动力定位模型试验深水钻井船

1、动力定位模型试验动力定位模型试验深水钻井船工程项目组深水钻井船工程项目组2008年年7月月 22 2 海洋石油海洋石油981 981 动力定位模型试验动力定位模型试验n 概述概述n 试验设施试验设施n 试验模型试验模型n 试验工况试验工况n 试验结果试验结果33 3概概 述述中国海洋石油总公司建造的第一条深水半潜式钻中国海洋石油总公司建造的第一条深水半潜式钻井平台（井平台（DDUDDU）是世界上最先进的、全自动定位）是世界上最先进的、全自动定位（DPS-3DPS-3）的）的 第六代钻井平台。在有效波高第六代钻井平台。在有效波高6m, 6m, 风速风速4545节，流速节，流速1.81.8节的海况

2、条件下，平台的自节的海况条件下，平台的自动定位系统能使平台的运动漂移量控制在动定位系统能使平台的运动漂移量控制在5%5%水深水深之内，以满足正常钻井的要求。平台的之内，以满足正常钻井的要求。平台的8 8 套推进套推进系统中即使有系统中即使有2 2套失效，平台的自动定位系统仍套失效，平台的自动定位系统仍然能保持船位，保证正常的钻井作业。然能保持船位，保证正常的钻井作业。 44 4概概 述述为了验证平台的自动定位系统的有效性，深水半为了验证平台的自动定位系统的有效性，深水半潜式钻井船项目组于潜式钻井船项目组于20072007年年7 7月委托荷兰船舶及月委托荷兰船舶及海洋工程研究院（海洋工程研究院（

3、Maritime Maritime ResearchInstituteResearchInstitute, , 简称简称MARINMARIN）进行动力定位水池模型试验。这种）进行动力定位水池模型试验。这种用真实的模型螺旋桨安装在模型平台下，在计算用真实的模型螺旋桨安装在模型平台下，在计算机程序控制下进行动力定位模型试验，目前在世机程序控制下进行动力定位模型试验，目前在世界上只有荷兰、瑞典等少数几个国家能够进行，界上只有荷兰、瑞典等少数几个国家能够进行，我国目前还没有开展这种试验。我国目前还没有开展这种试验。 55 5 试验设施试验设施n 概述概述n 试验设施试验设施n 试验模型试验模型n 试验

4、工况试验工况n 试验结果试验结果66 6试验设施试验设施MARINMARIN是荷兰国家实验室，成立于是荷兰国家实验室，成立于19321932年，年，至今已有至今已有7676年的试验研究经验。目前，年的试验研究经验。目前，MARINMARIN已经拥有已经拥有7 7个用于不同研究目的的试验个用于不同研究目的的试验水池。动力定位模型试验是在海洋工程水池水池。动力定位模型试验是在海洋工程水池（Offshore BasinOffshore Basin）进行的。）进行的。 77 7试验设施试验设施 MARIN 海洋工程水池的尺度为海洋工程水池的尺度为: 长长 45m 宽宽 36m 深深 10.5m 带有可

5、上下移动的假底，以模拟不同的带有可上下移动的假底，以模拟不同的水深水深.在水池的中间有一个直径为在水池的中间有一个直径为5m, 深深20m的井，用于深水模型试验。的井，用于深水模型试验。 88 8试验设施试验设施99 9试验设施试验设施101010试验设施试验设施在海洋工程水池中可以从纵向和横向两面造不在海洋工程水池中可以从纵向和横向两面造不规则波规则波, ,可以造长峰波，也可造短峰波（世界可以造长峰波，也可造短峰波（世界上只有少数几个水池能造短峰波，短峰波更接上只有少数几个水池能造短峰波，短峰波更接近海洋实际情况）；可以造曲线形的流剖面，近海洋实际情况）；可以造曲线形的流剖面，即模拟海洋的实

6、际情况，在不同的水深处海流即模拟海洋的实际情况，在不同的水深处海流的速度是不一样的。的速度是不一样的。111111试验设施试验设施121212试验设施试验设施131313试验设施试验设施141414试验设施试验设施Offshore Basin 也可以模拟从各个方向来的风也可以模拟从各个方向来的风速。风浪、流可以同向，也可以不同向。总之，速。风浪、流可以同向，也可以不同向。总之，可以模拟各种不同的海洋环境条件。可以模拟各种不同的海洋环境条件。试验所使用的传感器、模拟元件和测试设备都试验所使用的传感器、模拟元件和测试设备都是世界一流的。是世界一流的。 151515试验设施试验设施161616 CN

7、OOC DDU 动力定位模型试验动力定位模型试验n 概述概述n 试验设施试验设施n 试验模型试验模型n 试验工况试验工况n 试验结果试验结果171717试验模型试验模型DDU模型的缩尺比为模型的缩尺比为1 : 50螺旋桨和导流管的尺寸、推进功率螺旋桨和导流管的尺寸、推进功率 以及推以及推力都是按相似原理按比例缩小的。模型螺旋力都是按相似原理按比例缩小的。模型螺旋桨是由微型电机驱动的桨是由微型电机驱动的螺旋桨的安装位置也完全模拟实船螺旋桨的安装位置也完全模拟实船 181818试验模型试验模型191919试验模型试验模型202020试验模型试验模型212121试验模型试验模型8个螺旋桨是由安装在模

