专利名称：预测深水半潜式钻井平台慢漂运动的方法
技术领域：
本发明涉及预测深水半潜式钻井平台慢漂运动的一种方法。
背景技术：
随着深水海洋油气勘探开发的发展，对大型半潜式钻井平台的需求日益增加。深水半潜式平台的运动预报技术是对于平台在作业工况完成安全作业，以及在生存工况下确保平台安全的关键技术之一。深水半潜式平台服役于海洋深水区，作用在平台上的环境载荷极其恶劣，主要包括波浪、风、海流等。半潜式海洋平台在波浪力作用下的运动通常考虑三种成分①跟随波浪特征频率一致的波频运动；②波浪差频效应引起的低频慢漂运动；③二阶波浪力中的定常力作用下的平均漂移运动。对半潜式钻井平台而言，作业状态平台的最大水平偏移 (offset)是一个控制因素，即最大水平偏移和水深的比值应小于5%，不同的公司一般有更为严格的要求。而最大水平偏移的主要成分是平均漂移和低频慢漂运动成分。因此对慢漂运动的快速准确预报十分关键。目前，平均漂移运动和低频慢漂运动的计算往往依靠时域方法，计算比较费时。若能发展一种相对快速且具有一定精度的深水半潜式平台慢漂运动分析方法，在半潜式平台设计的初期及前期研究阶段具有工程实用意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供预测深水半潜式钻井平台慢漂运动的一种方法。本发明所提供的预测深水半潜式钻井平台慢漂运动的方法，是预测目的深水半潜式钻井平台在设定的系泊刚度下的慢漂运动，所述慢漂运动通过如下6个参数中的六个、 五个、四个、三个、二个或一个体现纵荡慢漂运动最大值、纵荡慢漂运动最小值、 纵荡慢漂运动有义值ZiJ、横荡慢漂运动最大值；^fx、横荡慢漂运动最小值;r:、横荡慢漂运动有义值Kf ；所述设定的系泊刚度选自横荡系泊刚度Ky和纵荡系泊刚度Kx中的两种或一种；其中，所述方法包括如下步骤a)测定目的半潜式钻井平台的排水量P，根据所述目的半潜式钻井平台的排水量P选择参考半潜式钻井平台，该参考半潜式钻井平台的排水量= (1 士0. 4)P ；测定所述目的半潜式钻井平台的目标作业区域的有效波高；按照如下条件确定参考横荡系泊刚度Ky, &和参考纵荡系泊刚度Kx,ref 0. 25 彡 Ky/Ky,ref 彡 4，0. 25 彡 Kx/Kx,ref ^ 4 ；b)制作所述参考半潜式钻井平台的慢漂运动曲线；所述参考半潜式钻井平台的慢漂运动曲线为bl)和b2)中的两种曲线或其中任一种曲线bl)体现有效波高和所述参考半潜式钻井平台在所述参考横荡系泊刚度Ky, ref下的横荡慢漂运动统计参数之间函数关系的所述参考半潜式钻井平台的横荡慢漂运动曲线.
一入 ，
b2)体现有效波高和所述参考半潜式钻井平台在所述参考纵荡系泊刚度Kx, ref下的纵荡慢漂运动统计参数之间函数关系的所述参考半潜式钻井平台的纵荡慢漂运动曲线.
一入 ，所述横荡慢漂运动统计参数为参考横荡慢漂运动均值艺丨/和参考横荡慢漂运动标
准差 ^7，re/ ；所述纵荡慢漂运动统计参数为参考纵荡慢漂运动均值和参考纵荡慢漂运动标准差c)根据下述式(1)至(10)，预测所述目的半潜式钻井平台在所述设定的系泊刚度下的所述纵荡慢漂运动最大值、所述纵荡慢漂运动最小值、所述纵荡慢漂运动有义值IiJ、所述横荡慢漂运动最大值ifx、所述横荡慢漂运动最小值、所述横荡慢漂运动有
义值Kf这6个参数中的六个、五个、四个、三个、二个或一个
Xlf=X,
LF Kx，ref
ref K”
v LF _ VLF Λσ =Aa,ref
κ Sm
，ref
XZ=XLF+2XL/
K f
yLF _ yLF y,ref
、1/2
Ylf =Ylf f
σcr, ref
KyM
yLF . max .
