動(dòng)力定位模型試驗(yàn)深水鉆井船

1、動(dòng)力定位模型試驗(yàn)動(dòng)力定位模型試驗(yàn)深水鉆井船工程項(xiàng)目組深水鉆井船工程項(xiàng)目組2008年年7月月 22 2 海洋石油海洋石油981 981 動(dòng)力定位模型試驗(yàn)動(dòng)力定位模型試驗(yàn)n 概述概述n 試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施n 試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)Ｐ蚽 試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況n 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果33 3概概 述述中國海洋石油總公司建造的第一條深水半潛式鉆中國海洋石油總公司建造的第一條深水半潛式鉆井平臺(tái)（井平臺(tái)（DDUDDU）是世界上最先進(jìn)的、全自動(dòng)定位）是世界上最先進(jìn)的、全自動(dòng)定位（DPS-3DPS-3）的）的 第六代鉆井平臺(tái)。在有效波高第六代鉆井平臺(tái)。在有效波高6m, 6m, 風(fēng)速風(fēng)速4545節(jié)，流速節(jié)，流速1.81.8節(jié)的海況

2、條件下，平臺(tái)的自節(jié)的海況條件下，平臺(tái)的自動(dòng)定位系統(tǒng)能使平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)漂移量控制在動(dòng)定位系統(tǒng)能使平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)漂移量控制在5%5%水深水深之內(nèi)，以滿足正常鉆井的要求。平臺(tái)的之內(nèi)，以滿足正常鉆井的要求。平臺(tái)的8 8 套推進(jìn)套推進(jìn)系統(tǒng)中即使有系統(tǒng)中即使有2 2套失效，平臺(tái)的自動(dòng)定位系統(tǒng)仍套失效，平臺(tái)的自動(dòng)定位系統(tǒng)仍然能保持船位，保證正常的鉆井作業(yè)。然能保持船位，保證正常的鉆井作業(yè)。 44 4概概 述述為了驗(yàn)證平臺(tái)的自動(dòng)定位系統(tǒng)的有效性，深水半為了驗(yàn)證平臺(tái)的自動(dòng)定位系統(tǒng)的有效性，深水半潛式鉆井船項(xiàng)目組于潛式鉆井船項(xiàng)目組于20072007年年7 7月委托荷蘭船舶及月委托荷蘭船舶及海洋工程研究院（海洋工程研究院（

3、Maritime ResearchInstitute, Maritime ResearchInstitute, 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱MARINMARIN）進(jìn)行動(dòng)力定位水池模型試驗(yàn)。這種）進(jìn)行動(dòng)力定位水池模型試驗(yàn)。這種用真實(shí)的模型螺旋槳安裝在模型平臺(tái)下，在計(jì)算用真實(shí)的模型螺旋槳安裝在模型平臺(tái)下，在計(jì)算機(jī)程序控制下進(jìn)行動(dòng)力定位模型試驗(yàn)，目前在世機(jī)程序控制下進(jìn)行動(dòng)力定位模型試驗(yàn)，目前在世界上只有荷蘭、瑞典等少數(shù)幾個(gè)國家能夠進(jìn)行，界上只有荷蘭、瑞典等少數(shù)幾個(gè)國家能夠進(jìn)行，我國目前還沒有開展這種試驗(yàn)。我國目前還沒有開展這種試驗(yàn)。 55 5 試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施n 概述概述n 試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施n 試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)Ｐ蚽 試驗(yàn)

4、工況試驗(yàn)工況n 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果66 6試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施MARINMARIN是荷蘭國家實(shí)驗(yàn)室，成立于是荷蘭國家實(shí)驗(yàn)室，成立于19321932年，年，至今已有至今已有7676年的試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)。目前，年的試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)。目前，MARINMARIN已經(jīng)擁有已經(jīng)擁有7 7個(gè)用于不同研究目的的試驗(yàn)個(gè)用于不同研究目的的試驗(yàn)水池。動(dòng)力定位模型試驗(yàn)是在海洋工程水池水池。動(dòng)力定位模型試驗(yàn)是在海洋工程水池（Offshore BasinOffshore Basin）進(jìn)行的。）進(jìn)行的。 77 7試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施 MARIN 海洋工程水池的尺度為海洋工程水池的尺度為: 長(zhǎng)長(zhǎng) 45m 寬寬 36m 深深 10.5m 帶有可

