自升式钻井平台方案设计技术研究

论文摘要

石油是经济的血液,拥有充足的油气资源,保证油气资源的稳定供给,是经济平稳发展的必要条件。进入21世纪后,世界已经逐渐步入能源稀缺时代,许多国家把目光转向海洋,投入了大量的人力和物力进行海洋能源开发。自升式钻井平台是目前世界上广泛采用的海洋钻井装备之一,主要是在滩涂和浅海区域作业,近年来,自升式钻井平台的建造量逐年增加,我国在海洋钻井平台的设计、建造、检验和科研方面都迫切需要发展,特别是在海洋钻井平台的基本(技术)设计上,我国在独立设计方面尚有一定的差距,大多依靠外国设计技术。因此,开展上述相关方面的研究工作,是提高我国海洋结构物设计制造能力的需要,也是提高海洋平台设计国际竞争力的需要,这对于我国海洋资源的开发和我国海洋工程事业的发展都具有重要意义。方案设计在很大程度上决定了最终产品的性能、创造性、价格、市场响应速度和效率等,因此,对自升式钻井平台方案设计的相关技术进行研究,实现可行方案的快速生成、技术参数指标综合评价、最优系统决策,具有重要的理论意义和实用价值。本论文主要做了以下研究内容:针对自升式钻井平台方案设计的具体情况,将系统工程的理论和方法用于其方案设计整个过程中,提出了针对自升式钻井平台方案设计的系统分析步骤,并根据霍尔三维结构模型,结合平台方案设计系统的任务特点,提出了平台方案设计系统三维结构模型,用于指导自升式钻井平台方案设计的实现。多功能自升式钻井平台是目前自升式钻井平台的一个发展趋势,本文将综合安全评估技术用于新型多功能自升式钻井平台方案设计前期的可行性论证,可以从安全分析的角度论证新增功能实现的可能性,提出合理且有效地控制风险的措施,指出在设计、使用过程中应注意的问题,在增加新功能的同时,可以有效地提高海上安全的程度,是新型自升式钻井平台方案设计的前提。作为实例,在分析总结应用自升式钻井平台安装简易平台的作业特点、探讨其工作原理和工作流程的基础上,将综合安全评估技术应用到安装海上简易平台的新型多功能自升式钻井平台方案可行性研究中,论证了该方法的可行性和有效性。在自升式钻井平台的方案设计过程中,目前没有用于可行方案生成的平台主尺度数学模型,本文利用收集到的船型资料,应用系统建模的理论和方法,分别建立了自升式钻井平台主尺度的单变量预测模型和多变量预测模型。该模型的建立有利于分析和掌握自升式钻井平台主尺度要素变化规律,同时在自升式钻井平台设计时,可根据已知信息量的多少,选择合适的模型进行主尺度的预测,开展平台设计初期的经济论证和方案设计。对于如何从若干个自升式钻井平台可行方案中选出最优方案,是方案评价过程中所要解决的主要问题,目前没有相应的评价指标体系。结合近年来对自升式钻井平台方案设计所作的研究工作和相关方面专家的建议,本文建立了一套针对自升式钻井平台的方案评价指标体系,并对其评价方法进行了研究。在建立评价指标体系的基础上,采用AHP法和改进的灰关联分析法进行平台方案的优选,初步分析和计算实例表明,该评价指标体系和评价方法是适用和可靠的;通过对灰关联分析方法进行改进,建立了适用于自升式钻井平台方案选优的灰关联多目标综合评价模型,该模型既在一定程度上考虑了设计方案各指标间的关联性,体现了事物的客观本质,又能反映船东的主观偏好和设计者的设计需要。同时,针对已按设计建成并投入使用的自升式钻井平台,尝试建立一套合理、完整、科学和实用的性能水平等级评价方法,对其先进性水平进行评定,利用获取的评价结果,可对设计平台的先进性水平进行定位,评估设计是否达到预期效果及其改进方向,对今后自升式钻井平台的方案设计起到借鉴作用。智能方案设计已经成为当前方案设计领域的一个研究热点,在前面工作的基础上,本文就自升式钻井平台的方案设计智能决策支持系统的理论框架和实现方法进行了初步研究。提出了自升式钻井平台方案设计的智能决策支持系统的体系结构和具体实现方法。该系统既可以根据需要生成自升式钻井平台的设计方案,形成可行方案集,又可以根据技术经济性、船东偏好等对可行方案进行评定,选出最优方案,提高了产品设计质量,缩短了产品的设计周期,使评价更为可靠,为设计、决策提供了有力的支持工具。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的科学依据与意义
• 1.1.1 研究的必要性
• 1.1.2 研究的可行性
• 1.2 相关领域国内外研究现状
• 1.2.1 方案设计的发展
• 1.2.2 方案设计理论的现状
