LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Tác giả Cù Huy Chính i LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu nhận đƣợc giúp đỡ, góp ý bảo tận tình Thầy giáo hƣớng dẫn, Thầy, Cô giáo Khoa Đóng tàu, Thầy Cô giáo Khoa sau Đại học Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam bạn đồng nghiệp giúp hoàn thành luận văn: “Nghiên cứu tính toán ổn định cho giàn tự nâng di chuyển khai thác” Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS LÊ HỒNG BANG ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình giúp đỡ, động viên khích lệ tạo điều kiện cho hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Khoa Đóng tàu, Khoa sau đại học Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam, bạn đồng nghiệp trƣờng tạo điều kiện cho thời gian nguồn tài liệu tham khảo Tác giả Cù Huy Chính ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 1.1 Cơ sở tính ổn định 1.2 Các bƣớc tính ổn định cho giàn khai thác 1.2.1 Phƣơng pháp kiểm tra an toàn lật 1.2.2 Tính mô men lật M0 : 1.2.3 Tính mô men hồi phục Mr 1.2.4 Hệ số an toàn lật, S0 10 CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN TÍNH ỔN ĐỊNH GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 11 2.1 Ổn định giàn khoan tự nâng trạng thái 11 2.1.1 Tỉ lệ Bonjean 11 2.1.2 Xây dựng đƣờng cong thủy tĩnh (Hydrostatic Curves) 12 2.1.3 Các đƣờng cong tính 15 iii 2.1.4 Xây dựng đƣờng cong cánh tay đòn ổn định hình dáng 15 2.1.5 Điều kiện ổn định giàn tự nâng 18 2.1.6 Tiêu chuẩn ổn định 21 2.1.7 Xác định chiều cao giới hạn trọng tâm giàn 23 2.1.8 Cân giàn 24 2.2 Ổn định giàn tự nâng khai thác 26 2.2.1 Giới thiệu chung 26 2.2.2 Phƣơng pháp kiểm tra an toàn lật 26 2.2.2.2 Tính mô men ổn định ( hồi phục ) Mr 27 2.2.2.3 Hệ số an toàn lật, S0 28 CHƢƠNG 3: TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA GIÀN TAM ĐẢO 02 29 3.1 Thông số kích thƣớc bố trí giàn Tam Đảo 02 29 3.2 Điểm vào nƣớc 36 3.3 Tính toán ổn định nguyên vẹn di chuyển 37 3.4 Cao độ trọng tâm cho phép – VCG Max 63 3.5 Ổn định giàn khai thác 64 3.5.1 Kiểm tra an toàn lật giàn Tam Đảo 02 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 Kết luận 71 Kiến nghị hƣớng phát triển luận văn 72 Tiếng Việt 73 Tiếng Anh 73 iv CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu Đơn vị Nội dung F m2 Jx m4 Mng MN.m Momen nghiêng gió A m2 Diện tích chắn gió Ms MN.m Momen lật sóng Mr MN.m Momen ổn định thực giàn LCG m Hoành độ trọng tâm giàn TCG m Tung độ trọng tâm giàn VCG m Cao độ trọng tâm giàn FSM MT- m Momen ảnh hƣởng mặt thoáng ABS CCG DNV IMO NMD HSE Diện tích tiết diện dầm tƣơng đƣơng Mô men quán tính tiết diện cột trục qua tâm tiết diện The American Bureau of Shipping (Tổ chức Đăng kiểm Mỹ) The Canadian Coast Guard (Cục cảnh sát biển Canada) Det Norske Veritas (Tổ chức Đăng kiểm Nauy) The International Maritime Organisation (Tổ chức hàng hải quốc tế) The Norwegian Maritime Directorate (Cục hàng hải Nauy) Health