0 引 言

随着海洋石油工业不断发展，深水和超深水已成为未来海洋油气开发新的增长点。超深水海洋油气开发需要具有高技术、高性能的新型深水勘探设备，同时深水油气田的巨大投资使得油田钻井后测试(DST测试及延长测试)具有重要的经济意义，测试可为油田开发方案提供详尽的数据，促进油田有效开发。因此，具有延长测试(试采)及储油功能的新型超深水钻井船具有广阔的市场前景。具有试采测试及储油功能的超深水钻井船需要在世界主要海洋油田生产海域进行钻探作业及试采，其在钻井、立管解脱、测试等工况下的作业率直接影响到钻井船作业的窗口期和可作业海域，是衡量钻井船性能的重要参考指标；同时，也可为钻井船操作提供必要参考，确保操作安全性。对于钻井船及作业率相关研究，王建伟等[1]对3000m水深的起重铺管船进行作业率研究，利用实验数据和软件模拟计算分析了铺管作业率；孙采微[2]运用三维势流理论、CFD数值模拟和水池试验对深水钻井船进行研究，分析了月池的主要影响；张晓宇等[3-4]也对钻井船运动性能和月池阻力影响进行了分析。本文采用三维势流理论方法对一艘具有试采及储油功能的超深水第七代钻井船进行水动力数值模拟计算，分析其附加质量及运动幅频响应算子，并结合世界主要原油生产海域海况进行响应短期预报，结合统计学方法进行各种工况下的作业率分析。

1 模型参数

1.1 船体参数

目标船舶为集试采、储油和处理功能于一体的第七代超深水钻井船，其主要指标如下。

●主要功能设置： 钻井、测井、测试、完井、储油、试采。

●航行海域： 无限航区。

●航速： 12kn。

●井架形式： 双井架。

●井控系统： 双防喷器，6～8闸板。

随着城市化和工业化进程的加快，农村大量年轻劳动力涌向城镇，常住居民中老年人口数量相对较多，人口老龄化现象严重。尤其是丘陵山区村庄，常住人口以老年人为主，亟待建设养老设施［8］。此外，村级日间照料中心设置较少，没有形成一定的规模。

●储油量： 10万桶。

●最大作业水深： 12000英尺(约3660m)；最大钻井深度： 50000英尺(约15250m)。

其中，W为综合作业率，si为i自由度下的响应，Si为i自由度下限制条件，P为根据短期预报确定的概率，em为m浪向下的波浪概率。

177 3D printing auxiliary minimally invasive plate osteosynthesis (MIPO) reduces tibial malrotation incidence: a prospective randomized controlled study

本文选择三维势流理论进行水动力分析，并运用统计学进行短期预报，结合所在海域海况加权得到钻井船在各海况条件下的综合作业率。三维势流理论假设船体在微幅规则波作用下做六自由度运动，假设流体为均匀、不可压缩、无旋的理想流体，则在流场内速度势Φ(x, y, z, t)满足拉普拉斯方程，为在频域内求稳态解，将时间因素和空间因素分离可得[5]：

●试采处理能力： 每天8000桶。

●钻井系统大钩载荷： 2×1250短吨。

她举了例子说某人会对丈夫说，我为你牺牲了青春和事业，你要对我如何如何，这便是非爱行为。对亲近的人的实施非爱行为，很容易给亲人的心灵造成伤害。

●定位系统： 动力定位DP3(闭环系统)。

●主尺度： 船长238m，船宽43.4m，型深22.4m。

●重量信息： 钻井满载工况进行计算，其重心坐标为(112.87m， 0m， 16.37m)，惯性半径分别为17.43m、 60.81m、 59.92m，吃水10.95m，排水量96367t。

1.2 作业限制条件

作业工况限制条件如表1所示。

 

表1 作业工况限制条件

 

Table 1 Response limitation on different working conditions

  

作 业 工 况最大垂荡/m最大横摇/(°)最大纵摇/(°)钻井(Drilling)3.54.04.0下防喷器(Running BOP)2.54.04.0测试(Well testing)2.53.03.0立管解脱(Riser disconnect)4.56.06.0