• 1.2.3 方案设计智能决策支持系统研究现状
• 1.2.4 自升式钻井平台相关技术研究现状
• 1.3 论文所要解决的问题
• 1.4 论文的研究策略
• 1.5 论文内容安排
• 1.6 本章小结
• 2 自升式钻井平台方案设计系统分析方法和三维结构模型
• 2.1 系统工程
• 2.1.1 系统工程解决问题的主要特点
• 2.1.2 系统工程的研究内容及在自升式钻井平台方案设计中的应用
• 2.2 自升式钻井平台方案设计系统分析和系统三维结构模型
• 2.2.1 自升式钻井平台方案设计系统分析步骤
• 2.2.2 自升式钻井平台方案设计系统三维结构模型
• 2.3 本章小结
• 3 多功能自升式钻井平台方案设计中的综合安全评估技术
• 3.1 综合安全评估（FSA）概述
• 3.1.1 FSA的提出及研究
• 3.1.2 FSA的定义及其目的
• 3.1.3 FSA的应用范围
• 3.1.4 FSA的应用步骤与过程
• 3.2 自升式钻井平台安装简易平台
• 3.2.1 研究的必要性
• 3.2.2 国内外技术状态
• 3.2.3 自升式钻井平台安装简易平台的工艺特点
• 3.2.4 自升式钻井平台安装简易平台的系统建模和工艺流程分析
• 3.3 基于综合安全评估的自升式钻井平台安装简易平台方案可行性研究
• 3.3.1 危险识别
• 3.3.2 风险评估
• 3.3.3 风险控制方案
• 3.3.4 费用与受益评估
• 3.3.5 提出对决策的建议
• 3.4 本章小结
• 4 自升式钻井平台主尺度要素数学建模研究
• 4.1 自升式钻井平台现状和发展趋势
• 4.2 基于单变量的自升式钻井平台主尺度统计回归模型
• 4.2.1 预测模型
• 4.2.2 基于单变量的自升式钻井平台的主尺度数学模型的建立
• 4.2.3 数学模型的验证
• 4.2.4 数学模型与散货船数学模型的比较
• 4.3 基于BP神经网络的自升式钻井平台主尺度数学建模研究
• 4.3.1 人工神经网络在预测方面的应用
• 4.3.2 BP神经网络简介
• 4.3.3 基于BP神经网络的自升式钻井平台主尺度预测模型
• 4.3.4 自升式钻井平台的神经网络预测建模分析
• 4.4 本章小结
• 5 自升式钻井平台方案评价技术和先进性评价方法研究
• 5.1 系统评价
• 5.1.1 评价的实施
• 5.1.2 评价指标体系
• 5.1.3 常用的综合评价方法
• 5.1.4 对自升式钻井平台设计方案进行评价的重要性和复杂性
• 5.2 海洋平台方案评价指标体系和评价方法的研究现状
• 5.3 自升式钻井平台方案评价指标体系
• 5.4 自升式钻井平台方案评价方法研究
• 5.4.1 层次分析法
• 5.4.2 改进的灰关联分析法
• 5.5 自升式钻井平台方案评价技术应用实例
• 5.5.1 项目背景
• 5.5.2 可行设计方案简介
• 5.5.3 基于层次分析法的综合评价
• 5.5.4 基于改进的灰关联分析法的综合评价
• 5.5.5 计算结果分析
• 5.6 自升式钻井平台先进性评价方法研究
• 5.6.1 船舶与海洋平台先进性评价方法研究现状
• 5.6.2 自升式钻井平台先进性评价方法研究
• 5.6.3 算例
• 5.7 本章小结
• 6 自升式钻井平台方案设计智能决策支持系统研究
• 6.1 决策支持系统的基本原理
• 6.1.1 基本概念
• 6.1.2 决策支持系统
• 6.1.3 智能决策支持系统
• 6.2 自升式钻井平台方案设计
• 6.2.1 方案设计的概念和产品设计过程
• 6.2.2 自升式钻井平台方案设计阶段结构体系及设计流程
• 6.2.3 自升式钻井平台方案设计的特征
• 6.2.4 自升式钻井平台方案设计智能决策支持系统的问题求解
• 6.3 自升式钻井平台方案设计智能决策支持系统理论框架模型
• 6.3.1 系统框架结构
• 6.3.2 系统中模块的结构功能分析
• 6.4 系统的开发方法和工具选择
• 6.4.1 开发方法
• 6.4.2 系统开发界面
• 6.4.3 系统应用前景展望
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 研究工作回顾及结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 攻读博士学位期间参与的科研项目
• 致谢