浅谈海上钻井平台的动力定位系统

第四代半潜式钻井平台动力定位系统设计简介【摘要】动力定位（DP）系统广泛应用与海洋工程机各种特种船舶，中集来福士建造的COSL项目就是第四代半潜式钻井平台的典型代表，文章简要讲述了DP系统的起源、定义和应用、入级符号，并以COSL项目为实例概括介绍了DP系统的设计、故障模式与影响分析等。

【关键词】海洋工程；第四代半潜式钻井平台；动力定位系统；故障模式与影响分析1 起源动力定位（DP）系统最早起始于20 世纪60年代的海底钻井作业。

随着向更深海的不断推进，自升式钻井驳等近海钻探装备难以满足深海作业的需要，而深海锚链定位作业又非常复杂，且成本高昂。

由此便开始了DP系统研究和应用的技术探索。

2 定义和作用DP系统是当环境条件发生变化时，由集控手操或自动响应系统，通过水动力系统的作用是船舶位置和航向保持在环境条件限定范围内。

DP系统的环境条件主要指风、浪、流等环境力。

船舶在环境力的作用下，会产生六个自由度的运动，即纵荡、横荡、升沉、横摇、纵摇和艏摇。

事实上，DP系统主要是控制船舶在海平面上纵荡、横荡和艏摇三个自由度运动，由推进器产生适当大小的推力和力矩，以抵消环境力，从而使船舶尽可能保持预设的位置和航向。

如今，DP系统的功能已经不仅仅局限于使船舶定位于海洋石油钻探船舶和平台，也广泛应用与布缆船、铺管船、起重船、平台供应船、科考勘探船等特种船舶。

3 入级符号DP系统包括所有直接或间接影响船舶定位能力的设备、电缆、管路和通风等，其安全可靠性取决于所有这些方面的冗余程度，根据DP系统的不同冗余程度，各船级社可授予相应的船舶符号标志，如表1所示。

本文将DP系统设计分成系统原理设计和详细生产设计两大部分。

系统原理设计，分为动力、控制和参考基准三部分。

动力部分，分为发电、配电和推进系统；控制部分，包括电力、推进系统的自动或手动控制，以及位置测量控制系统；参考基准部分，就是各种提供船舶位置、环境和状态信息的测量系统及其传感器。

