深水半潜式钻井平台动力定位最优作业方向研究

从动力定位的角度,以深水半潜式钻井平台为研究对象,对其在不同方向环境载荷作用下的动力定位进行时域模拟,得到作业工况各角度下平台水平方向位移以及功率消耗的时历。通过最优精度方向角和最优功率方向角的求解,最终得到平台的最优作业方向,满足海洋平台正常作业高精度、低能耗的要求,为平台的工程作业实践提供参考,并为模型实验提出新的研究方向。     

深水半潜式钻井平台动力定位实时功率模拟研究

以某深水半潜式钻井平台为例,建立平台和推力系统模型,对风、浪、流环境载荷作用下的动力定位系统进行时域模拟,得到平台的运动时历和功率消耗,对平台动力定位的实时功率进行研究。为了验证数值计算的准确性,开展相关模型试验研究。旨在借助时域模拟来分析平台动力定位实时功率,通过模型试验来验证数值计算,检验了动力定位时域模拟的可靠性和优越性,为以后工程实际应用提供了重要的理论依据。     

深水半潜平台锚泊辅助动力定位系统功率消耗研究

以一艘半潜平台为例,对其推力器和锚泊系统进行合理的布置,在给定的环境载荷条件下,研究其在1 500 m水深时的定位情况。对比分析单独使用动力定位以及锚泊辅助动力定位系统等的定位能力及功率消耗。分析结果表明,在满足定位精度要求的前提下,如果单独使用动力定位,平台消耗功率过大,不够经济;使用锚泊辅助动力定位,则效果最佳,是较理想的定位方式。     

锚泊辅助动力定位系统艏向控制模式研究

锚泊辅助动力定位系统是一种将锚泊定位与动力定位结合起来的新型定位方式。对该系统的艏向控制模式进行了研究。在该模式下,控制系统将只对平台的艏向运动施加约束。同时对平台在该模式下的定位进行了时域模拟,并与锚泊定位和水平面三自由度均施加约束的全定位模式进行了对比。结果表明,在一般海况下,相比锚泊定位,该定位模式能显著提高平台的艏摇控制精度;相比全定位模式,该定位模式消耗的功率更小、更经济。艏向控制模式是锚泊辅助动力定位系统的一种工作模式,在相应海况条件下采取该定位模式,能够实现精确和经济的定位。     

深水半潜式钻井平台一阶运动对动力定位控制精度的影响

旨在研究装有动力定位系统的深水半潜式钻井平台中通常被设计过程忽略的海洋结构物一阶运动对动力定位控制精度的影响情况。首先分别计算得到半潜平台的一阶运动响应和动力定位平台的运动响应,叠加得到考虑一阶运动时的动力定位运动统计值。最后,通过对比考虑和不考虑一阶运动两种情况下平台的动力定位控制精度,验证一阶运动对动力定位控制精度的影响,为工程设计提供参考,建议平台设计和分析过程中应考虑由一阶运动造成的精度冗余。     

半潜平台锚泊辅助动力定位时域模拟研究

随着海洋油气资源开发逐渐走向深海,浮式结构物的定位能力越来越受到人们的重视。锚的泊辅助动力定位系统是将锚泊定位和动力定位相结合的一种新型海上定位系统。它具有安全性高、定位能力强、消耗功率小的特点。本文以某深水半潜式钻井平台为例,通过建立锚泊辅助动力定位时域模拟程序,分析平台在工作海况下的定位精度和功率消耗,并与相应海况下的动力定位进行比较。分析结果表明,该时域模拟程序能较为准确的地反映实际平台的定位情况。与动力定位相比,锚泊辅助动力定位能够取得更好的定位精度和较小的功率消耗,是更理想的定位方式。     

半潜式平台动力定位系统推进器失效时域模拟

针对某最新的深水半潜平台,应用PID控制策略和卡尔曼滤波技术相结合的方法对其动力定位能力进行了研究,重点关注在两台推进器于不同时刻分别失效后的平台运动和推进器功率消耗信息。在平台的运动时域分析中,通过采用数值模拟与实验验证相结合的方法来获得平台的水动力数据;而在推力分配过程中,以最小功率消耗为优化目标,并考虑了推进器的机械物理特性及水动力干扰造成的推力损失对推进器的推力进行了分配。结果表明编制的模拟软件具有理想的模拟效果,该平台在指定海况下动力定位能力良好。     