Vlf - V LF , Λ 飞γLF
1Tnax - 1卞 jjCt
VLF yLF CtvLF
Vm = Υ "2·8/σ
(1) ⑵
⑶ ⑷
(5)
(6)
(7) ⑶
(9)
YL,=fLP+2YLP
(10) 式(1)中，fw为所述目的深水半潜式钻井平台在所述纵荡系泊刚度&下的纵荡
5慢漂运动均值；(2)中，为所述目的深水半潜式钻井平台在所述纵荡系泊刚度Kx下的纵荡慢漂运动的标准差；(6)中，为所述目的深水半潜式钻井平台在所述横荡系泊刚度Ky下的横荡慢漂运动均值；(7)中，Γ:为所述目的深水半潜式钻井平台在所述横荡系泊刚度Ky下的横荡慢漂运动的标准差。上述方法中的有效波高，是指在给定波列中的1/3大波波高的平均值。本申请的发明人经过大量实验确定，参考横荡系泊刚度Ky,&和参考纵荡系泊刚度 、&按照如下条件选取，预测的深水半潜式钻井平台慢漂运动最准确0. 25 彡 Ky/Ky,ref 彡 4,0. 25 彡 Kx/Kx,ref 彡 4。在本申请的一个实施例中，Ky/Ky,ref = 1. 13 ；在本申请的一个实施例中，Kx/Kx,ref = 4。所述目的半潜式钻井平台和所述参考半潜式钻井平台具体均可为500-3000米水深半潜式钻井平台。上述方法中，b)中所述的参考半潜式钻井平台的慢漂运动曲线可包括迎浪向(浪向与船体夹角0° )下的慢漂运动曲线和横浪向(浪向与船体夹角90° )下的慢漂运动曲线。所述的参考半潜式钻井平台的慢漂运动曲线也可只包括迎浪向下的慢漂运动曲线和横浪向下的慢漂运动曲线。如果要预测目的深水半潜式钻井平台在设定的系泊刚度下在横浪向和迎浪向之间的慢漂运动，如浪向为30°的慢漂运动，需要分别预测目的深水半潜式钻井平台在设定的系泊刚度下在迎浪向的慢漂运动和横浪向的慢漂运动，然后根据矢量合成，得到平台总的慢漂运动。上述方法中，b)中所述的参考半潜式钻井平台的慢漂运动曲线也可包括迎浪向下的慢漂运动曲线、横浪向下的慢漂运动曲线和斜浪向(浪向与船体夹角45° )的慢漂运动曲线。如果要预测目的深水半潜式钻井平台在设定的系泊刚度下在横浪向和斜浪向之间的慢漂运动，如浪向为30°的慢漂运动，需要分别预测目的深水半潜式钻井平台在设定的系泊刚度下在迎浪向的慢漂运动和斜浪向的慢漂运动，然后插值方法获取平台总的慢漂运动。本发明的方法适用于四立柱、双浮体的半潜式钻井平台的平均漂移运动和低频慢漂运动的预测；特别适合于四立柱、双浮体的深水半潜式钻井平台的平均漂移运动和低频慢漂运动的预测，如500米-3000米水深半潜式钻井平台的平均漂移运动和低频慢漂运动的预测。上述方法可用于调整深水半潜式钻井平台的系泊系统。在实际应用中，如果用本发明方法预测得到目的深水半潜式钻井平台的慢漂运动预测得到的慢漂运动情况超出目的深水半潜式钻井平台的目标范围(如超出目标值)，可通过调整系泊系统再重新设定目标系泊刚度，再利用本发明的方法预测目的深水半潜式钻井平台的慢漂运动，如此反复， 即可得到合适的系泊刚度和系泊系统。本发明的方法可用于半潜式平台主尺度、系泊系统等的前期研究、初步设计及方案比选等；是一种简单、快速、有效的慢漂运动评估方法，主要的评估项包括平均偏移、最大偏移、最小偏移、慢漂运动标准差，主要用于平台横荡、纵荡自由度的慢漂评估。本发明的方法预测的慢漂运动以曲线的形式体现，考虑了有效波高、排水量、浪向、系泊刚度四个关键因素，曲线的横坐标为有效波高，纵坐标为慢漂运动的平均漂移和慢漂运动标准差。本发明特别适合于在系泊定位系统约束下，平台受二阶波浪力作用下的横荡和纵荡的平均偏移、运动标准差及极值的预测，考虑了系泊刚度、浪向、有效波高、平台排水量等因素，特别适用于大吨位深水半潜式钻井平台主尺度和系泊系统的初步设计和前期研究。