台风作用下锚泊定位半潜式钻井平台动力特性研究

南海台风活动频繁,严重影响着锚泊定位半潜式钻井平台的作业安全。采用水动力学计算软件 ANSYS-AQWA,基于三维势流理论和莫里森方程,建立了平台-锚泊系统耦合动力分析模型,开展了台风作用下的平台漂移分析和锚泊系统安全性评估。分析结果表明:当锚泊系统完整时,平台的平均漂移量与最大漂移量均超出API规定的许用值,需停止钻井作业并准备解脱,但锚链不会发生断裂。如果锚泊系统中安全系数最小的锚链发生断裂,平台的漂移量明显增大,锚泊系统最小安全系数明显减小,局部情况下锚链易相继断裂并造成连锁反应。研究表明,提出的相关方法和得出的结论可为极端天气下锚泊定位浮式装置的安全评估提供参考。      

半潜式钻井平台内波工况定位能力

采用MOSES软件建立动力定位半潜式钻井平台分析模型,在时域内模拟平台在钻井作业过程中遭遇内波作用的耦合动力特性,分析平台在不同流速内波作用下的定位能力,并对动力定位系统的关键因素进行敏感性分析。研究结果显示：在同等环境载荷强度下,平台在船宽方向出现最大偏移;当内波流速小于1.0 m/s时,平台可基本满足钻井作业的定位要求,而当内波流速达2.0 m/s时,平台出现大幅值的水平偏移和倾角,需要解脱隔水管系统;提升推进器推力和增加推力敏感因子都有助于提升平台的抗内波能力,但都无法明显减小平台的水平偏移。因此,在遭遇高流速内波作用时,推荐平台撤离或调整船体首向。     

深水钻井平台与分段组合锚泊系统耦合分析

由于水深的增加,在风浪流载荷作用下,采用分段组合锚泊系统定位,平台移动范围可能超过安全作业区域范围,极易导致钻井隔水管破坏,从而影响钻井平台正常作业。采用分段组合锚泊设计系统,考虑了钻井平台与锚泊的耦合作用,应用AQWA软件建立了981深水半潜式平台三维水动力模型。在此基础上,以南海风、浪、流载荷为背景,在不同锚泊系统顶部倾角情况下,分析锚泊线的张力和平台的偏移量。分析结果表明,在百年一遇的极端载荷下,半潜式钻井装置的锚泊线安全系数为1.73,大于API标准1.67且锚泊线张力值小于破断载荷,平台在水平面的最大偏移值超过了正常作业区域,但还在最大连接工况10%范围及最大自存工况范围内。在此锚泊系统的作用下,钻井装置在1 500 m水深时能在百年一遇的极端天气中生存,其锚泊系统的设计组合合理,满足锚泊线强度及平台定位安全的要求。     

中国南海深水钻井的锚泊系统设计与实践

介绍了中国南海深水钻井的锚泊系统设计与作业过程。通过优化锚泊作业设计,使具有30年船龄的NH5平台,在超过其出厂时的所允许的最大作业水深的环境中,以及参加锚泊作业的3条拖轮最大极限负荷条件下,完成锚泊作业,从而保障了NH5平台的安全以及试验井各项测试任务的完成。     

南海内波流对深水钻井的影响及对策

针对深水钻井过程中遭遇内波流后可能产生的平台位移、隔水管损毁等问题,分析了南中国海内波流的规律特征,并基于内波流对钻井平台、隔水管及水下井口安全造成的影响,通过多普勒声波测速仪及电导率温深仪,建立内波流早期预警系统,结合现场作业,制定了钻井平台应对内波流的技术方案,对南中国海内波流后续调查研究工作提出了建议。     

中海油“南海八号”深水钻井平台投用

<正>2012年12月5日,完成升级改造的深水半潜式钻井平台"南海八号"傲然挺立于深圳洲岛码头,正式加入中国海油深水舰队。"南海八号"的最大作业水深1400 m,最大钻井深度可达7 620 m,作业能力在国内仅次于"海洋石油981"。"南海八号"平台的投入使用,将进一步提升中国海油深水钻井能力,并填补国内450～800 m水深钻     