and Safety Executive (Tổ chức Sức khỏe An toàn Anh quốc) v DANH MỤC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang Tiêu chuẩn ổn định trạng thái giàn di chuyển 2.1 22 số quan quốc tế 2.2 Bảng cân dọc, cân ngang giàn 24 3.1 Kích thƣớc giàn Tam Đảo 02 29 3.2 Két KÉT NƢỚC DẰN(SpGr 1.025) 33 3.3 Két KÉT NƢỚC NGỌT:(SpGr 1.000) 34 3.4 Két MUD (SpGr 2.200) 34 3.5 Két KÉT DẦU FO(SpGr 0.870) 35 3.6 Két KÉT DẦU DO(SpGr 0.870) 35 3.7 Két LUBE KÉT DẦU KHÁC (SpGr 0.924) 35 3.8 Két KÉT DẦU KHÁC (SpGr 0.900) 35 3.9 Két BRINE (SpGr 1.100) 36 3.10 Két CEMENT (SpGr 1.100) 36 3.11 Két MUDT (SpGr 1.600) 36 3.12 Tất két 36 3.13 Tọa độ điểm vào nƣớc 36 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Số Tên hình hình Trang 2.1 Hình dáng mặt cắt ngang giàn 11 2.2 Hình dáng đƣờng nƣớc giàn 12 2.3 Các đƣờng cong tính 15 2.4 Cánh tay đòn ổn định hình dáng 16 2.5 Sơ đồ xác định cánh tay đòn ổn định hình dáng 20 2.6 Kiểm tra ổn định cho giàn khoan tự nâng 21 2.7 Chuyển vị ngang giàn tự nâng 27 3.1 3.2 3.3 Sơ đồ bố trí két giàn Tam Đảo 02 Tank Top BL 1.8m Sơ đồ bố trí két giàn Tam Đảo 02 Intermediate deck BL 5.15 m Sơ đồ bố trí két giàn Tam Đảo 02 Main deck BL 8.5 m 30 31 32 3.4 Giàn Tam Đảo 02 trạng thái Ocean Tow 37 3.5 Giàn Tam Đảo 02 trạng thái Field Tow 38 3.6 Sơ đồ hƣớng gió tác dụng lên giàn Tam Đảo 02 39 3.7 Đƣờng cong VCG max 64 3.8 Sơ đồ chịu tải giàn tam đảo 65 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việt Nam với vị trí địa lý trải dài ven biển Đông có thềm lục địa rộng lớn với nguồn tài nguyên dầu mỏ dồi Các công trình biển đóng vai trò quan trọng chiến lƣợc phát triển kinh tế quốc dân đặc biệt kinh tế biển nhƣ an nình quốc phòng, bảo vệ chủ quyền vùng biển vùng thềm lục địa Giàn khoan tự nâng phƣơng tiện đại, phổ biến quan trọng việc thăm dò, khai thác dầu khí Việc khảo sát, phân tích nghiên cứu để đƣa phƣơng pháp tính toán tin cậy đƣợc để áp dụng vào điều kiện thực tế nƣớc ta việc quan trọng Để thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật thi công, khai thác, tính kinh tế việc thiết kế giàn khoan nói chung phải trải qua bƣớc nhƣ: mô hình hóa môi trƣờng biển; tính ổn định; tính tải trọng; kết cấu; phƣơng pháp cố định giàn Trong việc tính toán ổn định cho giàn tự nâng hai trạng thái khai thác vô quan trọng, đảm bảo an toàn hiệu khai thác Nó điều kiện tiên đóng giàn tự nâng Mặt khác việc áp dụng chƣơng trình tự động hóa nhằm đẩy nhanh tiến độ tăng độ xác cho công việc tính toán, phù hợp với xu ứng dụng khoa học công nghệ Mục đích nghiên cứu đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài xậy dựng phƣơng pháp tính toán ổn định cho giàn khoan tự nâng di chuyển khai thác phù hợp với hình dáng, kết cấu, khí tƣợng thủy văn địa chất vị trí làm việc giàn Nghiên cứu, ứng dụng cách hiệu phần mềm AutoShip vào việc tính toán kiểm tra tính ổn định giàn Tam Đảo 02 hoạt động vùng biển phía Nam Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu: