Luận văn Nghiên cứu thiết kế hệ thống kết cấu ðỡ cụm thiết bị khoan cho giàn khoan tự nâng 90m nước (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu thiết kế hệ thống kết cấu ðỡ cụm thiết bị khoan cho giàn khoan tự nâng 90m nước (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG KẾT CẤU ÐỠ CỤM THIẾT BỊ KHOAN CHO GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 90M NUỚC NGÀNH: NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 4 9 5 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG KẾT CẤU ĐỠ CỤM THIẾT BỊ KHOAN CHO GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 90M NƯỚC NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60 520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10, năm 2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN ANH TUẤN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG KẾT CẤU ĐỠ CỤM THIẾT BỊ KHOAN CHO GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 90M NƯỚC NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60 520103 Hướng dẫn khoa hoc: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10, năm 2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Trần Anh Tuấn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/01/1984 Nơi sinh: Tp.Vũng Tàu Quê quán: Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 21, Hàn Mạc Tử, Phƣờng 7, Tp Vũng Tàu Điện thoại cơ quan: 0643545738 Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: anhtuantran@pvshipyard.com.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2003 đến 05/2008 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Ngành học: Kỹ Thuật công nghiệp. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Ngƣời hƣớng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2008 - 2010 Trƣờng ĐH Bà Rịa Vũng Tàu Giảng viên Công ty Chế tạo Giàn khoan Dầu khí Kỹ sƣ thiết kế đƣờng ống thuộc 2010 đến nay (PVShipyard) phòng thiết kế Trang 1
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Trang 2
6. LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng cảm ơn tới tập thể lãnh đạo, cán bộ, giảng viên của Trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là Bộ phận Sau đại học, Khoa Cơ khí Chế tạo máy đã chịu trách nhiệm trực tiếp tổ chức và đào tạo lớp cao học chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí. Để có đƣợc kết quả của luận văn cao học này, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Trƣờng Thịnh, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, động viên khích lệ tôi trong quá trình làm luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo phòng Thiết kế, lãnh đạo Công ty - Công ty Chế tạo Giàn khoan Dầu khí, nơi tôi đang công tác đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về thời gian, cơ sở vật chất, phần mềm cũng nhƣ tài liệu để tôi hoàn thành khóa học và luận văn cao học. Tôi cũng xin cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp, và những ngƣời thân yêu trong gia đình đã giúp đỡ, động viên, khích lệ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn, trong đó đặc biệt là sự hỗ trợ, góp ý của các đồng nghiệp ThS. Phạm Mạnh Cƣờng, KS. Đỗ Thanh Phƣơng, KS. Nguyễn Văn Quân, KS. Nguyễn Nhựt Trƣờng. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn! Vũng Tàu, ngày tháng năm 2016 Học viên TRẦN ANH TUẤN Trang 3