与现有技术相比，本发明的有益效果是在深水半潜式钻井平台的前期研究、方案比选和初步设计阶段，仅根据平台的吨位、系泊刚度、浪向、有效波高4个参数，就可快速的获取平台慢漂运动的统计值，从而快速实现方案的比选，或根据要求调整相关的参数，诸如调整系泊系统参数、平台主尺度参数等，从而实现对系泊刚度和平台吨位等参数的调整，再通过本发明所述的方法实现对平台慢漂运动的快速评估，最终获得满足要求的方案。与现有的计算机软件SESAM、Moses、Harp等商业软件所用时域方法相比，本发明所述方法计算速度快；与现有模型试验方法在耗时和费用上，本发明所述方法均有显著的优势。
图1为四立柱、双浮体半潜式平台的示意2为深水半潜式平台坐标及浪向定义3为深水半潜式平台系泊定位系统示意4为5. 2万吨排水量的参考深水半潜式平台浪向90°的横荡慢漂运动分析曲线和浪向0°的纵荡慢漂运动分析曲线图5为商业软件De印C预测的5. 2万吨目的深水半潜式平台横荡低频运动时历 (工况一)(平台横荡低频运动时历平均值7. 94m,标准差3. Olm,最小值1. 62m,最大值 20. 59m,起止时间0-10800s,时间步长0. Is)图6为商业软件De印C预测的5. 2万吨目的深水半潜式平台纵荡低频运动时历 (工况二)(平台纵荡低频运动时历平均值2. 62m，标准差2. 57m，最小值-4. 86m，最大值 16. 43m,起止时间0-10800s,时间步长0. Is)
具体实施例方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。本发明所提供的预测半潜式钻井平台慢漂运动的方法，是预测目的深水半潜式钻井平台在设定的系泊刚度下的慢漂运动，所述慢漂运动通过如下6个参数中的六个、五个、 四个、三个、二个或一个体现纵荡慢漂运动最大值、纵荡慢漂运动最小值式、纵荡慢漂运动有义值Ig、横荡慢漂运动最大值；Tm^fx、横荡慢漂运动最小值；、横荡慢漂运动有义值Kf ；所述设定的系泊刚度选自横荡系泊刚度Kx和纵荡系泊刚度Ky中的两种或一种；其中，所述方法包括如下步骤a)测定所述目的半潜式钻井平台的排水量P，根据所述目的半潜式钻井平台的排水量P选择参考半潜式钻井平台，该参考半潜式钻井平台的排水量Pref =(1 士0.4)P;测定所述目的半潜式钻井平台的目标作业区域的有效波高；按照如下条件确定参考横荡系泊刚度ky, ref和参考纵荡系泊刚度Kx, ref :0. 25彡Ky/Ky, ref彡4，0. 25彡Kx/K ^； 4 ·
lvx, ref ~~~~~ ‘b)制作所述参考半潜式钻井平台的慢漂运动曲线；所述参考半潜式钻井平台的慢漂运动曲线为bl)和b2)中的两种曲线或其中任一种曲线bl)体现有效波高和所述参考半潜式钻井平台在所述参考横荡系泊刚度Ky, ref下的横荡慢漂运动统计参数之间函数关系的所述参考半潜式钻井平台的横荡慢漂运动曲线.
一入 ，b2)体现有效波高和所述参考半潜式钻井平台在所述参考纵荡系泊刚度Kx, ref下的纵荡慢漂运动统计参数之间函数关系的所述参考半潜式钻井平台的纵荡慢漂运动曲线.
一入 ，所述横荡慢漂运动统计参数为参考横荡慢漂运动均值艺丨/和参考横荡慢漂运动标
准差；Cr;所述纵荡慢漂运动统计参数为参考纵荡慢漂运动均值和参考纵荡慢漂运动标准差Zfre/ ；c)根据下述式(1)至(10)，预测所述目的半潜式钻井平台在所述设定的系泊刚度下的所述纵荡慢漂运动最大值、所述纵荡慢漂运动最小值、所述纵荡慢漂运动有义值IiJ、所述横荡慢漂运动最大值I^fx、所述横荡慢漂运动最小值；r:、所述横荡慢漂运动有
义值Kf这6个参数中的六个、五个、四个、三个、二个或一个
=X^ ^L(1)
\2/3
V LF _ VLF Λσ =Aa,refKx.
