Nghiên cứu tính toán ổn định nguyên vẹn giàn khoan bán chìm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH NGUYÊN VẸN GIÀN KHOAN BÁN CHÌM LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT Hải Phòng - 2014 MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài - Xu hướng sử dụng giàn di động giàn bán chìm, giàn tự nâng, - Nhu cầu giàn di động Việt Nam giai đoạn 2012-2020; - Giá trị đầu tư cho dự án giàn dầu khí di động lớn; - Khoa Đóng tàu trường ĐHHHVN vừa qua mở thêm chuyên ngành “Thiết kế tàu Công trình khơi” 1.2 Mục đích đề tài Hiểu áp dụng phương pháp tính toán ổn định nguyên vẹn cho loại công trình đặc biệt để làm sở cho việc xây dựng hồ sơ tính toán ổn định phù hợp với yêu cầu Quy phạm giàn khoan biển IMO A1023(26)-MODU code 2009 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đề tài hướng tới nghiên cứu tính toán ổn định nguyên vẹn giàn bán chìm áp dụng tính toán giàn ĐH01, khai thác mỏ Đại Hùng 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu đề tài dựa phương pháp lý thuyết có hỗ trợ phần mềm AUTOSHIP 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ở Việt Nam chưa có công trình thiết kế dành cho loại công trình nên việc công bố kết chưa tìm thấy Như đề tài cần cho thực tế thiết kế giàn khoan bán chìm CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHO GIÀN KHOAN BÁN CHÌM 1.1 Phƣơng pháp phân tích ổn định Có hai phương pháp sử dụng : - Áp dụng góc chúi thích hợp (free trim); - Hay thay đổi hướng trục nghiêng (free twist) Đối với phương pháp thứ hai góc nghiêng GKBC góc dốc lớn so với mặt phẳng nằm ngang ban đầu mặt phẳng đường nước song song với trục nghiêng Hình 1.1 Trường hợp thay đổi hướng trục nghiêng 1.2 Ổn định góc nghiêng nhỏ Hình 1.2 Tác dụng trọng lực lực làm nghiêng giàn 𝑀ℎ𝑝 =  ∗ 𝐺𝑍 =  ∗ 𝑙 =  ∗ ℎ0 sin 𝜃 𝑙 = 𝐺𝑀 𝑠𝑖𝑛 𝜃 = ℎ0 𝑠𝑖𝑛 𝜃 𝐺𝑀 = 𝐵𝑀 + 𝐾𝐵 − 𝐾𝐺 = 𝑟 + 𝑧𝐵 − 𝑧𝐺 • M1hp = ∆.H0. • H0 = zB + R – zg Hình 1.3 Tác dụng trọng lực lực làm chúi tàu • h = zB + r – zg • r = r cos2 + R sin2 Hình 1.4 Biểu đồ ổn định ban đầu Moment nghiêng lớn diện tích hứng gió lớn Hình 1.5 Xác định diện tích hứng gió Góc nghiêng lớn trường hợp tính bằng: Mng = Mhn = .h    M ng .h 1.2 Ổn định góc nghiêng lớn Hình 1.6 Tác dụng trọng lực lực kéo trường hợp nghiêng góc lớn 𝑙 = 𝑦𝜃 𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑧𝜃 − 𝑧𝐵 𝑠𝑖𝑛𝜃 − 𝑧𝑔 − 𝑧𝐵 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝜃 𝑦𝜃 = 𝑟𝜃𝜑 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑑𝜃 Đối với trục nghiêng không cố định: 𝑙𝜑 = 𝑦𝜃𝜑 𝑐𝑜𝑠𝜃𝜑 + 𝑧𝜃𝜑 − 𝑧𝐵 sin 𝜃𝜑 − 𝑧𝑔 − 𝑧𝐵 sin 𝜃𝜑 𝜃 𝜃𝜑 𝑦𝜃𝜑 = 𝑟𝜃𝜑 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑑𝜃 𝑧𝜃𝜑 − 𝑧𝐵 = 𝑟𝜃𝜑 