自升式海洋鉆井平臺方案設計技術(shù)

“船舶與海洋結(jié)構(gòu)物先進設計方法”叢書序

前言

第1章 緒論 1

1.1 海洋油氣資源開發(fā)現(xiàn)狀 1

1.2 自升式海洋鉆井平臺簡介 3

1.2.1 自升式海洋鉆井平臺分類 3

1.2.2 自升式海洋鉆井平臺發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 6

1.2.3 自升式海洋鉆井平臺承包商和設計商 8

1.3 方案設計在設計過程中的地位 8

1.4 相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 9

1.4.1 方案設計的發(fā)展 9

1.4.2 方案設計理論現(xiàn)狀 10

1.4.3 方案設計智能決策支持系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 12

1.4.4 自升式海洋鉆井平臺相關(guān)技術(shù)發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀 14

第2章 自升式海洋鉆井平臺方案設計系統(tǒng)分析方法 16

2.1 系統(tǒng)工程 16

2.1.1 系統(tǒng)工程解決問題的主要特點 17

2.1.2 系統(tǒng)工程理論與自升式海洋鉆井平臺方案設計 18

2.2 自升式海洋鉆井平臺方案設計系統(tǒng)分析和三維結(jié)構(gòu)模型 20

2.2.1 自升式海洋鉆井平臺方案設計系統(tǒng)分析步驟 20

2.2.2 自升式海洋鉆井平臺方案設計系統(tǒng)三維結(jié)構(gòu)模型 25

第3章 自升式海洋鉆井平臺主尺度要素預報模型 28

3.1 基于單變量的自升式海洋鉆井平臺主尺度要素統(tǒng)計回歸模型 28

3.1.1 預測模型 28

3.1.2 基于單變量的自升式海洋鉆井平臺主尺度預報模型 29

3.1.3 數(shù)學模型的驗證 32

3.1.4 數(shù)學模型與散貨船數(shù)學模型的比較 32

3.2 基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡的自升式海洋鉆井平臺主尺度要素預報模型 35

3.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡在預測方面的應用 35

3.2.2 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡簡介 36

3.2.3 基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡的自升式海洋鉆井平臺主尺度預報模型 39