推进器辅助锚泊模式下半潜式平台锚地抗台风能力分析

针对半潜式钻井平台在锚地防台风这一特定工况,选取我国南海港外锚地典型海洋环境条件,采用锚泊分析配合平均载荷缩减法,并考虑动力定位系统推进器性能的影响,建立了平台-锚泊系统耦合时域动态分析模型,分析了半潜式钻井平台在浅水海域恶劣海况条件下有无动力定位系统辅助时的锚泊状态,并依据API RP2SK规范对其综合抗台风能力进行了评价与分析,结果表明推进器辅助锚泊模式可以有效改善锚泊系统受力状况,并显著增强平台综合抗台风能力。本文研究方法及结论可为同时具备锚泊及动力定位系统的浮式结构物在抗台风时的工程设计及实际作业提供参考。     

海洋内波流对深水钻井影响技术分析

内波流是发生在海洋中的一种神秘的水下巨浪,它对海上作业设施和人员生命危害极大。描述了内波流形成和发展特性,介绍了南海北部存在内波流的现象,对海洋工程、石油钻井平台和海底石油管道造成严重的威胁。通过海洋石油981深水钻井平台在南海预防对抗内波流作业实例,提出应加强对南海内波流的认识,制定更加有效的应对措施,以确保南海海域石油勘探与开发的安全作业。     

浅析半潜式钻井平台的模型试验

半潜式钻井平台具有抗风浪能力强、甲板面积和可变载荷大、适应水深范围广、钻机能力强和具有多种作业功能等特点。但由于其所处的海洋作业环境和地质条件恶劣,浮式生产系统技术复杂、投资巨大、风险极高。因此,如何正确地获得其在严酷海洋环境下的运动、受力以及甲板是否上浪等技术性能十分重要,这些性能参数是决定和设计半潜式钻井平台结构、总体布置及其动力定位、系泊系统等相关系统的重要依据。本论文通过对水池模型试验数据进行分析分析,确定该船型在一定的环境条件下的水动力数据、运动响应、定位等数据是否满足设计要求。     

内孤立波作用下深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学特性

中国南海内孤立波自然环境频发,内孤立波下深水锚泊平台-隔水管系统动力学失效风险高,为此建立了内孤立波下的深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学模型及分析方法,开发了深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学求解器,开展内孤立波下深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学特性分析,识别内孤立波下深水锚泊平台与隔水管系统的动力响应、耦合作用规律以及隔水管系统安全弱点。结果表明,在内孤立波作用下深水锚泊平台向内孤立波传播方向运动,当内孤立波波峰到达平台中心位置时锚泊平台的偏移达到最大,然后锚泊平台逐渐向初始平衡位置运动并最终趋于稳定;内孤立波促使隔水管系统顶部向内孤立波传播方向偏转,导致隔水管系统对锚泊平台运动产生一定的促进作用;当锚泊平台位移最大时隔水管系统关键参数响应值最大,但隔水管系统上球铰转角峰值时间有一定的滞后性,下挠性接头转角是内孤立波下的深水钻井隔水管系统安全弱点。     

适应南海海况的FPSO系泊系统设计与运动响应

为保障一艘多点系泊浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）在南海恶劣海况下的安全作业,设计外转塔式系泊系统,并对船体线型进行优化分析。基于三维势流理论,应用Wadam软件建立水动力计算模型,研究不同船型方案下的FPSO频域水动力性能,最终确定优选船型。通过时域耦合动力分析方法研究FPSO系泊船体在风、浪、流作用下的运动响应特性,对比船型优化前后的运动响应和系泊缆张力结果。计算结果表明,减小艉柱倾角、增大艏柱倾角能在一定程度上降低该型FPSO在南海的纵摇和垂荡运动响应,系泊系统设计满足船级社规范要求。     

