Nghiên cứu được đề xuất và thực hiện nhằm chế tạo thiết bị FMI dựa trên các kết quả nghiên cứu trên thế giới để chế tạo thiết bị ứng dụng trong kiểm tra ngập lụt chân đế gian khoan dầu, cũng như nâng cao năng lực chuyên môn của Nhóm điện tử, tự động hóa trong lĩnh vực điện tử hạt nhân.
Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(63)-2023 THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ FMI KIỂM TRA NGẬP LỤT CHÂN ĐẾ GIÀN KHOAN DẦU BẰNG PHƯƠNG PHÁP GAMMA TRUYỀN QUA Đặng Quốc Triệu(1), Lại Viết Hải(1), Nguyễn Ngọc Nhật Anh(1), Phạm Ngọc Đức Trí(2), Đặng Nguyễn Thế Duy(1), Nguyễn Thanh Châu(1) (1)Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân công nghiệp Lâm đồng (2) Công ty TNHH MTV Dịch vụ Khảo sát Cơng trình ngầm PTSC (PTSC G&S) Ngày nhận 20/12/2022; Ngày gửi phản biện 27/12/2023; Chấp nhận đăng 10/03/2023 Liên hệ email: trieudq@canti.vn https://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2023.02.386 Tóm tắt Kết cấu chân đế giàn khoan dầu khí ngồi khơi Việt Nam cần phải thường xun kiểm tra khuyết tật cho phép nước biển xâm nhập, dẫn đến hư hỏng kết cấu theo thời gian Việc kiểm tra khuyết tật kết cấu chân đế giàn khoan độ sâu hàng trăm mét nước phương pháp kiểm tra truyền thống nhiệm vụ phức tạp khó khăn, tiêu tốn chi phí đáng kể cho chủ đầu tư Vì vậy, để đảm bảo an toàn nhân viên an toàn tài sản nhà đầu tư mục tiêu việc cung cấp dịch vụ FMI kiểm tra ngập lụt chân đế giàn khoan kỹ thuật gamma truyền qua tỏ hiệu quả, với chi phí thấp Nghiên cứu đề xuất thực nhằm chế tạo thiết bị FMI dựa kết nghiên cứu giới để chế tạo thiết bị ứng dụng kiểm tra ngập lụt chân đế gian khoan dầu, nâng cao lực chun mơn Nhóm điện tử, tự động hóa lĩnh vực điện tử hạt nhân Kết nghiên cứu chế tạo thiết bị FMI theo tiêu chuẩn Subsea làm việc độ sâu (-) 300 mét chứng nhận Lloyd's Register Các thí nghiệm khảo sát cho thấy thiết bị FMI phát ngập lụt trường hợp ống đứng, ống đứng xiên ống nằm ngang Giới hạn phát thiết bị FMI thành phần ống ngang 40mm nước đường ống có kích thước >168mm 20mm nước đường ống có kích thước ≤168mm Từ khóa: CANTI, FMI, FMD, gamma truyền qua, kiểm tra ngập lụt chân đế giàn khoan soi gamma Abstract DESIGN AND MANUFACTURER OF FMI EQUIPMENT FOR INSPECTION THE OFFSHORE PLATFORM USING THE GAMMA-RAY TRANSMISSION TECHNIQUE The Offshore Platform the coast of Vietnam requires regular inspection of these critical structures as defects can allow seawater ingress, leading to structural damage http://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2023.02.386 over time Inspection of defects on Offshore Platform structures hundreds of meters underwater using traditional inspection methods can be a complex and difficult task, bringing significant costs to the owner Therefore, to ensure the safety of employees and safety of investors' assets is the main goal in providing Flooded Member Inspection (FMI) services to inspection the Offshore Platform flooding using the gamma-ray transmission technique proved to be effective and low cost The proposed and implemented task to manufacture FMI equipment is based on the research results in the world to improve the manufacturing capacity of equipment for industrial applications and improve the professional capacity of the electronics automation in the field of nuclear electronics According to Subsea standards, the results of the mission have created FMI devices working at a depth of (-) 300 meters certified by Lloyd's Register Survey experiments show that FMI equipment can detect flooding in the cases of risers, inclined risers, and horizontal pipes The machine's detection