面向巨型深海石油钻探平台的高效率低成本大尺寸浮态制造理论与方法研究

我国是贫油国家，深海蕴藏着全球90％以上尚未开发的烃类资源，国家已将深海能源开发提高到事关国家安全的战略高度。深海石油开发的关键之一是钻探装备的先进制造技术，在研制国际首座圆筒型深海钻探储油平台的过程中，提出一种无需船台和船坞的直接在水上"分层制造，逐层叠加"的浮态制造新方法，制造原理和工艺属于原始创新。研究制造系统力学特性、系统建模理论、风浪与平台的液固耦合机理、分层制造自适应动平衡机理、各制造系统相互作用机理等共性问题，形成浮态制造理论。研究空间关联尺寸链、水下合拢工艺、分段制造与逐层叠加对制造精度影响的规律等问题，建立工艺数据库，形成浮态制造技术与方法。解决在没有超大型专用船台情况下建造巨型超重圆筒型平台的关键技术难题，提升制造水平，为最终形成国家标准和自主品牌奠定基础。研究成果对推动我国传统造船业向高利润高技术的海工装备高端制造业升级具有促进作用，同时丰富了非传统制造理论。

随着世界石油资源短缺，我国石油战略储备不足，向深海进军是我国的必然之路，开发深海石油钻探装备和技术是我国的战略核心。圆筒型深海钻井储油平台稳定性高，适应性强，是未来深水石油钻探平台的发展趋势。其建造方式采用了直接在水上“分层划分，漂浮叠加”的浮态制造新方法，具有成本低、效率高和适应性强的优点。本项目围绕浮态制造的基础理论与核心技术，进行深入研究，主要研究内容有：.（1）开展了圆筒型深水钻井储油平台浮态制造的关键问题研究：.建立了以底层环形分段数量最小、每个环形分段内分段数量最小的数学理论模型。提出了基于半潜驳建造的圆筒型深海钻井储油平台底层的分段划分方法。构建了水下旋转角度数学理论模型，并发明了旋转角度可变的水下旋转工艺装置。提出了通过支撑调节圆筒型钻井储油平台底层分段预制力的方法，改善了底层分段的受力情况，最后该方法用于制造Sevan Driller钻井储油平台的底层。.（2）开展了圆筒型 FDSO 浮态制造精度分析原理与规程研究：.提出补偿量作为补偿环的尺寸分析方法，拼焊板对接以及双层底总段扇形分段对接的精度计算方法。结合动态公差概念提出实时监控、动态调整的重量、重心精度设计方法，推导动态公差分配公式及总体重心误差缩放公式，使得在各分段重量、重心公差一定的情况下，平台总体重心误差范围极小并且可控，结合建造实例验证该方法，提出了重心精度控制流程以及数据库设计方法；优化了双层底总段扇形分段的划分方法，得到基底上层分段合理的划分方法。.（3）开展了巨型圆筒形海工平台浮态超常制造过程流固耦合分析：. 使用边界造波法构建了二维数值波浪水池，使用Fluent软件的六自由度模型和动网格技术建立了波浪载荷作用下流固耦合运动的数值模型并进行验证，利用该模型分析了制造过程中半潜驳的运动规律，确定了制造时系统应保持的横摇周期范围。使用源造波法构建了三维数值波浪水池，通过液相图、速度矢量云图、水质点迹线以及布置液位观测线的方法验证了该数值波浪水池的准确性为制造基底流固耦合强度分析提供基础，并最终优化了浮态制造吊装顺序。.本项目进行的研究解决了浮态制造过程中的一系列关键技术难题，为海工装备制造提供理论依据和技术指导，丰富技术内涵，填补理论空白。为未来深海钻井储油平台高精密、智能化建造奠定基础，具有重要的学术价值和实践意义。