5、上下移動(dòng)的假底，以模擬不同的帶有可上下移動(dòng)的假底，以模擬不同的水深水深.在水池的中間有一個(gè)直徑為在水池的中間有一個(gè)直徑為5m, 深深20m的井，用于深水模型試驗(yàn)。的井，用于深水模型試驗(yàn)。 88 8試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施99 9試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施101010試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施在海洋工程水池中可以從縱向和橫向兩面造不在海洋工程水池中可以從縱向和橫向兩面造不規(guī)則波規(guī)則波, ,可以造長(zhǎng)峰波，也可造短峰波（世界可以造長(zhǎng)峰波，也可造短峰波（世界上只有少數(shù)幾個(gè)水池能造短峰波，短峰波更接上只有少數(shù)幾個(gè)水池能造短峰波，短峰波更接近海洋實(shí)際情況）；可以造曲線形的流剖面，近海洋實(shí)際情況）；可以造曲線形的流剖面，即模擬海洋的實(shí)

6、際情況，在不同的水深處海流即模擬海洋的實(shí)際情況，在不同的水深處海流的速度是不一樣的。的速度是不一樣的。111111試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施121212試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施131313試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施141414試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施Offshore Basin 也可以模擬從各個(gè)方向來的風(fēng)也可以模擬從各個(gè)方向來的風(fēng)速。風(fēng)浪、流可以同向，也可以不同向?？傊?，速。風(fēng)浪、流可以同向，也可以不同向?？傊?，可以模擬各種不同的海洋環(huán)境條件?？梢阅M各種不同的海洋環(huán)境條件。試驗(yàn)所使用的傳感器、模擬元件和測(cè)試設(shè)備都試驗(yàn)所使用的傳感器、模擬元件和測(cè)試設(shè)備都是世界一流的。是世界一流的。 151515試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施161616 CN

7、OOC DDU 動(dòng)力定位模型試驗(yàn)動(dòng)力定位模型試驗(yàn)n 概述概述n 試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施n 試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)Ｐ蚽 試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況n 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果171717試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)Ｐ虳DU模型的縮尺比為模型的縮尺比為1 : 50螺旋槳和導(dǎo)流管的尺寸、推進(jìn)功率螺旋槳和導(dǎo)流管的尺寸、推進(jìn)功率 以及推以及推力都是按相似原理按比例縮小的。模型螺旋力都是按相似原理按比例縮小的。模型螺旋槳是由微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)的槳是由微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋槳的安裝位置也完全模擬實(shí)船螺旋槳的安裝位置也完全模擬實(shí)船 181818試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)Ｐ?91919試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)Ｐ?02020試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)Ｐ?12121試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)Ｐ?個(gè)螺旋槳是由安裝在模

8、型平臺(tái)上的計(jì)算機(jī)用個(gè)螺旋槳是由安裝在模型平臺(tái)上的計(jì)算機(jī)用程序進(jìn)行控制的。由程序進(jìn)行控制的。由MARIN編制的編制的RUNSIM程序具有操控實(shí)船一樣的功能，它可根據(jù)接收程序具有操控實(shí)船一樣的功能，它可根據(jù)接收到的風(fēng)、浪、流力的信號(hào)來控制推進(jìn)器的方向到的風(fēng)、浪、流力的信號(hào)來控制推進(jìn)器的方向和發(fā)出推力的大小，以抵御環(huán)境力，控制平臺(tái)和發(fā)出推力的大小，以抵御環(huán)境力，控制平臺(tái)的漂移量，保持平臺(tái)位置在設(shè)計(jì)允許的范圍之的漂移量，保持平臺(tái)位置在設(shè)計(jì)允許的范圍之內(nèi)。模型試驗(yàn)完全模擬了實(shí)船的動(dòng)力定位操控內(nèi)。模型試驗(yàn)完全模擬了實(shí)船的動(dòng)力定位操控性能性能 。222222試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)Ｐ?32323 CNOOC DDU