limit for the horizontal pipe component is 40mm of water in pipes of size >168mm and 20mm of water in pipes of size ≤168mm Mở đầu Kiểm tra ngập lụt chân đế giàn khoan ngồi biển Việt Nam thực phương pháp siêu âm phương pháp soi gamma Phương pháp FMI, cho kết nhanh chi phí thấp nhiều so với phương pháp siêu âm, giới thường sử dụng phương pháp FMI kiểm tra ngập lụt chân đế giàn khoan Tại Việt Nam nhu cầu kiểm tra ngập lụt chân đế giàn khoan biển lớn, trước phải thuê chuyên gia thiết bị nước Nhằm nội địa hố cơng nghệ thiết bị để phục vụ có hiệu cho sản xuất cơng nghiệp, Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân công nghiệp (CANTI), thuộc Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công thiết bị gắn hệ thống robot điều khiển tự động lặn đáy biển để kiểm tra ngập lụt chân đế giàn khoan Phương pháp thiết bị công ty kiểm định hàng đầu giới (Lloyd’s Register) kiểm tra cấp giấy chứng nhận đảm bảo chất lượng Chân đế giàn khoan dầu khí khơi Việt Nam cần phải thường xuyên kiểm tra kết cấu quan trọng khiếm khuyết cho phép nước biển xâm nhập, dẫn đến hư hỏng kết cấu theo thời gian Việc kiểm tra khuyết tật kết cấu chân đế giàn khoan độ sâu hàng trăm mét nước phương pháp kiểm tra truyền thống nhiệm vụ phức tạp khó khăn, tiêu tốn chi phí đáng kể cho chủ đầu tư Vì vậy, để đảm bảo an toàn nhân viên an toàn tài sản nhà đầu tư mục tiêu việc cung cấp dịch vụ FMI kiểm tra ngập lụt chân đế giàn khoan kỹ thuật gamma truyền qua Trên giới, thiết bị FMI đưa vào ứng dụng kiểm tra ngập lụt chân đế giàn khoan dầu từ năm 1950 Các kỹ thuật kiểm tra được phát triển Siêu âm ứng dụng chi phí cao Nhìn chung, giới kỹ thuật FMI công ty Tracerco triển khai khu vực giàn khoan giới Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(63)-2023 Từ nhu cầu thực tiễn giới ngành cơng nghiệp dầu khí Việt Nam, Trung tâm nhanh chóng chế tạo thiết bị FMI theo tiêu chuẩn Subsea làm việc độ sâu khoảng -300 mét biển ứng dụng kiểm tra ngập lụt chân đế giàn khoan Nội dung 2.1 Đối tượng phương pháp Hiện có nhiều phương pháp kiểm tra siêu âm (UT), kiểm tra trực quan (VT), kiểm tra ngập lụt (FMI) sử dụng khảo sát ngập lụt chân đế giàn khoan Mỗi phương pháp nêu có ưu điểm hạn chế riêng tùy thuộc vào đối tượng yêu cầu khảo sát Trong phương pháp FMI phương pháp tầm soát nhanh, khả phát ngập lụt chân đế giàn khoan với độ xác cao Trên giới, thiết bị FMI đưa vào ứng dụng kiểm tra ngập lụt chân đế giàn khoan dầu từ năm 1950 Các kỹ thuật kiểm tra được phát triển Siêu âm ứng dụng chi phí cao Nhìn chung, giới kỹ thuật FMI công ty Tracerco triển khai khu vực giàn khoan giới Các công nghệ kiểm tra đáy chân đế giàn khoan công nghệ cao Ở Việt Nam, có vài đơn vị nghiên cứu, chế tạo thiết bị có khả phát ngập lụt chân đế giàn khoan phương pháp FMI, chưa có cơng bố thức Thời gian gần Cơng ty dầu khí nước CLJOC, JVPC, PVO, TLJOC…đã ứng dụng phương pháp FMI (thiết bị nước ngoài) để kiểm tra chân đế gian khoan ngồi khơi biển Việt Nam Nghiên cứu làm chủ cơng nghệ FMI mang lại hiệu thiết thực đưa vào nước ta công nghệ kiểm tra mới, phục vụ cho kiểm tra chất lượng trạng bảo trì bảo dưỡng chân đế giàn khoan ngành cơng nghiệp dầu khí Hệ thiết bị FMI CANTI Model 2021 hệ đo SCA đầu dò (bộ phân tích đơn kênh) kết nối với với máy tính điều khiển tất thơng số hoạt động cần thiết Một đầu dò kết nối với đếm với cài đặt cao thế, ngưỡng đo cửa sổ độc lập Thiết bị cung cấp nguồn thấp 24VDC, 20mA Thiết bị FMI hoàn chỉnh gồm thành phần sau, tiền khuếch đại nhạy điện tích, khuếch đại tuyến tính, phân tích kênh đơn nguồn cao đầu dò Một cổng giao tiếp RS-232 kết nối vào máy tính Thơng thường, máy tính