1.3 波浪周期参数

第一，“不朽”的内容涵括了所有人的一切言行，这明确和推广了过去含糊有限的仅以“功、德、言”为范围的观点。胡适认为“功、德、言”只是人类活动中非常有限的内容，而基于进化论，“功、德、言”的具体内涵在不同的国家或历史时期也不尽相同。

 

表2 南海某海域波浪周期分布表

 

Table 2 Wave period and height distribution in the South China Sea

  

Hs/m有效波周期总计0～2s2～3s3～4s4～5s5～6s6～7s7～8s8～9s9～10s>10s0～0.5—00.980.8600————1.840.5～1.0—02.4317.533.60.020———23.591.0～1.5—00.116.3315.010.690.020.010022.181.5～2.0—000.079.445.250.040.010.02014.822.0～2.5———00.410.50.560.040—11.52.5～3.0————04.715.930.140—10.783.0～3.5————00.067.270.210—7.533.5～4.0—————01.842.140.01044.0～4.5——————0.011.920.0301.964.5～5.0——————00.560.2100.775.0～5.5———————0.020.30.040.365.5～6.0———————00.140.030.186.0～6.5————————0.060.080.156.5～7.0————————0.020.070.087.0～8.0————————00.120.128.0～9.0—————————0.080.089.0～10.0—————————0.070.07>10.0—————————00总计——3.5324.7928.4421.2315.675.050.810.48100

 

表3 西非某海域波浪周期分布表

 

Table 3 Wave period and height distribution in west Africa

  

Hs/mTp0～2s2～4s4～6s6～8s8～10s10～12s12～14s14～16s16～18s18～20s20～22s22～24s>24s总计0～0.50.010.030.040.060.060.200.5～1.00.011.003.981.825.175.523.701.170.340.130.01022.851.0～1.50.606.2810.4811.4911.389.192.870.830.190.06053.371.5～2.00.010.062.865.784.763.521.510.540.120.0119.172.0～2.50.070.941.331.050.340.100.013.842.5～3.00.000.040.140.230.100.030.543.0～3.50.020.010.03>3.500.000.00总计00.011.6110.3315.2623.4623.1917.776.001.840.450.080100

 

表4 巴西某海域波浪周期分布表

 

Table 4 Wave period and height distribution in Brazil

  

Hs/mTp3～4s4～5s5～6s6～7s7～8s8～9s9～10s10～11s11～12s12～13s13～14s14～15s15～16s16～17s17～18s18～19s>19s总计0～0.500000000—————————0.010.5～1.00.140.150.270.340.360.210.150.100.090.070.050.050.020.0100—2.001.0～1.50.021.241.472.374.773.310.910.490.370.340.140.140.040.0100015.641.5～2.000.464.864.656.087.963.892.151.310.710.330.230.090.030.020.01032.802.0～2.5—0.021.676.603.213.642.702.472.391.300.690.380.140.040.010.01025.252.5～3.0—0.010.142.793.181.371.131.051.161.350.680.380.140.030.010.01013.443.0～3.5—00.010.531.641.130.370.390.390.560.570.370.100.020.010—6.093.5～4.0——00.060.350.730.250.120.180.190.180.280.100.020.01——2.474.0～4.5——000.040.270.210.060.060.080.090.120.100.020——1.074.5～5.0————0.010.060.150.060.020.030.050.080.050.030.01——0.545.0～5.5————00.020.060.080.030.020.020.030.030.010.01——0.305.5～6.0————000.030.060.030.010.010.020.0100——0.166.0～6.5————000.010.020.03000.0100———0.096.5～7.0—————000.020.02000.0100———0.057.0～8.0—————00.010.010.020.01000.010———0.058.0～9.0——————00.0200000————0.02

  

图1 南海某海域波浪浪向玫瑰图Fig.1 Wave rose diagram in the South China Sea

  