9、動(dòng)力定位模型試驗(yàn)動(dòng)力定位模型試驗(yàn)n 概述概述n 試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施n 試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)Ｐ蚽 試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況n 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果242424試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況 DDU的動(dòng)力定位模型試驗(yàn)共做了的動(dòng)力定位模型試驗(yàn)共做了12種工況：種工況： 在鉆井作業(yè)環(huán)境條件下（有效波高在鉆井作業(yè)環(huán)境條件下（有效波高6m, 風(fēng)速風(fēng)速45節(jié)，流節(jié)，流1.8節(jié)，風(fēng)、浪、流同向），做了節(jié)，風(fēng)、浪、流同向），做了3種種6臺(tái)推進(jìn)器工作（臺(tái)推進(jìn)器工作（2臺(tái)失效）工況和臺(tái)失效）工況和3種種8臺(tái)推進(jìn)臺(tái)推進(jìn)器工作工況。器工作工況。 252525試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況1、平臺(tái)迎浪，、平臺(tái)迎浪，6臺(tái)推進(jìn)器工作（假定兩對(duì)角各臺(tái)推進(jìn)器工作（假定兩對(duì)角各

10、1臺(tái)推進(jìn)器失效）；臺(tái)推進(jìn)器失效）；2、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），6臺(tái)推進(jìn)器工作；臺(tái)推進(jìn)器工作；3、平臺(tái)橫浪，、平臺(tái)橫浪，6臺(tái)推進(jìn)器工作；臺(tái)推進(jìn)器工作；4、臺(tái)迎浪，、臺(tái)迎浪，8臺(tái)推進(jìn)器工作；臺(tái)推進(jìn)器工作；5、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），8臺(tái)推進(jìn)器工作；臺(tái)推進(jìn)器工作；6、平臺(tái)橫浪，、平臺(tái)橫浪，8臺(tái)推進(jìn)器工作。臺(tái)推進(jìn)器工作。 262626試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況在隔水套管連接作業(yè)環(huán)境條件下（有效波高在隔水套管連接作業(yè)環(huán)境條件下（有效波高6m, 風(fēng)速風(fēng)速50節(jié)，流節(jié)，流2節(jié)，風(fēng)、浪、流同向）也節(jié)，風(fēng)、浪、流同向）也做了做了6種工況種工況 272727試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況1、平臺(tái)迎浪，、平臺(tái)迎

11、浪，6臺(tái)推進(jìn)器工作（假定兩對(duì)角各臺(tái)推進(jìn)器工作（假定兩對(duì)角各1臺(tái)推進(jìn)器失效）；臺(tái)推進(jìn)器失效）；2、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），6臺(tái)推進(jìn)器工作；臺(tái)推進(jìn)器工作；3、平臺(tái)橫浪，、平臺(tái)橫浪，6臺(tái)推進(jìn)器工作；臺(tái)推進(jìn)器工作；4、平臺(tái)迎浪，、平臺(tái)迎浪，8臺(tái)推進(jìn)器工作；臺(tái)推進(jìn)器工作；5、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），8臺(tái)推進(jìn)器工作；臺(tái)推進(jìn)器工作；6、平臺(tái)橫浪，、平臺(tái)橫浪，8臺(tái)推進(jìn)器工作。臺(tái)推進(jìn)器工作。282828試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況推進(jìn)器之間的相互影響試驗(yàn)。推進(jìn)器之間的相互影響試驗(yàn)。 由于平臺(tái)的每個(gè)下浮體的前部與后部都有由于平臺(tái)的每個(gè)下浮體的前部與后部都有2個(gè)推個(gè)推進(jìn)器，而且安裝距離比較近，當(dāng)一個(gè)