sử dụng để thu thập hiển thị liệu, gửi thông số, bắt đầu đo dừng đo Phần mềm giao diện xử lý số liệu xây dựng để điều khiển hiển thị ghi lại số liệu Hình Sơ đồ khối hệ FMI Hệ FMI thiết kế để kết nối với hệ ROV hoạt động kiểm tra chân đế giàn khoan Nguồn phóng xạ đầu dò gắn cánh tay điều khiển ROV http://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2023.02.386 khung nhôm FMI Thiết bị FMI điều khiển cánh tay ROV, thiết bị FMI định vị vị trí mong muốn để tiến hành đo đường ống 2.2 Thực nghiệm khảo sát thiết bị FMI CANTI Thiết bị FMI chuẩn trước tiến hành thực nghiệm để xác định trạng thái ngập nước đường ống Các giá trị đo hiển thị phần mềm CS giá trị đo trực tiếp từ đầu dò tiến hành thực nghiệp mơ hình vật lý mơ chân đề giàn khoan Giá trị đo (số đếm) đại lượng để xác định thành phần đường ống bị ngập nước, khô ngập phần Giá trị đo bị ảnh hưởng yếu tố khoảng cách từ nguồn xạ đến đầu dò, khoảng cách từ đầu dò đến đường ống, bề dày đường ống, sinh vật phù du bám đường ống yếu tố khác xem xét đánh giá phần thực nghiệm Thực nghiệm khảo sát thiết bị FMI chứng minh khả thiết bị cho ứng dụng kiểm tra ngập lụt chân đế giàn khoan phương pháp gamma truyền qua làm sở cho việc triển khai thực tế giàn khoan dầu khơi Việt Nam 2.2.1 Thực nghiệm với mẫu đường ống đại diện Để chứng minh hệ thống FMI hoạt động theo tiêu chuẩn thiết kế, ba (03) ống sắt mẫu chọn cho mục đích thực nghiệm với kích thước sau: Số mẫu Kích thước ống danh đinh (NPS) 18 Đường kính (OD mm) Ø 168.28 Ø 457.20 Hình Mẫu Số cho ống dọc, chéo Chiều dài (mm) 500 400 Bề dày (mm) 10.973 23.800 Pipe Schedule SCH80 SCH80 Hình Mẫu Số cho đường ống ngang Hình Bồn chứa nước ( thể tích: 1260l) Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(63)-2023 2.2.2 Thiết lập hệ đo FMI CANTI Khung FMI thiết lập điều chỉnh để chụp với mẫu ống Hệ thống phải kết nối theo sơ đồ với phần mềm FMI-CS cài đặt máy tính xách tay Hình Lắp đặt hệ đo FMI với ROV phòng điều khiển Số đếm phơng khơng có nguồn xạ ghi lại để ước tính độ nhạy máy dò để đảm bảo truyền liệu cảm biến FMI phần mềm ổn định 2.2.3 Quy trình tiến hành thực nghiệm hệ FMI CANTI Trước lấy nguồn xạ khỏi container Type-A, kỹ sư FMI phải tiến hành công việc sau: - Tất người liên quan rõ bước kiểm tra qua TB-Talk - Đảm bảo hệ thống giao tiếp sẵn sàng Phần mềm chạy với kết nối tốt từ buồng điều khiển tới máy đo FMI - Thiêt lập hàng rào cảnh báo xạ hạn chế người vào khu vực có nguồn xạ Chỉ người ủy quyền (kỹ sư FMI) truy cập khu vực làm việc Những người lại giám sát việc thử nghiệm buồng kiểm soát - Bể chứa nước mẫu đường ống sẵn sàng để thử nghiệm với nước đổ đầy - Xác định đỉnh lượng cho nguồn xạ chọn thông qua phần mềm - Ghi lại số đếm ổn định khơng khí 2.2.4 Thực nghiệm với đường ống dọc ống ngang 2.2.4.1 Đường ống dọc a Ống mẫu Số để thử nghiệm đường ống dọc phải nhúng chìm vào “bể chứa” nước để mơ tình trạng “đường ống” kết cấu giàn khoan b Lắp đặt nguồn xạ vào khung FMI c Ghi lại số đếm đặt khung FMI vào nước d Đưa khung FMI vào đường ống hình để biết "số đếm khơ" http://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2023.02.386 e Sau cho nước vào ống để đo số đếm ngập nước f Hoàn nghiệm với ống mẫu Số Trước tiến hành thử nghiệm cho mẫu tiếp theo, đảm bảo tất liệu thu thập Hệ FMI lấy nguồn xạ đưa vào container loại A g.Tháo ống mẫu Số thiết lập thử nghiệm ống mẫu Số 01 bể thử nghiệm Hình 6a Khung FMI đặt ngập bể chứa nước Hình 6b Giao diện phần mềm FMI-CS Hình 7a Khung FMI đo đường ống khơ Hình 7b Kết đường ống khơ phần mềm FMI-CS Hình 8b Kết đường ống ngập nước phần mềm FMI-CS Hình 8a Khung FMI đo đường