深水半潛式鉆井平臺(tái)鉆機(jī)系統(tǒng)選型與布局優(yōu)化研究.pdf

1、本文結(jié)合國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展（863）計(jì)劃海洋技術(shù)領(lǐng)域重大項(xiàng)目“深水半潛式鉆井船設(shè)計(jì)與建造關(guān)鍵技術(shù)（課題編號(hào)：2006AA09A104）”，在大量運(yùn)用和處理國(guó)外深水半潛式平臺(tái)和海洋鉆機(jī)各種數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，運(yùn)用復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論、數(shù)值分析和計(jì)算機(jī)仿真等技術(shù)，以提高深水鉆井效率為主要目標(biāo)，系統(tǒng)開展了平臺(tái)鉆機(jī)系統(tǒng)選型和布局優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面的研究。主要取得了如下研究成果： 1.深水鉆井作業(yè)工藝關(guān)鍵路徑優(yōu)化研究 提高鉆井作業(yè)效率是第六代半潛

2、式鉆井平臺(tái)最重要設(shè)計(jì)目標(biāo)，應(yīng)用雙井架鉆機(jī)是提高（超）深水鉆井作業(yè)效率的有效技術(shù)。本文采用并行工程理論和甘特圖探討雙井架鉆機(jī)并行作業(yè)和協(xié)作作業(yè)機(jī)理，突破鉆井工藝順序作業(yè)限制，將同一工序（過程）的部分輔助工作離線作業(yè)，優(yōu)化了鉆井作業(yè)關(guān)鍵路徑；并進(jìn)一步優(yōu)化了配置雙井架鉆機(jī)鉆井平臺(tái)的單井和多井鉆井作業(yè)工藝流程，顯著縮短深水建井周期。在此基礎(chǔ)上，初步建立了采用雙井架鉆機(jī)系統(tǒng)的鉆井平臺(tái)所需基本設(shè)備配置。 2.鉆機(jī)系統(tǒng)選型優(yōu)化研究 鉆

3、機(jī)系統(tǒng)決定平臺(tái)鉆井作業(yè)的效率，選擇、配置深水半潛平臺(tái)鉆機(jī)系統(tǒng)是設(shè)計(jì)第六代半潛式鉆井平臺(tái)的關(guān)鍵。本文采用復(fù)雜大系統(tǒng)優(yōu)化分解-協(xié)調(diào)理論，將深水鉆機(jī)系統(tǒng)分解成鉆機(jī)、材料輸送系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和后勤服務(wù)系統(tǒng)等5個(gè)子系統(tǒng)，建立優(yōu)化模型，重點(diǎn)對(duì)鉆機(jī)和材料輸送系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化選型研究。研究了鉆機(jī)結(jié)構(gòu)配置與離線作業(yè)能力及作業(yè)效率關(guān)系，離線鉆機(jī)配置越完整全面，作業(yè)效率提升越大，雙井架鉆機(jī)最大化發(fā)揮了并行與協(xié)作作業(yè)能力。雙井架鉆機(jī)相對(duì)離線鉆機(jī)顯著提高作業(yè)

4、效率，但增加可變載荷和建造成本，受專利影響增加作業(yè)成本，采用投資回收模型和凈現(xiàn)值模型綜合分析表明：雙井架鉆機(jī)總體優(yōu)于離線鉆機(jī)。鉆井材料的不同物化狀態(tài)決定輸送系統(tǒng)輸送方式和配置，分別對(duì)鉆井管具、專用設(shè)備和鉆井液三類材料進(jìn)行了輸送方式和裝備配置優(yōu)化。從占用甲板面積、重心、總體布局和作業(yè)效率等因素對(duì)隔水管存儲(chǔ)形式比分析可知，存儲(chǔ)模式對(duì)總體布局影響大，立放模式有利于總體布局設(shè)計(jì)。分析影響隔水管作業(yè)的因素，提出了提高作業(yè)效率措施，尤其隔水管接頭形

5、式的選型應(yīng)引起重視。 3.鉆機(jī)系統(tǒng)布局優(yōu)化研究 針對(duì)鉆井系統(tǒng)布局兼有生產(chǎn)布局和復(fù)雜三維大系統(tǒng)布局特點(diǎn)，本文提出基于作業(yè)流程層次分解布局法，建立了布局理論、算法和布局流程。該方法以作業(yè)流程為基礎(chǔ)，按材料輸送系統(tǒng)輸送模式劃分子空間，子空間內(nèi)進(jìn)一步模塊化，以模塊為布局基本單位，對(duì)不同空間采用相應(yīng)優(yōu)化算法，完成布局初步方案。然后根據(jù)重心對(duì)平臺(tái)布局進(jìn)行調(diào)整，以提高穩(wěn)性，最后進(jìn)行安全規(guī)劃，完成布局詳細(xì)設(shè)計(jì)。該方案綜合考慮作業(yè)效率、安

6、全性、穩(wěn)性和人因工程學(xué)多方面因素，具有工程操作可行性和優(yōu)化性，在具有性能約束大系統(tǒng)三維布局設(shè)計(jì)方面具有獨(dú)創(chuàng)性。以在建某863項(xiàng)目平臺(tái)鉆井系統(tǒng)為實(shí)例，設(shè)計(jì)布局方案，完成布局設(shè)計(jì)。采用三維軟件對(duì)平臺(tái)及鉆井系統(tǒng)進(jìn)行三維建模、裝配仿真和作業(yè)流程動(dòng)態(tài)仿真，進(jìn)一步驗(yàn)證布局合理性。 4.鉆臺(tái)自動(dòng)化裝備優(yōu)化布局和基于人因工程學(xué)鉆井控制室設(shè)計(jì)研究 針對(duì)鉆臺(tái)自動(dòng)化作業(yè)程度高的特點(diǎn)，基于三類不同管具作業(yè)流程和設(shè)備設(shè)施作業(yè)銜接關(guān)系，完成鉆臺(tái)自動(dòng)