海上钻井平台各系统简介钻井平台各系统简介不知道从什么时候起，石油的价格节节攀升。

能源越来越紧张的今天，很多国家把目光从陆地转向了海洋。

自从世界上第一个海洋钻井平台制造出来以后，海洋工程有了长足的发展。

在几十米甚至上3~4000米深的海底钻一口井并不是一件容易的事，因为在海上环境的复杂多变以及恶劣。

经常要承受巨浪和暴风的袭击。

而钻井又要保持一个相对稳定的作业环境。

才能把一根根长长的钻杆钻进海底。

钻井平台从近海到深海，主要可以分为座底式，自升式，半潜式、钻井船等。

座底式是指，平台的结构直接座在海床上，几乎和陆上钻井没多大区别。

所以它们的可钻探深度很有限。

只能在几十米的水深的浅海区域作业。

自升式，又叫jack-up。

顾名思义，这种平台可以象千斤顶一样可以升降它的高度。

它典型的特征就式3-4条腿。

高高的绗架结构。

上面安装又齿条。

平台本体安装有齿轮。

它们一起啮合，传动。

在到达钻井区域的时候，腿就慢慢的伸到海床上。

平台就靠这几条腿站在海里了。

因为考虑到拖航的稳性，腿不能太长。

所以这种平台一般在120~150米水深的近海区作业。

半潜式，最新的已经到了第6代了。

这种平台综合了钻井船和坐底式驳船的优点，是漂浮在海面上的。

这样的话，它们就可以在更深的水域工作了；船体灌放水，可以调节吃水深度，保持船体稳定。

塔的下部是相当容积的浮筒，上面是若干个中空的立柱，支撑着上部平台平台上面是全部的钻井装备和必要的生活设施。

整个平台靠浮筒浮在水面。

它们带有2~3级动态定位系统，海底声纳定位系统，卫星定位系统等来保证平台的相对稳定的坐标。

它们有各种位移补偿装置来补偿海况带来的不稳定状况。

钻井船，钻井船是设有钻井设备，能在水面上钻井和移位的船，也属于移动式(船式)钻井装置。

较早的钻井船是用驳船、矿砂船、油船、供应船等改装的，现在已有专为钻井设计的专用船。

目前，已有半潜、坐底、自升、双体、多体等类型。

钻井船在钻井装置中机动性最好，但钻井性能却比较差。

钻井平台各系统简介不知道从什么时候起，石油的价格节节攀升。

能源越来越紧张的今天，很多国家把目光从陆地转向了海洋。

自从世界上第一个海洋钻井平台制造出来以后，海洋工程有了长足的发展。

在几十米甚至上3~4000米深的海底钻一口井并不是一件容易的事，因为在海上环境的复杂多变以及恶劣。

经常要承受巨浪和暴风的袭击。

而钻井又要保持一个相对稳定的作业环境。

才能把一根根长长的钻杆钻进海底。

钻井平台从近海到深海，主要可以分为座底式，自升式，半潜式、钻井船等。

座底式是指，平台的结构直接座在海床上，几乎和陆上钻井没多大区别。

所以它们的可钻探深度很有限。

只能在几十米的水深的浅海区域作业。

自升式，又叫jack-up。

顾名思义，这种平台可以象千斤顶一样可以升降它的高度。

它典型的特征就式3-4条腿。

高高的绗架结构。

上面安装又齿条。

平台本体安装有齿轮。

它们一起啮合，传动。

在到达钻井区域的时候，腿就慢慢的伸到海床上。

平台就靠这几条腿站在海里了。

因为考虑到拖航的稳性，腿不能太长。

所以这种平台一般在120~150米水深的近海区作业。

半潜式，最新的已经到了第6代了。

这种平台综合了钻井船和坐底式驳船的优点，是漂浮在海面上的。

这样的话，它们就可以在更深的水域工作了；船体灌放水，可以调节吃水深度，保持船体稳定。

塔的下部是相当容积的浮筒，上面是若干个中空的立柱，支撑着上部平台平台上面是全部的钻井装备和必要的生活设施。

整个平台靠浮筒浮在水面。

它们带有2~3级动态定位系统，海底声纳定位系统，卫星定位系统等来保证平台的相对稳定的坐标。

它们有各种位移补偿装置来补偿海况带来的不稳定状况。

钻井船，钻井船是设有钻井设备，能在水面上钻井和移位的船，也属于移动式(船式)钻井装置。

较早的钻井船是用驳船、矿砂船、油船、供应船等改装的，现在已有专为钻井设计的专用船。

目前，已有半潜、坐底、自升、双体、多体等类型。

钻井船在钻井装置中机动性最好，但钻井性能却比较差。

钻井船与半潜式钻井平台一样，钻井时浮在水面。

海洋钻井平台工作原理
海洋钻井平台是一种用于在海底进行钻探和开采油气资源的设备。

它的工作原
理主要包括平台定位、钻井操作和油气生产三个主要环节。

首先，海洋钻井平台的工作原理之一是平台定位。

在进行钻井作业之前，钻井
平台需要准确地定位到目标区域。

这通常通过使用全球定位系统（GPS）和其他定
位技术来实现。

平台定位的准确性对于后续的钻井操作至关重要，因为只有在正确的位置上才能进行准确的钻井作业。

其次，钻井操作是海洋钻井平台的核心工作原理之一。

一旦平台定位完成，钻
井设备就会被安装并开始进行钻井作业。

这通常包括使用钻井管和钻头来钻入海底，并通过旋转和推压的方式将钻头钻入地下岩石层。

钻井操作的成功与否直接影响着后续的油气开采效果，因此需要高度的技术和操作精度。

最后，一旦油气资源被发现并开采成功，海洋钻井平台就需要进行油气生产。

这包括将油气从海底输送至平台上，并进行处理和储存。

油气生产的过程需要考虑到海洋环境的复杂性和变化性，因此平台需要具备强大的生产能力和应对海洋环境变化的能力。

总的来说，海洋钻井平台的工作原理主要包括平台定位、钻井操作和油气生产
三个主要环节。

这些环节相互关联，需要高度的技术和操作精度来保证钻井作业的顺利进行和油气资源的有效开采。

海洋钻井平台作为一种重要的海洋工程设备，在油气资源开发中具有重要的作用和地位。

SHANGHAI SHIPBUILDING 上海造船2010年第1期（总第81期）DP-3动力定位控制系统在钻井平台上的应用袁飞晖，熊 勇，宋金扬（上海外高桥造船有限公司，上海 200137）摘要：以“海洋石油981”钻井平台项目为例，重点阐述在此项目中的DP-3动力定位控制系统、生产设计及其在DP控制网络上的应用。

