動力定位模型試驗深水鉆井船

1、動力定位模型試驗動力定位模型試驗深水鉆井船工程項目組深水鉆井船工程項目組2008年年7月月 22 2 海洋石油海洋石油981 981 動力定位模型試驗動力定位模型試驗n 概述概述n 試驗設施試驗設施n 試驗模型試驗模型n 試驗工況試驗工況n 試驗結果試驗結果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（井平臺（DDUDDU）是世界上最先進的、全自動定位）是世界上最先進的、全自動定位（DPS-3DPS-3）的）的 第六代鉆井平臺。在有效波高第六代鉆井平臺。在有效波高6m, 6m, 風速風速4545節(jié)，流速節(jié)，流速1.81.8節(jié)的海況

2、條件下，平臺的自節(jié)的海況條件下，平臺的自動定位系統(tǒng)能使平臺的運動漂移量控制在動定位系統(tǒng)能使平臺的運動漂移量控制在5%5%水深水深之內，以滿足正常鉆井的要求。平臺的之內，以滿足正常鉆井的要求。平臺的8 8 套推進套推進系統(tǒng)中即使有系統(tǒng)中即使有2 2套失效，平臺的自動定位系統(tǒng)仍套失效，平臺的自動定位系統(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 述述為了驗證平臺的自動定位系統(tǒng)的有效性，深水半為了驗證平臺的自動定位系統(tǒng)的有效性，深水半潛式鉆井船項目組于潛式鉆井船項目組于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, 簡稱簡稱MARINMARIN）進行動力定位水池模型試驗。這種）進行動力定位水池模型試驗。這種用真實的模型螺旋槳安裝在模型平臺下，在計算用真實的模型螺旋槳安裝在模型平臺下，在計算機程序控制下進行動力定位模型試驗，目前在世機程序控制下進行動力定位模型試驗，目前在世界上只有荷蘭、瑞典等少數(shù)幾個國家能夠進行，界上只有荷蘭、瑞典等少數(shù)幾個國家能夠進行，我國目前還沒有開展這種試驗。我國目前還沒有開展這種試驗。 55 5 試驗設施試驗設施n 概述概述n 試驗設施試驗設施n 試驗模型試驗模型n 試驗

4、工況試驗工況n 試驗結果試驗結果66 6試驗設施試驗設施MARINMARIN是荷蘭國家實驗室，成立于是荷蘭國家實驗室，成立于19321932年，年，至今已有至今已有7676年的試驗研究經驗。目前，年的試驗研究經驗。目前，MARINMARIN已經擁有已經擁有7 7個用于不同研究目的的試驗個用于不同研究目的的試驗水池。動力定位模型試驗是在海洋工程水池水池。動力定位模型試驗是在海洋工程水池（Offshore BasinOffshore Basin）進行的。）進行的。 77 7試驗設施試驗設施 MARIN 海洋工程水池的尺度為海洋工程水池的尺度為: 長長 45m 寬寬 36m 深深 10.5m 帶有可

5、上下移動的假底，以模擬不同的帶有可上下移動的假底，以模擬不同的水深水深.在水池的中間有一個直徑為在水池的中間有一個直徑為5m, 深深20m的井，用于深水模型試驗。的井，用于深水模型試驗。 88 8試驗設施試驗設施99 9試驗設施試驗設施101010試驗設施試驗設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, ,可以造長峰波，也可造短峰波（世界可以造長峰波，也可造短峰波（世界上只有少數(shù)幾個水池能造短峰波，短峰波更接上只有少數(shù)幾個水池能造短峰波，短峰波更接近海洋實際情況）；可以造曲線形的流剖面，近海洋實際情況）；可以造曲線形的流剖面，即模擬海洋的實

6、際情況，在不同的水深處海流即模擬海洋的實際情況，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試驗設施試驗設施121212試驗設施試驗設施131313試驗設施試驗設施141414試驗設施試驗設施Offshore Basin 也可以模擬從各個方向來的風也可以模擬從各個方向來的風速。風浪、流可以同向，也可以不同向?？傊?。風浪、流可以同向，也可以不同向?？傊梢阅M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。試驗所使用的傳感器、模擬元件和測試設備都試驗所使用的傳感器、模擬元件和測試設備都是世界一流的。是世界一流的。 151515試驗設施試驗設施161616 CN

7、OOC DDU 動力定位模型試驗動力定位模型試驗n 概述概述n 試驗設施試驗設施n 試驗模型試驗模型n 試驗工況試驗工況n 試驗結果試驗結果171717試驗模型試驗模型DDU模型的縮尺比為模型的縮尺比為1 : 50螺旋槳和導流管的尺寸、推進功率螺旋槳和導流管的尺寸、推進功率 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驅動的槳是由微型電機驅動的螺旋槳的安裝位置也完全模擬實船螺旋槳的安裝位置也完全模擬實船 181818試驗模型試驗模型191919試驗模型試驗模型202020試驗模型試驗模型212121試驗模型試驗模型8個螺旋槳是由安裝在模

