突变的海底地形，
造就了全球内波最为活跃和强烈的区域。
南海深水的“三座大山” ▲
“深海一号”要与之相伴，就得熟悉、适应那片海的“活跃与热烈”，在风平浪静中结合，在波涛汹涌中不离不弃。“深海一号”作为深水浮式平台，是海洋石油工业王冠上的一颗明珠，她每一项设计，对海洋环境条件参数的精准、细致有着近乎苛刻的要求。
南海环境条件参数对深海一号设计的影响 ▲
2
“分、秒”必争的紧迫感
常规海上固定式平台，往往会关注波浪起伏的高度，也就是波高；而进入深水区域，船体、深水立管、系泊系统对海洋动力环境参数的敏感性越来越高，不仅关注波高，对一波一波海浪袭来间隔的时间—周期，也分外关注。
“当百年一遇的波浪周期减小1秒，系泊系统荷载会增大20%，可能会带来上亿元投资的增加”
“深海一号”的船体会牵引立管产生上亿计的循环运动。波浪周期增大1秒，会显著增加立管的疲劳损伤，寿命锐减数十年”
立管随风浪起舞 ▲
环境参数的一点点差异，都会引起深水平台结构荷载非线性变化和增长，直捣材料强度、施工机具、方案可行性的临界点。
有钱已经不能解决问题了，那怎么办？
向左走？向右走？
“深海一号”都不适应，那就义无反顾地往“科学”走。面对“深海一号”过高的“胃口”，研究团队 “力求精准、分秒必争”，精细、准确地反映深海动力特征；波高的每一公分、周期的每一秒，务必科学。
3
十年磨一剑的探寻
研究总院的技术人员
在10年之前就已经开始布局，
探寻南海深水环境特征的规律。
▎为了解 南海波浪的规律，
科研人员在南海陆坡区、深水区、平台上
开展系统的波浪实测。
我们在深水区观测波浪 ▲
▎为探寻 南海深水海流、洋流特性，
项目组在陵水区域观测了1整年；
在南海连续不断观测了10年。
深海测流 ▲
▎为掌握 南海风的梯度风、风谱等特性，
科研人员在开阔的外海，
平台一百多米高的井架上立体观测。
我们在南海平台进行气象观测 ▲
十余年深耕，科研人员积累了南海深水动力环境的第一手资料通过研究，发现南海的动力环境与国外海域推荐的设计标准存在一定差异。
为了让深海一号的设计参数更“精准”，科研人员开展了如“量体裁衣”一般的海洋环境研究。
4
极端演绎-海洋研究中的基因技术
由于深水平台高成本、高风险的特点，环境参数设计重现期由常规的100年一遇，提高至1000年重现期还具备生存能力。而现有的海洋、气象数值模拟方法仅能做到最近几十年内海洋环境的反演，很难满足深海一号的长重现期设计参数准确性的需要。
影响台风强度的气象要素 ▲
以观测数据为基础，科研人员创新性的使用双层嵌套模型和大数据分析技术，对南海区域台风要素进行分解—重构—还原；在概率分析的基础上对长重现期台风的致灾要素进行模拟、演绎。
南海台风强度分布图 ▲
通过类似基因技术极端灾害环境的演绎法，科研人员得到了南海几千个网格点、数十亿的数据样本，来开展科学的长重现期设计参数计算，为“深海一号”的安全性、经济性提供了保障。
5
极端环境要素的时空特性
极端环境荷载的方向，对深海一号平台的方位布置、系泊系统设计至关重要，摸清方向有助于让更多的系泊系统共同抵抗极端条件侵袭。
为掌握极端荷载的特性，科研人员开展了工程海区极端海况下波浪方向性、季节特性研究；并对历史上影响工程海区所有强台风、超强台风的行动路径进行了分析。摸清了那片海域土台风对工程的影响机理。
极端环境方向性分析 ▲
基于研究成果，
“深海一号”得以布置在
系泊系统舒适的方位上，
灾害海洋环境的小脾气，尽在掌握！
6
多维度的海上作业气候窗
深海一号的海上安装、调试，
任务多，难度大，
费用高，周期长；
海上作业气候窗的准确分析
对项目的顺利实施意义重大。
台风强度的气象要素 ▲
本项目在前期研究阶段，就根据项目的海上作业需求，开展了基于长期数据统计特征的多维度海上作业气候窗的分析方法，提供了考虑波高季节变化、台风月度影响频次、日出现概率以及谱峰周期季节变化的分析结果。
所处海域从二月中旬以后，就会进入一个海况温和、较少浪涌、长期持续的海上作业黄金窗口：近期陵水区域的海况也逐渐趋好，也印证了这一结果。
深海一号海上作业气候窗 ▲
最关键的是，
这期间海水温度较低，
南海整体形成不了较强的热带气旋，
少了这些海上不速之客的打扰，
深海一号的安装、调试势必更加顺利。
7
相伴30年，靠“谱”保证
为避免“深海一号”在深水波浪
运动中产生共振，
以及使平台在波浪的
主要能量区域运动最小，
就需要充分掌握波浪谱特性。
南海海浪谱 ▲
国际上，深水波浪谱多来源于上世纪60年代的欧洲北海，但北大西洋是季风为控制因素，但南海的台风为控制因素。总院科研人员脑子里一万个问号飘过。
科研人员通过对实测资料的分析和反演，建立了一整套海浪谱参数工程应用方法，并首次提出了我国南海深水区最适宜的波浪谱型及参数以及海浪方向谱、双峰谱模型，相关成果应邀在国际顶级海洋工程会议上报告并获得认可。
科研人员摸清了南海深水区波浪成长规律、破碎约束关系，对国内目前主流波浪数值模式进行了校正、优化，更新了业界对南海的认识。
更合理的台风波陡特性 ▲
我们的科研人员
没有被欧美国家海洋科学工程
几十年的垄断地位所吓倒，
真正用上了
南海自己的海浪谱及海浪研究成果。
携手相伴30年
我们，靠“谱”保证！
结 语
十年磨一剑，
经过了海上实测、理论研究、工程应用、标准编制等闭环过程，已形成了具有自主知识产权的深水海洋环境计算模型和标准。
通过认识海洋、了解海洋，
逐一将这些设计上的“痛点”变成与海洋和谐相处的“甜点”，让“深海一号”可以与那片海安心相伴。
本文转自中海油研究总院公号，原文标题：与”深海一号“相伴的那片海。