[发明专利]一种具有位姿补偿能力的半潜式钻井平台系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种具有位姿补偿能力的半潜式钻井平台系统及控制方法，包括浮箱、承载横梁、刚性支柱、位姿调整系统、海浪识别模块、数据处理单元、控制和驱动模块、钻井平台甲板，浮箱设置在钻井平台下方且悬浮于海水中，承载横梁并列置于浮箱上方，刚性支柱用于承载钻井平台，位姿调整系统用于钻井平台位姿调整，声学波浪测试仪用于测定海浪流向、流速及浪高数据，陀螺仪用于测量浮箱相对钻井平台甲板的位姿，数据处理单元对海浪数据进行处理，控制和驱动模块控制和驱动直线运动单元移动和基于关节空间动力学模型的输出驱动力，本发明能够实现半潜式钻井平台对海浪横移、纵移、垂荡和横摇、纵摇及艏摇的综合补偿。

技术领域

本发明涉及浮式建筑物，尤其涉及一种半潜式钻井平台系统及控制方法，属于海洋工程装备领域。

背景技术

随着国家海洋强国战略的不断推进，各类高端海洋工程装备得到重要发展。海洋油气资源勘探和开发能够有效解决陆地油气短缺的问题。目前用于海洋油气资源勘探的装备主要包括钻井探勘船、自升式钻井平台和半潜式钻井平台。其中钻井探勘船通常用于海洋资源前期勘探和科学考察，无法开展海洋油气资源的开发和生产作业。自升式钻井平台通常适用于浅海作业环境，难以适应深海作业环境及恶劣海况的要求。半潜式钻井平台具有良好的稳定性和机动性，依靠潜入海面一定深度的浮箱和支撑设备使钻井平台及钻井设备在海面保持稳定作业。目前半潜式钻井平台逐步成为深海油气资源勘探和开发的重要依托。

考虑半潜式钻井平台通常工作在海浪及风浪环境中，钻井甲板上方各类设备通常随海浪起伏震荡，不仅影响海洋平台工作人员工作和生活状态，更极易造成各类安全生产事故。同时在油气资源勘探过程中，通常需要保持钻进设备末端与海底井口稳定接触，海浪起伏带来的波动为半潜式钻井平台可靠运行带来挑战。目前各类钻井平台自身具有百吨和千吨级负载，如何通过改善和优化半潜式海洋平台结构及控制方法，进而提升半潜式钻井平台的稳定性和可靠性已成为一项重要研究议题。

在半潜式钻井平台结构优化和控制方面，国内外专家已给出重要案例并开展了有益探索。如美国专利：一种低运动半潜式海洋平台，专利号：US2019/0031291A1，它包括环形浮筒、甲板箱和立柱等，给出了环形浮筒和立柱具体构造形式和连接关系，通过在支柱设置水室，该专利能够一定程度抑制半潜式海洋平台的纵摇运动。如中国专利：一种深水半潜式钻井平台，专利号：CN101954959B，它包括浮箱、立柱、横撑杆和主甲板，采用锚泊定位和动力定位组合定位系统，锚泊定位系统由布置在主甲板左、右舷的前、后4组锚机组成，每组锚机配有3根锚链，动力定位系统由设置在两浮箱的底部前、后四个角落的8台360°全回转的动力推进器组成。该发明可实现主甲板横摇和纵摇补偿。中国专利：一种深水半潜式钻井平台的海浪补偿装置的控制方法，专利号：CN105253264B，它包括：连接下船体三个刚性立柱，刚性立柱通过球铰连接有液压缸，液压缸的活塞杆端部与上工作台通过轴承连接，通过控制三个液压缸伸缩补偿上平台主垂荡、横摇和纵摇运动。

上述发明涉及的半潜式钻井平台及控制方法各具特点，但现有半潜式钻井平台不具备应对海洋环境中海浪位置和姿态的综合摇摆的能力，无法实现对海浪横移、纵移、垂荡和横摇、纵摇及艏摇的综合补偿。如何在满足系统承载性能要求前提下，通过构型优化及有效控制实现半潜式海洋平台对海浪的补偿成为提升系统综合性能的瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有位姿补偿能力的半潜式钻井平台系统及控制方法，从而实现在恶劣海况条件下对半潜式钻井平台横移、纵移、垂荡和横摇、纵摇及艏摇的综合补偿，保持钻井平台的平稳可靠运行。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种具有位姿补偿能力的半潜式钻井平台系统，包括浮箱、承载横梁、刚性支柱、位姿调整系统、海浪识别模块、数据处理单元、控制和驱动模块、钻井平台甲板，所述浮箱为两个，两个浮箱均为长方体结构，且并列设置在半潜式钻井平台下方且悬浮于海水中，作用是依靠浮力使钻井平台甲板及附属设备漂浮于海面上方，