[發明專利]一種具有位姿補償能力的半潛式鉆井平臺系統及控制方法

在審

• 申請號: 202111293340.4
• 申請日: 2021-11-03
• 公開（公告）號: CN113879472A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 張國興;夏新露;郭金偉;王佳;李沖;何健亮;彭博
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B63B35/44
• 分類號: B63B35/44;G05B13/02
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 胡定華

本發明涉及一種具有位姿補償能力的半潛式鉆井平臺系統及控制方法，包括浮箱、承載橫梁、剛性支柱、位姿調整系統、海浪識別模塊、數據處理單元、控制和驅動模塊、鉆井平臺甲板，浮箱設置在鉆井平臺下方且懸浮于海水中，承載橫梁并列置于浮箱上方，剛性支柱用于承載鉆井平臺，位姿調整系統用于鉆井平臺位姿調整，聲學波浪測試儀用于測定海浪流向、流速及浪高數據，陀螺儀用于測量浮箱相對鉆井平臺甲板的位姿，數據處理單元對海浪數據進行處理，控制和驅動模塊控制和驅動直線運動單元移動和基于關節空間動力學模型的輸出驅動力，本發明能夠實現半潛式鉆井平臺對海浪橫移、縱移、垂蕩和橫搖、縱搖及艏搖的綜合補償。

技術領域

本發明涉及浮式建筑物，尤其涉及一種半潛式鉆井平臺系統及控制方法，屬于海洋工程裝備領域。

背景技術

隨著國家海洋強國戰略的不斷推進，各類高端海洋工程裝備得到重要發展。海洋油氣資源勘探和開發能夠有效解決陸地油氣短缺的問題。目前用于海洋油氣資源勘探的裝備主要包括鉆井探勘船、自升式鉆井平臺和半潛式鉆井平臺。其中鉆井探勘船通常用于海洋資源前期勘探和科學考察，無法開展海洋油氣資源的開發和生產作業。自升式鉆井平臺通常適用于淺海作業環境，難以適應深海作業環境及惡劣海況的要求。半潛式鉆井平臺具有良好的穩定性和機動性，依靠潛入海面一定深度的浮箱和支撐設備使鉆井平臺及鉆井設備在海面保持穩定作業。目前半潛式鉆井平臺逐步成為深海油氣資源勘探和開發的重要依托。

考慮半潛式鉆井平臺通常工作在海浪及風浪環境中，鉆井甲板上方各類設備通常隨海浪起伏震蕩，不僅影響海洋平臺工作人員工作和生活狀態，更極易造成各類安全生產事故。同時在油氣資源勘探過程中，通常需要保持鉆進設備末端與海底井口穩定接觸，海浪起伏帶來的波動為半潛式鉆井平臺可靠運行帶來挑戰。目前各類鉆井平臺自身具有百噸和千噸級負載，如何通過改善和優化半潛式海洋平臺結構及控制方法，進而提升半潛式鉆井平臺的穩定性和可靠性已成為一項重要研究議題。

在半潛式鉆井平臺結構優化和控制方面，國內外專家已給出重要案例并開展了有益探索。如美國專利：一種低運動半潛式海洋平臺，專利號：US2019/0031291A1，它包括環形浮筒、甲板箱和立柱等，給出了環形浮筒和立柱具體構造形式和連接關系，通過在支柱設置水室，該專利能夠一定程度抑制半潛式海洋平臺的縱搖運動。如中國專利：一種深水半潛式鉆井平臺，專利號：CN101954959B，它包括浮箱、立柱、橫撐桿和主甲板，采用錨泊定位和動力定位組合定位系統，錨泊定位系統由布置在主甲板左、右舷的前、后4組錨機組成，每組錨機配有3根錨鏈，動力定位系統由設置在兩浮箱的底部前、后四個角落的8臺360°全回轉的動力推進器組成。該發明可實現主甲板橫搖和縱搖補償。中國專利：一種深水半潛式鉆井平臺的海浪補償裝置的控制方法，專利號：CN105253264B，它包括：連接下船體三個剛性立柱，剛性立柱通過球鉸連接有液壓缸，液壓缸的活塞桿端部與上工作臺通過軸承連接，通過控制三個液壓缸伸縮補償上平臺主垂蕩、橫搖和縱搖運動。

上述發明涉及的半潛式鉆井平臺及控制方法各具特點，但現有半潛式鉆井平臺不具備應對海洋環境中海浪位置和姿態的綜合搖擺的能力，無法實現對海浪橫移、縱移、垂蕩和橫搖、縱搖及艏搖的綜合補償。如何在滿足系統承載性能要求前提下，通過構型優化及有效控制實現半潛式海洋平臺對海浪的補償成為提升系統綜合性能的瓶頸。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有位姿補償能力的半潛式鉆井平臺系統及控制方法，從而實現在惡劣海況條件下對半潛式鉆井平臺橫移、縱移、垂蕩和橫搖、縱搖及艏搖的綜合補償，保持鉆井平臺的平穩可靠運行。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的，一種具有位姿補償能力的半潛式鉆井平臺系統，包括浮箱、承載橫梁、剛性支柱、位姿調整系統、海浪識別模塊、數據處理單元、控制和驅動模塊、鉆井平臺甲板，所述浮箱為兩個，兩個浮箱均為長方體結構，且并列設置在半潛式鉆井平臺下方且懸浮于海水中，作用是依靠浮力使鉆井平臺甲板及附屬設備漂浮于海面上方，