摘 要

本文运用建模软件SolidWorks对船长218.636米的钻井船进行了三维建模，之后将模型船导入到Maxsurf软件中计算了不同吃水下的静水力数据（包括方形系数，菱形系数，浮心垂向高度，稳心垂向高度等），并在AutoCAD中画出了该船的静水力曲线图；在Maxsurf软件中的seakeeper模块中进行了规则波中不同浪向，不同航速的船舶频率响应函数的计算，并作图及简要分析。之后查询船舶航线按照北大西洋散布图估算了钻井船航行海况的三一有义波高，选取了需计算得短期海况,计算了不规则波中不同航速，不同浪向的升沉，横摇，纵摇运动的统计值；最后对钻井船在钻井工况下进行了船舶第二代完整稳性中纯稳性丧失薄弱性衡准的两个层次衡准的校核，及随浪稳性评估。

本文的主要研究内容包括两部分：①钻井船在规则波中的频率响应函数与波浪遭遇频率，波长与船长比，浪向，船舶航速的关系,并应用谱分析技术计算了该钻井船在不规则波中升沉、横摇、纵摇运动的统计值,分析了航速、浪向角对船舶耐波性的影响。②按照IMO第二代完整稳性衡准SDC4版本草案要求对该钻井船在钻井工况下进行了纯稳性丧失薄弱性衡准两个层次的校核。

研究结果表明：目标钻井船在不规则波中的升沉、横摇、纵摇运动幅值的统计值在船舶顶浪和顺浪时满足钻井作业垂荡运动的有义值在1m以内，横摇和纵摇运动有义值在 2°以内的要求；该钻井船在钻井工况下纯稳性丧失薄弱性衡准2个层次校核都是安全的。

关键词：钻井船；Maxsurf软件；耐波性统计值；纯稳性丧失薄弱性衡准

Abstract

In this paper, the 3D modeling of 218.636-meter-long drilling ship is carried out by using the modeling software solid works, and then the model ship is imported into Maxsurf software to calculate the hydrostatic data under different draughts (including square coefficient, diamond coefficient, vertical height of floating center, vertical height of stabilizing center, etc.), and the static hydraulic curve of the ship is drawn in AutoCAD;In the seakeeper module of Maxsurf software, the frequency response functions of ships with different wave directions and speeds in regular waves are calculated, plotted and analyzed briefly.Then, according to the North Atlantic scatter map, the Sany significant wave height of the drilling ship navigation is estimated, and the short-term sea state to be calculated is selected, and the statistical values of heave, roll and pitch motion in different speed and wave direction in irregular wave are calculated;At last, two levels of criteria for the loss of vulnerability of pure stability in the second generation of intact stability of the drilling vessel under the drilling condition are checked, and the evaluation of wave stability is carried out.

The main research content of this paper includes two parts:①The frequency response function of a drilling ship in regular waves is related to the frequency of encountering waves, the relationship between the wavelength and the ship's speed, the wave direction and the ship speed. The statistical value of the heave, roll and pitch motion of the drilling ship in irregular waves is calculated by spectral analysis technique, and the influence of speed and wave angle on the seakeeping performance of the ship is analyzed.②According to the requirements of the second generation of IMO complete stability criterion sdc4, two levels of pure stability loss vulnerability criterion are checked for the drilling vessel under drilling conditions.

The results show that the statistical values of the heave, roll and pitch motion amplitudes of the target drilling ship in irregular waves meet the requirements that the meaningful values of the heave motion and roll and pitch motion are within 1 m and 2 °respectively when the ship is in the top wave and along the wave; the two levels of verification of the pure stability loss vulnerability criterion of the drilling ship are safe.

