深水半潜式钻井平台dp3动力定位系统设计与应用

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1、深水半潜式钻井平台DP3动力定位系统设计与应用　　摘要：针对某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分析。关键词：深水半潜式；DP3动力定位；系统设计；应用中图分类号：S611文献标识码：A引言：由中海油海洋石油工程股份有限公司全额投资，江苏熔盛重工建造的“海洋石油201”，它是世界上第一艘同时具备3000米级深水铺管能力、4000吨级重型起重能力和DP3级全电力推进的动力定位，并具备自航能力的深水工程作业船，能在除北极外的全球无限航区作业，集成创新了

2、多项世界顶级装备技术，船舶的详细设计建造在国内自主完成，其总体技术水平和综合作业能力在世界同类工程船舶中处于领先地位，代表了国际海洋工程装备制造的最高水平。一、DP3动力定位系统8动力定位系统是根据位置参照系统测得的平台位置信息和DP传感器系统测得环境信息，经滤波后得到平台位置和舶向的估算值，并建立相应的数学模型，根据数学模型计算出平台的实际位置和舶向以及平台的运动速度，将数据导入DP控制器并与设定值进行比较生成控制指令，控制指令通过控制系统分配到对应的推进器，通过改变推进器的运转方向、转速或叶片的转矩

3、，使平台保持在设定的位置上或沿设定的轨迹运动。动力定位系统的组成动力定位系统包括3个分系统：动力系统、推力器系统和动力定位控制系统。动力系统动力系统一般来说是给整个动力定位系统提供电力的。动力定位控制系统执行的功能可总结如下：（1）给出推力器的控制指令。（2）测量船舶的船位、艏向等船舶状态。（3）测量风向、风力等环境条件。（4）接收各种操纵指令的人工输入。（5）动力定位系统的故障检测及报警。（6）动力定位系统工作状态的显示。动力定位系统是一个庞大而复杂的集成性闭环的控制系统，主要由测量系统、控制系统、动

4、力系统和推力系统四大子系统组成，其功能是不借助锚泊系统的作用，而通过测量系统不断检测出船舶/平台的实际位置与目标位置的偏差，再根据风、浪、流等外界扰动力的影响计算出使船舶恢复到目标位置所需推力的大小，并对各推力器进行推力分配，使各推力器产生相应的推力，从而使船/平台尽可能地保持在海平面上要求的位置上。动力定位能力，是指在给定的环境条件下一座动力定位平台保持位置的能力。8二、半潜式钻井平台的定位方式半潜式平台的定位方式主要有两种：锚泊定位、动力定位。锚泊定位是利用锚抓住海底来抵抗外界环境对钻井平台的影响，

5、它具有不需要动力，不需要额外加装定位设备，结构简单可靠等优点。在水深较浅的情况下能够满足钻井作业要求。但是随着水深的增加，特别在水深大于1000米时，锚泊系统无论从经济还是安全的角度考虑已经不能满足作业的要求。布锚作业随着水深的增加而更加困难，锚的抓地力随水深增加而减小，锚链的长度、强度和重量随水深增加而急剧增加，锚泊系统的造价和安装费用猛增，在有复杂海底电缆和管线的海域，布锚作业难度增大。8如果采用动力定位的话上面的这些问题就不存在了，动力定位的优点是：对水深不敏感，理论上可在任意水深下工作并且不增加

6、成本；可以在锚泊操作困难的海域进行定位作业，例如有复杂的海底管线和电缆的海域，极深的海域，海底土质不适合抛锚的海域等；动力定位平台机动性能好，投入、撤离快速，定位精度高，利用自身动力定位而不需要外部设备。其缺点是：必须设计足够的推力装置来抵抗该外界环境的干扰，或者在原有动力系统的基础上加装辅助推进器和调节机构，并且需要大容量的电站系统来提供动力保证，因而增加了造价；同时日常的运行也需要消耗大量的燃料，使用成本高；在极端天气、浅水区和强潮汐下可能不能定位；位置控制依赖操作人员和设备，无论是操作员的疏忽还是

7、设备故障都可能使平台失去定位；设备多且相对复杂，需要更多的人员来维护；推进器对潜水员和水下机器人构成威胁；在失去控制的情况下将会损坏与之相连的海底重要设备，造成严重后果。动力定位系统也可以与平台上的锚泊系统配合，在浅水或中浅水深的海域钻井作业时，使用锚泊来补充动力定位，从而实现能源消耗最少，这样既能减少作业成本又能有利于环境，因此被广泛的采用在深水的钻井船上。三、动力定位系统的功能(一)定点控制。船舶控制的指令为大地坐标系上的一点。水面船舶的定点控制包括纵荡、横荡和舷摇三个自由度的定位控制，控制器通过计

8、算发出指令控制推力器，使船舶在各自由度上保持在设定点附近。主要用于海上钻井、勘探、采油和测量等作业。(二)航迹控制。船舶在一些复杂作业或航行过程中，往往需要沿着一条预定轨迹前进。典型的应用如海洋考察的区域目标搜索。操作员在操作站上给定轨迹及速度指令，动力定位系统将控制船舶沿预定的轨迹前进，直到终点，在此过程中允许控制系统根据航行过程中的海洋环境的变化自行调整舶向。8(三)循迹控制。循迹控制的功能与航迹控制的功能类似，其主要差别在于在寻迹控制