Nghiên cứu tính toán và thiết kế kết cấu chân giàn khoan tự nâng 400ft

Lịch sử thiết kế giàn khoan tự nâng bắt đầu từ những năm đầu thập niên 50 của thế kỷ XX, giàn khoan tự nâng đầu tiên trên thế giới “The Gus I” được thiết kế với hệ thống nâng hạ De Long ra mắt vào năm 1954, giàn khoan này hoạt động ở vùng nước sâu 100ft.

Trong thời kỳ đầu phát triển thiết kế của giàn khoan tự nâng, loại giàn này chủ yếu phục vụ khoan khai thác ở những khu vực nước nông và điều kiện môi trường trung bình (medium environments) trong vùng vịnh Mexico. Chân giàn khoan được thiết kế ở giai đoạn này có hai dạng chủ yếu đó là dạng tấm vỏ và dạng khung giàn không gian, đế chân được thiết kế theo dạng tấm phẳng hoặc dạng độc lập.

Ngày nay, giàn khoan tự nâng được thiết kế để hoạt động ở vùng có điều kiện môi trường khắc nghiệt (Hash enviroments), ở các vùng nước sâu hơn, khả năng khoan sâu hơn với tải trọng sàn cũng như tải trọng khoan lớn hơn.

Theo thống kê về những hư hại của giàn khoan tự nâng trên thế giới có đến trên 45% nguyên nhân liên quan đến chân giàn khoan và những hư hại này gây thiệt hại lớn về người cũng như tài sản của các công ty sở hữu chúng.

Ở trong nước, ngày nay đã có nhiều công ty, doanh nghiệp đang hoạt động trong lĩnh vực thiết kế, thi công, chế tạo các công trình biển phục vụ ngành dầu khí, có thể kể ra ở đây một số đơn vị điển hình như: Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro (Vietsovpetro - VSP) là doanh nghiệp tiên phong trong việc phát triển thiết kế, thi công và khai thác dầu khí ở Việt Nam; Tổng Công ty Dịch vụ Kỹ thuật Dầu khí Việt Nam (PTSC) có Công ty TNHH Cơ khí hàng hải (PTSC-MC), Tổng công ty Công nghiệp Tàu thủy Việt Nam, Tổng công ty lắp máy Việt Nam (Lilama), Tổng Công ty Xây lắp Dầu khí Việt Nam (PVC), Dung Quất Shipyard... Các doanh nghiệp này có đội ngũ chuyên gia giàu kinh nghiệm, trình độ chuyên môn cao về thiết kế, chế tạo, thi công và lắp đặt, sửa chữa các công trình biển cố định như giàn khoan cố định, giàn nén khí, giàn đầu giếng, giàn nhà ở...

Riêng về lĩnh vực giàn khoan dầu khí di động, có 02 đơn vị sở hữu và vận hành giàn khoan dầu khí di động là Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro và Tổng công ty cổ phần khoan và dịch vụ dầu khí (PVD). Tuy nhiên, trong thời gian kể từ tháng 07/2007 trở về trước không có công ty hay tổ chức nào trong nước tham gia vào lĩnh vực nghiên cứu, thiết kế, hạ thủy, chạy thử giàn khoan tự nâng mà chỉ dừng lại ở mức cử chuyên gia hợp tác với Công ty nước ngoài tham gia đóng mới và hoán cải sửa chữa như giàn khoan Tam Đảo 01, Cửu Long. Kết quả là trong lĩnh vực này, cho đến thời điểm hiện tại ở Việt Nam hầu như không có các chuyên gia đầu ngành, kỹ sư thiết kế, cán bộ kỹ thuật và quản lý dự án có kinh nghiệm.

Xuất phát từ thực tế trên, đề tài “Nghiên cứu tính toán và thiết kế kết cấu chân giàn khoan tự nâng 400ft”, ký hiệu SPQG 02b 01-03, thuộc Dự án “Nghiên cứu thiết kế cơ sở, chi tiết, công nghệ chế tạo, tích hợp giàn khoan tự nâng 400ft phù hợp với điều kiện Việt Nam và nghiên cứu phát triển, hoán cải giàn khoan dầu khí di động phục vụ kinh tế biển và an ninh quốc phòng” do Công ty Cổ phần Chế tạo Giàn khoan Dầu khí và KS Phan Tử Giang chủ trì được thực hiện nhằm các mục tiêu sau:

1. Từng bước làm chủ tính toán, thiết kế kết cấu cơ sở chân giàn khoan tự nâng dựa trên bản vẽ thiết kế cơ sở đã có, phù hợp với điều kiện kỹ thuật, công nghệ của Việt Nam:

  • Từng bước thực hiện tính toán liên quan để thiết kế chân giàn khoan tự nâng
  • Từng bước thực hiện thiết kế kết cấu chân giàn khoan tự nâng

Từ đó từng bước làm chủ tính toán thiết kế kết cấu chân giàn khoan tự nâng.

2. Ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào Dự án đóng mới giàn khoan Tam Đảo 05; Kiểm nghiệm tính toán thiết kế cơ sở cho giàn khoan Tam Đảo 05.

3. Đào tạo đội ngũ cán bộ chuyên sâu thiết kế cơ sở và công nghệ chế tạo công trình biển về chân giàn khoan tự nâng đạt trình độ quốc tế.