Key Words：Drilling vessel；Maxsurf；Prediction of Wave Resistance；Loss of vulnerability balance in pure stability

目录

摘要 I

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 本文研究的背景、目的和意义 1

1.2 研究现状 2

1.3 本文主要研究内容 3

第二章 船型调研 4

2.1 钻井船船型特征 4

2.2 钻井船船型尺度要求 4

2.3 钻井船作业与航行海况 5

第三章 钻井船建模及静水力计算 6

3.1 建模软件solidworks和maxsurf简介 6

3.2 运用solidworks建模 6

3.2.1 建模的钻井船参数 6

3.2.2 solidworks建模简略步骤 6

3.2.3 利用solidworks建模如图 7

3.3 用模型作静水力计算 7

3.3.1 不同吃水时的静水力数据 7

3.3.2 静水力曲线图 8

第四章 耐波性预报 9

4.1 船舶在波浪中运动的一般方程式 9

4.1.1 基本假定 9

4.1.2 船舶在波浪中受力 9

4.1.3 船舶在规则舶中的运动方程式 10

4.2规则波中升沉，横摇，纵摇运动的频率响应函数曲线 11

4.2.1 目标钻井船的主尺度参数和计算工况 11

4.2.2规则波中迎浪，不同航速下频响曲线 11

4.2.3设计航速时（13Kn），不同浪向频响曲线 13

4.3不规则波中船舶摇荡运动统计值的一般程序 14

4.4 波浪谱的输入及选取适当的航速，浪向 16

4.4.1船在速度0Kn时横浪和迎浪下的运动谱及运动统计值 17

4.4.2 船在服务航速10Kn、横浪、迎浪时的运动谱及运动统计值 18

4.4.3 设计航速13Kn时横浪、迎浪时的运动谱及运动统计值 20

4.5对摇荡运动幅值的统计值结果的分析 21

4.5.1不同浪向角时的统计值曲线对比 21

4.5.2不同航速时的统计值曲线对比 23

第五章 钻井船的随浪稳性计算和衡准评估 26

5.1 纯稳性丧失对钻井船的安全性影响 26

5.2 IMO第二代完整稳性衡准的主要发展过程 27

5.3 纯稳性丧失薄弱性衡准原理 28

5.3.1 纯稳性丧失第一层薄弱性衡准 28

5.3.2 纯稳性丧失第二层薄弱性衡准 29

5.4 纯稳性丧失薄弱性衡准两个层次的校核 30

5.4.1 纯稳性丧失第一层薄弱性衡准校核 30

5.4.2 纯稳性丧失第二层薄弱性衡准校核 31

第六章 总结 40

参考文献 41

致谢 42

附 录：钻井船静水力曲线图 43

第一章 绪论

1.1 本文研究的背景、目的和意义

海洋油气资源开发走向深水化是我国乃至全世界的趋势,适于进行深海作业的半潜式钻井技术生产系统逐渐成为了重要的研究热点。而目前只有深水半潜式钻井平台和钻井船能够有效完成深水钻井勘探作业。相比于半潜式钻井平台钻井船具有以下几大优点，这是钻井船将逐渐取代半潜式钻井平台成为海上油气资源勘探开采最优选择的必要条件。①钻井船具备自航能力且船身阻力小，那么钻井船的航速就不会很小，机动性远远强于钻井平台，则在移动井位时会很方便，快速，能够有效节省运营成本。②钻井船相比钻井平台能够配置更多的钻井设备和材料，这不仅有效降低了补给成本，也能有限度的提高作业效率，节省时间成本，具有更大的营运价值。③更适合进行超深水钻井作业，而根据资料显示，深水区的油气资源储备要高于浅水区，相比于钻井平台，钻井船无疑有着更加广阔的发展前景。④钻井船在钻井作业时不需要像半潜式钻井平台一样调节压载水。相比之下，钻井船相对于半潜式钻井平台，钻井船更适合于起深水钻井作业，将成为未来深海油气资源开发的主力装备^[1]。

但是钻井船在国内乃至全球的开发任处于初步阶段。同时钻井船在设计时船中部开设有贯通的月池结构以及安装了许多井架等钻井设备，这种船型使得钻井船容易受到风浪的影响，钻井船的安全性问题任是一个重大的挑战。