半潜平台倾斜试验数据误差分析

陈书敏，肖元，张健效，郭勤静

(中集海洋工程研究院有限公司研发部，山东 烟台 264003)

半潜平台倾斜试验数据误差分析

陈书敏，肖元，张健效，郭勤静

(中集海洋工程研究院有限公司研发部，山东 烟台 264003)

结合某实际半潜平台项目，讨论影响半潜平台倾斜试验结果准确性的因素及数据读取方法，对读取的数据进行误差分析，提出减小误差的具体措施，为该平台后续稳性分析计算提供基础数据。

半潜平台;倾斜试验;误差因素;数据读取;误差分析

中集来福士拥有国内最大的半潜式平台重量数据库，通过总结已建6条半潜平台的倾斜试验经验，讨论影响半潜平台倾斜试验结果准确性的因素及数据读取方法，试图找出影响试验精度的差因素，并找到相关的控制措施，以期在后续项目的倾斜试验过程中，能够有效地预控影响倾斜试验过程的误差因素，保证试验结果的准确性。

1 倾斜试验相关假设

1．1 误差因素

倾斜试验过程中所涉及的各种误差因素有吃水误差、不足重量或多余重量的误差、舱室装载液位遥测误差、力矩误差、测点误差(正切误差)、试验后GM数据处理方法误差等。对于以上误差因素，需要通过试验分析找出关键误差因素。

1．2 假设

针对实际在建平台项目，误差计算统一采用如下假设:试验排水量35 000 t，每厘米吃水10 t，空船重量23 000 t，重心高度24 m，试验移动重块200 t，压载水11 800 t，压载舱全部位于浮筒内，其舱室高度等于浮筒高度12 m。

2 试验误差及数据读取

2．1 吃水读取误差

2．2 不足重量或多余重量误差读取

国际船级社协会31号文件《倾斜试验统一流程》［1］中定义未安装重量不超过空船重量的2%，多余重量(除去压载水)不超过空船重量的4%;而2005年《船舶倾斜试验》［2］则要求多余和不足(除去压载水)的重量均不应超过空船重量的1%。对于未安装重量，因为在建造接近完工的阶段，一般只剩下部分木舾装、部分救生设备和其余专业少量工作，并且他们的安装位置都是非常确定的，这种重量的统计不会有较大出入。规范把这些重量限制在一定的范围内，对于未安装重量，是限制接近完工状态，主要还是因为多余重量，大多数情况下是通过估算或较为粗糙的丈量取得，比如脚手架，都是标准配件，重量可以通过详细统计桥板米数，管子米数，爬梯和扣件个数来获得，但是重心的确定基本都靠估算［3］。假设有40 t脚手架位于月池区域，估算重心高度偏差2 m，最后垂向重心高度误差为0.014%。

2．3 力矩误差

假设每步移动最小力矩是3×104kN·m。

人员移动力矩误差。假如在试验过程中，某一步相对于上一步来说，有6人从左舷走到右舷，假设每个人重量是75 kg，移动距离为60 m，则人员移动产生的力矩误差是0.9%。

风速力矩误差。假设平台在试验过程中突然受到3 m/s的横风，试验吃水处正常风速36 m/s时的风倾力矩值为16×104kN·m，则力矩误差为3.704%。可见，突风对于试验结果的影响非常大。

2．4 测点误差(正切误差)

国际船级社协会31号文件《倾斜试验统一流程》与2005年《船舶倾斜试验》都规定摆锤在每侧的最大偏移距离不小于150 mm，假设读数误差为5 mm，则读数误差是3.33%。试验时保证该距离不小于250 mm，则读数误差是2.0%，误差值明显减少。当然测点误差与摆锤长度有关。

地质导向技术是20世纪90年代发展起来的前沿钻井技术，是使用随钻测量数据和随钻地层评价测井数据，以人机对话的方式控制井眼轨迹的新兴石油技术。近年来，地质导向钻井技术已成为解决低产、低压、低渗透薄油层和难采储层等勘探开发难题的技术突破。

当摆锤长度是5 m时，正切误差1.0%，初稳性高度是7 m，重心误差0.07 m;当摆锤长度为10 m，正切误差则为0.5%，重心高度误差0.5%则为0.035 m。

所以，增大偏移距离，增加摆锤长度，另外试验时每次读数时，要多读几组，都可以明显减少测点误差［4］。

2．5 舱室装载液位遥测读取误差

在船舶进行倾斜试验时，要求大部分舱室抽空或灌满，半满舱室应控制在最少。这样控制的前提是常规船舶的压载舱室，是可以100%灌满的，因为他们的透气管是直着穿到干舷甲板或者以上的。但是对于半潜平台来说，所有舱室的透气管都需要经过立柱穿出直到主甲板上，导致大部分压载舱室的透气管都会有一段水平的管路，而这个水平管路距离舱顶是有一定距离的，通常最少控制在300～400 mm左右，见图1。