图2 巴西某海域波浪浪向玫瑰图Fig.2 Wave rose diagram in Brazil

  

图3 西非某海域波浪浪向玫瑰图Fig.3 Wave rose diagram in West Africa

三个海域浪向玫瑰图如图1～3所示，其中西非海域方向性最为明显。根据各海况方向，本文将南海海域船头方向设为北偏东15°，巴西海域船头设为北偏西45°，西非海域船头设为南偏西15°。本文船头方向为所在浪向最大概率对应的方向，保证船舶在所在海域绝大多数环境下为迎浪工况。文中所标船头方向为船舶自北向东顺时针转动所对应的方向。

2 数值模拟

2.1 理论基础

一个国际研究团队最新发现，古人类“直立人”于约20万年前灭绝，部分原因可能在于他们“懒惰”。直立人属于人科人属，出现于大约200万年前，与现代人（智人）分属不同的种。研究人员分析了沙特阿拉伯中部代瓦迪米附近一处遗址后发现，这些直立人在制造石器时会随意使用住地周围的石头，而不愿费力去附近小山上收集质量更好的石头。这与早期智人和尼安德特人形成了鲜明对比。早期智人和尼安德特人都会登山寻找优质石头，并将其从远处运回。直立人的“懒惰”还表现在技术革新上非常保守。尽管周遭环境已经改变，他们仍是按照老办法和依靠已有工具生活，而不是想办法做出改变。

Φ(x, y, z, t)=Re[φ(x, y, z)e-iωt]，

(1)

控制方程为

(流场内)，

(2)

其中φ为速度势，ω为圆频率，t为时间。在方程中加入边界条件(线性自由面条件、物面条件、水底条件、远方条件)，假设船体零航速，运用格林函数法可以进行求解。采用面元法，对已有模型建立水动力网格，进行积分，就可以得到流场的速度势[6]。

结果表明，南海海域在横浪范围附近(与船头夹角60°～120°)时，综合作业率最低，特别是75°、 105°角时，造成作业率低的最主要原因为横摇限制因素，但垂荡也对作业率产生一定影响，二者综合得到最低作业率。钻井、立管解脱作业率最低为79%，下BOP、测试作业率最低为63%。结合浪向后，钻井、下BOP、立管解脱、测试综合作业率分别为93.31%、 85.34%、 93.42%、 85.34%。按年工作360天计算，可操作窗口期最低为307天，作业率较高。

W=∑P(si≤Si)em，

(3)

●定员： 不少于200人。

2.2 数值模拟流程

本文采用DNVGL软件的SESAM软件进行钻井船作业率分析。首先采用结构建模模块，GENIE进行船体建模，划分湿表面网格，得到船体外表面模型如图4所示。HYDROD为SESAM软件的频域水动力分析前处理模块，在此建立船舶环境参数及装载信息，运用WADAM模块进行水动力分析，导出到POSTPREP模块进行后处理，首先得到船体的附加质量和幅频响应算子。所得附加质量结果与幅频响应算子结果与预计基本吻合，与普通船型相比，由于存在中间月池开口，因此附加质量和RAO略有不同。在POSTPREP模块中，输入限制条件及波浪/周期散布图，进行作业率分析，并运用自建EXCEL宏命令进行后处理分析得到综合作业率。

本文选择了中国南海北部湾浅水区、巴西海域、西非海域的典型油田，得到其波浪/周期分布表，如表2～4所示。

  

图4 钻井船水动力网格模型Fig.4 Hydrodynamic model of drillship

3 结果分析

根据上文所述方法对各海域钻井、下BOP、立管解脱和测试工况下的作业率进行分析，得到结果如表5～7所示。

 

表5 南海海域各工况下作业率

 

Table 5 Operation capability in the South China Sea

  

浪向(船头15°)/(°)浪向概率/%钻井作业率/%下BOP作业率/%立管解脱作业率/%测试作业率/%04969296921513.496929692306969294924569485928560892798579755857392739058573797310589279857912047963946313548573967315069485988516539694999418039894989419516999499942102989498942252969499942400.6948598852550.2857396732700.2796394632850.2927985793000.1857379733150.1857392733300.292798579345394859285总作业率93.3185.3493.4285.34