动力定位钻井平台井口作业指南的分析与计算

动力定位钻井平台已逐步被广泛应用于深水和超深水油气资源的勘探开发。由于面临复杂的海洋环境和作业环境,钻井平台可能会出现动力定位失效移位的紧急情况。文章在分析井口作业指南发展历史的基础上,基于国际上对井口作业指南的要求,研究钻井平台动力定位失效移位模式并对其进行分析,建立钻井平台井口作业指南红色界限值的计算方法,并自主开发相应计算软件;该软件可对钻井平台红色界限值、黄色界限值和警告界限值进行全面计算,完善井口作业指南,保证深水动力定位钻井平台的作业安全。     

基于强化学习的锚泊辅助动力定位系统智能决策研究

针对半潜平台锚泊辅助动力定位系统的最优定位点问题,设计了基于强化学习中深度神经网络的Q学习(DQN)控制策略的锚泊辅助动力定位的智能决策系统。该决策系统中DQN方法与比例—积分—微分(PID)控制方法相结合使用,实现系统优化。在基于机器人操作系统(ROS)平台的动力定位时域模拟程序中进行数值仿真,仿真结果验证了该系统在定位点决策问题上的可靠性和有效性,从而使半潜平台在面对未知海况时,均能寻找到最优定位点,在保证锚泊辅助动力定位系统可靠性的同时降低功率消耗,提高经济性。     

码头-缆绳-动力定位船舶耦合系统的时频特性分析

为研究系泊状态下动力定位船舶与码头及缆绳间的耦合作用,采取凝集质量法计算系泊缆索有效张力,设置弹簧阻尼单元用以计算码头碰垫间的非线性反力,应用比例-积分-微分控制系统(PID)进行推力控制。在系泊状态下,以动力定位船舶和无动力定位船舶为研究对象,分析了耦合系统中侧推器对消除因一阶波浪载荷而引起的船舶运动影响的作用;针对动力定位船舶,讨论了码头-缆绳及目标位置两个因素对动力定位船舶的定位能力及侧推器性能的影响。结果表明,在选取合理目标位置的情况下,耦合系统中的侧推器性能及动力定位船舶的定位能力均得到了有效提高。     

锚泊辅助动力定位系统单缆失效影响研究

针对半潜式钻井平台锚泊辅助动力定位系统在海上作业时可能会出现的单缆失效情况。以一艘半潜式平台为例,设计锚泊辅助动力定位系统。通过全动态时域模拟,研究不同的单缆失效模式对半潜式平台锚泊辅助动力定位系统功率消耗、定位精度、缆绳张力等的影响。根据分析结果,在极端海况下,松弛锚泊辅助动力定位系统的背风缆有助于降低定位系统的功率消耗,提高定位精度和系统的安全性,从而为锚泊辅助动力定位系统的工程应用提供一些参考。     

基于北斗定位导航系统的水下监测平台出水报警定位信标机设计与实现

由于海洋内部环境复杂多变,加之渔业捕捞作业范围和深度的逐步扩大,对水下监测平台的安全构成了极大威胁。而且,在水下平台的海上回收作业过程中,恶劣海况、海雾、海面光反射等不利因素无不给回收过程造成很大麻烦,一旦平台浮出海面后漂出视距范围,将面临丢失风险。文中借助北斗定位导航系统,结合压力检测电路,设计并实现了一种可用于水下平台意外出水报警、出水后实时定位的卫星定位信标机系统,经多次应用,证明性能稳定可靠。     