图1 舱室透气系统管路走向

现有的半潜平台压载舱室测深都采取液位遥测，原理是压力差。当压载水低于透气管路高度时，舱室正常排气，液位正常;当加压载水至透气管高度时，透气管与大气逐渐不再联通。由于压载管径远比透气管径大，继续压载，舱室液位升高至完全没过透气管位置，舱内气体开始受到压缩;与此同时，部分压载水开始涌入透气管，这时舱底的液位传感器仍然按照原先计算方法，减去正常大气压，即得到液位压力，再计算出液位高度。因为舱内气体的压缩，显示出的舱室液位高度值已经高于实际液位高度，当显示值达到浮筒高度意味满舱时，实际上舱室远远没有装满，并且透气管顶部早已出水。实际上在通常在发现透气管顶部出水时，舱室液位还没有显示满舱，调试工程师就已经停止压载了。由于空气的压缩比数值较大，根本没有办法估计实际舱室液位高度，因此此时的试验结果很难达到准确性及精度的要求。

对该项目进行保守估算，透气管距离舱顶高度300 mm，保证舱内空气完全不被压缩，因此实际上只达到97.5%满舱(即透气管高度位置处)，对于空船重量产生的误差就是1.283%。

2．6 试验后GM数据处理方法误差及对比

常规的初稳性高度值的数据处理方法是最小二乘法［5］，并且采用的是所有测点平均后的正切值。而实际采用的方法是在取平均之前，需要对每个测点单独采用最小二乘法求出每个测点的GM值，在观察各个测点的GM值比较接近时，再对每个测点的GM值取平均。这样的结果会比前一种做法GM值略小，也就是垂向重心高度值略大。两种数据处理方法对比情况见表格1。

表1 两种GM数据处理方法对比

通过比较，对各测点单独采用最小二乘法后再取平均的计算结果GM=8.523 1，比对全部测点一起用最小二乘法的计算结果GM=8.525小，也就是重心高度略大，两者误差为0.008%。

2．7 数据误差对比

通过实际项目经验总结出具体误差对比情况见表2。

表2 误差分析对比

由表2可见，影响试验精度的误差因素主要有4项:突风，舱室液位，人员移动，测点误差。而对于其他3项误差因素，只要保证正常的读取及计算，对结果的影响程度很小。

3 误差控制措施

由以上分析得到各因素对于试验结果的影响程度，为避免较大的影响，提出采取如下措施。

1)在试验过程中遇到突风，应测风速，估计影响，判断是否停止试验。

2)为了避免舱室装载液位产生大的重量误差，推荐在透气管上方的气体没有被压缩以前，结束压载。实际上当舱室接近满舱时，舱内自由液面值是很小的，由此引起的误差远小于重量误差，基本在0.05%以下。

3)试验过程中，在读取摆锤或者U形管偏移量时，强调所有人员统一回到原先试验开始时的位置并且缆绳一定要保持松弛。

4)若采用摆锤，则摆锤长度最少10 m，最大偏移距离不少于250 mm，读数人员应于摆锤标尺平行读数，并且标尺位置尽量接近摆线。

4 结束语

作为船舶建造过程中的一项关键试验，传统的船舶与半潜平台虽然都是漂浮物，虽然试验的原理和方法都很类似，但对于半潜平台来说，要想得到准确的倾斜试验结果，过程复杂。这是因为半潜平台的水线面较小，对于各种影响因素也更为敏感;倾斜试验时间较长，更容易出现意外因素。工程人员需要对试验条件和试验程序步骤进行严格控制，精心组织，重视对多余或不足重量的检查，及时检查试验误差，在试验中监控重块或者压载水移动后的GM值变化，分析变化是否在正常的误差范围内，控制试验是否继续进行。如此，大大提高初稳性高度的计算精度。

［1］IACS.No.31 Inclining test unified procedure［S］Rec. 1990/Corr.1 Jan 2004.

［2］杨存国，虞伟.CB/T 3035-2005.船舶倾斜试验［S］.北京:国防科学技术工业委员会，2005.

［3］班业平.浅谈大型船舶倾斜试验的控制要点［J］.船舶，2014(2):22-25.

［4］俞士将.对船舶倾斜试验中问题的探讨［J］.企业技术开发，2010，29(7):49-50.

［5］盛振邦，刘应中.船舶原理上册［M］.上海:上海交通大学出版社，2003.

Data Error Analysis of Inclining Test for the Semi-submersible Unit

CHEN Shu-min，XIAO Yuan，ZHANG Jian-xiao，GUO Qin-jing
(Research Department，Yantai CIMC Raffles Offshore Ltd.，Yantai Shandong 264003，China)

Based on the under-construction semi-submersible unit project，the factors affecting accuracy of the inclining tests and the data reading methods are discussed about.The error analysis for the data in the inclining tests for the semi-submersible unit is carried out to set forth the measures of reducing error.The exact data from inclining experiment will ensure the accuracy of the stability calculation.

semi-submersible unit;inclining test;error factor;data reading;error analysis

U661.78

A

1671-7953(2015)02-0161-03

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.02.040

2014-08-27

修回日期:2014-10-20

泰山学者蓝色产业领军专家专项基金

陈书敏(1985-)，女，学士，工程师

研究方向:海洋平台总体稳性分析

E-mail:shumin.chen@cimc-raffles