7. TÓM TẮT Hệ thống kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan là một tổ hợp kết cấu siêu trƣờng, siêu trọng dùng để đỡ cụm thiết bị khoan trong quá trình khoan thăm dò và khai thác các giếng dầu. Hệ thống kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan gồm có: 2 dầm công xôn và kết cấu đỡ sàn khoan đáp ứng đƣợc yêu cầu về khả năng chịu lực, độ bền và độ ổn định khi cụm thiết bị khoan hoạt động. Đề tài nghiên cứu về tổng thể giàn khoan tự nâng, bố trí thiết bị công nghệ trên hệ kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan cũng nhƣ yêu cầu thiết kế hệ thống kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan. Đề tài nghiên cứu, đề xuất quy trình các bƣớc tính toán, thiết kế hệ thống kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan, hệ thống lại các tiêu chuẩn, quy phạm áp dụng thiết kế hệ thống kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan trên các công trình khoan thăm dò và khai thác dầu khí. Tính toán các loại tải trọng tác động lên hệ thống kết cấu, thiết lập các tổ hợp tải trọng phù hợp với các trạng thái vận hành khai thác để tiến hành phân tích bền và ổn định của hệ thống kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan. Sử dụng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn SESAM của DNV, đề tài tiến hành phân tích & tính toán thiết hệ thống kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan cho giàn khoan tự nâng Tam Đảo 05. Trang 4
8. ABSTRACT The support Drilling equipment system is a supper strong structural complex which is to support for the Drilling equipment system during drilling and production operation. This system includes: two cantilever beams and Drill floor sub-base structure that ensure the proper operation of drilling equipment system. The report is about the overview of self-elevating drilling rig in terms of drilling equipment arranged in this supported structure, technical specification detail requirement for operation and design. This report provides the step by step calculation, design for the drilling system support structure and lists out standards and rules for designing this drilling system support structure which is applicable to Oil and Gas offshore drilling and production units. This report calculates loads on the supported structure, simulates different kinds of load on this structure regarding different operating conditions. This is to analyze the stable of the supported structure. The analysis – calculation procedure and the SESAM method of DNV is applied for the Project Tam Dao 05. Trang 5
9. MỤC LỤC 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 15 1.1 SƠ LƢỢC VỀ GIAN KHOAN TỰ NÂNG VÀ HỆ THỐNG KẾT CẤU ĐỠ CỤM THIẾT BỊ KHOAN 15 1.1.1 Thân chính 16 1.1.2 Khối nhà ở và sân bay trực thăng 16 1.1.3 Sàn khoan 17 1.1.4 Chân giàn khoan 17 1.1.5 Tháp khoan 18 1.1.6 Hệ thống kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan 19 1.2 BỐ TRÍ CÁC THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ TRÊN HỆ THỐNG KẾT CẤU ĐỠ CỤM THIẾT BỊ KHOAN VÀ SÀN KHOAN 21 1.2.1 Bố trí hệ thống các thiết bị trên sàn khoan 21 1.2.2 Bố trí thiết bị trên hệ thống kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan 23 1.2.2.1 Cụm đối áp 13-5/8”-10,000 psi 23 1.2.2.2 Cụm đối áp 21-1/4”-2,000 psi 23 1.2.2.3 Cụm phân dòng hồi (Diverter) 24 1.2.2.4 Cụm điều khiển cho cụm đối áp và cụm phân dòng hồi (BOP/Diverter control unit) 25 1.2.2.5 Bình tích cho cụm đối áp và cụm phân dòng hồi (BOP/Diverter accumulator racks) 26 1.2.2.6 Pa lăng cho cụm đối áp (BOP trolley hoist) 26 1.2.2.7 Sơ đồ bố trí các thiết bị trên hệ thống kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan 27 1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG KẾT CẤU ĐỠ CỤM THIẾT BỊ KHOAN TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC 29 1.3.1 Ngoài nƣớc 29 1.3.2 Trong nƣớc: 31 1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 33 Trang 6
