南海深水溢油三维仿真系统开发关键技术研究

针对南海深水溢油应急能力提升的需求,基于MFC界面库和OSG三维渲染引擎开发了一套能够快速、稳定运行的水下溢油三维仿真系统。本系统研发和集成了海底地形绘制、海面仿真、三维海流显示、和油粒子仿真等多项关键技术,实现了南海深水溢油环境的三维仿真以及深水溢油预测等功能。初步应用表明该系统能为南海深水区油气田开发的溢油风险防范和应急管理提供便捷、直观的可视化交互服务。     

溢油应急预报业务系统研制

本项目采用"油粒子"模型,通过改进模型中垂向运动模拟方法,考虑海流、海浪、浮力以及湍流对溢油的垂向分布作用,将溢油数值预报模型同三维海流预报系统、海面风场预报系统相衔接,实现了三维溢油漂移扩散运动     

渤海溢油数值预报研究

以溢油漂移扩散模式为核心,采用"油粒子"方法来模拟溢油在海洋环境中的漂移扩散行为,与业务化渤海三维海洋数值预报模式、中尺度海洋风场数值预报模式相衔接,获得海流、海面风场等海洋环境预报产品作为溢油模式的外强迫,建立了渤海溢油数值预报系统.本文简要介绍了该系统的组成、运行机制和模拟试验情况,并讨论了建立我国全海域溢油预报系统的有关问题.     

深水区水下溢油行为及归宿研究

深水区水下溢油在上升过程中,受潮流、温度和压强等因素的影响,其溢油行为和归宿与海面溢油明显不同。文章主要在资料分析的基础上研究深水区水下溢油行为和归宿,其行为过程主要包括油气粒径分布、上升速度、油气分离和卷吸等,归宿主要包括水合物、溶解和悬浮羽流等;同时进一步探讨了各行为归宿的影响因素及机制。另外,通过建立深水溢油模型模拟油气上升过程中各行为过程,并在南海荔湾油气田中得到了应用。因此,通过本研究可以深入了解深水区水下溢油复杂的行为过程,为建立深水区溢油应急体系奠定基础,且对深水区溢油损害评估、环境评价具有重要的指导意义。     

南海深水井喷溢油输移扩散的数值模拟研究

文章以假设发生在南海北部深水油气勘探开发海域的1279m深水井喷溢油事故为例,采用深海溢油输移扩散模型,以2020年冬季（1月）和夏季（7月）三维流场和海面风场为主要环境动力,数值模拟研究未实施和实施海底消油剂处理情景下的溢油在海洋环境中的输移扩散全过程。模拟结果显示:不同深度的海流对溢油输移轨迹有着显著的影响;深水环...     

中国近海海上溢油预测与应急决策支持系统研发

开发了中国近海海上溢油预测与应急决策系统,由三维水动力模型、溢油风化模型、环境敏感区图和决策支持模型组成。系统能够预测海面油膜的漂移-扩散行为和风化过程,提供敏感区污染预警和资源优先保护次序、溢油应急优化方案以及溢油清污效果实时动态模拟。作为海上溢油应急反应决策平台,系统能够通过网络提供服务。     

溢油分散剂在深水油气勘探开发溢油污染处置中的应用

建立切实可行的深水溢油应急处置技术是我国南海区域深水油气开采顺利进行的有效保障。文章通过对墨西哥湾溢油事故中溢油分散剂使用的综述,提出了深水溢油应急处置技术中溢油分散剂使用技术和对环境影响所需要关注的问题,以期为我国南海深水油气勘探开发过程中溢油应急处置提供借鉴。     

渤海海域溢油应急预测预警系统研究Ⅰ.海洋动力要素预测技术研究

采用“油粒子”模型,模拟溢油在海洋中的漂移扩散运动,将海流、波浪和风场的模拟结果作为溢油漂移计算的外强迫,来驱动溢油漂移模型,计算其漂移路径.把计算的溢油漂移结果与地理信息系统等平台相结合,建立了渤海海域应急预测预警系统.本文作为该系统研制中的一部分,主要介绍了海流数值计算模型、波浪数值计算模型、风场数值计算模型和溢油...     

