Đang tải... (xem toàn văn)
Giàn khoan tự nâng jackup là phương tiện khoan thăm dò và khai thác dầu khi trên biển khá phổ biển, thường hoạt động ở các vùng biển có độ sâu nước tới 150m. Hiện nay ở Việt Nam, hầu hết các giếng khoan tìm thấy được phân bố ở trên thềm lục địa phía nam với mực nước biển từ 150 m nước trở xuống. Do đó các loại giàn khoan từ 150m nước trở xuống là loại giàn khoan sẽ được sử dụng chủ yếu tại Việt Nam. Đây cũng là loại giàn khoan chiếm tỷ trọng lớn (gần 60%) trong tổng số giàn khoan đang hoạt động và đang được thi công chế tạo trên toàn thế giới và đó hầu hết là các giàn tự nâng và giàn cố định.
PGS TS ĐINH QUANG CƯỜNG ThS VŨ ĐAN CHỈNH TINH TOAN TONG THE HE THONG KET CAU PULAU EMU ERE Sear Ube vat PGS TS ĐINH QUANG CƯỜNG ThS VŨ ĐAN CHỈNH TINH TOAN TONG THE HE THONG KET CAU CONG TRINH GIAN KHOAN TY NANG NHA XUAT BAN XAY DUNG HÀ NỘI - 2019 LOI NOI DAU Giàn khoan tự nâng- jackup- phương tiện khoan thăm dò khai thá biển phổ biển, thường hoạt động vùng biển có độ sâu mute 164 150m Hiện Việt Nam, hau hét giếng khoan tìm thấy phân bồ thầm lục địa phía nam với mực nước biển từ 150 m nước trở xuống Do loại giàn khoan từ 150m nước trở xuống loại giàn khoan sử dụng chủ yêu Việt Nam Đây loại giàn khoan chiếm tỷ trọng lớn (gân 60%) tổng khoan hoạt động cơng chế tạo tồn thé gi i va hau hết giàn tự nâng giàn có định Hệ thống kết cầu giàn khoan tự nâng cấu tạo từ ba phân bao gồm giàn khoan tự nâng tích hợp thân, chân đề chân Trên hệ thống hệ thông điện hệ thống thiết bị phụ trợ phục vụ hoạt động khoan thăm đò khai thác dâu Tại vị trí khoan, thăm dị khai thác dầu khí biển, phân thân nâng lên cố định vị trí thiết kế nhờ hệ thống nâng — hạ, trạng thải giàn khoan tự nâng hoạt động cơng trình biển có định theo ngun lý móng trọng lực Sau hồn thành nhiệm vụ khoan thăm dị khai thác dầu khí, phan than hạ xuống kết cấu chân đề chân rút khỏi đáy biển để di chuyển đến vị trí Trong trạng thái di chuyển, hẳu hết giàn khoan tự nâng hoạt động phương tiện nồi Việc chuyển đổi trạng thái hoạt động bình thường để thực nhiệm vụ khoan biển sang trạng thái di chuyển ngược lại thực nhờ hệ thông thiết bị nâng - hạ, hệ thống thiết bị khí gắn vào kết cắu thân kết cấu chân giàn khoan tự nâng Q trình tính tốn hệ thống kết cu giàn khoan tự nâng thực ba trạng thái nêu Cho đến nay, việc tính tốn hệ thống kết cấu cơng trình biển tự nâng thường thực nhờ chương trình phần mềm chuyên dụng, viết theo phương pháp phân tử hữu hạn Việc tính tốn thường thực theo hai bước: Tỉnh toán kết cấu chân giàn khoan tự nâng, coi kết cấu thân để chân (là kết cấu dạng tắm - vỏ có sườn) kết cấu tương đương; Tính tốn kết cấu để chân kết cấu thân theo sơ đồ gần - coi kết cấu hệ kết cấu phụ tựa lên kết cấu chân Sách chuyên khảo đề xuất tính toán tổng thể kết cấu giàn khoan tự nâng bao ôm kết cấu chân — phân tử dạng thép ống — hệ thống kết cấu thân để chân — phân tử tắm, vỏ có sườn — hệ thống, liên kết với thông qua liên kết kết cấu thép tiết thiết bị khí hệ thống nâng hạ Bài toán tổng thể cho phép đưa kết tiết tiết diện, phần tử kết cầu, tiết khí tắt trạng thái hoạt động giàn khoan tự nâng, giúp kỹ sư thiết quan lý tốt trạng thái ứng suất, biến dang tắt phần tử kết cấu (bao phan tử thépống kết cấu chân, phân tử tắm, vỏ có sườn kết cấu thân đề chân tiết khí dé liên