10. 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu: 33 1.4.2 Đối tƣợng nghiên cứu 33 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 1.6 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 34 1.7 NÔI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 35 2 CHƢƠNG II: CƠ SỞ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG KẾT CẤU ĐỠ CỤM THIẾT BỊ KHOAN TRÊN GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 36 2.1 TIÊU CHUẨN, QUY PHẠM, HƢỚNG DẪN THIẾT KẾ 36 2.2 CÁC TRẠNG THÁI THIẾT KẾ GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 37 2.2.1 Trạng thái di chuyển: 37 2.2.2 Trạng thái nâng/ hạ chân: 38 2.2.3 Trạng thái vận hành và trạng thái tới hạn: 38 2.3 XÂY DỰNG PHƢƠNG ÁN KẾT CẤU HỆ THỐNG ĐỠ CỤM THIẾT BỊ KHOAN 38 2.3.1 Hình dạng 38 2.3.1.1 Dầm công xôn (Cantilever) 38 2.3.1.2 Hệ thống kết cấu đỡ sàn khoan (Subbase Structure) 40 2.3.2 Vật liệu 42 2.4 QUY TRÌNH THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN KẾT CẤU HỆ THỐNG ĐỠ CỤM THIẾT BỊ KHOAN 45 2.5 TIÊU CHUẨN TÍNH TOÁN, KIỂM TRA ĐỘ BỀN DẦM ĐỠ 47 2.5.1 Tiêu chuẩn AISC 47 2.5.2 Theo tiêu chuẩn ABS 52 3 CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KẾT CẤU ĐỠ CỤM THIẾT BỊ KHOAN 53 3.1 MỞ ĐẦU 53 3.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 53 3.2.1 Phƣơng pháp tính toán và giả định 53 3.2.1.1 Phần mềm ứng dụng 54 Trang 7
11. 3.2.1.2 Tính toán tải trọng và tổ hợp tải trọng 56 3.2.1.3 Kết quả tính toán từ phần mềm Sesam 65 3.2.1.4 Kiểm tra bền hệ kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan 68 3.2.2 Phƣơng pháp tính toán với bài toán cơ bản 68 3.3 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG KẾT CẤU ĐỠ CỤM THIẾT BỊ KHOAN 73 3.4 QUY TRÌNH ĐẤU LẮP HỆ DẦM CÔNG XÔN LÊN GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 74 3.4.1 Phân tích và chọn phƣơng án đấu lắp hệ dầm công xôn 74 3.4.2 Qúa trình chuẩn bị đấu lắp hệ dầm công xôn 75 3.4.3 Qui trình đấu lắp dầm công xôn 77 3.4.4 Kết quả đạt đƣợc 79 4 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN 81 4.1 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 81 4.2 HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA LUẬN VĂN 82 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 6 PHỤ LỤC MÔ TẢ QUÁ TRÌNH MÔ HÌNH TRÊN PHẦN MỀM SESAM 84 Trang 8
12. KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA Ký hiệu/viết tắt/thuật ngữ Minh giải ký hiệu, viết tắt và thuật ngữ 1. Ký hiệu & chữ viết tắt American Bureau of Shipping / Đăng kiểm ABS hàng hải Mỹ American Institute of Steel Construction / Quy định kĩ thuật thiết kế kết cấu thép theo phƣơng AISC pháp ứng suất cho phép và phƣơng pháp thiết kế dẻo American Society for Testing and Materials / ASTM Hiệp hội về vật liệu và quy định kiểm tra vật liệu Mỹ American Petroleum Institute / Viện dầu khí API Mỹ DNV Det Norske Veritas / Đăng kiểm Nauy Mobile Offshore Drilling Unit / Giàn khoan di MODU động Structural Analysis Computer System / Phần SACS mềm phân tích kết cấu Phần mềm phân tích kết cấu, ổn định công SESAM trình của Đăng kiểm DNV Giàn khoan tự nâng Tam Đảo 05 / Tam Đảo Tam Đảo 05 05 Jack Up UC (Unity chec) = [Ứng suất]/[Ứng suất cho UC phép] 2. Thuật ngữ & định nghĩa Trạng thái này diễn ra khi giàn khoan cần di chuyển từ khu vực này tới khu vực khác, giàn khoan có thể di chuyển bằng cách dùng sàlan Trạng thái di chuyển để chở toàn bộ giàn khoan (tiếng Anh gọi là dry (Transit Condition) tow), hoặc cho thân giàn khoan nổi trên mặt nƣớc và dùng tàu kéo để di chuyển giàn (tiếng Anh gọi là wet tow/floating mode) Trang 9
