半潜式钻井平台动力定位推力系统理论设计及模型试验研究.pdf

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1、上海交通大学硕士学位论文摘要半潜式钻井平台动力定位推力系统理论设计及模型试验研究摘要随着我国深海石油开采事业的发展，传统船舶与海洋工程定位系统显然已经不能满足深海钻井平台正常作业的需求，而新型的动力定位系统不受水深等条件的制约，成为近年来开发深海石油的关键技术之一。本文以一座半潜式钻井平台动力定位推力系统理论设计及模型试验研究中心，根据对钻井平台所受风浪流外载荷的理论计算和模型试验研究(缩尺比1:50)结果，进行动力定位推力系统进行设计，并开展推力系统的模型试验研究，探讨了应用于动力定位推力系统的设计方法，引入了带有动力定位推力

2、系统的半潜钻井平台动态时域模拟方法。本文介绍了动力定位系统的组成和工作原理，包括位置测量系统，推力系统，控制系统等。为获取准确的环境载荷资料以供推力系统设计和分析所用，对半潜式平台进行了动力定位外载荷计算，并进行了流载荷和二阶波浪漂移力测量的模型试验；考虑到试验的硬件条件，设计带有动力定位推力系统的深水半潜式平台模型试验，并对数值模拟和模型试验结果进行了分析和评价；根据已经设计的推力系统和相关参数，对配有动力定位系统的半潜钻井平台在设计海况和南海一年一遇海洋环境下进行动态时域模拟，检验了动力定位推力系统工作的可靠性，为动力定位推

3、力系统的设计和评估提供了重要的借鉴。关键词：半潜钻井平台，动力定位推力系统，外干扰力，动态时域模拟，动力定位能力上海交通大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论[1,2]1.1课题研究背景石油能源问题已经成为关系国计民生的重大议题。国家发改委有关人士表示，2007年我国的石油消费量将达到3.5亿吨，高于2006年3.4亿吨的年消费量。有数据表明，我国原油消费年均消费自2000年以来每年增速都超过8%。2003年，我国石油消费达到2.74亿吨，超过日本，成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。预计到2020年改数字将达到4.5亿吨。与消

4、费的增加相反，国内石油的生产增速却相对缓慢。据国土资源部资料显示，近年来的我国石油产量增幅维持在1.5-2%。石油消费的快速增加与产量增速的相对滞后使我国的石油对外依存度也在加大。在1996年之前，我国还是一个石油净出口国，但2006年的石油进口依存度已接近50%。伴随中国石油进口依存度不断上升的是油价上涨。2003年时，国际油价还处在25美元/桶左右，到了2006年，油价已达到65美元/桶，平均每年的增幅在10美元上下。2007年下半年的油价甚至接近过100美元/桶。巨额的消费量和处于高位运行的油价给石油资源的勘探开发带来了严

5、峻的挑战。我国陆上含油气盆地主力油田大部分已有30多年的开采历史，多数油田原油采出程度高达70%，进一步扩大产量的空间十分有限。占地球面积71%的海洋逐渐成为油气资源开发的重要战场。据估计，海底石油储量约为1350亿吨，占世界总储量的2/3；天然气储量约140万亿立方米，约占世界总储量的30％，而且新的油气田还在不断地发现中。因此，海洋丰富的油气储量以及陆上油气资源的日益枯竭和世界能源危机的逐渐加剧，使得未来世界油气需求的增长将在越来越大的程度上由海上开采来满足。目前，世界上已探明的海洋石油储量80%以上在水深500m以内，而全

6、部海洋面积中90％以上的水深在200m至6000m之间，大量的海域面积还有待探明。由于浅海和中等深度海域（500米以内）的海洋石油开发技术已经日趋成熟和完善，以及当今世界大部分地区的浅海油气资源已日趋减少，因而深海和超深海（500～3000米）油气的开发越来越成为海洋开发的热点和必然趋势。据国外权威机构预测，未来世界油气总储量的44％将来自海洋的深水区。我国是沿海国家，拥有漫长的海岸线以及300多万平方公里的辽阔海域，蕴藏着丰富的海底油气资源，其中尤以海域面积最大的南海为最。经初步估计，南海的石油地质储量石油为1050亿桶，天然

7、气2000万亿立方米，属世界四大海洋油气聚第1页第一章绪论上海交通大学硕士学位论文集中心之一，且大都以深水油气田为主。经初步估计，南海的石油地质储量石油为1050亿桶，天然气2000万亿立方米，属世界四大海洋油气聚集中心之一，且大都以深水油气田为主。其中最有潜力的含油气盆地为曾母暗沙盆地、万安盆地、南徽盆地和东纳土纳盆地等。我国政府及有关单位已经意识到深海油田勘探开发的重要性和紧迫性。作为中国海洋石油开发先驱的中国海洋石油总公司(CNOOC)正在斥巨资着手建造首座深水特大型装备——中国海油深水半潜式钻井平台，其最大作业水深达30

8、00米，最大钻井深度可达12000米。整个项目总投资额约为45亿元，是中国海油深水装备战略中的重要组成部分。CNOOC拟采用与国外海洋平台设计公司共同研发设计的思路，一方面加紧对此深海半潜式钻井平台的设计制造，使我国早日真正向深海进军，其中知识产权归中方所有；一