渤海海上溢油漂移扩散数值模拟研究

近几年渤海海上溢油突发事件频发,对海洋环境造成严重的污染。本文将业务化气象数值模型(Weather Research and Forecast model,WRF)、海流数值模型(Regional Ocean Model System,ROMS)的数值预报结果作为海洋环境驱动场,采用"油粒子"的海上溢油漂移扩散数值模拟方法,对在渤海发生的溢油扩散行为进行模拟预测。本文针对渤海溢油事件,设计敏感试验,研究不同风、流系数和网格分辨率对溢油扩散模拟结果的影响,获得适合于渤海的溢油数值模型参数,提高溢油漂移扩散预报的准确度,为海洋溢油应急处置和防灾减灾提供技术支持。     

2011年6月-8月渤海湾溢油事故长期后报数值模拟

三维业务化溢油应急预报系统不仅能提供逐时的海洋环境信息预报和溢油漂移扩散,还能对溢油事件进行后报数值模拟。2011年6月4日在渤海湾蓬莱19-3B采油平台发生溢油事件,同月17日19-3C平台也发生溢油事件。此次溢油事故造成了数千平方公里海水受污染。本文采用国家海洋环境预报中心自主研发的溢油模型对蓬莱19-3溢油事件进行长期后报数值模拟,在风流海洋环境场的驱动下,模拟了2016年6月到2016年8月,两个平台溢油的漂移扩散情况、影响范围,靠岸时间和影响岸段等。风场采用基于WRF模型模拟得到的再分析风场,并用实测风对再分析风场进行订正,流场采用基于POM模式在再分析风场驱动下得到的海流。后报结果显示,溢油主要向西北方向漂移,并最终靠岸,其扫过的海域也主要在平台的西北方向,这与观测结果一致,验证了后报的可靠性。     

深海环境中溢油输移扩散的初步数值模拟

通过对溢油在深海环境中的输移过程及行为特点的分析,初步建立基于拉格朗日积分法的深海溢油模型.该模型除了能够模拟油气混合物在真实深海环境中的共同输移与分离输移扩散过程,还考虑了石油溶解、气体溶解、天然气水合物形成与分解等行为变化对溢油运动轨迹的影响.应用该模型初步数值模拟了一次实际深海溢油试验,结果表明溢油在水下的空间分...     

南海海上溢油漂移扩散预测微机视算系统

应用科学计算可视化新技术，结合动力海洋学、计算数学、计算机图形学和计算机技术，以通用３８６微机作支持硬件系统，用ＭＳＦＯＲＴＲＡＮ语言、汇编语言和图形核心系统（ＧＫＳ）软件包，研制开发出南海海上溢油漂移扩散预测微机视算系统。该系统不仅能够利用南海风场和流场资料，按所选定的海上溢油漂移扩散计算模式模拟计算出海面溢油浓度分布情况，而且还能够把模拟计算结果以图形方式实时、动态地显示在屏幕上，从而形象、直观地看到溢油漂移扩散变化的全过程。     

溢油扩展、漂移及扩散预测技术研究进展

海上溢油灾害会严重破坏中国近海海洋环境,还会直接危害我国经济发展。因此,开展溢油预测预警技术研究是非常有必要的,能够为海上溢油应急响应提供技术支撑。本文综述了溢油扩展、漂移及扩散数值预测技术的发展过程及相关研究成果,包括溢油扩展模型、溢油漂移与扩散模型、溢油预测预警系统,为未来开展溢油应急工作提供了理论依据和参考。     

同化技术在渤海溢油应急预报系统中的应用

溢油应急预报对溢油事故现场处理具有重要指导意义。国内外已开展大量溢油数值预报技术研究,但由于各类误差的引入(尤其风和流数值预报误差的引入)以及模型本身的不完善等各种原因导致溢油数值预报无法满足日益提高的溢油预报精度需求。随着现场观测技术和监测水平的提高,如何充分利用实时观测数据提高业务化溢油应急预报精度,并满足应急预报迅速快捷的要求,成为目前业务化溢油应急预报的首要问题。国家海洋环境预报中心于2008年实现了渤海溢油业务化预报系统的建立和业务化应用,本文针对当前渤海溢油业务化应急预报中存在的现实问题,利用已有渤海海上5个石油平台从2010年1月至2011年2月的风场观测数据,初步开展最优插值方法(optimal interpolation assimilation method,OI)同化技术在国家海洋环境预报中心渤海溢油应急预报系统风场订正的应用研究。本文采用交错订正方法,确定了OI同化技术中相关尺度因子的选取,从而实现在这5个观测站地理分布情况下,OI同化技术应用中参数的最优化,之后在理想实验和实际案例的应用中,该同化方法明显提高渤海溢油预报精度。本文为如何进一步利用同化方法迅速快捷地实现溢油应急预报精度的提高提供了一定研究基础。     