8、型平臺上的計算機用個螺旋槳是由安裝在模型平臺上的計算機用程序進行控制的。由程序進行控制的。由MARIN編制的編制的RUNSIM程序具有操控實船一樣的功能，它可根據接收程序具有操控實船一樣的功能，它可根據接收到的風、浪、流力的信號來控制推進器的方向到的風、浪、流力的信號來控制推進器的方向和發(fā)出推力的大小，以抵御環(huán)境力，控制平臺和發(fā)出推力的大小，以抵御環(huán)境力，控制平臺的漂移量，保持平臺位置在設計允許的范圍之的漂移量，保持平臺位置在設計允許的范圍之內。模型試驗完全模擬了實船的動力定位操控內。模型試驗完全模擬了實船的動力定位操控性能性能 。222222試驗模型試驗模型232323 CNOOC DDU

9、動力定位模型試驗動力定位模型試驗n 概述概述n 試驗設施試驗設施n 試驗模型試驗模型n 試驗工況試驗工況n 試驗結果試驗結果242424試驗工況試驗工況 DDU的動力定位模型試驗共做了的動力定位模型試驗共做了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, 風速風速45節(jié)，流節(jié)，流1.8節(jié)，風、浪、流同向），做了節(jié)，風、浪、流同向），做了3種種6臺推進器工作（臺推進器工作（2臺失效）工況和臺失效）工況和3種種8臺推進臺推進器工作工況。器工作工況。 252525試驗工況試驗工況1、平臺迎浪，、平臺迎浪，6臺推進器工作（假定兩對角各臺推進器工作（假定兩對角各

10、1臺推進器失效）；臺推進器失效）；2、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），6臺推進器工作；臺推進器工作；3、平臺橫浪，、平臺橫浪，6臺推進器工作；臺推進器工作；4、臺迎浪，、臺迎浪，8臺推進器工作；臺推進器工作；5、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），8臺推進器工作；臺推進器工作；6、平臺橫浪，、平臺橫浪，8臺推進器工作。臺推進器工作。 262626試驗工況試驗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, 風速風速50節(jié)，流節(jié)，流2節(jié)，風、浪、流同向）也節(jié)，風、浪、流同向）也做了做了6種工況種工況 272727試驗工況試驗工況1、平臺迎浪，、平臺迎

11、浪，6臺推進器工作（假定兩對角各臺推進器工作（假定兩對角各1臺推進器失效）；臺推進器失效）；2、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），6臺推進器工作；臺推進器工作；3、平臺橫浪，、平臺橫浪，6臺推進器工作；臺推進器工作；4、平臺迎浪，、平臺迎浪，8臺推進器工作；臺推進器工作；5、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），8臺推進器工作；臺推進器工作；6、平臺橫浪，、平臺橫浪，8臺推進器工作。臺推進器工作。282828試驗工況試驗工況推進器之間的相互影響試驗。推進器之間的相互影響試驗。 由于平臺的每個下浮體的前部與后部都有由于平臺的每個下浮體的前部與后部都有2個推個推進器，而且安裝距離比較近，當一個

12、螺旋槳處進器，而且安裝距離比較近，當一個螺旋槳處于另一個螺旋槳的尾流中時，螺旋槳的效率將于另一個螺旋槳的尾流中時，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個推進器的方位角，以便廠家在編制自動定個推進器的方位角，以便廠家在編制自動定位控制程序時避開這些方位角。位控制程序時避開這些方位角。 292929試驗工況試驗工況2007年年7月月4日開始做日開始做DP試驗準備，試驗準備，7月月13日日DP試驗全部結束，僅試驗全部結束，僅DP試驗就做了整整試驗就做了整整8天，試驗做得比較順利天，試驗做得比較順利下圖是下圖是DP試驗中的試驗中的DDU

13、303030試驗工況試驗工況313131 CNOOC DDU 動力定位模型試驗動力定位模型試驗n 概述概述n 試驗設施試驗設施n 試驗模型試驗模型n 試驗工況試驗工況n 試驗結果試驗結果323232試驗結果試驗結果 模型試驗結果直接換算到實船。模型試驗結果直接換算到實船。12種工況種工況的的DP試驗結果試驗結果 匯總于下表：匯總于下表： 333333試驗結果試驗結果343434試驗結果試驗結果試驗結果表明，當水深超過試驗結果表明，當水深超過1500m時，時，DDU的的動力定動力定 位系統(tǒng)完全能夠保證平臺在設計作業(yè)環(huán)位系統(tǒng)完全能夠保證平臺在設計作業(yè)環(huán)境條件下進行正常的鉆井作業(yè)，也能保證平臺境條件

14、下進行正常的鉆井作業(yè)，也能保證平臺在隔水套管連接環(huán)境條件下安全待機。在隔水套管連接環(huán)境條件下安全待機。試驗證明：試驗證明：DDU船型是可靠的，其運動性能與船型是可靠的，其運動性能與定位性能是沒有問題的。定位性能是沒有問題的。 353535試驗結果試驗結果下圖顯示兩個相鄰推進器之間的相互影響引起下圖顯示兩個相鄰推進器之間的相互影響引起的推進效率的降低。的推進效率的降低。當一個推進器處于另一個推進器的尾流中時，當一個推進器處于另一個推進器的尾流中時，其推進效率最多將下降其推進效率最多將下降30%-40% 363636試驗結果試驗結果373737試驗結果試驗結果為了避免在實際操作中推進器的效率下降太為了避免在實際操作中推進器的效率下降太多、推力損失太大，在自動定位控制程序編多、推力損失太大，在自動定位控制程序編制時，要設定各個推進器的禁用區(qū)。下面是制時，要設定各個推進器的禁用區(qū)。下面