Đề tài hƣớng tới nghiên cứu tính toán ổn định cho giàn khoan tự nâng di chuyển khai thác đồng thời lấy giàn khoan Tam Đảo 02 khai thác vùng biển phía Nam làm ví dụ minh họa Phạm vi nghiên cứu đề tài: Trong nội dung luận văn, tác giả tập trung vào vấn đề tính toán kiểm tra ổn định cho số trạng thái giàn tự nâng di chuyển khai thác với hỗ trợ phần mềm AutoShip Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Đề tài sử dụng phƣơng pháp lý thuyết sở tiêu chuẩn ổn định cho giàn khoan tự nâng Việt Nam nhƣ tham khảo tiêu chuẩn nƣớc có khoa học tiên tiến công trình biển giới Cùng với hỗ trợ phần mềm Autoship ứng dụng tính toán cho tàu công trình Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học đề tài: Đề tài đƣa phƣơng pháp tính toán ổn định cho giàn khoan tự nâng di chuyển khai thác, phù hợp với hình dáng, kết cấu, điều kiện khí tƣợng thủy văn, địa chất nơi giàn hoạt động Ý nghĩa thực tiễn Đề tài đƣợc thực góp phần thiết thực cho việc nghiên cứu, thiết kế giàn khoan tự nâng nƣớc CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO GIÀN KHOAN TỰ NÂNG Giàn khoan tự nâng (Jack-up rig) có chân tựa lên đáy biển đƣợc tạo nên từ ponton đƣợc lắp đặt hệ thống chân giàn, trang thiết bị khoan, thiết bị công nghệ khoan hàng loạt tổ hợp trang thiết bị khác nhƣ tổ hợp trang thiết bị lƣợng phụ, cấu nâng hạ giàn v.v Tại điểm khoan hệ thống chân giàn khoan đƣợc hạ xuống đáy biển sau thân giàn trang thiết bị đƣợc nâng lên khỏi mặt nƣớc với độ cao xác định nhờ cấu nâng hạ giàn (các Jack đặc biệt hệ – bánh răng) Phụ thuộc vào khả chịu tải đất nơi đặt giàn khoan mà chân giàn ngập sâu vào đáy biển từ – 14 m Ƣu điểm giàn khoan tự nâng hoạt động phạm vi rộng chiều sâu biển (80 – 200 m) Nhƣợc điểm loại giàn khoan chỗ đáy biển yếu hoạt động giàn gặp khó khăn định Khi tính toán cho giàn tự nâng cần dựa sở sau đây:  Liên kết chân đế - đất: Trong điều kiện môi trƣờng tƣơng đối khắc nghiệt vùng biển Việt Nam với chiều sâu nƣớc 60 m, việc tính toán đòi hỏi phân tích động lực giàn có xét đến mức độ ngàm chân đế đáy biển Tuy nhiên, mức độ liên kết chân để/ đất phụ thuộc vào loại đất kích thƣợc đế cột Trong đất rắn (cát chặt hay đất sét) với độ lún ít, liên kết đế/ đất đƣợc coi nhƣ khớp cầu ngàm phần; đất mềm chân đƣợc vùi sâu tạo mô men, coi liên kết ngàm ... tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu: Đề tài hƣớng tới nghiên cứu tính toán ổn định cho giàn khoan tự nâng di chuyển khai thác đồng thời lấy giàn khoan Tam Đảo 02 khai thác vùng biển... xác cho công việc tính toán, phù hợp với xu ứng dụng khoa học công nghệ Mục đích nghiên cứu đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài xậy dựng phƣơng pháp tính toán ổn định cho giàn khoan tự nâng di chuyển. .. ví dụ minh họa Phạm vi nghiên cứu đề tài: Trong nội dung luận văn, tác giả tập trung vào vấn đề tính toán kiểm tra ổn định cho số trạng thái giàn tự nâng di chuyển khai thác với hỗ trợ phần mềm