摘要：本文主要对半潜式钻井平台锚泊辅助动力定位进一步分析。半潜式钻井平台作为深海油气开采的重要装备，其定位的安全性、可靠性和经济性非常重要。
关键词：半潜式；钻井平台；锚泊辅助动力定位
引言：
随着海洋油气资源开采逐渐向深海迈进，人们对深海油气开采大型设备的定位研究也越来越重视。锚泊定位受到水深的限制，成本增加，抛锚困难，定位不精确；动力定位虽然不受水深的影响，但巨大的燃料消耗大大增加了成本。锚泊辅助动力定位结合了二者的优势，不仅能够精确定位，而且减小了燃料消耗，减低了成本。
一、半潜式钻井平台的简述
半潜式钻井平台，又称立柱稳定式钻井平台。大部分浮体没于水面下的一种小水线面的移动式钻井平台，是从坐底式钻井平台演变而来的。半潜式钻井平台是一种浮动型的大部分浮体在水面以下的移动式平台，在未来的深海油气资源开采中是非常重要的作业装备。它主要由甲板、立柱、下浮体和浮箱及一些连接下浮体与下浮体、立柱与平台、立柱与立柱的支撑组成。半潜式钻井平台的上部平台一直处于海面以上的一定高度，下浮体在航行状态时浮在海面上，由浮体的浮力支撑，在作业时，下浮体会潜入海面以下，避免海面上强烈的风浪作用。由于半潜式钻井平台在波浪上的运动响应较小，在几种钻井平台中得到很大发展，在海洋工程中，不仅可用于钻井，其他如生产平台、铺管船，供应船、海上起重船等都可采用。随着海洋开发逐渐由浅水向深水发展，这类平台的应用，将会日渐增多，诸如油与气的贮存，离岸较远的海上工厂，海上电站等都将是半潜式平台的发展领域。
二、锚泊辅助动力定位系统简述
1. 锚泊定位系统
锚泊系统是依靠锚链的张力提供的反力来抵抗外界风、浪、流等环境力，从而将海洋平台保持在预定的工作水域内。锚泊系统主要包括位置检测系统、液压式锚机、控制系统。锚泊系统的种类非常多，根据系泊点位置和数量可分为单点系泊和多点系泊两种方式。目前，半潜式钻井平台的锚泊系统主要采用的是多点系泊方式。根据布锚样式可以分为悬链式和张紧式两种。悬链式主要是利用缆绳的垂向重力来抵抗外界干扰，其次是缆绳的张力，而张紧式则主要依靠缆绳的弹性伸长来抵抗干扰，其次才是缆绳的重力。
2. 动力定位系统
动力定位系统是依靠推进器的推力抵抗外界环境的干扰，从而将海洋平台维持在预定的工作区域内。动力定位系统主要包括测量系统、动力系统、控制系统、推力系统四个部分。其中，测量包括位置参考系统和传感器，位置参考系统给控制系统提供海洋平台的位置和艏向信息，传感器将测量到的各种信息传递给控制器，以便控制器计算分析；动力系统的执行机构是推力系统，可以根据推力指令使推力器产生预定的推力，动力系统为其他各个系统提供电能；控制系统是整个动力定位系统的核心，通过不同的控制策略对各种信息进行计算、分析、处理，然后做出决策；推力系统给海洋平台提供推力和力矩，以抵抗外界环境力和力矩的作用。
3. 锚泊辅助动力定位系统
缺点：锚泊系统结构简单，成本较低，经济性好，不需要消耗燃料，有利于保护环境；但随着水深增加，锚链长度和重量也随之增加，锚对海底的抓力逐渐减小，抛锚作业和锚链布置更困难，而且定位效果和可靠性会受到影响，当遇到恶劣海况时，锚链可能会断裂造成严重的后果；动力定位的定位效果不会受水深的影响，能够快速定位，定位精度高；但动力定位需要消耗大量的燃料，成本高，会产生大量的废气污染环境，而且推进器一直处于工作状态会产生巨大的机械磨损和维护费用。
优点：锚泊辅助动力定位系统中推进器不是一直处于工作状态，大大减少了燃油费用以及推进器的机械损耗和维护费用，降低了成本；当遇到恶劣海况时，推进器和锚泊系统同时工作，降低了对锚链材质和断裂强度的要求，减少了锚链发生断裂的可能性；提高了系统的定位精度，避免了传统锚泊系统定位能力不足对作业人员产生的安全隐患；降低了物资补给，提升了平台对外界环境的承受能力，延长作业时间，提高设备利用率，扩大生产。锚泊辅助动力定位系统不仅可以减小锚链的受力，降低推进器长期使用产生的机械损耗和维修费用，节约成本，而且可以减少推进器不断工作产生的大量的碳排放，对环境保护有很大影响，越来越成为学者们研究的热点。
三、半潜式钻井平台锚泊辅助动力定位控制
我国越来越关注深海的海洋资源的开发上，在深海中作业时，半潜式钻井平台会遭遇非常恶劣的外界环境。传统的锚泊定位和动力定位无法满足定位要求，而将两者结合起来的锚泊辅助动力定位系统可以发挥二者各自的优势，在普通海况时，使用锚泊定位，动力定位大部分时间不需要工作，当遇到恶劣海况时，将两者结合使用，推进器的使用可以降低锚链的强度，这样不仅可以发挥锚泊系统的优势，也可以降低动力定位的燃料消耗。锚泊辅助动力定位系统设计的具体流程如下图所示；
锚泊辅助动力定位中，锚链的张力和推进器的推力之间存在复杂的耦合关系，在对锚泊辅助动力定位系统进行动力分析时，可以采用时域数值模拟的方式来验证系统的定位性能。由于锚泊辅助动力定位系统的组成比较复杂，每个子系统对系统的整体表现都有很大影响，因此必须将锚泊辅助动力定位系统作为一个整体来研究。而研究每个子系统时，也要通过对系统的整体研究来研究该子系统对整个系统的性能的影响。为了模拟出平台在锚泊辅助动力定位系统控制下的运动情况，需要建立平台运动响应模型、外界环境载荷模型、滤波器模型、控制系统模型以及锚泊系统的模型。
锚泊辅助动力定位系统的时域模拟具体步骤为：对位置测量系统进行采样，采样结果经过改进的Sage-Husa自适应滤波器进行滤波，得到平台当前状态的估计值，并与设定的目标状态求得偏差；将求得的状态偏差传递给GA-GPC控制器；使用张力控制器对锚泊系统锚链张力进行实时追踪，将测量的锚链张力反馈给GA-GPC控制器；GA-GPC控制器根据位置测量系统经滤波后的采样信号、锚链张力大小以及风前馈控制大小计算出定位所需的总推力和推进器推力大小；将环境载荷、锚链张力和推进器推力共同作用于平台，计算某时刻平台锚泊辅助动力定位的时域运动响应；计算下一时间步长平台的运动响应，直至平台两次的位置偏差满足工程要求，结束循环；得到下一时间段的平台锚泊辅助动力定位的时域运动响应结果。
参考文献：
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论文作者:廖春春
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：动力论文; 平台论文; 锚链论文; 系统论文; 定位系统论文; 推进器论文; 推力论文; 《基层建设》2019年第19期论文;