13. Ký hiệu/viết tắt/thuật ngữ Minh giải ký hiệu, viết tắt và thuật ngữ Qúa trình nâng: Tại vị trí cần khoan, các chân giàn đƣợc hạ xuống và cắm sâu vào đáy biển. Sau khi hạ chân, thân giàn và sàn công tác đƣợc Trạng thái nâng/hạ chân nâng lên đến chiều cao thiết kế để đảm bảo an (installation/ retrieval condition) toàn khi làm việc Quá trình hạ ngƣợc với quá trình nâng, xảy ra sau khi kết thúc công việc khoan. Khi các chân giàn đã đƣợc cắm ổn định xuống đáy biển và thân giàn đã đƣợc nâng cao đến vị Trạng thái vận hành trí thiết kế. Trong trạng thái vận hành, giàn tự (Operating Condition) nâng hoạt động giống nhƣ một giàn khoan cố định, diện tích làm việc trên thân giàn giống nhƣ trên giàn cố định Ở trạng thái tới hạn giàn khoan phải chịu đƣợc Trạng thái tới hạn tải do bão và tải do quá trình vận hành sinh ra (survival condition) là lớn nhất. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Ứng suất chảy của vật liệu chế tạo hệ kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan 43 Bảng 3-1: Tổng hợp tải trọng loại 1 59 Bảng 3-2: Hệ số chiều cao Ch 62 Bảng 3-3: Hệ số hình dạng Cs 63 Bảng 3-4: Tải trọng thiết kế cho điều kiện moment lớn nhất 64 Bảng 3-5: Tải trọng thiết kế cho điều kiện lực cắt lớn nhất 65 Bảng 3-6: Các thông số của cẩu tại thời điểm dầm ở vị trí đấu lắp 77 Bảng 3-7: Các thông số cáp khi cẩu lắp 77 Trang 10
14. Bảng 3-8: Các thông số ma ní khi cẩu lắp 77 Bảng 3-9: Các thông số cẩu khi hạ dầm từ xe nâng tổng đoạn 78 Bảng 3-10: Các thông số cáp khi cẩu lắp 78 Bảng 3-11: Các thông số ma ní khi cẩu lắp 78 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Các bộ phận chính trên giàn khoan tự nâng 15 Hình 1-2: Thân chính của giàn khoan tự nâng 16 Hình 1-3: Khu vực nhà ở và sân bay trực thăng của giàn khoan tự nâng 17 Hình 1-4: Khu vực sàn khoan của giàn khoan tự nâng 17 Hình 1-5: Chân của giàn khoan tự nâng 18 Hình 1-6: Các loại tháp khoan 18 Hình 1-7: Hệ kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan 19 Hình 1-8: Một số loại dầm công xôn 20 Hình 1-9: Kiểu dầm công xôn xoay 20 Hình 1-10: Vị trí hệ kết cấu đỡ sàn khoan 21 Hình 1-11: Sơ đồ mặt bằng bố trí các thiết bị trên sàn khoan 22 Hình 1-12: Sơ đồ bố trí mặt chiếu đứng và ảnh chụp một góc sàn khoan thực tế 22 Hình 1-13: Cấu tạo cụm đối áp 13-5/8”-10,000 psi 23 Hình 1-14: Cấu tạo của đối áp 21-1/4”-2,000 psi 24 Hình 1-15: Cấu tạo của cụm phân hồi dòng 25 Hình 1-16: Cụm điều khiển cho cụm đối áp phân dòng 26 Hình 1-17: Bình tích cho cụm đối áp và cụm phân dòng hồi 26 Hình 1-18: Cấu tạo của cầu trục 27 Trang 11
15. Hình 1-19: Sơ đồ bố trí thiết bị trên phần sau (Aft side) của cantilever 27 Hình 1-20: Sơ đồ bố trí thiết bị trên sàn Lower (Fwd site) của Cantilever 28 Hình 1-21: Sơ đồ bố trí thiết bị trên sàn Upper (Fwd site) của Cantilever 28 Hình 1-22: Các phân lớp và series giàn khoan do F&G thiết kế 30 Hình 1-23: Các giàn khoan tự nâng đang hoạt động tại Việt Nam 31 Hình 1-24: Bố trí thiết bị ban đầu trên lower deck và aft site 34 Hình 1-25: Bố trí thiết bị ban đầu trên Upper deck 34 Hình 2-1: Dầm công xôn(Cantilever) trên giàn khoan tự nâng 90m nƣớc 39 Hình 2-2: Mặt bằng bố trí hệ dầm công xôn 39 Hình 2-3: Dầm công xôn tại vị trí vƣơn xa nhất 40 Hình 2-4: Mặt bằng hệ kết cấu đỡ sàn khoan 40 Hình 2-5: Hệ dầm hộp chính (Transverse Box beam) 41 Hình 2-6: Hệ dầm liên kết 41 Hình 2-7: Kết cấu đỡ sàn khoan (subase structure) trên giàn khoan tự nâng 42 Hình 2-8: Vật liệu sử dụng tại các vị trí trên dầm công xôn và kết cấu đỡ sàn khoan 43 Hình 2-9: Biểu đồ tải trọng-biến dạng của vật liệu 43 Hình 2-10: Quy trình nghiên cứu, tính toán, kiểm tra hệ thống kết cấu 46 Hình 2-11: Tiết diện của dầm công xôn và kết cấu đỡ sàn khoan 47 Hình 3-1: Các hƣớng tác dụng của tải trọng môi trƣờng (tải trọng gió) 54 Hình 3-2: Qúa trình tính toán, phân tích số 54 Hình 3-3: Biểu đồ tải trọng sàn khoan và tải trọng khoan tác dụng lên hệ kết cấu . 