动力定位模型试验－深水钻井船

海洋石油981动力定位模型试验深水钻井船工程项目组2008年7月,2,海洋石油981动力定位模型试验,概述试验设施试验模型试验工况试验结果,3,概述,中国海洋石油总公司建造的第一条深水半潜式钻井平台（DDU）是世界上最先进的、全自动定位（DPS-3）的第六代钻井平台。在有效波高6m,风速45节，流速1.8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5%水深之内，以满足正常钻井的要求。平台的8套推进系统中即使有2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。,4,概述,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2007年7月委托荷兰船舶及海洋工程研究院（MaritimeResearchInstitute,简称MARIN）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，我国目前还没有开展这种试验。,5,试验设施,概述试验设施试验模型试验工况试验结果,6,试验设施,MARIN是荷兰国家实验室，成立于1932年，至今已有76年的试验研究经验。目前，MARIN已经拥有7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（OffshoreBasin）进行的。,7,试验设施,MARIN海洋工程水池的尺度为:长45m宽36m深10.5m带有可上下移动的假底，以模拟不同的水深.在水池的中间有一个直径为5m,深20m的井，用于深水模型试验。,8,试验设施,9,试验设施,10,试验设施,在海洋工程水池中可以从纵向和横向两面造不规则波,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，短峰波更接近海洋实际情况）；可以造曲线形的流剖面，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。,11,试验设施,12,试验设施,13,试验设施,14,试验设施,OffshoreBasin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，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是世界一流的。,15,试验设施,16,CNOOCDDU动力定位模型试验,概述试验设施试验模型试验工况试验结果,17,试验模型,DDU模型的缩尺比为1:50螺旋桨和导流管的尺寸、推进功率以及推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螺旋桨的安装位置也完全模拟实船,18,试验模型,19,试验模型,20,试验模型,21,试验模型,8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MARIN编制的RUNSIM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内。模型试验完全模拟了实船的动力定位操控性能。,22,试验模型,23,CNOOCDDU动力定位模型试验,概述试验设施试验模型试验工况试验结果,24,试验工况,DDU的动力定位模型试验共做了12种工况：在钻井作业环境条件下（有效波高6m,风速45节，流1.8节，风、浪、流同向），做了3种6台推进器工作（2台失效）工况和3种8台推进器工作工况。,25,试验工况,1、平台迎浪，6台推进器工作（假定两对角各1台推进器失效）；2、艏斜浪（45斜浪），6台推进器工作；3、平台横浪，6台推进器工作；4、台迎浪，8台推进器工作；5、艏斜浪（45斜浪），8台推进器工作；6、平台横浪，8台推进器工作。,26,试验工况,在隔水套管连接作业环境条件下（有效波高6m,风速50节，流2节，风、浪、流同向）也做了6种工况,27,试验工况,1、平台迎浪，6台推进器工作（假定两对角各1台推进器失效）；2、艏斜浪（45斜浪），6台推进器工作；3、平台横浪，6台推进器工作；4、平台迎浪，8台推进器工作；5、艏斜浪（45斜浪），8台推进器工作；6、平台横浪，8台推进器工作。,28,试验工况,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2个推进器，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，螺旋桨的效率将降低。为了找到引起螺旋桨效率显著下降的相邻2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。,29,试验工况,2007年7月4日开始做DP试验准备，7月13日DP试验全部结束，仅DP试验就做了整整8天，试验做得比较顺利下图是DP试验中的DDU,30,试验工况,31,CNOOCDDU动力定位模型试验,概述试验设施试验模型试验工况试验结果,32,试验结果,模型试验结果直接换算到实船。12种工况的DP试验结果汇总于下表：,33,试验结果,34,试验结果,试验结果表明，当水深超过1500m时，DDU的动力定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，也能保证平台在隔水套管连接环境条件下安全待机。试验证明：DDU船型是可靠的，其运动性能与定位性能是没有问题的。,35,试验结果,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。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30%-40%,36,试验结果,37,试验结果,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制时，要设定各个推进器的禁用区。下