  • Đội ngũ tham gia đề tài sẽ trực tiếp tham gia vào dự án Tam Đảo 05, từ đó, nâng cao trình độ của đội ngũ thiết kế cơ sở giàn khoan tự nâng nói riêng và công trình biển nói chung.

Qua quá trình nghiên cứu lý thuyết, phương pháp và triển khai nhóm nghiên cứu đề tài đã thực hiện hoàn thành các nội dung theo các phạm vi nghiên cứu đặt ra, và đã có những ứng dụng vào dự án thực tế như dự án đóng mới giàn khoan tự nâng Tam Đảo 05 và đặc biệt dự án nối dài chân giàn khoan tự nâng Tam Đảo 02. Có thể khẳng định rằng đội ngũ kỹ sư nghiên cứu củ đề tài đã làm chủ được tính toán thiết kế cơ sở kết cấu chân giàn khoan tự nâng cụ thể như sau:

+ Xây dựng được bộ hồ sơ thiết kế cơ sở cho kết cấu thân và các cụm kết cấu chính trên giàn khoan tự nâng 400ft. Tạo tiền đề về năng lực, trình độ khoa học kỹ thuật phát triển mẫu thiết kế giàn khoan tự nâng.

+ Hoàn thiện quy trình thiết kế chi tiết, quy trình chế tạo thân giàn khoan tự nâng nói riêng và các công trình dầu khí biển nói chung.

+ Hoàn thiện quy trình công nghệ thi công chế tạo giàn khoan tự nâng phù hợp với điều kiện Việt Nam nói chung và áp dụng vào thi công đóng mới giàn khoan tự nâng 400ft.

+ Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế chi tiết dự án đóng mới giàn khoan tự nâng 400ft - Tam Đảo 05, dự án nối dài chân giàn khoan tự nâng Tam Đảo 02.

+ Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào thiết kế chi tiết, thiết kế cơ sở dự án nối dài chân giàn khoan tự nâng Tam Đảo 02.

Các kết quả nghiên cứu sau đã góp phần hỗ trợ và ứng dụng vào dự án đóng mới giàn khoan tự nâng 400ft (Tam Đảo 05) tại Công ty Cổ phần Chế tạo giàn khoan (PV Shipyard). Dự án được hoàn thành và bàn giao cho chủ đầu tư Liên doanh Việt - Nga (Vietsovpetro) vào ngày 31/10/2016, giàn khoan đã đưa vào vận hành ổn định.

1. Đã nghiên cứu và triển khai thực hiện hồ sơ “Báo cáo tính toán độ bền của chân khoan tự nâng 400ft trong trạng thái bão cực hạn và trạng thái vận hành” được đơn vị kiểm định quốc tế độc lập kiểm tra xác nhận về chất lượng tuân thủ theo các tiêu chuẩn đăng kiểm. 2. Đã nghiên cứu và triển khai thực hiện hồ sơ “Báo cáo tính toán độ bền của chân khoan tự nâng 400ft trong trạng thái di chuyển” được đơn vị kiểm định quốc tế độc lập kiểm tra xác nhận về chất lượng tuân thủ theo các tiêu chuẩn đăng kiểm.

3. Đã nghiên cứu và triển khai thực hiện hồ sơ “Báo cáo tính toán bền kết cấu đế chân giàn khoan khoan tự nâng 400ft” được đơn vị kiểm định quốc tế độc lập kiểm tra xác nhận về chất lượng tuân thủ theo các tiêu chuẩn đăng kiểm.

4. Đã nghiên cứu và triển khai thực hiện hồ sơ “Báo cáo tính toán, phân tích mỏi chân giàn khoan tự nâng trong trạng thái vận hành” được đơn vị kiểm định quốc tế độc lập kiểm tra xác nhận về chất lượng tuân thủ theo các tiêu chuẩn đăng kiểm.

5. Đã nghiên cứu và triển khai thực hiện hồ sơ “Báo cáo tính toán va chạm đế chân với nền đất trong trạng thái hạ chân và rút chân” được đơn vị kiểm định quốc tế độc lập kiểm tra xác nhận về chất lượng tuân thủ theo các tiêu chuẩn đăng kiểm.

6. Đã nghiên cứu và triển khai thực hiện hồ sơ “Báo cáo tính toán lún của giàn khoan trên nền đáy biển” được đơn vị kiểm định quốc tế độc lập kiểm tra xác nhận về chất lượng tuân thủ theo các tiêu chuẩn đăng kiểm.

7. Đã nghiên cứu xây dựng bộ hồ sơ quy trình thi công áp dụng vào quá trình thi chân và đế chân giàn khoan Tam Đảo 05 được chế tạo tại bãi thi công Công ty Cổ phần Chế tạo Giàn khoan Dầu khí.

8. Đã xây dựng được đội ngũ kỹ sư thiết kế chuyên sâu trong lĩnh vực thiết kế kết cấu giàn khoan tự nâng, ứng dụng thành thạo các phần mềm chuyên dụng trong phân tích phần tử hữu hạn (SACS, SESAM, ABAQUS). Phần mềm mô hình hóa đồng bộ kết cấu và xuất bản vẽ thi công Smart Plan 3D nhằm tối ưu hóa phương án và quy trình thi công giàn khoan tự nâng.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 15076/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.K.L (NASATI)