关键词：DP-3动力定位控制系统；系统介绍；生产设计；应用中图分类号：TP273；U674.38+1文献标识码：B 文章编号：1005-9962(2010) 01-0042-04 Abstract: The DP-3 control system on board Hai Yang Shi You 981 deepwater semi-submersible drilling unit, its production design and application in DP control network are described in this paper.Key words:DP-3 dynamic positioning control system; system instruction; production design; application0 前言近年来，随着陆地上油气资源的不断减少，人们把目光都聚集到了深海领域的开发。

因此，深水钻井平台的需求和开发深受世界各国的广泛关注。

当前，上海外高桥造船有限公司正在建造的3000m深水半潜式钻井平台“海洋石油981”，属于第6代钻井平台，是我国“863计划”重点攻关项目，它采用了目前最先进的DP-3动力定位控制系统。

动力定位（Dynamic Positioning，DP）系统，是指在风、浪、流的干扰情况下，不借助锚泊系统，利用自身的推力器系统使海上浮动装置保持一定的位置和艏向，或者按预定运动轨迹运行的闭环控制系统[1]。

根据动力定位的不同冗余度，DP-3要求在出现任一故障（包括由于失火或进水造成一个舱室的完全损失）后，可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和艏向[2]。

动力定位(D P)系统简介动力定位(DP)系统简介作者：王卫卫来源：《广东造船》2014年第01期摘要：随着海洋工程项目的蓬勃发展，动力定位系统(简称DP系统)的应用已越来越广泛。

本文对DP系统等级、工作原理以及根据船级社不同入级符号的设备配置等作了简单的介绍，希望能够对大家以后的开发设计及生产有所帮助。

关键词：DP；入级符号；特点；工作原理中图分类号：P751文献标识码：AInvestigation of Dynamic Positioning SystemWANG Weiwei( Guangzhou Shipyard International Co., Ltd. Guangzhou 510382 )Abstract: The application of Dynamic Positioning System (DP system) is more and more popular because of development of ocean project. The article introduce the level of DP system, work principle, the requirement of equipment according to different DP notations. I hope it is helpful to exploder, design and production in the future.Key words: DP;Classification notation;characteristic;work principle1前言动力定位系统（Dynamic Positioning System）简称DP系统，是从上个世纪70年代逐渐发展起来的，并逐步由浅水海域向深水海域发展，应用于各种海洋工程、海上科考、水下工程等领域。

