CN108776480A - 一种支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法，所述规划方法包括如下步骤：（1）定靠泊阶段划分点：以目标平台为中心，划分点A、点B、点C、点D和点E；（2）E点至D点平台靠泊航迹规划；（3）D点至C点平台靠泊航迹规划；（4）C点至B点平台靠泊航迹规划；（5）B点至A点平台靠泊航迹规划。本发明的优点在于：本发明支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法，能够针对靠泊环境条件，科学选取靠泊路径上的路径点，将靠泊过程分段，不同阶段所采取不同的控制策略，使靠泊路径安全、经济、易操作，避免支持平台和目标平台及其附属物相撞，极大保证安全。
Description
技术领域
本发明涉及支持平台的航线规划领域，特别涉及一种深水半潜式支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法。
背景技术
随着海洋油气资源开发技术的进步，世界范围内海洋钻井平台数量快速增长，深水半潜式支持平台可为钻井平台提供物资补给、存储和转运，并为平台作业人员提供良好、舒适的生活设施、环境和医疗服务。由于海洋环境恶劣多变，平台受力状态复杂，两平台间的相对运动，都有可能造成支持平台在靠泊钻井平台过程中发生碰撞等安全事故。
因此，急需研发一种在靠泊过程中避免支持平台与钻井平台发生碰撞，极大保证安全的支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种靠泊过程中能够避免支持平台与钻井平台发生剧烈碰撞，极大保证安全的支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法；其主要是在风、浪、流的干扰坏境下，找到一条从支持平台当前位置到目标位置用时短、易操纵、安全系数高的最优路径；航迹规划是根据靠泊目标规划出满足约束条件的航行轨迹，是自动靠泊中的关键组成部分。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法，其创新点在于：所述规划方法包括如下步骤：
(1)定靠泊阶段划分点：以目标钻井平台为中心，定义距离目标平台外轮廓38m处为靠泊就位点，记作点A，定义距离目标平台外轮廓100m为靠泊姿态调整点，记作点B，所述点A与点B同处同一直线，且点A与点B位于目标平台的同一侧；以目标钻井平台为圆心， 500米为半径所在圆上的一点为靠泊路径调整点，记作点C；以目标钻井平台为圆心，1000米为半径所在圆上的一点为靠泊最佳进入点，记作点D；以目标钻井平台为圆心，2海里为半径所在圆上的一点为准备靠泊点，记作点E；
(2)E点至D点平台靠泊航迹规划：
a.确定初始最佳艏向：在E点根据当前风浪流信息估算支持平台所受环境力，即风浪流合力方向，确定初始靠泊航迹最佳进入方向，计算D点位置；
b.航迹规划：考虑靠泊路径中障碍物碰撞，规划一条用时最短的航迹；
(3)D点至C点平台靠泊航迹规划：
a.确定最佳艏向：根据风浪流作用力，计算环境力合力方向，调整向目标平台靠泊最佳进入方向；
b.航迹规划：靠泊过程中根据环境力方向变化支持平台艏向自适应调整，即支持平台艏向与环境力合理方向保持在一条直线上，规划一条环境最优艏向的航迹；
(4)C点至B点平台靠泊航迹规划：
a.确定最佳艏向：根据风浪流作用力，计算环境力合力方向，调整向目标平台靠泊最佳进入方向；
b.航迹规划：靠泊过程中根据环境力方向变化支持平台艏向自适应调整，即支持平台艏向与环境力合理方向保持在一条直线上，规划一条环境最优艏向的航迹；
(5)B点至A点平台靠泊航迹规划：
a.调整姿态：根据目标平台靠泊点位置调整支持平台姿态，对准目标平台靠泊点；
b.实时测量目标平台距离；
c.航迹规划：保持艏向平移至A点。
进一步地，所述E点至D点平台靠泊航迹规划中，以钻井平台为圆心，2海里范围内存在其他平台或者船只都视为靠泊过程中的障碍物，障碍物外轮廓的500米范围作为其安全范围区，支持平台靠泊过程中不能靠近障碍物500米以内，此阶段靠泊航迹主要考虑避障问题，分析计算支持平台避开海上设施的靠泊路径，速度不高于2节。
进一步地，所述D点至C点平台靠泊航迹规划中，采取最优艏向的控制策略，即支持平台艏向始终与环境力合力方向在同一条直线上，速度不高于1节。
进一步地，所述C点至B点平台靠泊航迹规划中，分析靠泊过程中支持平台所受环境力合力发生持续变化，支持平台在靠泊过程中跟随环境力合力方向变化自适应调整平台艏向与路径，确保支持平台艏向始终与环境力合力方向在同一条直线上，速度不高于0.5节。
进一步地，所述B点至A点平台靠泊航迹规划中，在B点调整姿态，支持平台靠泊点对准生产平台靠泊点，支持平台平移至A点到达靠泊就位状态，速度不高于0.1节，支持平台与生产平台的靠泊点相距不小于38米。
本发明的优点在于：本发明支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法，能够针对靠泊环境条件，科学选取靠泊路径上的路径点，将靠泊过程分段，不同阶段所采取不同的控制策略，使靠泊路径安全、经济、易操作，避免支持平台和目标平台及其附属物相撞，极大保证安全。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明靠泊点选择与靠泊阶段划分示意图。
