Cắt kim loại bằng hiệu ứng nổ là lĩnh vực được các nước trên thế giới nghiên cứu, phát triển từ lâu, áp dụng vào rất nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân và trong cả quân sự. Cắt nổ được tiến hành đối với các cấu trúc công trình trên mặt đất, dưới nước, trên không và ngoài vũ trụ. Rất nhiều phương pháp cắt nổ và thiết bị đi cùng được chế tạo công bố trên các tạp chị của thế giới. Mỗi phương pháp, mỗi thiết bị ứng dụng hiệu ứng nổ để cắt đều có những ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng riêng.

Sự tăng lên của các hoạt động khai thác dầu khí và khí đốt trong ngành công nghiệp khai thác tài nguyên biển kéo theo sự tăng nhanh số lượng các công trình kiến trúc phục vụ cho quá trình khai thác. Trong quá trình khai thác sử dụng, sửa chữa, tháo dỡ và di chuyển các công trình này đòi hỏi phải tiến hành cắt các cọc đế mà cơ bản kết cấu là các ống thép để trả lại cảnh quan cho môi trường biển và không gây cản trở giao thông đường thủy. Việc cắt các ống này ở độ sâu hàng chục đến hàng tram mét dưới mực nước biển gây ra nhiều khó khan đối với phương pháp truyền thống có thể lên tới 100-200 riệu USD, tức là chiếm 30-50% chi phí xây dựng công trình và thiết bị của nó. Trong trường hợp này, ứng dụng thuốc nổ phục vụ công tác tháo dỡ bằng cách cắt các cọc để cho hiệu quả kinh tế cao, tiết kiệm được thời gian cũng như nguyên vật liệu cồng kềnh đi kèm.

Việc cắt các cọc đế của giàn khoan bằng thuốc nổ là công việc phức tạp, đòi hỏi phải có nhiều nghiên cứu chuyên sâu vì mục tiêu cần cắt nằm sâu dưới mực nước biển, chịu ảnh hưởng áp suất thủy tĩnh của môi trường nên có nhiều khó khăn khi đưa quả đạn vào vị trí cần cắt của dòng cắt kim loại. Do đó công việc cắt các ống thép của giàn khoan dầu khí phải được tiến hành từng bước để nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến hiệu quả cắt và lựa chọn phương án chế tạo đạn cắt được tối ưu nhát, vừa đảm bảo hiệu quả tốt, vừa giảm được tiêu thụ vật tư.

Trong nước, việc ứng dụng nổ để cắt kim loại còn rất hạn chế, các nghiên cứu về lượng nổ dạng máng hầu như chưa có gì. Vì vậy việc nghiên cứu tổng quan về lượng nổ cắt kim loại nói chung và lượng nổ dạng máng thẳng nói riêng là cần thiết. Từ đó đặt vấn đề nghiên cứu, thiết kế chế tạo các lượng nổ dạng máng dùng cắt các cấu trúc kim loại trong các tình huống đặc thù không cho phép sử dụng các phương pháp cắt truyền thống. Một trong các tình huống đặc thù mà đề tài đề cập đến là cắt các cọc đế của chân giàn khoan biển hiện nay tại một số khu vực khai thác dầu khí để thu dọn các trang thiết bị đã sử dụng và trả lại môi trường ban đầu cho biển nhưng không gây ảnh hưởng đến môi trường thủy sinh, hiệu quả cao và ít tốn kém.

Với mục tiêu của đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đạn cắt chân giàn khoan trên biển phục vụ công tác thu dọn mỏ dầu khí sau khi khai thác” là nghiên cứu, thiết kế, chế tạo loại đạn cắt chân giàn khoan để cắt các cọc để giàn khoan biển tại mỏ Bạch Hổ phục vụ công tác thu dọn mỏ dầu khí sau khi khai thác. Nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ trì đề tài Viện thuốc phóng Thuốc nổ cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài ThS Nguyễn Mậu Vương cùng thực hiện.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

- Đã nghiên cứu tổng quan tài liệu về bài toán cắt tấm thép và ống thép sử dụng hiệu ứng nổ lõm. Trên cơ sở lý thuyết tổng quan đã xây dựng phần mềm tính toán mô phỏng các yếu tố kết cấu của máng nổ thẳng và máng nổ tròn xoay cho công việc cắt tấm thép và ống thép

- Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: Độ dày máng lót, chiều dài đường sinh, loại vật lieuj làm máng lót, góc mở máng, vật liệu nổ đến hiệu quả cắt của máng nổ thẳng.

- Trên cơ sở nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố, đã chế tạo và thử nghiệm máng nổ thẳng đạt yêu cầu theo thuyết minh đề cương, cắt đứt hoàn toàn tấm thép (vật liệu API 5L Gr: 60X) dày 20mm.

- Đã nghiên cứu chế tạo máng nổ tròn xoay đạt yêu cầu cắt đứt hoàn toàn ống thép (vật liệu API 5L Gr:60x) với các kích thước mô phỏng ¼ và 1/3 kích thước ống thực.

- Trên cơ sở kết quả thử nghiệm máng nổ tròn xoay để cắt ống thép với kích thước thu nhỏ, đã viết phần mềm mô phỏng hoạt động của  đạn cắt chân giàn khoan và chế tạo ra máng nổ tròn xoay (đạn cắt chân giàn khoan) đảm bảo khả năng làm việc ở độ sâu khoảng 50m so với mặt nước biển và nhiệt độ làm việc 15-55 độ C, cắt đứt hoàn toàn ống thép 720x20mm bằng vật liệu API 5L Gr:60X.

- Đã nghiên cứu, chế tạo các thiết bị phụ trợ cho việc nghiên cứu, chế tạo máng nổ tròn xoay và máng nổ thẳng như: Khuôn chế tạo phôi sản phẩm, thiết bị kiểm tra khả năng chịu áp, độ kín, thiết bị kiểm tra khả năng chịu nhiệt,…

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 13943/2016) tại Cục Thông tin KHCNQG.

N.T.T (NASATI)