8、型平台上的计算机用个螺旋桨是由安装在模型平台上的计算机用程序进行控制的。由程序进行控制的。由MARIN编制的编制的RUNSIM程序具有操控实船一样的功能，它可根据接收程序具有操控实船一样的功能，它可根据接收到的风、浪、流力的信号来控制推进器的方向到的风、浪、流力的信号来控制推进器的方向和发出推力的大小，以抵御环境力，控制平台和发出推力的大小，以抵御环境力，控制平台的漂移量，保持平台位置在设计允许的范围之的漂移量，保持平台位置在设计允许的范围之内。模型试验完全模拟了实船的动力定位操控内。模型试验完全模拟了实船的动力定位操控性能性能 。222222试验模型试验模型232323 CNOOC DDU

9、动力定位模型试验动力定位模型试验n 概述概述n 试验设施试验设施n 试验模型试验模型n 试验工况试验工况n 试验结果试验结果242424试验工况试验工况 DDU的动力定位模型试验共做了的动力定位模型试验共做了12种工况：种工况： 在钻井作业环境条件下（有效波高在钻井作业环境条件下（有效波高6m, 风速风速45节，流节，流1.8节，风、浪、流同向），做了节，风、浪、流同向），做了3种种6台推进器工作（台推进器工作（2台失效）工况和台失效）工况和3种种8台推进台推进器工作工况。器工作工况。 252525试验工况试验工况1、平台迎浪，、平台迎浪，6台推进器工作（假定两对角各台推进器工作（假定两对角各

10、1台推进器失效）；台推进器失效）；2、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），6台推进器工作；台推进器工作；3、平台横浪，、平台横浪，6台推进器工作；台推进器工作；4、台迎浪，、台迎浪，8台推进器工作；台推进器工作；5、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），8台推进器工作；台推进器工作；6、平台横浪，、平台横浪，8台推进器工作。台推进器工作。 262626试验工况试验工况在隔水套管连接作业环境条件下（有效波高在隔水套管连接作业环境条件下（有效波高6m, 风速风速50节，流节，流2节，风、浪、流同向）也节，风、浪、流同向）也做了做了6种工况种工况 272727试验工况试验工况1、平台迎浪，、平台迎

11、浪，6台推进器工作（假定两对角各台推进器工作（假定两对角各1台推进器失效）；台推进器失效）；2、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），6台推进器工作；台推进器工作；3、平台横浪，、平台横浪，6台推进器工作；台推进器工作；4、平台迎浪，、平台迎浪，8台推进器工作；台推进器工作；5、艏斜浪（、艏斜浪（45斜浪），斜浪），8台推进器工作；台推进器工作；6、平台横浪，、平台横浪，8台推进器工作。台推进器工作。282828试验工况试验工况推进器之间的相互影响试验。推进器之间的相互影响试验。 由于平台的每个下浮体的前部与后部都有由于平台的每个下浮体的前部与后部都有2个推个推进器，而且安装距离比较近，当一个

12、螺旋桨处进器，而且安装距离比较近，当一个螺旋桨处于另一个螺旋桨的尾流中时，螺旋桨的效率将于另一个螺旋桨的尾流中时，螺旋桨的效率将降低。为了找到引起螺旋桨效率显著下降的相降低。为了找到引起螺旋桨效率显著下降的相邻邻2个推进器的方位角，以便厂家在编制自动定个推进器的方位角，以便厂家在编制自动定位控制程序时避开这些方位角。位控制程序时避开这些方位角。 292929试验工况试验工况2007年年7月月4日开始做日开始做DP试验准备，试验准备，7月月13日日DP试验全部结束，仅试验全部结束，仅DP试验就做了整整试验就做了整整8天，试验做得比较顺利天，试验做得比较顺利下图是下图是DP试验中的试验中的DDU

13、303030试验工况试验工况313131 CNOOC DDU 动力定位模型试验动力定位模型试验n 概述概述n 试验设施试验设施n 试验模型试验模型n 试验工况试验工况n 试验结果试验结果323232试验结果试验结果 模型试验结果直接换算到实船。模型试验结果直接换算到实船。12种工况种工况的的DP试验结果试验结果 汇总于下表：汇总于下表： 333333试验结果试验结果343434试验结果试验结果试验结果表明，当水深超过试验结果表明，当水深超过1500m时，时，DDU的的动力定动力定 位系统完全能够保证平台在设计作业环位系统完全能够保证平台在设计作业环境条件下进行正常的钻井作业，也能保证平台境条件

14、下进行正常的钻井作业，也能保证平台在隔水套管连接环境条件下安全待机。在隔水套管连接环境条件下安全待机。试验证明：试验证明：DDU船型是可靠的，其运动性能与船型是可靠的，其运动性能与定位性能是没有问题的。定位性能是没有问题的。 353535试验结果试验结果下图显示两个相邻推进器之间的相互影响引起下图显示两个相邻推进器之间的相互影响引起的推进效率的降低。的推进效率的降低。当一个推进器处于另一个推进器的尾流中时，当一个推进器处于另一个推进器的尾流中时，其推进效率最多将下降其推进效率最多将下降30%-40% 363636试验结果试验结果373737试验结果试验结果为了避免在实际操作中推进器的效率下降太为了避免在实际操作中推进器的效率下降太多、推力损失太大，在自动定位控制程序编多、推力损失太大，在自动定位控制程序编制时，要设定各个推进器的禁用区。下面是制时，要设定各个推进器的禁用区。下面