图2是本发明靠泊过程流程图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
本实施例支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法，规划方法包括如下步骤：
(1)如图1所示，以目标钻井平台为中心，定义距离目标平台外轮廓38m处为靠泊就位点，记作点A，定义距离目标平台外轮廓100m 为靠泊姿态调整点，记作点B，所述点A与点B同处同一直线，且点A与点B位于目标平台的同一侧；以目标钻井平台为圆心，500米为半径所在圆上的一点为靠泊路径调整点，记作点C；以目标钻井平台为圆心，1000米为半径所在圆上的一点为靠泊最佳进入点，记作点D；以目标钻井平台为圆心，2海里为半径所在圆上的一点为准备靠泊点，记作点E；
(2)如图2所示，支持平台距离目标平台2海里处(E点)开始靠泊准备，根据当前风浪流信息估算支持平台所受环境力(风浪流) 合力方向，确定初始靠泊航迹最佳进入方向(环境力合力同向或者反向)，计算距离目标平台1000米(D点)位置。
风浪流力和力矩计算公式如下：
a.平台所受到的海风作用力及力矩的模型表示为：
其中相关参数：ρa为空气密度；Ax为平台水线以上的正投影面积； AY为水线以上的侧投影面积；Loa为平台的总长；Vwind为平台受到的相对风速；Cwx(α)、Cwy(α)和Cwz(α)分别为X，Y方向的风阻力系数及绕 z轴的风阻力矩系数。
b.海流三个方向上受到作用力和力矩如下式所示：
其中相关参数：ρw为海水密度；Vcr为平台受到的相对流速；
B,L,T分别为钻井平台的宽度、长度和吃水线高度；Ccx(ψcr)，Ccy(ψcr)和 Ccn(ψcr)分别为x，y方向的流阻力系数及绕z轴的流阻力矩系数；ψcr为海流方向与平台艏向之间的夹角。
c.波浪力及力矩表达为：
其中相关参数：hW为波高；χ为波向角；αWa波浪与平台的相对夹角；CWax、CWay、CWam该角度(αWa)下的平均波漂移力及力矩系数。
(3)E点到D点靠泊过程中航行速度不高于2节，以钻井平台为圆心，2海里范围内存在其他平台或者船只都视为靠泊过程中的障碍物，障碍物外轮廓的500米范围作为其安全范围区，支持平台靠泊过程中不能靠近障碍物500米以内，避免与船舶、平台等障碍物碰撞，规划一条用时最短的航迹。
(4)到达距离目标平台1000米处(D点)根据风浪流作用力计算环境力合力方向，调整向目标平台靠泊最佳进入方向(环境力合力同向或反向)。
(5)D点到C点靠泊过程中采用JOYSTICK操作模式，靠泊航速不超过1节，并且根据环境力方向变化支持平台艏向自适应调整 (支持平台艏向与环境力合理方向保持在一条直线上)。
(6)到达距离目标平台500米处(C点)，操作模式转换为AUTO POS模式，航速不超过0.5节，并根据环境力方向变化支持平台艏向自适应调整(支持平台艏向与环境力合理方向保持在一条直线上)；
(7)到达距离目标平台100米处(B点)根据目标平台靠泊点位置调整支持平台姿态，使支持平台gangwei对准目标平台靠泊点。
(8)实时测量目标平台距离，保持艏向平移至距离目标平台38 米处(A点)，达靠泊就位状态，靠泊过程速度不高于0.1节。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法，其特征在于：所述规划方法包括如下步骤：
（1）定靠泊阶段划分点：以目标钻井平台为中心，定义距离目标平台外轮廓38m处为靠泊就位点，记作点A，定义距离目标平台外轮廓100m为靠泊姿态调整点，记作点B，所述点A与点B同处同一直线，且点A与点B位于目标平台的同一侧；以目标钻井平台为圆心，500米为半径所在圆上的一点为靠泊路径调整点，记作点C；以目标钻井平台为圆心，1000米为半径所在圆上的一点为靠泊最佳进入点，记作点D；以目标钻井平台为圆心，2海里为半径所在圆上的一点为准备靠泊点，记作点E；
（2）E点至D点平台靠泊航迹规划：
a.确定初始最佳艏向：在E点根据当前风浪流信息估算支持平台所受环境力，即风浪流合力方向，确定初始靠泊航迹最佳进入方向，计算D点位置；
b.航迹规划：考虑靠泊路径中障碍物碰撞，规划一条用时最短的航迹；
（3）D点至C点平台靠泊航迹规划：
a. 确定最佳艏向：根据风和水流作用力和定长波浪力，计算环境力合力方向，调整向目标平台靠泊最佳进入方向；
b. 航迹规划：靠泊过程中根据环境力方向变化支持平台艏向自适应调整，即支持平台艏向与环境力合理方向保持在一条直线上，规划一条环境最优艏向的航迹；
（4）C点至B点平台靠泊航迹规划：
a. 确定最佳艏向：根据风浪流作用力，计算环境力合力方向，调整向目标平台靠泊最佳进入方向；
b. 航迹规划：靠泊过程中根据环境力方向变化支持平台艏向自适应调整，即支持平台艏向与环境力合理方向保持在一条直线上，规划一条环境最优艏向的航迹；
（5）B点至A点平台靠泊航迹规划：
a.调整姿态：根据目标平台靠泊点位置调整支持平台姿态，对准目标平台靠泊点；
b.实时测量目标平台距离；
c. 航迹规划：保持艏向平移至A点。