动力定位平台协同运动控制与栈桥运动响应研究

随着海上油气开采作业及海上风电运维项目对于人员安全性、舒适性提出的越来越高的要求,生活支持平台应运而生。生活支持平台与生产平台通过栈桥连接。如何在复杂的海洋环境中保持栈桥的安全性,对于保障人员生命安全,尽可能地延长作业时间以及节约项目运营成本都有着重要意义。针对一座配备动力定位系统的生活支持平台和一座锚泊辅助动力定位的生产平台以及它们之间搭载的栈桥展开研究。设计了基于一致性算法的跟踪控制器,以实现两平台间的协同运动控制,使两平台间的距离不超过栈桥的可伸缩长度范围。在此基础上,研究不同环境载荷方向下栈桥的运动响应情况。当环境载荷方向从0°变化到90°时,伸缩量和变幅角增大,而回转角减小,它们变化的频率也存在一定差异,其中回转角对于环境载荷方向的变化最为敏感。     

精密单点定位技术在海上工程中的应用

结合海上科研工程实践,对GPS精密单点定位模型及数据处理方法进行研究,并采取陆上静动态定位和海上动态定位试验进行了精密单点定位精度统计和分析。结果表明:在超出常规差分定位基线长度限制的广阔海域,采用精密单点定位技术可实现亚米级实时动态定位,为海上高精度实时动态定位应用提供了技术依据。     

一种基于视觉的水下机器人动力定位方法

以7 000 m载人潜水器的工程需求为背景,以水下单目摄像机为视觉传感器,进行了水下机器人动力定位方法研究。该动力定位方法利用视觉系统测量得到水下机器人与被观察目标之间的三维位姿关系,通过路径规划、位置控制和姿态控制分解,逐步使机器人由初始位姿逼近期望位姿并最终定位于期望位姿,从而实现了机器人的4自由度动力定位。通过水池实验验证了提出的动力定位方法,并且机器人能够抵抗恒定水流干扰和人工位置扰动。同时,该动力定位方法还可以实现机器人对被观察目标的自动跟踪。     

用于拆平台的双船协同动力定位试验研究

大型海洋结构物的退役和拆除是油气行业面临的一个巨大挑战。双船起重拆除法提供了一种低成本、高效、灵活的解决方案,该方案采用两艘具有动力定位功能的半潜运输船从平台两侧将平台上层组块托起,随后协同托举运输至第三艘半潜运输船上后转运送至陆地。在这个过程中涉及到两艘及三艘船的协同动力定位作业,这对动力定位系统的同步性具有很高要求。多船近距离协同动力定位会受到螺旋桨与螺旋桨、船体与船体及螺旋桨与船体之间的干扰,动力定位的性能会受到影响。为此开展了相应的水池模型试验研究,对复杂环境下多船协同动力定位性能进行了分析,包括定位精度、功率消耗等,并对动力定位风险点进行了深入研究,验证了双船起重拆除法的可行性,并对实际工程的施工提供一定指导意见。     

基于方向信息约束的遥感平台强跟踪定位算法

为了提高机载遥感平台在应对气流抖动和外界强干扰时的定位性能,在加速度自适应截断正态分布的基础上,通过Lagrange乘子法将速度方向信息约束到强跟踪滤波中,得到了基于方向信息约束的强跟踪定位算法。仿真表明:该算法通过在线控制使输出残差强制近似正交,充分利用了方向约束信息。与一般的强跟踪算法相比较,在提高定位精度的同时可及时响应空中机动,较好地解决了机载遥感平台在强机动干扰条件下的跟踪定位问题。     

海底大地基准建设技术及其研究进展

海底大地基准网将是新一代国家综合PNT（Positioning, Navigation and Timing）系统建设的重要组成,也是未来海洋立体观测系统的基础设施。联合全球卫星导航定位系统和声学测距的GNSS-声学定位技术可用于高精度水下定位,直接服务于海底大地基准网建设。本文聚焦海底大地基准建设技术,简要梳理了国内外水下声学导航定位技术及系统背景,分析总结了海底大地基准建设的站址勘选及布放技术要点,在讨论GNSS-声学观测平台和数据采集技术基础上,重点探讨了GNSS-声学定位的数据处理方法研究进展,最后简单介绍了GNSS-声学的当前主要应用并展望了未来海底大地基准建设的技术需求和应用问题。