摘 要

油气资源对人类的重要性不言而喻，从人类进入工业时代，特别是近一个世纪以来，人类社会对油气资源的需求量越来越大。现代社会中人们的衣食住行全离不开它，但是我们知道，地球存储的油气资源是有限的，陆地和海洋都有分布。由于最开始人类主要是对陆地上的油气资源进行大规模开发，导致陆地的油气资源日益匮乏。随着需求量越来越大，陆地上的油气资源已经无法满足人类社会的需求。因此，对海洋油气资源的开发被大多数国家视为重中之重。

在海洋油气资源开发中，自升式海洋钻井平台是最常用的装置。国外在这方面的研究开始的较早，而我国开始的比较晚，虽然发展迅速，但是由于时间问题，在某些关键技术方面仍然落后于国外。因此，开展对自升式钻井平台进行研究很有意义。

本文首先深入分析研究了自升式海洋钻井平台的结构、原理和功能。然后对自升式海洋钻井平台的动力学特性进行分析，并在此基础上对自升式海洋钻井平台的升降控制系统进行设计。最后在进行了相应的动力学建模和控制理论研究的基础上，在Matlab/Simulink环境中设计了一个虚拟仿真系统，对自升式海洋钻井平台的工作过程进行仿真。该仿真系统能反映海洋自升式平台运动过程各阶段的动力学特性，并能实现对自升式平台的升降进行控制。

关键词：自升式海洋钻井平台；升降系统；PID控制；simulink仿真

Abstract

The importance of oil and gas resources to mankind is self-evident. From the time of human entry into the industrial age, especially for nearly a century, the demand for oil and gas resources in human society is increasing.People in the modern society can not leave it, but we know that the Earth's oil and gas resources are limited, land and sea are distributed.As the beginning of the human is mainly on the land of oil and gas resources for large-scale development, leading to land and oil resources increasingly scarce. With the increasing demand, land and oil resources have been unable to meet the needs of human society. Therefore, the development of marine oil and gas resources by most countries as a top priority.

In the development of marine oil and gas resources, the jack-up offshore drilling platform is the most commonly used device. Foreign research began in this area earlier, and China began relatively late, although the rapid development, but due to time problems, in some key technologies still lag behind abroad. Therefore, it is very meaningful to carry out research on the jack-up drilling platform.

This paper first studies the structure, principle and function of the jack-up offshore drilling platform. Then, the dynamic characteristics of the jack - up offshore drilling platform are analyzed, and the lifting control system of the jack - up offshore drilling platform is designed.Finally, based on the corresponding dynamic modeling and control theory, a virtual simulation system is designed in the Matlab / Simulink environment to simulate the working process of the jack - up offshore drilling platform. The simulation system can reflect the dynamic characteristics of each stage of the marine jack - up platform movement process, and can realize the control of the lifting platform of the jack - up platform.

Key Words：Jack-up offshore drilling platform；Lift system；PID control；Simulink simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景和研究意义 1

1.1.1 课题的研究背景 1

1.1.2 课题研究的意义 2

1.2 国内外的发展情况以及现状 2

1.2.1 国外的发展情况以及现状 2

1.2.2 国内的发展情况以及现状 3

第2章 自升式海洋钻井平台 4

2.1 自升式海洋钻井平台介绍 4

2.2 自升式海洋钻井平台的组成 4

2.2.1 自升式海洋钻井平台的船体 4

2.2.2 自升式海洋钻井平台的桩腿 5

2.2.3 自升式海洋钻井平台的升降系统 6

2.3 自升式海洋钻井平台的升降系统 6

2.3.1平台升降系统概述 6

2.3.2 平台升降系统的分类 7

2.3.3 平台升降系统的组成 8

2.4 自升式海洋钻井平台的工作过程 9

2.4.1 自升式海洋钻井平台工作流程 10

2.4.2 自升式平台工作过程动力学分析 11

第3章 升降系统建模与仿真 13

3.1 升降系统建模 13

3.2 升降控制模块 13

3.3 电机与船体桩腿模块 13

3.4 输出显示模块 16

3.5 simulink中模型的建立 17

第4章 仿真结果分析 19

4.1桩腿仿真结果分析 19

4.2船体仿真结果分析 20

4.2电机仿真结果分析 21

第5章 总结 23

参考文献 24

致谢 26

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和研究意义

1.1.1 课题的研究背景

石油对我们每个人来说都不陌生吧。石油被称为“工业的血液”，是一种粘稠的、深褐色液体，主要储存在地壳的上层部分地区。它和煤一样，是化石燃料的一种。它的主要用途可以分为两方面，一方面是作为燃料油和汽油使用；另一方面，石油在化学工业方面也占有重要地位，比如我们常见的各种溶液、化肥、杀虫剂和塑料等都是用它来做原料的。

在地球上石油的分布是十分不平衡的：如果从东西半球来看的话，大概四分之三的石油资源处于东半球，另外四分之一在西半球；如果从南北半球看的话，石油资源主要分布于北半球；如果从纬度分布来看的话，石油资源主要分布在北纬20°-40°和50°-70°两个纬度带内。这两个维度带分布着目前世界上绝大多数的油气资源，因此目前世界上规模较大的油田也分布在这些地方。例如，北纬20°-40°这个维度带内有著名的波斯湾油田、墨西哥湾油田和北非油田等，该几个区域的石油储量大约占据了全世界石油资源总储量的51．3％。北纬50°-70°这一纬度带内，集中分布着著名的北海油田、俄罗斯伏尔加及西伯利亚油田和阿拉斯加湾油区^[1]。

人类社会进入20世纪以后，工业和科学技术发展的速度有了质的飞跃，带来的问题就是世界各国对石油资源的需求量越来越大。开始的时候，由于科技和其他因素的限制，陆地上的石油资源开发难度和代价更低。因此，开始的时候人们主要是对陆地上的油气资源进行开发，那时候可持续发展还没有引起人们的关注，人们对石油的开采速度和规模都没有限制，对油气资源的开发以及超过了自然环境的负荷，带来的最大问题就是陆上资源日益匮乏。特别是进入21世纪以后，世界工业发展更加迅速，各种交通工具全面普及，全球对石油资源的需求量更为惊人。后来一些发达国家勘探到广阔的海底储存着巨量的油气资源，带动其他国家也将油气资源开发的重心从陆地转向海洋。现在，对海洋油气资源的开采已经成为了全世界的焦点，因为解决陆地油气资源不足的问题已经迫在眉睫。