ref
Kx
⑵
《= +4.3((3)
VLF TPLF . VLF
x^ =Χ(5)
JLF = γLF(6)
Ky
ν1/2
Ylf =Ylf f
σref
K
y.ref
(7)
Cx =^f+4.37-(8)
8
权利要求
1.预测半潜式钻井平台慢漂运动的方法，是预测目的深水半潜式钻井平台在设定的系泊刚度下的慢漂运动，所述慢漂运动通过如下6个参数中的六个、五个、四个、三个、二个或一个体现纵荡慢漂运动最大值、纵荡慢漂运动最小值、纵荡慢漂运动有义值、 横荡慢漂运动最大值ifx、横荡慢漂运动最小值；r:、横荡慢漂运动有义值Kf ；所述设定的系泊刚度选自横荡系泊刚度Kx和纵荡系泊刚度Ky中的两种或一种；其特征在于所述方法包括如下步骤a)测定所述目的半潜式钻井平台的排水量P，根据所述目的半潜式钻井平台的排水量P选择参考半潜式钻井平台，该参考半潜式钻井平台的排水量Pd = (1 士0. 4)P ；测定所述目的半潜式钻井平台的目标作业区域的有效波高；按照如下条件确定参考横荡系泊刚度Ky,&和参考纵荡系泊刚度Kx,& 0. 25 彡 Ky/Ky,ref 彡 4,0. 25 彡 Kx/Kx,ref 彡 4 ；b)制作所述参考半潜式钻井平台的慢漂运动曲线；所述参考半潜式钻井平台的慢漂运动曲线为bl)和b2)中的两种曲线或其中任一种曲线bl)体现有效波高和所述参考半潜式钻井平台在所述参考横荡系泊刚度Ky, ref下的横荡慢漂运动统计参数之间函数关系的所述参考半潜式钻井平台的横荡慢漂运动曲线；b2)体现有效波高和所述参考半潜式钻井平台在所述参考纵荡系泊刚度Kx, ref下的纵荡慢漂运动统计参数之间函数关系的所述参考半潜式钻井平台的纵荡慢漂运动曲线； 所述横荡慢漂运动统计参数为参考横荡慢漂运动均值艺丨/和参考横荡慢漂运动标准差 所述纵荡慢漂运动统计参数为参考纵荡慢漂运动均值和参考纵荡慢漂运动标准差 C)根据下述式(1)至(10)，预测所述目的半潜式钻井平台在所述设定的系泊刚度下的所述纵荡慢漂运动最大值、所述纵荡慢漂运动最小值、所述纵荡慢漂运动有义值 χ'ζ、所述横荡慢漂运动最大值、所述横荡慢漂运动最小值、所述横荡慢漂运动有义值Kf这6个参数中的六个、五个、四个、三个、二个或一个
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述目的半潜式钻井平台和所述参考半潜式钻井平台均为四立柱、双浮体的半潜式钻井平台。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述目的半潜式钻井平台和所述参考半潜式钻井平台为500-3000米水深半潜式钻井平台。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于b)中所述的参考半潜式钻井平台的慢漂运动曲线包括迎浪向下的慢漂运动曲线和横浪向下的慢漂运动曲线。
5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于b)中所述的参考半潜式钻井平台的慢漂运动曲线包括迎浪向下的慢漂运动曲线、横浪向下的慢漂运动曲线和斜浪向的慢漂运动曲线。
6.权利要求1至5中任一所述的方法在调整深水半潜式钻井平台的系泊系统中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于所述深水半潜式钻井平台为四立柱、双浮体的半潜式钻井平台。全文摘要
本发明公开了半潜式钻井平台慢漂运动的预测方法。该深水半潜式平台慢漂运动的预测方法，包括慢漂运动分析曲线的获取，系泊刚度的计算，慢漂运动统计参数(均值、标准差)与系泊参数(系泊刚度)的影响规律，和慢漂运动极值的推算。预报参数主要包括平均偏移、最大偏移、最小偏移、慢漂运动标准差，主要用于平台横荡、纵荡模态的慢漂评估。考虑的影响因素主要有系泊系统参数(系泊刚度)、海洋环境参数(浪向、有效波高)、海洋平台参数(排水量)。与现有的计算机软件SESAM、Moses、Harp等商业软件所用时域方法相比，本发明的方法计算速度快；与现有模型试验方法在耗时和费用上，本发明的方法均有显著的优势。
文档编号B63B35/44GK102424096SQ201110366000
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者王俊荣, 谢彬 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心