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。     

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。     

锚泊辅助动力定位系统推力器故障模式影响分析

锚泊辅助动力定位是将锚泊定位和动力定位相结合的一种新型位置控制系统。以某深水半潜式钻井平台为例,通过时域模拟分析了两个推力器失效模式对平台锚泊辅助动力定位系统定位精度、功率消耗及缆绳张力的影响。分析结果可以看出,深水作业时平台同一配电板上两推力器失效对平台水平偏移有很大影响,可通过减小或取消失效推力器相邻推力器的禁止角及拉紧迎风缆并松弛背风缆的方法来减小平台偏移,节约功耗,为动力定位系统的故障模式与影响分析提供了参考。     

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。     

基于人工神经网络的半潜平台动力定位系统推力分配策略研究

针对带有禁止角的半潜平台动力定位系统推力分配算法功率较大的问题,提出了一种基于人工神经网络拟合桨—桨干扰推力损失函数的序列二次规划推力分配算法。该方法考虑了半潜平台桨—桨干扰造成的推力损失,引入推力系数来表达推力损失。利用人工神经网络拟合推力系数,将推力损失加入到推力分配的数学模型中,取消了禁止角。采用序列二次规划求解推力分配数学模型。最后以某半潜式钻井平台为例,选取三种浪向角工况进行推力分配仿真模拟,结果显示该算法在高效分配定位所需推力的同时有效减小了功率消耗,应用前景广泛。     

半潜式平台动力定位系统控制力动态约束分配法

半潜式平台动力定位推力分配系统通过计算每个推力器的推力和推力角,将控制力分配到推力系统的各推力器上。基于系统耗能最小模式,根据推力器之间的损失模型,通过动态设置推力可行域,将推力分配问题转化为求解二次型优化模型。考虑推力器的物理性能,以推力变化率和转角变化速率为控制参数,利用序列二次规划法得到数值计算结果。该方法充分考虑推力器的物理性能,降低推力器的机械磨损,且可以避免处理可行域为非凸集问题,有效地提高推力器的推力效率。     

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。     

推进器失效对深海采矿船动力定位性能的影响分析

深海中蕴藏着丰富的矿产资源,深海采矿船是深海采矿的重要装备,通过动力定位系统控制采矿船的海上位置,动力定位系统由若干推进器组成。采矿船在海上受到风浪流作用,推进器一旦失效极易发生采矿船运动失控等安全事故,本文研究推进器不同失效方式下动力定位性能,分析推进器不同失效方式动力定位功能的损失。根据势流理论计算波浪载荷,数值模拟深海采矿船不同位置的单个推进器失效和多个推进器失效方式下的时域运动响应,对比各种失效方式对深海采矿船纵荡、横荡、艏摇三个自由度运动的影响,分析各种失效方式对剩余推进器推力的影响。研究结果表明：采矿船空载90°浪向,推进器不同失效模式对于纵荡运动影响远小于对横荡和艏摇运动影响,船艉单推进器失效对于纵荡和艏摇动力定位的影响大于两个推进器失效影响;对于采矿船多自由度运动动力定位两个推进器失效大于单推进器失效影响;一侧两个推进器或两侧推进器同时失效,对动力定位的影响相同,对于横荡运动的影响最大。本文揭示了深海采矿船推进器失效对于采矿船运动的影响程度和机理,对于深海采矿船的安全作业具有指导意义。     

深水半潜式钻井平台DP3动力定位系统设计和应用

海洋石油气开采向着更深的水域和更恶劣的环境进军,随着水深的增加,传统的锚泊定位系统因锚链重量的增加和平台甲板可变载荷的减少已不能满足深水海洋石油气勘探开采装置的定位要求,代之以数字计算机控制技术的动力定位系统(DP3)。其通过不断地检测平台实际位置与目标位置的偏差,产生控制指令并通过控制系统分配到对应的推进器上,使平台保持在设定的位置上或沿设定的轨迹运动。针对某3 000 m深水半潜式钻井平台项目,对DP3动力定位系统的设计和应用进行了介绍,并对平台的动力定位系统和辅助系统进行了FMEA分析。     

Design and reliability analysis of DP-3 dynamic positioning control architecture

As the exploration and exploitation of oil and gas proliferate throughout deepwater area,the requirements on the reliability of dynamic positioning system become increasingly stringent.The control objective ensuring safety operation at deep water will not be met by a single controller for dynamic positioning.In order to increase the availability and reliability of dynamic positioning control system,the triple redundancy hardware and software control architectures were designed and developed according to the safe specifications of DP-3 classification notation for dynamically positioned ships and rigs.The hardware redundant configuration takes the form of triple-redundant hot standby configuration including three identical operator stations and three real-time control computers which connect each other through dual networks.The function of motion control and redundancy management of control computers were implemented by software on the real-time operating system VxWorks.The software realization of task loose synchronization,majority voting and fault detection were presented in details.A hierarchical software architecture was planed during the development of software,consisting of application layer,real-time layer and physical layer.The behavior of the DP-3 dynamic positioning control system was modeled by a Markov model to analyze its reliability.The effects of variation in parameters on the reliability measures were investigated.The time domain dynamic simulation was carried out on a deepwater drilling rig to prove the feasibility of the proposed control architecture.     

动力定位系统发展状况及研究方法

动力定位系统（Dynamic Positioning System)是一种闭环的控制系统，其采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上，其定位成本不会随着水深增加而增加，并且操作也比较方便。本文对动力定位系统发展及各组成部分进行了介绍，以期对动力定位系统有个比较完整的认识。     

立管对深水半潜式生产平台定位性能影响研究

基于三维频域势流理论,计算船体的水动力参数;采用动态耦合方法分析了深海半潜式生产平台各系统之间的相互作用特征,研究了立管系统对锚泊系统定位能力的影响。计算结果表明,立管系统在一定程度上增加了整个系统的刚度,其所受的附加质量和阻尼可降低平台的低频响应,从而降低平台的偏移和系泊缆的张力;海流将增大立管上的拖曳力,使平台偏移更远,锚索上的张力更大;立管系统对锚泊系统定位性能的最终影响需综合考虑多种因素的叠加。对目标平台而言,由于服役海域的流速较大,对立管的拖曳作用较为明显。因此,为确保平台的安全性,当服役海域流速较大时,带有多立管的平台,其锚泊系统的设计应考虑立管的影响。     

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。     

海上浮体动力定位外力计算

动力定位系统（dynamic positioning system）是一种闭环自动控制系统,采用推力器来抵抗风、浪、流等作用在浮体上的境力,使其保持在所要求的位置上。船舶的风和流作用力由经验公式求得,波浪力主要考虑二阶漂移力,由三维势流理论的直接积分法求得。通过模拟仿真,表明其结果能够用于船舶动力定位系统研究。     

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。