深耕南海，慎对内波流
2016-04-25 14:24:37
南海作为一块“油气宝地”，曾被视为是继波斯湾、北海和墨西哥湾之后世界四大海洋油气聚集中心之一。然而，它的资源70%蕴藏在深海，勘探难度极大，尤其是南海西部深水海域，地处欧亚、太平洋和印澳三大板块交汇处，经历了极其复杂的地质作用和演化过程。其中，内波流作为南海独有的一种自然灾害，给勘探开发人员带来了重重挑战。研究人员经过多年研究，终于摸索出一套有效的应对方法。内波流到底是什么？它有哪些危害？我们应该如何应对？让我们走近内波流，看看它的“庐山真面目”。
什么是内波流？
2014年8月，中国海油成功钻获中国首个自营深水高产大气田陵水17-2；2015年8月，由“海洋石油981”承钻的我国首口深水高温高压探井陵水25-1S-1井顺利完钻，验证了中国海油在深水、高温高压等特殊领域的勘探能力；2015年12月，我国首口超深水井陵水18-1-1井成功实施测试作业，发现我国首个超深水气田陵水18-1，这表明我国已具备海上超深水井钻井和测试全套能力，从此中国跻身超深水大国俱乐部。业内认为，300米水深是分界点，水深每增一米，勘探难度随之大幅增长。从实施深水作业到超深水作业，中国海油用1年的时间走着西方30年的发展历程。
而在这些成绩的背后，是一项项挑战。
“海上作业，平台经常遭受来路不明的海流影响，它类似于‘滚筒洗衣机中的水流’，会在垂直方向上形成剪切力，对浮式平台产生冲击，对水下结构和生产设施带来危害。”南海西部石油管理局工程技术作业中心钻完井作业总监刘和兴说。
刘和兴所说的便是南海油气勘探开发作业的一个自然风险——内波流。
内波流是中国南海所特有的、严重的、频繁的海洋自然灾害。它是由于海水的密度、质量差异而形成的一种复杂的海洋流。流体内部密度垂直分布呈现层化构造时，流体层化界面受到扰动时会出现波动，由于这种波发生在流体内部，因此称作内波流。
不同于墨西哥湾气候温和、海底平坦，南海深水区无风三尺浪。内波流在南海最快的速度可达到2米/秒，其力量可以将一座平台在瞬间摧毁，其能量非常巨大，几分钟或几十分钟内可将一座大型的轮船移位几十公里。
内波的产生应具备两个条件：一是海水密度稳定分层，二是要有扰动能源，两者缺一不可。在深水作业中，当海水因温度、盐度的变化出现了密度分层后，再经大气压力变化、地震影响以及船舶运动等外力扰动，就可能在海水内部引发内波。
内波流多发生在夏季，主要有以下四个特点：波浪产生于较小的范围，流动的距离短；波浪连续发生，前段波浪强度最大；内波流受潮流方向、海流及海水温度的影响，涨潮时会增强；流动的速度大，在许多海区，内波流流向较恒定。
内波流有哪些危害？
海洋内波的振幅和波长均大于海面的风浪，海面风浪波高最高30米，但南海内波流振幅可达150米，海面风浪周期约几秒到几十秒，海洋内波的周期却可长达几分钟到几十分钟。当内波流来袭时，会形成瞬间的流向、流速改变，对钻井平台造成应力（指物体由于外因而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置）、扭力、冲击载荷等影响。具体说来，内波流与半潜式平台相互作用过程中，会造成平台浮体沉箱与横撑、沉箱与横撑连接部位，以及沉箱与立柱连接部位受损严重，甚至可以扭断隔水管。而巨大突发性冲击载荷，不仅对平台浮体会产生严重的安全隐患，而且会使平台浮体产生突发性的大幅度漂移运动，使平台系泊及立管张力也急剧增加，从而出现拉断系泊或立管的灾害性事故。
在作业过程中，如果遇到内波流，则可能会导致水下浮体难以操作，如潜艇、ROV、锚泊系统的弹性标；在海上拖带作业中，会导致拖带缆断裂；海上钻井装置会出现断缆漂移；锚泊定位钻井装置发生走锚，动力定位钻井装置发生位置丢失或突然横移；隔水管或其他水下设备损坏；海上固定生产装置（平台或FPSO）结构受损；海上靠泊作业时引起撞船。