12、螺旋槳處進(jìn)器，而且安裝距離比較近，當(dāng)一個(gè)螺旋槳處于另一個(gè)螺旋槳的尾流中時(shí)，螺旋槳的效率將于另一個(gè)螺旋槳的尾流中時(shí)，螺旋槳的效率將降低。為了找到引起螺旋槳效率顯著下降的相降低。為了找到引起螺旋槳效率顯著下降的相鄰鄰2個(gè)推進(jìn)器的方位角，以便廠家在編制自動(dòng)定個(gè)推進(jìn)器的方位角，以便廠家在編制自動(dòng)定位控制程序時(shí)避開這些方位角。位控制程序時(shí)避開這些方位角。 292929試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況2007年年7月月4日開始做日開始做DP試驗(yàn)準(zhǔn)備，試驗(yàn)準(zhǔn)備，7月月13日日DP試驗(yàn)全部結(jié)束，僅試驗(yàn)全部結(jié)束，僅DP試驗(yàn)就做了整整試驗(yàn)就做了整整8天，試驗(yàn)做得比較順利天，試驗(yàn)做得比較順利下圖是下圖是DP試驗(yàn)中的試驗(yàn)中的DDU

13、303030試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況313131 CNOOC DDU 動(dòng)力定位模型試驗(yàn)動(dòng)力定位模型試驗(yàn)n 概述概述n 試驗(yàn)設(shè)施試驗(yàn)設(shè)施n 試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)?zāi)Ｐ蚽 試驗(yàn)工況試驗(yàn)工況n 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果323232試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果 模型試驗(yàn)結(jié)果直接換算到實(shí)船。模型試驗(yàn)結(jié)果直接換算到實(shí)船。12種工況種工況的的DP試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果 匯總于下表：匯總于下表： 333333試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果343434試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水深超過試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水深超過1500m時(shí)，時(shí)，DDU的的動(dòng)力定動(dòng)力定 位系統(tǒng)完全能夠保證平臺(tái)在設(shè)計(jì)作業(yè)環(huán)位系統(tǒng)完全能夠保證平臺(tái)在設(shè)計(jì)作業(yè)環(huán)境條件下進(jìn)行正常的鉆井作業(yè)，也能保證平臺(tái)境條件

14、下進(jìn)行正常的鉆井作業(yè)，也能保證平臺(tái)在隔水套管連接環(huán)境條件下安全待機(jī)。在隔水套管連接環(huán)境條件下安全待機(jī)。試驗(yàn)證明：試驗(yàn)證明：DDU船型是可靠的，其運(yùn)動(dòng)性能與船型是可靠的，其運(yùn)動(dòng)性能與定位性能是沒有問題的。定位性能是沒有問題的。 353535試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果下圖顯示兩個(gè)相鄰?fù)七M(jìn)器之間的相互影響引起下圖顯示兩個(gè)相鄰?fù)七M(jìn)器之間的相互影響引起的推進(jìn)效率的降低。的推進(jìn)效率的降低。當(dāng)一個(gè)推進(jìn)器處于另一個(gè)推進(jìn)器的尾流中時(shí)，當(dāng)一個(gè)推進(jìn)器處于另一個(gè)推進(jìn)器的尾流中時(shí)，其推進(jìn)效率最多將下降其推進(jìn)效率最多將下降30%-40% 363636試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果373737試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果為了避免在實(shí)際操作中推進(jìn)器的效率下降太為了避免在實(shí)際操作中推進(jìn)器的效率下降太多、推力損失太大，在自動(dòng)定位控制程序編多、推力損失太大，在自動(dòng)定位控制程序編制時(shí)，要設(shè)定各個(gè)推進(jìn)器的禁用區(qū)。下面是制時(shí)，要設(shè)定各個(gè)推進(jìn)器的禁用區(qū)。下面