kết hệ thống kết cấu chân thân trạng thái nâng — hạ) Các nội dung sách chuyên khảo kết Đề tài Khoa học Công nghệ cấp Nhà nước “Nghiên cứu tính tốn, xây dựng quy trình thiết kế sở cho giàn khoan tự nâng 400f†”, mã số SPQG02b.01-01 PGS.TS Đình Quang Cường - Viện Xây dựng Cơng trình biển - Trường Đại học Xây dựng làm chủ nhiệm, 07 dé tai Khoa học Công nghệ thuộc Dự án Khoa học Công nghệ cắp Nhà nước “Nghiên cứu thiết kế sở, tiết, cơng nghệ chế tạo, tích hợp giàn khoan tự nâng 400 ƒì phù hợp với điều kiện Việt Nam nghiên cứu phát triển, hoán cải giàn khoan dầu khí di động phục vụ kinh tế biển, an ninh quốc phịng”, mã số SPQG02b.01 Sách chun khảo “Tính tốn tổng thể hệ thống kết cấu cơng trình giàn khoan tự nâng” bao gồm (5 chương: Chương 1: Số liệu đầu vào để tính tốn kết cấu cơng trình giàn khoan tự nâng; Chương 2: Tính tốn kết cấu cơng trình giàn khoan tự nâng trạng thái vận hành trạng thái biển cực hạn; Chương 3: Tính tốn kết cấu cơng trình giàn khoan tự nâng trạng thái khơng khai thác; Chương 4: Tính tốn kiểm tra t cầu cơng trình giàn khoan tự nâng; Chương 5: Tính tốn tổng thể hệ thơng kết cầu cơng trình giàn khoan tự nâng 400Jl Sách chun khảo PGS.TS Dinh Quang Cường chủ biên, viết đỀ cương trực tiếp viết chương 1,2,3,4,5 Thể Vũ Đan Chỉnh - thư ký khoa học Đề tài SPQG02b.01-01- tham gia viết mục mục chương Tập thể tic giả trân trọng cám ơn Bộ Khoa học — Công nghệ: Bộ Công thương; Tập đồn Dầu Khí quốc gia Việt Nam (PN); Cơng ty Cổ phẫn chế tạo giàn khoan dầu khí ~ PVSHIPYARD; Viện Xây dựng Cơng trình biên ~ Đại học Xây dựng, tin tưởng giao cho tập thể tác giả thực hoàn thành ĐỀ tài Khoa học Công nghệ cắp Nhà nước SPQG020.01-01 Tập thể tác giá ghỉ nhận đóng góp đáng kế KS Hồng Tiến Dũng, KS Pham Thị Hằng KS Mai Van Mạnh KS: Trần Thành Long, KS Hoàng Đức Niên, thành viên tham gia thực ĐỀ tài Khoa học Công nghệ cắp Nhà nước SPQG02b.01-01 Hy vọng sách chun khảo “Tính tốn tổng th hệ ï ig két cau cong trinh giàn khoan tự nâng” kỹ sư thiết kế, nghiên cứu viên lĩnh vực tính tốn kết cầu cơng trình nghiên cứu sinh đón nhận Các tác giả Chương SĨ LIỆU ĐẦU VÀO ĐÉ TÍNH TỐN KET CAU CƠNG TRÌNH GIÀN KHOAN TỰ NÂNG SƠ ĐỒ TÍNH KÉT CẦU GIÀN KHOAN TỰ NÂNG THEO PHƯƠNG PHAP PHAN TỬ HỮU HẠN - Kết cấu giàn khoan tự nâng, Hình 1.1, mơ hình hóa theo phương pháp phan tử hữu hạn [13], [14], [47] - Kết cấu thân mô tả dạng tắm vỏ, sườn gia cường thép hình mơ tả dạng thanh; - Kết cấu chân mô tả dạng khung không gian, ống mô tả dạng, liên kết với nút; - Spudcan có mơ tả đạng tắm vỏ, có sườn gia cường thép hình mơ tả dạng Liên kết thân chân hệ thống khí, mơ tả liên kết cứng, liên khớp tương đương có độ cứng xác định, tương ứng với loại điểm liên kết khác theo tiêu chuẩn [14], [18] - Liên kết chân đế chân với dùng liên kết ngàm, lò xo, tùy theo trường hợp cụ thể tính tốn kết cấu giàn khoan tự nâng [45] 4) b) Hình 1.1 Hình ảnh tong thể giàn khoan tự nâng 400? a) Hình ảnh tổng thể giàn khoan tự nâng 400ft; b) Giàn khoan tự nâng trạng thái hoạt động bình thường, 1.1 So dé tinh tổng thể kết cấu giàn khoan tự nâng trạng thái hoạt động bình thường trạng thái biển cực hạn Trong trạng thái hoạt động bình thường, kết cấu giàn khoan tự nâng làm việc giống giàn khoan biển cố định, với thượng tầng hệ thống kết cấu thân, kết cầu phụ lắp đặt thân bao gồm cụm kết