 

表6 西非海域各工况下作业率

 

Table 6 Operation capability in west Africa

  

浪向(船头195°)/(°)浪向概率/%钻井作业率/%测试作业率/%下BOP作业率/%立管解脱作业率/%18015100100100100195301001001001002102010010010010022525100100100100240101009997100总作业率99.9099.9099.0099.00

 

表7 巴西海域各工况下作业率

 

Table 7 Operation capability in Brazil

  

浪向(船头315°)/(°)浪向概率/%钻井作业率/%下BOP作业率/%测试作业率/%立管解脱作业率/%0119688889915590777798305747459914596464448160574705991

 

(续表)

  

浪向(船头315°)/(°)浪向概率/%钻井作业率/%下BOP作业率/%测试作业率/%立管解脱作业率/%75491777798901197909099105699969699120599979710013539997971001500.39997971001650.2999696991800.1979090991950.05917777982100.05747059912250.05646444812400.05747459912550.05907777982700.3968888992851.9989292993001.95989595993151698959599330898959599345798929299总作业率91.6286.8583.7396.56

采用谱分析方法对船舶在不规则波下的运动响应进行频域短期预报。首先运用三维势流理论求解船舶附加质量和幅频响应算子(RAO)，海浪不规则波运用JONSWAP谱及波浪/周期分布表,以世界主要石油生产海域的波浪/周期分布表作为输入依据，得到响应谱，并根据给定的运动限制因素，确定船体在波浪中某浪向下横摇、纵摇、垂荡可作业概率，得出某浪向下的作业率，并根据浪向玫瑰图加权得到全浪向下的综合作业率：

转向失控一般是方向盘出现了问题，打不动或者打完了方向盘，前轮压根不动，这种情况一般是由于转向机构有零部件脱落、损坏、卡滞引起的。

西非海域海浪方向单一，其他海浪方向概率极低，在表中未列出。由于海况条件好、方向性强，钻井船在西非海域综合作业率均大于99%，在作业率最低的横浪方向上，几乎不存在海浪作用。因此，西非海域综合可作业率最高，为99%。

巴西海域各操作工况下作业率最低的均为横浪方向，其中横浪下测试作业率最低，仅为44%，钻井、下BOP作业率为64%，立管解脱作业率为81%。结合浪向得到的钻井、下BOP、立管解脱综合作业率分别为91.62%、 86.85%、 96.56%，测试作业率最低为83.73%。所有作业率均在80%以上，作业率较高。

4 结 语

本文针对具有试采及储油功能的第七代超深水钻井船进行水动力分析，并结合南海、巴西、西非海域海况条件分析了不同海况下的钻井、测试、下BOP、立管解脱工况下各浪向作业率，加权计算综合作业率。结果表明，西非海域由于波浪方向性强，作业率最高，综合作业率大于99%；南海海域综合作业率大于85%；巴西海域测试综合作业率83.73%，其他工况作业率大于85%。该目标船型作业率较高，可适应以上海域。

其中，横摇是限制作业率的最主要问题，布置减摇水舱、优化船型增加横摇阻尼可以提高作业率；垂荡同时对作业率有一定影响；纵摇对作业率影响微乎其微。

目前北欧及国内按不同的矿种矿石建造而且作为钼矿资源的主要对象仅有钨钼型矿石建造、单一钼矿石建造、铜钼矿石建造3种类型，而目前就其开发利用水平看，最主要的是大型、超大型网脉状即细脉浸染状亦即目前我国最主要的矿床类型—斑岩型钼矿床，其中包括钨钼、铜钼以及单一的钼矿石建造的矿床在内，矽卡岩型钼矿床实际上就是其中的一种[5]。

此外，船头方向的布置对作业率影响极大，运用动力定位系统，保持船舶艏向始终处于迎浪或接近迎浪方向，可大大提高作业率。

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