南海西部深水钻井实践

南海西部海域W区块的深水钻井作业中,低温高压和狭窄的安全密度窗口给钻井工程带来了较大的困难,容易引起井漏、溢流、环空带压、生成水合物等问题,且附近海域经常出现由内波流引起的突发性强流。针对这些问题,结合W区块的钻井地质特征,开展了深水井井身结构优化技术、随钻扩眼技术、深水井钻井液防水合物及防漏堵漏技术、环空压力预测与管理技术、内波流应对技术等方面的研究,解决了深水钻井容易发生的井漏与溢流并存、水合物堵塞管线、环空压力高和内波流损坏水下设备等问题,并成功发现了大型深水气田。     

南海深水钻完井技术挑战及对策

南海深水区海洋环境恶劣,台风和孤立内波频发,深水钻完井工程设计和作业难度大、风险高。为提高我国深水油气勘探开发技术水平,实现海上钻完井技术研发、工程设计和作业能力由浅水向深水和超深水的跨越式发展,经过十余年技术攻关和作业实践,形成了具有自主知识产权的深水钻完井关键技术体系,首次建立了深水钻完井作业指南、技术标准和规范体系,克服了南海特殊环境条件下的技术挑战和作业难题,满足了深水油气钻完井安全、高效的作业要求,并钻成了最大作业水深近2 500 m的第1批自营深水井,开启了我国油气勘探开发挺进深水的新征程。     

新型北极冰区半潜式钻井平台及其系泊定位能力分析

为降低北极海上油气勘探开发成本,迫切需要适合北极作业的海洋工程装备。针对这一问题提出一种可以用于北极海上钻井作业的新型半潜式钻井平台概念。该平台采用6立柱双浮筒形式,平台立柱上部设计为倾斜形式以降低作用在平台上的冰载荷。为保证破碎后的海冰不影响钻井作业,平台设计立管防护装置和锚链防冰装置。分别对平台设计条件、主尺度、系泊系统设计情况进行介绍,并采用商业分析软件对平台在夏季和有冰季节的系泊定位能力进行分析。分析结果表明：该半潜式钻井平台可在北极夏季开阔水域和冬季海面结冰情况下进行钻井作业;平台可在1.0 m厚的海冰作用下保持作业能力,在1.5 m厚的海冰作用下保持自存能力;平台系泊定位能力满足北极钻井作业的要求。     

6 MW新型浅水浮式风力机概念设计和运动响应分析

为使浮式风力机向浅海水域拓展,结合Spar与Semi平台的特点,提出适用于南海浅水水域的新概念浮式风力机平台。运用NREL_FAST软件建立浮式风力机系统气动-水动-锚链-弹性-伺服耦合的非线性动力学分析模型,采用叶素-动量理论计算气动载荷,采用势流理论和莫里森黏性阻尼修正方法计算水动力载荷,采用三维有限元法计算锚链系统载荷,在风、浪、流环境载荷作用下研究不同风浪夹角下新概念浮式风力机运动响应性能。结果表明：6 MW新概念浮式风力机在南海50 m水深水域中支撑6 MW风力机运动响应良好;浪向角改变对纵荡运动影响较大,对纵摇、艏摇和垂荡运动运动有一定影响。新概念浮式风力机在南海50 m设计海域运动性能良好。     

立柱式钻井平台内孤立波载荷尺度效应研究

在海洋内孤立波作用下,立柱式钻井平台会产生大幅度的运动响应,影响钻井平台的作业效率与安全,其中平台内孤立波载荷的准确预测是关键。为此,以3类内孤立波理论(KdV、eKdV和MCC)的适用性条件为依据,通过构建两层流体中内孤立波对立柱式钻井平台强非线性作用的数值模拟方法,结合模型试验分析了立柱式钻井平台内孤立波载荷的尺度效应。结果表明,在大尺度条件下采用Morison公式和傅汝德-克雷洛夫公式分别计算内孤立波的水平力和垂向力仍然是可行的。此外,内孤立波载荷模型试验中,立柱式钻井平台内孤立波水平力及垂向力的尺度效应因流体黏性影响的不同而产生差异,受黏性影响较大的水平力尺度效应显著,而受黏性影响较弱的垂向力的尺度效应较弱,可以忽略。