S型鋪管船動力定位性能研究.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型鋪管船進行鋪管，經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，鋪管船已經(jīng)進行了四代的更替發(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)鏈接庫編譯動力定位系統(tǒng)計算模塊，并建立托管架-管道-鋪管船三者的耦合運動模型進行動力定位系統(tǒng)的時域分析。動力定位系統(tǒng)的計算模塊根據(jù)PID和Kalman濾波相結(jié)合的原理進行控制系統(tǒng)的編譯，采用二次序列規(guī)劃法進行推力系統(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)量法進行計算。
　　為了分析研究所編譯的動力定位系統(tǒng)計算模塊的有效性，分別構(gòu)建了兩

3、個運動模型：一個是非鋪管工況的運動模型，即只針對鋪管船船體進行動力定位時域模擬；另一個是鋪管工況，即建立托管架-管道-船體三者耦合模型進行動力定位時域模擬。探討了兩者之間動力定位系統(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米的耦合運動模型，并且選取90°、135°和180°的環(huán)境載荷分別進行時域模擬，對比分析各個組合下

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動對于管道作用力和動力定位系統(tǒng)性能的影響，建立了兩組對比模型：第一組是考慮一階運動的鋪管船耦合運動模型和不考慮一階運動的鋪管船耦合運動模型，然后分別進行耦合時域模擬，研究比較之間的差異，討論一階運動對動力定位系統(tǒng)的影響；第二組是只含垂蕩以及水平三自由度運動的鋪管船和只含縱搖以及水平三自由度運動的鋪管船進行動力定位時域模擬，對比分析縱搖和垂蕩對管道作