3.2.4 自升式海洋鉆井平臺的神經(jīng)網(wǎng)絡預測建模分析 43

第4章 自升式海洋鉆井平臺總體性能 44

4.1 自升式海洋鉆井平臺的重量與重心 44

4.1.1 浮態(tài)平衡方程 44

4.1.2 平臺重量分類 45

4.1.3 空平臺重量估算 46

4.1.4 可變載荷估算 49

4.1.5 自升式海洋鉆井平臺典型工況的重量組合 50

4.1.6 重力與浮力的平衡 51

4.1.7 重心估算 52

4.2 環(huán)境載荷分析 53

4.2.1 風載荷 54

4.2.2 波浪載荷 57

4.2.3 流載荷 59

4.2.4 冰載荷 60

4.2.5 地震載荷 61

4.3 完整穩(wěn)性 62

4.4 破艙穩(wěn)性 62

4.5 站立穩(wěn)性 63

4.6 自升式海洋鉆井平臺拖航穩(wěn)性三維計算方法 64

4.6.1 采用實體造型方法建立三維船體模型 65

4.6.2 通過三維模型計算平臺的靜水力特性 66

4.6.3 回復力臂計算原理 67

4.6.4 海洋平臺靜穩(wěn)性曲面及其應用 69

4.6.5 工程實例 71

第5章 自升式海洋鉆井平臺方案評價技術(shù) 75

5.1 系統(tǒng)評價 75

5.1.1 評價的實施 76

5.1.2 評價指標體系 77

5.1.3 常用的綜合評價方法 78

5.1.4 自升式海洋鉆井平臺設計方案評價的重要性和復雜性 78

5.2 自升式海洋鉆井平臺方案評價指標體系 79

5.3 自升式海洋鉆井平臺方案評價方法 82

5.3.1 層次分析法 82

5.3.2 改進的灰關(guān)聯(lián)分析法 86

5.4 自升式海洋鉆井平臺方案評價技術(shù)應用實例 90

5.4.1 項目背景 90

5.4.2 可行設計方案簡介 90

5.4.3 基于層次分析法的綜合評價 97

5.4.4 基于改進的灰關(guān)聯(lián)分析法的綜合評價 99

5.4.5 計算結(jié)果分析 101

5.5 多功能自升式海洋鉆井平臺方案設計中的綜合安全評估技術(shù) 101

5.5.1 綜合安全評估概述 102

5.5.2 自升式海洋鉆井平臺安裝簡易平臺 104

5.5.3 基于綜合安全評估的自升式海洋鉆井平臺安裝簡易平臺方案

可行性研究 109

第6章 綠色自升式海洋鉆井平臺方案設計技術(shù) 115

6.1 船舶EEDI 公式和參考線公式 115

6.1.1 船舶EEDI 發(fā)展過程 115

6.1.2 船舶EEDI 公式解讀 117

6.1.3 船舶參考線公式 121

6.2 自升式海洋鉆井平臺EEDI 公式 123

6.2.1 公式的建立 123

6.2.2 計算實例分析 125

6.3 自升式海洋鉆井平臺參考線回歸公式 126

6.3.1 基本信息 127

6.3.2 參考線回歸模型的建立 128

6.3.3 參考線回歸模型驗證 132

6.4 自升式海洋鉆井平臺節(jié)能減排措施 135

6.4.1 鉆井工藝節(jié)能 136

6.4.2 鉆井裝備節(jié)能 137

6.4.3 可再生清潔能源利用 143

x 自升式海洋鉆井平臺方案設計技術(shù)