ống Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(63)-2023 2.2.4.2 Đường ống ngang a Ống mẫu Số để thử nghiệm nằm ngang phải nhúng chìm vào “bể chứa” nước để mơ tình trạng “đường ống” kết cấu chân đế giàn khoan b Ghá lắp nguồn xạ vào khung FMI c Ghi lại số đếm đặt khung FMI vào nước d Đặt khung FMI vào đo đường ống ngang, đo số đếm khô e Ghi lại số đếm khô cho đường ống ngang f Sau đó, đổ đầy nước đường ống đầy nước để hiển thị "số đếm ngập nước" (Tháo ống dẫn mẫu Số1 khỏi bể để khí cần sau đặt ngập trở lại bể để thử nghiệm) g Số đếm ngập nước hiển thị phần mềm FMI-CS Hình Đường ống ngang Hình 10a Đường ống ngang khơ Hình 10b Kết đường ống ngang khơ phần mềm FMI-CS http://doi.org/10.37550/tdmu.VJS/2023.02.386 Hình 11b Kết đọc ống ngập nước phần mềm FMI-CS Hình 11a Đổ đầy nước vào mẫu ống ngang 2.3 Kết khảo sát thiết bị FMI CANTI Các thí nghiệm khảo sát cho thấy thiết bị FMI phát ngập lụt trường hợp ống đứng, ống đứng xiên ống nằm ngang Thiết bị FMI Đăng kiểm Lloyd's Register chứng nhận thiết bị FMI (CANTI MODEL 2021) sử dụng đánh giá ngập lụt chân đế giàn khoan phương pháp gamma truyền qua Kết luận Nhiệm vụ “Thiết kế chế tạo thiết bị FMI khảo sát ngập lụt chân đế giàn khoan dầu phương pháp gamma truyền qua” hoàn thành nội dung công việc phù hợp với yêu cầu, mục tiêu đặt Kết nhiệm vụ tạo 02 thiết bị FMI theo tiêu chuẩn Subsea làm việc độ sâu (-) 300 mét chứng nhận Lloyd's Register Các thí nghiệm khảo sát cho thấy thiết bị FMI phát ngập lụt trường hợp ống đứng, ống đứng xiên ống nằm ngang Giới hạn phát máy thành phần ống ngang 40mm nước đường ống có kích thước >168mm 20mm nước đường ống có kích thước ≤168mm Ngồi ra, nhiệm vụ hồn thiện quy trình tính tốn, quy trình đo sử dụng thiết bị FMI Đăng kiểm Lloyd's Register chứng nhận thiết bị FMI (CANTI MODEL 2021) sử dụng đánh giá ngập lụt chân đế giàn khoan phương pháp gamma truyền qua Thiết bị FMI chế tạo so với mẫu FMI giới Tracerco có thiết kế compact thuận lợi cho việc lắp ráp trường Phần mềm giải đoán số liệu thân thiện với người dùng hiển thị đầy đủ thông tin cần thiết đánh giá ngập lụt chân đế giàn khoan Dữ liệu lưu trữ hiển thị máy tính Laptop đảm bảo khơng bị số liệu đo Thông qua thực nhiệm vụ, kiến thức kinh nghiệm Nhóm nghiên cứu lĩnh vực chế tạo thiết bị điện tử hạt nhân cải thiện phát triển 10 Tạp chí Khoa học Đại học Thủ Dầu Một Số 2(63)-2023 Phát triển thiết bị FMI với kích thước nhỏ gọn làm việc độ sâu lớn -300 mét biển TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Sỹ Hiền (2005) Điện tử hạt nhân – Đầu dò bán dẫn xử lý tín hiệu NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [2] Evans, R.D (1968) X-Ray and γ-Ray Interactions, Chap in Radiation Dosimetry, Vol 1, F H Attix and W C, Roesch, eds Academic Press, New York, 93-155 [3] Glenn F Knoll (2009) Radiation Detection and Measurement – Third Edition Wiley India Pvt Ltd Chapter [4] Herman Cember, Thomas E Johnson (2011) Introduction to health physics – Fourth Edition McGraw-Hill Education / Medical Chapter [5] J H Hubbell+ and S M Seltzer (2004) X-Ray Mass Attenuation Coefficients https://dx.doi.org/10.18434/T4D01F [6] Michele Regina Rosa Hamester (2012) Characterization of Calcium Carbonate Obtained from Oyster and Mussel and Incorporation in Polypropylene Materials Research 15(2):204208 https://doi.org/10.1590/S1516-14392012005000014 [7] Ngô Quang Huy (2006) Cơ sở vật lý hạt nhân NXB Khoa Học Kỹ Thuật [8] Nguyễn Triệu Tú (2007) Ghi nhận đo lường xạ NXB Đại Học Quốc gia Hà Nội [9] Trần Phong Dũng, Châu Văn Tạo, Nguyễn Hải Dương (2005) Phương pháp ghi xạ ion hóa NXB Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 11