cấu - công nghệ khoan, cụm nhà ở, cạm sân bay kết cấu - công nghệ phụ trợ khác sàn công nghệ đặt thân giàn khoan theo phương pháp phân tử hữu hạn 4) Sơ đồ tổng thể bạo gồm kết câu thân, chân để chân theo phương pháp PTHH; 9) Sơ đồ tơng thé có tích hợp khối lượng đại diện cho kết cấu phụ bao gồm: Kết cầu cụm tháp khoan, Kết cấu nhà ở; Kết cấu sân bay kết cấu phụ khác sàn khoan Toàn hệ thống thượng tằng liên kết với hệ thống chân thông qua thiết bị khí Hệ thống kết cấu - cơng nghệ giàn khoan tự nâng trạng thái khai thác bình thường trạng thái biển cực hạn mơ hình hóa theo phương pháp phần tử hữu hạn, Hình 1.2 1.2 Ngun tắc chung để mơ hình hóa tổng thể hệ thống kết cdu — cong nghé giàn khoan tự nâng Kết cấu nói chung kết cấu cơng trình biển tự nâng nói riêng mơ hình hóa theo phương pháp phần từ hữu hạn sé chia cấu kiện kết cấu thành m phần tử khối) Các phần a tử liên kết với thông qua nút lưới phần tử hữu hạn 1.2.1 Nút Mỗi nút mơ hình hóa thơng qua việc đặt cho tọa độ (hệ tọa độ địa phương) so với hệ tọa độ gốc ban đầu (hệ tọa độ tổng thể) 1.2.2 Phan tit Các thông số đặc trưng cho loại phần tử E Biến số Y nghia Thông số u UX Chuyển vị theo trục x v UY Chuyển vị theo trục y w UZ Chuyển vị theo tryc z % ROTX Xoay quanh trục x 6, ROTY 6, ROTZ Xoay quanh trục y Xoay quanh trục Z € CONC Tập trung, P PRES Áp lực i TEMP Nhiệt độ V VOLT Dòng điện Các phần từ sử dụng để mơ hình hóa kết cầu giàn khoan tự nâng bao gồm: - Phần tử hai nút, dùng để mơ hình hóa chính, nhánh kết cấu chân giàn khoan tự nâng gia cường kết cấu tắm, vỏ kết cấu thân đề chân - Phan tử tắm ba nút bốn nút, dùng để mơ hình hóa kết cấu dạng tắm, vỏ thuộc hệ thống kết cầu thân, để chân sàn hệ thống kết cầu nhà ở, sân bay, cụm công nghệ khoan Các thơng số đặc trưng để mơ hình hóa loại phần tử xem bảng 1.1 1.2.3 Hệ trục toạ độ để tính tốn tổng thể hệ thống kết cấu cơng trình giàn khoan tự nâng 4) Hệ trục tọa độ tổng thể Hình 1.3 mơ tả hệ tọa độ đẻ tính tốn tổng thể hệ thống kết cấu cơng trình giàn khoan tự nâng trạng thái vận hành, Hình 1.3a, trạng thái di chuyển, Hình 1.3b Trong hai trạng thái nêu trên, mặt phẳng XOY hệ tọa độ tổng thẻ nằm mực nước tĩnh Trục Z hướng lên qua trọng tâm thân giàn khoan tự nâng d= 120m “Tháp khoan, GReTL 4 XS E0 Ấ KẾ 6) ) Hinh 1.3 Hệ tọa độ tổng thé dé tính tốn hệ thơng kết cấu cơng trình giàn khoan tự nâng b) Các hệ tọa độ địa phương Hình 1.4 mô tả hệ trục tọa độ địa phương để mô hình hóa kết cấu thân mơ hình hóa tải trọng tác động lên thân giàn khoan tự nâng theo phương pháp phần tử hữu hạn 10 œ6 ~ T Wv o Hình 1.4 Hé toa độ địa phương dé mơ hình hóa kết cầu thân giàn khoan tự nâng, theo phương pháp phần tử hữu hạn Các Hình 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9 mô tả hệ tọa độ địa phương đẻ mơ hình hóa kết cấu phụ trợ thân giàn khoan tự nâng Các hệ tọa độ địa phương đưa hệ tọa độ tổng thể nhờ hệ số chuyển đổi tương quan Một ví dụ đựa đưa bảng 1.2 tương quan hệ trục tọa độ địa phương với hệ trục tọa độ tổng thể hệ thống kết cấu cơng trình giàn khoan tự nâng 400ft (Tam đảo 05), hệ thống kết cấu ứng dụng đẻ tính tốn thực tế trình bầy kết tính chương tài liệu ~ Trục X đọc theo chiều dài thân giàn hướng phía giàn; ~ Trục Y hướng sang mạn phải; ~ Trục Z hướng lên Hình 1.5 Hệ tọa độ địa phương để mơ hình hóa dằm cơng xơn "