本项目针对深水钻井船的船型特点,对其运动性能分析方法和水池模型试验技术进行了研究。在运动性能分析方法研究中,重点对三维水动力分析理论(包括频域方法和时域方法)和运动性能的统计预报理论进行了研究,总结了粘性效应、非线性效应、锚泊系统耦合效应和月池效应对运动性能的影响规律,进而形成了适用于深水钻井船的水动力分析方法与流程。在水池模型试验技术研究中,重点对钻井船动力定位的等效模拟技术、月池波面升高测试技术和月池上浪改善措施进行了深入研究,进而掌握了深水钻井船水池模型试验技术,并对目标钻井船进行了水池模型试验验证。
研究的主要关键技术包括:
基于三维水动力理论的运动性能分析方法研究;
适用于深水钻井船的水动力分析方法;
深水钻井船水池模型试验技术。
通过本专题研究,分析了深水钻井船的船型特点和水动力特
性,掌握了深水钻井船运动性能数值分析方法和水池模型试验技术。在运动性能数值预报方面,掌握了三维水动力分析理论和运动性能的统计预报理论,总结了粘性效应、非线性效应、锚泊系统耦合效应和月池效应对钻井船运动性能的影响规律,形成了适用于深水钻井船的水动力分析方法与流程;在水池模型试验技术方面,突破了动力定位系统等效模拟技术和月池波面升高测试技术,掌握了深水钻井船水池模型试验技术。对目标钻井船进行了水池模型试验,开展了静水衰减试验、风和流载荷试验、规则波及白噪声试验、以及风浪流组合海况下的不规则波试验,获得了目标钻井船固有周
期、阻尼、风力系数、流力系数、运动传递函数、运动短期统计值等一系列水动力参数,并与数值分析结果进行了对比分析,验证了目标钻井船的水动力性能。对月池上浪改善措施——加设月池阻尼板进行了试验验证,试验结果表明该措施对月池上浪改善效果十分明显,并且对运动性能无不利影响
本项目通过十个专题的研究,全面掌握了深水钻井船设计技术、深水钻井船关键性能数值分析技术、深水钻井船水池模型试验技术、深水钻井船总体建造技术和深水钻井船建造工艺仿真技术,研究并提出了改善月池效应的技术方案。
上述设计技术成果应用于 1500 米水深钻井船工程项目的方案设计、详细设计和建造,并在工程项目实践中进行了深化和完善,确保了工程项目的顺利实施;上述设计技术研究成果还应用于 3000 米水深钻井船的开发,提出了目标钻井船的自主开发方案并完成了基本设计,顺利通过了国外船级社的审查认可,具备了推向市场接单的条件和技术基础。
通过本项目的实施,取得了全面的、系统的研究成果。具有广阔的应用前景。
研究团队由中国船舶集团有限公司第七○八研究所
上海船厂船舶有限公司的数余名专家组成。研究团队按照“关键技术取得突破,研究成果拓展应用”的总体思路,考虑我国南海油气开发背景,并结合国际市场需求,分阶段实施深水钻井船的研发。本项目研究分为“深水钻井船设计与建造关键技术研究”、“1500 米水深钻井船工程化应用研究”和“3000米水深钻井船开发设计”三个阶段开展。
项目申请并授权专利 12 件,其中发明专利 3 件,实用新型专利 9 件。发表论文 20 篇,其中 4 项为硕士论文。完成软件著作权登记 2 项。
通过本项目实施,主要实现了以下经济与社会效益:
1项目参加单位成功签署了 2+2 艘深水钻井船总包建造合同,合同总价值近 10 亿美元,实现了我国自主设计总包建造钻井船零的突破;
2 TIGER 钻井船主要钻井设备由四川宏华集团供货,实现了国内厂商首次总包深水钻井装备的钻井包,钻井设备国产化取得了里程碑式的突破;
3 完成了适用于我国南海作业的 3000米水深钻井船自主研发,标志着我国进入了国际深水钻井船自主研发设计方阵,有力提升了我国高端海洋工程装备领域的综合竞争力;
4 海洋工程装备人才培养成效显著,依托项目实施持续培养了 4 名硕士研究生,组建了一支深水钻井装备研发团队;
5 项目形成的深水钻井船设计与建造技术体系,在后续项目如工信部第七代钻井船课题、天然气水合物钻采船工程项目中持续得以应用,支撑了我国海洋工程装备研发的持续发展,产生了显著的经济和社会效益。
通过深水钻井船工程化应用研究,实现了国内深水钻井船自主设计、总包建造零的突破,4 艘钻井船合同总价值达10 亿美元,经济效益显著,同时也是国内厂商首次总包高端钻井装备的钻井包, 标志着我国深水油气资源开发关键装备研制水平取得了新突破,对我国海工装备制造业具有重大意义。此为该成果的重要转化方向。