近岸溢油漂移扩散预测方法研究——以胶州湾溢油事件为例

近些年,由于中国经济的高速发展,原油需求逐年增长,同时海上溢油事故发生的风险也在加剧。海上溢油会严重破坏海洋环境,危害我国经济发展,加强溢油漂移扩散预报研究能够为海上溢油应急响应提供技术支撑。因此,国家海洋信息中心研发了海上突发事件应急一体化预测预警系统。该系统基于GIS平台研发,能够在二维电子海图基础上叠加相关的海洋环境动力要素信息,模拟溢油扩散和漂移态势,同时计算剩余油量,估算溢油面积以及岸线吸附程度等。2013年11月22日,山东黄岛发生输油管道爆炸事故,造成大量原油溢入胶州湾。本文利用该系统结合高分辨率大气模型WRF的三重嵌套技术和海流模型SELFE的非结构化网格加密技术,对事故溢油漂移扩散开展了预测工作。预测结果显示,油污受胶州湾内往复流的影响极大,72 h后,胶州湾内外大部分海域都将存在油污,主要集中在黄岛沿岸海域、团岛及浮山湾附近,预测扫海面积为70.32 km2。经海事部门高分辨率卫星观测结果印证,系统模拟的溢油分布较为合理。该系统的业务化应用为相关海上溢油污染应急工作提供了一定理论依据和参考。     

蓬莱19-3 油田事故溢油数值模拟

利用FVCOM(Finite-volume coastal ocean numerical model)数值模型和MM5风场预报模式,在对渤海海域水动力场进行数值模拟的基础上,基于"油粒子"的欧拉-拉格朗日跟踪法和随机走动原理,并考虑风对溢油油膜漂移扩散的直接作用,建立了海洋溢油油膜漂移轨迹和扩散的数值预测模型。利用建立的模型对2011年6月蓬莱19-3油田事故溢油进行了数值模拟,模拟结果与RADARSAT卫星遥感监测数据相吻合。研究结果表明:在渤海中部地区夏季事故溢油模拟预测中,风漂移因子取0.024最为合理,模型可用于渤海蓬莱19-3油田附近事故溢油轨迹和扩散的快速预报,从而为该区域的溢油事故应急响应提供科学依据。     

水下溢油数值模拟研究

基于Lagrange积分法和Lagrange粒子追踪法建立了一个水下溢油数值模型。该溢油模型由两个子模型组成:羽流动力模型和对流扩散模型,其中羽流动力模型用以模拟溢油的喷发阶段和浮力羽流阶段;对流扩散模型用以模拟溢油的对流扩散阶段。通过数值实验,结合实验室水槽实验和水下溢油现场实验的观测资料进行模型验证。实验结果表明,模拟结果与观测资料一致性较好,从而验证了本文溢油模型的合理性和准确性;羽流动力模型为对流扩散模型提供源,海流、海水的垂向密度结构和油滴的直径分布是影响溢油在对流扩散阶段运动和分布的主要因素。     

国内外深水区油气勘探新进展

深水区油气资源丰富，近年来深水油气勘探不断升温。在全球6大洲18个深水盆地中已发现约580亿桶油当量的油气资源。目前，巴西、美国墨西哥湾的深水油气田已经投入生产，而且产量不断增加，西非地区也已进入开发阶段，西北欧、地中海以及亚太地区的许多国家也都在积极开展深水油气勘探或开发。海上油气钻探不断向深水区和超深水区发展，探井数目也在继续增加，投资力度不断加强，储量每年也有很大的增长。深水油气勘探成功率平均达到30％，其中，西非的勘探成功率最高。深水区烃源岩生烃潜力较好，最好的烃源岩主要分布于侏罗系、白垩系和第三系的地层中，储层以浊积岩储层为主，盖层通常比较发育，大多数圈闭都与地层因素有关。我国南海北部陆坡深水区盆地属准被动边缘盆地，从烃源岩、储层、盖层、圈闭到运聚条件等都具备了形成大型油气田的基本地质条件，具有丰富的资源前景。     

The error source analysis of oil spill transport modeling: a case study

Numerical modeling is an important tool to study and predict the transport of oil spills. However, the accu- racy of numerical models is not always good enough to provide reliable information for oil spill transport. It is necessary to analyze and identify major error sources for the models. A case study was conducted to analyze error sources of a three-dimensional oil spill model that was used operationally for oil spill forecast- ing in the National Marine Environmental Forecasting Center （NMEFC）, the State Oceanic Administration, China. On June 4, 2011, oil from sea bed spilled into seawater in Penglai 19-3 region, the largest offshore oil field of China, and polluted an area of thousands of square kilometers in the Bohai Sea. Satellite remote sensing images were collected to locate oil slicks. By performing a series of model sensitivity experiments with different wind and current forcings and comparing the model results with the satellite images, it was identified that the major errors of the long-term simulation for oil spill transport were from the wind fields, and the wind-induced surface currents. An inverse model was developed to estimate the temporal variabil- ity of emission intensity at the oil spill source, which revealed the importance of the accuracy in oil spill source emission time function.