57 Hình 3-4: Biểu đồ phân bố tải trọng thiết bị và phân bố tải trọng của hệ kết cấu 57 Hình 3-5: Ứng suất Von Mises cho trƣờng hợp moment max 66 Hình 3-6: Ứng suất Von Mises tại đáy cánh dầm cho trƣờng hợp moment max 66 Hình 3-7: Ứng suất Von Mises cho trƣờng hợp shear max 67 Hình 3-8: Ứng suất Von Mises tại đáy cánh dầm trƣờng hợp shear max 67 Trang 12
16. Hình 3-9: Tiết diện dầm công xôn 68 Hình 3-10: Tiết diện dầm đỡ sàn khoan 71 Hình 3-11: Đấu lắp dầm từ phía sau giàn khoan 75 Hình 3-12: Sơ đồ bố trí móc cẩu dầm công xôn 76 Hình 3-13: Sơ đồ di chuyển dầm công xôn từ vị trí lật tới vị trí cẩu lắp 79 Hình 3-14: Dầm công xôn khi đã lắp xong 80 Hình 6-1: Giao diện chính của Sesam Manager 84 Hình 6-2: Giao diện Mô đun Genie 84 Hình 6-3: Mô tả đặc trƣng vật liệu trong phần mềm 85 Hình 6-4: Mô tả đặc trƣng chiều dày thép trong phần mềm 85 Hình 6-5: Tạo lƣới cho mô hình trong phần mềm 86 Hình 6-6: Mô hình một phần tử tấm theo hệ lƣới trong phần mềm 86 Hình 6-7: Định nghĩa chiều dày cho tấm (Plate) 87 Hình 6-8: Định nghĩa vật liệu cho tấm (Plate) 87 Hình 6-9: Các tấm plate sau khi đƣợc mirror 88 Hình 6-10: Mô hình hệ thống kết cấu trên phần mềm Sesam 88 Hình 6-11: Mặt chiếu cạnh của kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan 89 Hình 6-12: Mặt chiếu bằng của kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan 89 Hình 6-13: Điều kiện biên cho hệ kết cấu trên phần mềm Sesam 90 Hình 6-14: Tải trọng của BOP đƣợc đặt trên cánh trên của dầm hệ kết cấu 90 Hình 6-15: Tải trọng dung dịch khoan đặt tại cánh trên của dầm hệ kết cấu 91 Hình 6-16: Tải trọng truyền từ sàn khoan xuống đƣợc đặt lên hai dầm của kết cấu đỡ sàn khoan tại 4 vị trí trên hệ kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan 91 Hình 6-17: Ứng suất cắt cho trƣờng hợp moment max 92 Hình 6-18: Ứng suất uốn dọc trục XX cho trƣờng hợp moment max 92 Hình 6-19: Ứng suất uốn dọc trục YY cho trƣờng hợp moment max 93 Hình 6-20: Ứng suất uốn dọc trục XX tại đáy cánh dầm trƣờng hợp moment max 93 Trang 13
17. Hình 6-21: Ứng suất uốn dọc trục YY tại đáy cánh dầm trƣờng hợp moment max 94 Hình 6-22: Ứng suất cắt tại đáy cánh dầm trƣờng hợp moment max 94 Hình 6-23: Ứng suất cắt cho trƣờng hợp shear max 95 Hình 6-24: Ứng suất uốn dọc trục XX cho trƣờng hợp shear max 95 Hình 6-25: Ứng suất dọc trục YY cho trƣờng hợp shear max 96 Hình 6-26: Ứng suất uốn dọc trục XX tại đáy cánh dầm trƣờng hợp shear max 96 Hình 6-27: Ứng suất uốn dọc trục YY tại đáy cánh dầm trƣờng hợp shear max 97 Hình 6-28: Ứng suất cắt tại đáy cánh dầm trong trƣờng hợp shear max 97 Trang 14
