深海半潜式钻井平台动力定位能力分析

论文摘要

动力定位系统设计对工程师提出了有别于传统船舶与海洋工程定位系统的新要求,要求一系列适合于动力定位应用的分析手段和设计方法。评估和分析平台动力定位系统能力的方法主要有两种:动力定位能力曲线和动力定位动态时域模拟。首先介绍了动力定位系统的组成和工作原理,包括位置测量系统,推力系统,控制系统等。本文以一艘半潜式钻井平台为对象,首先对其环境载荷进行建模计算,重点讨论了波浪漂移力的计算。然后结合推力系统的建模计算上完成了定位能力曲线,对动力定位系统的几种失效模式进行分析,验证了平台动力定位系统的可靠性。动力定位动态时域模拟则从运行的经济性方面予以考虑,考虑了不同水深、不同外界环境对平台动力定位系统功率消耗的影响,确定了平台动力定位系统工作的极限水深,以保障平台工作的安全性。最后根据已经设计制作好的的平台和动力定位系统模型(缩尺比为1:50),对半潜式钻井平台在正常钻井工况和隔水管连接工况下进行动力定位模型试验,试验包括推力系统推力器全部正常工作和一对推力器失效的情况,对动力定位的精度和功率消耗进行监测和分析,检验了动力定位系统的可靠性。本文的工作为实际工程设计提供了极具价值的参考,为动力定位能力的评估提供了重要的方法手段。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 半潜式平台及其定位方式
• 1.2.1 半潜式平台简介
• 1.2.2 半潜式平台的定位方式
• 1.3 本论文研究内容
• 1.3.1 研究目的和研究内容
• 1.3.2 本论文创新性
• 第二章 动力定位系统介绍
• 2.1 动力定位的定义及发展应用
• 2.2 动力定位相关规范
• 2.3 动力定位系统组成部分介绍
• 2.3.1 位置测量系统
• 2.3.2 推力系统
• 2.3.3 控制系统
• 2.4 本章小结
• 第三章 半潜钻井平台数学模型及环境外载荷计算
• 3.1 数学模型
• 3.2 环境外载荷计算
• 3.2.1 风载荷计算
• 3.2.2 海流载荷计算
• 3.2.3 波浪漂移力的理论和计算
• 3.2.4 总环境载荷
• 3.3 本章小结
• 第四章 半潜式平台动力定位能力曲线计算
• 4.1 动力定位能力曲线计算方法
• 4.1.1 定位能力曲线的计算要求
• 4.1.2 定位能力曲线计算流程
• 4.2 推力系统参数和环境描述
• 4.3 定位能力曲线结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 半潜钻井平台动力定位时域模拟
• 5.1 半潜钻井平台动力定位的动态模拟方法
• 5.1.1 运动模拟流程
• 5.1.2 运动方程
• 5.1.3 控制系统模型
• 5.1.4 推力系统模型
• 5.2 半潜式平台的动力定位动态模拟实例
• 5.2.1 参数设定
• 5.2.2 影响动力定位系统的几个因素
• 5.3 本章小结
• 第六章 半潜钻井平台动力定位模型试验
• 6.1 相似法则与坐标系
• 6.1.1 相似法则
• 6.1.2 缩尺比的选取
• 6.1.3 坐标系
• 6.2 半潜钻井平台模型概述
• 6.2.1 平台模型
• 6.2.2 动力定位推力系统
• 6.2.3 控制系统
• 6.3 海洋环境条件及模拟
• 6.3.1 海洋环境条件
• 6.3.2 试验设备
• 6.3.3 海洋环境条件模拟
• 6.4 实验结果及分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 主要工作总结
• 7.2 进一步研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 在学期间科研成果、获奖及专利情况