S型鋪管船動(dòng)力定位性能研究.pdf

1、隨著深海資源不斷的開發(fā)利用，尤其是深海油氣的運(yùn)輸，海底管道成為了海洋事業(yè)發(fā)展不可或缺的一塊拼圖，搭建起了海洋油氣能源和人類之間的一座橋梁。由于鋪管作業(yè)的復(fù)雜性，人類在這一領(lǐng)域的研究已經(jīng)經(jīng)歷了上百年的發(fā)展歷史，但至今仍然有許多技術(shù)難點(diǎn)未能得到解決。最常用的海底管道鋪設(shè)方式就是采用S型鋪管船進(jìn)行鋪管，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，鋪管船已經(jīng)進(jìn)行了四代的更替發(fā)展，定位方式也從最初的錨泊定位，到現(xiàn)在采用動(dòng)力定位系統(tǒng)。
　　本文以“海洋石油201”深

2、水起重鋪管船為研究對象，應(yīng)用商業(yè)軟件Orcaflex的外部數(shù)據(jù)鏈接庫編譯動(dòng)力定位系統(tǒng)計(jì)算模塊，并建立托管架-管道-鋪管船三者的耦合運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行動(dòng)力定位系統(tǒng)的時(shí)域分析。動(dòng)力定位系統(tǒng)的計(jì)算模塊根據(jù)PID和Kalman濾波相結(jié)合的原理進(jìn)行控制系統(tǒng)的編譯，采用二次序列規(guī)劃法進(jìn)行推力系統(tǒng)的推力分配；托管架-管道的接觸采用廣義彈性接觸面原理，管道受力則根據(jù)集中質(zhì)量法進(jìn)行計(jì)算。
　　為了分析研究所編譯的動(dòng)力定位系統(tǒng)計(jì)算模塊的有效性，分別構(gòu)建了兩

3、個(gè)運(yùn)動(dòng)模型：一個(gè)是非鋪管工況的運(yùn)動(dòng)模型，即只針對鋪管船船體進(jìn)行動(dòng)力定位時(shí)域模擬；另一個(gè)是鋪管工況，即建立托管架-管道-船體三者耦合模型進(jìn)行動(dòng)力定位時(shí)域模擬。探討了兩者之間動(dòng)力定位系統(tǒng)的定位精度和總功耗等差異。
　　為了分析不同鋪設(shè)水深以及不同環(huán)境載荷對于推力系統(tǒng)的相關(guān)影響，構(gòu)建了鋪設(shè)水深分別為145米、1175米、2000米和3000米的耦合運(yùn)動(dòng)模型，并且選取90°、135°和180°的環(huán)境載荷分別進(jìn)行時(shí)域模擬，對比分析各個(gè)組合下

4、的推力系統(tǒng)推力分配情況和功率消耗的情況，得出相關(guān)結(jié)論。
　　為了能夠剖析船體的一階運(yùn)動(dòng)對于管道作用力和動(dòng)力定位系統(tǒng)性能的影響，建立了兩組對比模型：第一組是考慮一階運(yùn)動(dòng)的鋪管船耦合運(yùn)動(dòng)模型和不考慮一階運(yùn)動(dòng)的鋪管船耦合運(yùn)動(dòng)模型，然后分別進(jìn)行耦合時(shí)域模擬，研究比較之間的差異，討論一階運(yùn)動(dòng)對動(dòng)力定位系統(tǒng)的影響；第二組是只含垂蕩以及水平三自由度運(yùn)動(dòng)的鋪管船和只含縱搖以及水平三自由度運(yùn)動(dòng)的鋪管船進(jìn)行動(dòng)力定位時(shí)域模擬，對比分析縱搖和垂蕩對管道作