18. 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lƣợc về gian khoan tự nâng và hệ thống kết cấu đỡ cụm thiết bị khoan Giàn khoan tự nâng là loại giàn khoan di động có khả năng khoan thăm dò, khai thác phù hợp với vùng nƣớc có độ sâu 150m trở xuống (phù hợp khu vực phân bố các giếng dầu tại vùng biển Việt Nam). Đây cũng là loại giàn khoan hiện đang chiếm tỉ trọng lớn trong tổng số giàn khoan thăm dò di động đang hoạt động và đang đƣợc thi công chế tạo trên toàn thế giới [2]. Sơ bộ cấu tạo giàn khoan tự nâng đƣợc thể hiện nhƣ hình 1-1. Mô hình điển hình của giàn khoan loại này bao gồm 01 thân vỏ có thể tự nổi trên nƣớc, tựa trên 03 chân độc lập nhau, chứa các thiết bị công nghệ, thiết bị phụ trợ theo công năng của giàn. Giàn có một hệ thống thanh răng và bánh răng ăn khớp đƣợc dùng để nâng hạ giàn trên những khung giàn chân xuyên qua mặt boong. Hình 1-1: Các bộ phận chính trên giàn khoan tự nâng Giàn khoan tự nâng gồm có các bộ phận chính đƣợc mô tả nhƣ dƣới đây: Trang 15
19. 1.1.1 Thân chính Thân chính là một dạng kết cấu không gian có dạng hình hộp, hình chiếu bằng là dạng tam giác. Kết cấu vỏ bao gồm: Sàn trên, sàn dƣới, sàn trung gian, sàn thao tác, vách bao xung quanh, các vách dọc bằng thép tấm và các kết cấu dầm, xƣơng gia cƣờng. Thân chính đƣợc chia thành nhiều khoang gồm: - Buồng chứa máy phát điện chính - Buồng chứa máy bơm dung dịch khoan - Buồng chứa máy móc phụ trợ nhƣ: buồng máy nén khí, buồng máy bơm các loại nƣớc, buồng chứa máy làm nƣớc ngọt, buồng chứa máy xử lý nƣớc thải, xử lý chất thải sinh hoạt, buồng chứa máy phát điện sự cố Hình 1-2: Thân chính của giàn khoan tự nâng 1.1.2 Khối nhà ở và sân bay trực thăng Khối nhà ở gồm nhiều tầng, đƣợc chia thành các buồng ở cho công nhân và kỹ sƣ làm việc trên giàn khoan với đầy đủ tiện nghi sinh hoạt, nghỉ ngơi. Trên khối nhà ở có bố trí các phòng giải trí, phòng thể thao, phòng hút thuốc, phòng tắm hơi giúp mọi ngƣời sống và làm việc trên giàn khoan giải trí sau giờ làm việc. Bố trí các văn phòng làm việc, phòng điều khiển, phòng thông tin liên lạc, hệ thống cứu hoả và hệ thống cung cấp nƣớc Sân bay trực thăng: bố trí phía đối diện với tháp khoan trong phạm vi cần cẩu có thể phục vụ cẩu chuyển. Trang 16
20. Hình 1-3: Khu vực nhà ở và sân bay trực thăng của giàn khoan tự nâng 1.1.3 Sàn khoan Sàn khoan nói chung là một trong những hệ thống vô cùng quan trọng trên giàn khoan. Chúng là hệ thống đỡ toàn bộ các thiết bị khoan. Đối với giàn khoan tự nâng thì chúng không chỉ đỡ mà còn dịch chuyển cụm thiết bị khoan tới vị trí khoan yêu cầu. Tùy theo đặc thù của từng loại gian khoan khác nhau mà sàn khoan đƣợc bố trí khác nhau. Trên giàn khoan tự nâng thì sàn khoan đƣợc đặt ở phía sau (Aft side), bên trên hệ thống kết cấu đỡ sàn khoan. Hình 1-4: Khu vực sàn khoan của giàn khoan tự nâng 1.1.4 Chân giàn khoan Chân giàn khoan đƣợc chế tạo bằng thép cƣờng độ cao có kết cấu theo kiểu thanh giằng đƣợc liên kết với nhau. Chân giàn khoan bao gồm các phân đoạn và các Trang 17
21. chi tiết. Phía dƣới mỗi chân giàn khoan có chân đế tiếp xúc với đáy biển đảm bảo cho toàn bộ giàn khoan cắm xuống đáy biển ổn định trong quá trình khoan Hình 1-5: Chân của giàn khoan tự nâng 1.1.5 Tháp khoan Tháp khoan là kết cấu chịu lực và cung cấp không gian công nghệ cần thiết đảm bảo chức năng nâng hạ, dựng cần khoan, cần nặng, kéo thả cột cần, ống chống, các vật nặng và để điều chỉnh tiến độ khoan, lắp đặt một số thiết bị phục vụ công nghệ khoan đáp ứng yêu cầu của công nghệ trong quá trình hoạt động khoan của giàn. Hiện nay phổ biến là loại tháp chữ A và tháp bốn chân. Hình 1-6: Các loại tháp khoan Tháp chữ A: Sàn làm việc thấp, thoáng, rộng rãi, tháo lắp nhanh, tốn ít vật liệu, dễ vận chuyển, độ ổn định thấp. Tháp này đƣợc lắp ráp cố định toàn bộ tại xƣởng, loại tháp này có thể gập đƣợc hoặc lồng vào nhau để giảm kích thƣớc khi di chuyển hoặc sử dụng khi mặt bằng giới hạn, thƣờng dùng trên giàn đất liền. Trang 18
22. S K L 0 0 2 1 5 4