随着船舶自动化程度越来越高，DP系统的定位能力以及自动化程度也越来越高，而以上各类领域的工程项目也越来越离不开带有DP系统的海上钻井平台和船舶。

海洋钻井平台工作原理海洋钻井平台是一种用于在海洋中进行钻井和石油开采的设备，其工作原理主要包括以下几个方面。

首先，海洋钻井平台的工作原理涉及到平台的定位和稳定。

在选择钻井位置之前，需要进行海底地质调查和地质勘探，确定海底是否存在合适的石油储层。

一旦确定钻井位置，平台需要准确地定位并保持稳定。

通常采用的定位系统包括GPS （全球定位系统）、甚高频（VHF）无线电定位、卫星测高仪等。

其次，海洋钻井平台需要实施钻井过程。

首先是钻井悬挂系统，包括钻井塔架、钻柱、钻井绳和钻井钩等。

钻井塔架是一个垂直支撑系统，用于支撑钻柱和其他钻井设备。

钻柱是一根长杆，通过旋转运动将钻头逐渐深入海底。

钻井绳是连接钻柱和钻井钩的绳索，用于提起和放下钻柱。

钻井钩用于连接钻头和钻杆。

在钻井过程中，还需要使用钻井液系统。

钻井液是一个重要的工作液体，用于冷却钻头、抬升岩屑、维持井壁稳定等。

钻井液通常由水、黏土和一些化学添加剂组成。

钻井液通过钻柱和钻井头，从平台上的泵送系统进入井口，并在井壁周围形成一个过滤膜，防止岩屑和井壁坍塌。

另外，海洋钻井平台还需要钻井系统，用于进行钻井和钻井过程的监测和控制。

钻井系统包括钻井井口设备、测井设备和井筒监测设备等。

钻井井口设备主要包括钻井套管、骨架支撑器等，用于固定井壁和避免井壁坍塌等问题。

测井设备用于测量井内的各种参数，如井深、井压、井温等，以便对井内油气的产能和质量进行评估。

井筒监测设备用于监测井筒的垂直度和井眼的方位。

最后，海洋钻井平台还需要进行石油开采过程。

一旦确定了储量丰富的石油储层，并完成了钻井过程，就可以进行石油开采。

通常采用的方法包括压力驱替法、人工举升法和水驱替法等。

压力驱替法是通过注入高压液体或气体来推动石油流出井口；人工举升法是通过泵杆或泵筒将石油从井底抽上来；水驱替法是通过注入大量清水来推动石油流出井口。

总的来说，海洋钻井平台的工作原理是通过定位和稳定平台、实施钻井过程、使用钻井液系统和钻井系统以及进行石油开采等步骤来实现在海洋中进行钻井和石油开采的目标。

深海油气固井撬（船）的动力定位与航行控制研究概述：深海油气固井撬（船）是用于在深海区域进行石油和天然气固井作业的特殊船只。

其动力定位和航行控制系统很关键，对于保证作业的安全、高效进行起着重要的作用。

本文将研究深海油气固井撬（船）的动力定位与航行控制，并探讨相关技术和方法。

一、动力定位技术1.1 动力定位原理动力定位（DP）是指通过船舶自身动力系统，利用定位设备和控制系统，在不依赖锚链的情况下保持船舶在目标位置上的稳定。

深海油气固井撬（船）的动力定位系统需要具备定位准确、实时性强、抗风浪、抗潮流等特点。

1.2 动力定位设备动力定位设备包括定位传感器、船舶动力系统和控制系统。

定位传感器主要包括全球卫星导航系统（GNSS）、惯性导航系统（INS）和声纳等，船舶动力系统则需要满足船舶各个方向上的推力需求。

控制系统负责接收传感器数据，计算控制指令，驱动船舶动力系统调整姿态。

1.3 动力定位精度评估深海油气固井作业对动力定位精度要求较高，需要评估系统的定位精度。

评估方法包括船舶GPD（Global Positioning System Differential）系统的差分定位、相对定位技术和误差分析等。

二、航行控制系统2.1 航迹规划与路径跟踪深海油气固井撬（船）的航行控制系统需要具备航迹规划和路径跟踪的功能。

航迹规划是指根据任务需求和环境条件，通过制定航行计划确定最佳路线；路径跟踪是指通过控制船舶的航向和航速，使其按照规定的航迹进行航行。

2.2 环境感知与避碰技术深海油气固井撬（船）在复杂的海上环境中进行作业，需要具备环境感知和避碰技术。

环境感知通过雷达、摄像头等传感器获取海上障碍物和其他船只的信息，避碰技术则根据这些信息做出智能决策，以避免碰撞和危险。

2.3 船舶姿态控制船舶姿态控制是指控制船舶的航向、纵倾、横摇和增仰等。

在深海油气固井作业中，船舶姿态控制对于保证固井操作的准确性和稳定性至关重要。

姿态控制技术包括舵机系统、艏推进器、减摇装置等。

FMEA在动力定位钻井平台中的广泛应用以中远船务工程集团有限公司生产建造的“创新者号”GM4000型深海钻井平台为实例，阐述FMEA（故障模式与影响分析）对动力定位钻井平台进行分析的概念和流程，以及FMEA分析报告和冗余度验证试验程序的内容。

标签：FMEA故障模式；影响分析；DP动力定位；冗余引言随着全球经济的快速发展，对石油的需求量与日俱增，人类已经将目光投向了深海。

具备动力定位能力的深海钻井平台已经成为人类获取深海石油的重要途径和手段。

深海钻井平台由于长期处于远海作业，设计要求至少十年以上不入港维修，因此对平台的稳定性和可靠性要求都非常严格，所有动力定位平台在海上试航期间都必须进行FMEA试验。

本文以“创新者号”GM4000型深海钻井平台为实例介绍FMEA的概念分析方法、流程以及编写FMEA分析报告和冗余度验证试验程序的基本内容。

1 基本概念1.1 FMEAFMEA（Failure Modes and Effects Analysis）是一种可靠性设计的重要方法。

它是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影响分析）的组合，对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。

1.2 动力定位系统动力定位系统Dynamic Positioning System是海洋工程船舶的一种定位方法，使用卫星、声呐等测定船位，再利用自动控制系统，发出指令，控制全回转推进器来保证固定在相对位置。

动力定位的附加标志为DP-1、DP-2、DP-3三种，其中DP-1级别最低，DP-3级别最高。

“创新者号”GM4000型深海钻井平台采用最高等级DP-3动力定位。

船级社授予不同的动力定位附加标识，其要求的设备配置也不同，主要区别在设备配置的冗余度上，图1为典型的GM4000型钻井平台动力定位组成：1.3 动力定位系统的FMEA动力定位系统的FMEA的主要目的是帮助评估钻井平台动力定位系统的冗余度，显示在故障模式下平台的位置保持能力，模拟和仿真的背景是所有设备都会故障，或将发生故障。