6.5 自升式海洋鉆井平臺綠色度評價 149

6.5.1 綠色自升式海洋鉆井平臺的內(nèi)涵 149

6.5.2 綠色自升式海洋鉆井平臺的評價指標體系 150

6.5.3 綠色自升式海洋鉆井平臺綠色度計算模型 154

6.5.4 應用實例 154

第7章 自升式海洋鉆井平臺方案設計智能決策支持系統(tǒng) 160

7.1 決策支持系統(tǒng)的基本原理 161

7.1.1 基本概念 161

7.1.2 決策支持系統(tǒng) 163

7.1.3 智能決策支持系統(tǒng) 163

7.2 自升式海洋鉆井平臺方案設計 164

7.2.1 方案設計的概念和產(chǎn)品設計過程 164

7.2.2 自升式海洋鉆井平臺方案設計階段結(jié)構(gòu)體系及設計流程 165

7.2.3 自升式海洋鉆井平臺方案設計的特征 166

7.2.4 自升式海洋鉆井平臺方案設計智能決策支持系統(tǒng)的問題求解 167

7.3 自升式海洋鉆井平臺方案設計智能決策支持系統(tǒng)理論框架模型 169

7.3.1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu) 169

7.3.2 系統(tǒng)中模塊的結(jié)構(gòu)功能分析 171

7.4 系統(tǒng)的開發(fā)方法和工具選擇 173

7.4.1 開發(fā)方法 173

7.4.2 系統(tǒng)開發(fā)界面 174

7.4.3 系統(tǒng)應用前景展望 175

第8章 自升式海洋鉆井平臺先進性評價方法 178

8.1 船舶與海洋平臺先進性評價方法研究現(xiàn)狀 178

8.1.1 船舶先進性評價指標體系和計算方法研究現(xiàn)狀 178

8.1.2 海洋平臺先進性評價方法研究現(xiàn)狀 180

8.2 自升式海洋鉆井平臺先進性評價方法研究 180

8.3 算例分析 182

第9章 自升式海洋鉆井平臺參數(shù)化方案設計及軟件系統(tǒng)開發(fā) 184

9.1 參數(shù)化設計技術(shù) 184

9.2 參數(shù)化設計方法分類 185

9.2.1 程序參數(shù)化設計方法 185

9.2.2 基于構(gòu)造歷史的參數(shù)化設計方法 186

9.2.3 基于幾何約束求解的參數(shù)化設計方法 187

9.2.4 混合式參數(shù)化設計方法 188

9.3 海洋平臺設計中的特殊性 189

9.4 海洋平臺主結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模 190

9.4.1 主結(jié)構(gòu)草圖 191

9.4.2 主結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型 200

9.5 參數(shù)化分艙及艙室數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義 202

9.5.1 艙室的參數(shù)化模型 203

9.5.2 特殊艙室的定義 208

9.5.3 艙室模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 209

9.5.4 艙容要素計算方法 210

9.6 三維參數(shù)化總布置設計 211

9.7 基于三維浮體模型的靜水力特性及穩(wěn)性計算 213

9.7.1 靜水力曲線計算 215

9.7.2 穩(wěn)性插值曲線計算 217

9.7.3 進水角曲線計算 224

9.7.4 浮體參數(shù)化模型 230

9.8 海洋平臺自由浮態(tài)計算方法 231

9.8.1 目標函數(shù) 232

9.8.2 優(yōu)化策略 233

9.8.3 算例分析 234

9.9 海洋平臺完整穩(wěn)性計算 237

9.9.1 假定風力矩方向角下靜穩(wěn)性校核 237

9.9.2 任意風力矩方向角靜穩(wěn)性 239

9.10 海洋平臺破艙穩(wěn)性計算關(guān)鍵問題 240

9.11 海洋平臺的載況與工況 242

9.11.1 艙室狀態(tài)與設備狀態(tài)定義 242

9.11.2 載況與工況定義 242

9.12 海洋平臺參數(shù)化總體設計模型 243

9.12.1 總體設計參數(shù)化模型 243

9.12.2 總體設計模型參數(shù)化驅(qū)動機制 245

9.12.3 總體設計軟件核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 246

參考文獻 2482100433B

《自升式海洋鉆井平臺方案設計技術(shù)》主要對自升式海洋鉆井平臺方案設計相關(guān)技術(shù)進行深入研究和廣泛討論，既有理論基礎(chǔ)又結(jié)合工程實踐?！蹲陨胶Ｑ筱@井平臺方案設計技術(shù)》內(nèi)容如下：介紹相關(guān)概念和國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀；介紹自升式海洋鉆井平臺方案設計系統(tǒng)分析方法；建立自升式海洋鉆井平臺主尺度要素預報模型；介紹自升式海洋鉆井平臺總體性能計算方法和方案評價技術(shù)、綠色自升式海洋鉆井平臺方案設計技術(shù)及自升式海洋鉆井平臺方案設計智能決策支持系統(tǒng)；介紹已建成并投入使用的自升式海洋鉆井平臺先進性評價方法；在前面研究的基礎(chǔ)上介紹自升式海洋鉆井平臺參數(shù)化方案設計及軟件系統(tǒng)開發(fā)。

本書概述了海洋自升式移動平臺的類型和發(fā)展概況，對海洋環(huán)境載荷、漂浮穩(wěn)性、站立穩(wěn)定性、自升式升降系統(tǒng)等重要設計內(nèi)容和平臺的基本性能進行了深入研究和廣泛討論，并詳盡闡述了海洋自升式移動平臺的設計原理和設計方法。

本書既可作教學用書，也可作工程技術(shù)人員參考書。

《海洋自升式平臺井控作業(yè)手冊》在總結(jié)和引用淺水井控經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹了在海洋油氣開發(fā)中使用水面防噴器進行鉆井、完井、井下作業(yè)施工的井控裝備、井控工藝。全書共七章，主要內(nèi)容包括淺海鉆完井平臺井控裝備和工具、基本參數(shù)測試及計算、鉆井井控工藝、井下作業(yè)井控工藝、井口控制程序、常規(guī)壓井井控工藝等?！逗Ｑ笞陨狡脚_井控作業(yè)手冊》可以作為從事海洋鉆井、完井和井下作業(yè)的工作人員的參考書，也可供相關(guān)設計人員、科研人員參考。

自升式鉆井平臺包括很多通用的結(jié)構(gòu)，最大的不同在于樁腿結(jié)構(gòu)、升降系統(tǒng)、樁腿與船體之間的載荷傳遞系統(tǒng)。

自升式鉆井平臺沉墊式樁靴式

沉墊式將自升式鉆井平臺的所有樁腿固定在一個樁基系統(tǒng)上。沉墊式樁基結(jié)構(gòu)主要有兩大優(yōu)勢：第一，面積更大，因此所受軸向壓力小于樁靴結(jié)構(gòu)，這在土質(zhì)不能承受較大軸向壓力時顯得尤為重要。第二，在漂浮拖航模式下，沉墊式樁基提供更大浮力，相應提高了鉆井平臺的載重能力。

沉墊式樁基結(jié)構(gòu)的主要缺點是對于不平坦或具有較大斜面的海底并不適用。

帶有獨立樁靴的樁基結(jié)構(gòu)的樁靴數(shù)量與樁腿數(shù)量相同。樁靴式樁基結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢在于能夠適應不同的海底地形。除此之外，樁靴的壓載并沒有嚴格的順序要求。

目前，主流自升式平臺多采用樁靴式樁基系統(tǒng)，避免了在軟土層地區(qū)作業(yè)時樁腿插入太長影響作業(yè)深度，同時也提高了插樁和拔樁作業(yè)時安全性，一般這種樁靴底部會做成突起的過渡形狀，像一個小錐形的頭部，方便入泥的功用，樁靴上一般自身帶有沖樁系統(tǒng)。

自升式鉆井平臺圓柱式

所有的自升式鉆井平臺都具有樁腿結(jié)構(gòu)。樁腿結(jié)構(gòu)的作用是保證船體升離水面到一定高度而不必承受波浪載荷。樁腿結(jié)構(gòu)主要有兩種形式：圓柱式和桁架式。

圓柱式樁腿適用于作業(yè)水深小于300英尺，當水深大于300英尺時通常使用桁架式樁腿結(jié)構(gòu)。

圓柱式樁腿結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢在于體積較小，占用較少的甲板面積，因而建造工藝比較簡單。桁架式樁腿結(jié)構(gòu)由弦管及撐管構(gòu)成。