2.根据权利要求1所述的支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法，其特征在于：所述E点至D点平台靠泊航迹规划中，以钻井平台为圆心，2海里范围内存在其他平台或者船只都视为靠泊过程中的障碍物，障碍物外轮廓的500米范围作为其安全范围区，支持平台靠泊过程中不能靠近障碍物500米以内，此阶段靠泊航迹主要考虑避障问题，分析计算支持平台避开海上设施的靠泊路径，速度不高于2节。
3.根据权利要求1所述的支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法，其特征在于：所述D点至C点平台靠泊航迹规划中，采取最优艏向的控制策略，即支持平台艏向始终与环境力合力方向在同一条直线上，速度不高于1节。
4.根据权利要求1所述的支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法，其特征在于：所述C点至B点平台靠泊航迹规划中，分析靠泊过程中支持平台所受环境力合力发生持续变化，支持平台在靠泊过程中跟随环境力合力方向变化自适应调整平台艏向与路径，确保支持平台艏向始终与环境力合力方向在同一条直线上，速度不高于0.5节。
5.根据权利要求1所述的支持平台靠泊钻井平台的航迹规划方法，其特征在于：所述B点至A点平台靠泊航迹规划中，在B点调整姿态，支持平台靠泊点对准生产平台靠泊点，支持平台平移至A点到达靠泊就位状态，速度不高于0.1节，支持平台与生产平台的靠泊点相距不小于38米。
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Effective date of registration: 20211228 Address after: 212003 4, South Xu Road, Zhenjiang, Jiangsu Province, 4 Patentee after: MARINE EQUIPMENT AND TECHNOLOGY INSTITUTE JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Address before: Meng Xi Road 212003 Zhenjiang city of Jiangsu province Jingkou District No. 2 Patentee before: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Patentee before: Institute of marine equipment, Jiangsu University of science and technology |
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Application publication date: 20181109 Assignee: JIANGSU DAJIN HEAVY INDUSTRY Co.,Ltd. Assignor: MARINE EQUIPMENT AND TECHNOLOGY INSTITUTE JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2022980006559 Denomination of invention: A path planning method for supporting platform berthing drilling platform Granted publication date: 20210319 License type: Common License Record date: 20220527 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
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Effective date of registration: 20220622 Address after: Meng Xi Road 212003 Zhenjiang city of Jiangsu province Jingkou District No. 2 Patentee after: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Patentee after: Institute of marine equipment, Jiangsu University of science and technology Address before: 212003 4, South Xu Road, Zhenjiang, Jiangsu Province, 4 Patentee before: MARINE EQUIPMENT AND TECHNOLOGY INSTITUTE JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
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