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑑𝜃 2.3 Momen nghiêng gió • Momen nghiêng gió vẽ nhờ tính toán lực gió theo công thức sau: F = 0.5CSCHρV2A • Moment nghiêng gió phải tính số góc nghiêng cho trạng thái hoạt động để xác định đường cong, momen gió phải tính cho hướng gió khác để xác định “trục tới hạn” 2.4 Tiêu chuẩn ổn định nguyên vẹn Hình 2.1 Kiểm tra ổn định cho GKBC - Diện tích đường cong momen ổn định tới góc vào nước phải lớn 30% diện tích đường cong momen nghiêng gió tới góc vào nước tương tự: Diện tích A+B ≥ 1,3 (diện tích B+C) - Ngoài có yêu cầu riêng biệt trình bày bảng sau Bảng 2.1 Tiêu chuẩn ổn định số quan quốc tế Yêu cầu Tỉ số diện tích Góc nghiêng tĩnh gió NMD CCG IMO ABS DNV ≥ 1.3 ≥ 1.3 ≥ 1.3 ≥ 1.3 ≥ 1.3 ≤ 17° ≤ 15° Không yêu cầu Không yêu cầu Không yêu cầu ≥ 30° Không yêu cầu Không yêu cầu Không yêu cầu Không yêu cầu Không yêu cầu ≥ 0.0 m ≥ m Tại trạng Góc nghiêng góc giao điểm thứ Minimum GM ≥ m Tại trạng thái ≥ m Tại trạng vận hành, di chuyển thái vận hành, di thái vận hành, di bão; chuyển bão; chuyển bão; ≥ 0,3 m Tại trạng ≥ 0,3 m Tại trạng ≥ 0,3 m Tại trạng thái trung gian thái trung gian thái trung gian Momen tĩnh Dương phạm Không yêu cầu hay GZ nhỏ vi từ 0o đứng đến vi từ góc 0o đến góc vi từ góc 0o đến góc vi từ góc 0o đến góc góc giao điểm thứ giao điểm thứ Dương phạm Dương phạm Dương phạm giao điểm thứ giao điểm thứ CHƢƠNG VÍ DỤ MINH HỌA CHO GIÀN BÁN CHÌM ĐẠI HÙNG 01 (1) Ponton (2) Cột ổn định lớn (3) Cột ổn định nhỏ (4) Cột ổn định thứ cấp Hình 3.1.a Giàn Đại Hùng nhìn từ mạn (5) Thanh giằng chéo (6) Thanh giằng ngang Hình 3.1.b Giàn Đại Hùng nhìn từ đuôi Hình 3.2 Sơ đồ bố trí két giàn Đại Hùng 01 Moment nghiêng gió tính số góc nghiêng hướng gió khác Bảng 3.1 Chiều chìm 20.7 m (Survival) với tốc độ gió 100 knot (51.5 m/s) Hƣớng (độ) Góc 20 40 60 80 (t.m) (t.m) (t.m) (t.m) (t.m) Nghiêng (độ) 9307.2 10850.3 11333.8 10645.8 8908.4 10263.3 11800.7 12306.6 11656.3 9946.4 10 11101.1 12643.1 13273.6 12740.8 11064.0 15 12001.4 13602.3 14372.1 13998.9 12513.8 20 12940.6 14558.9 15463.2 15220.9 14069.0 25 13932.9 15488.3 15994.1 15898.1 15063.9 30 14643.6 15688.7 16378.9 16626.2 15801.6 Biểu đồ moment gió chiều chìm 20.7 m (Trạng thái bão) với tốc độ gió 100 knot (51.5 m/s) t.m Ổn định nguyên vẹn giàn bán chìm ĐH-01 tính toán cho trạng thái: Trạng thái: - Di chuyển chiều chìm T = 55 ft (16.8 m) - Vận hành, khai thác chiều chìm T = 70 ft (21.3 m) T = 65ft (19.8 m) - Bão nguy hiểm chiều chìm T = 68 ft (20.7 m) Điều kiện gió: - Vận tốc gió 70 knot ( 36 m/s) trạng thái di chuyển, vận hành khai thác - 100 knot trạng thái bão (51.5 m/s) Trình bày kết tính toán trạng thái bão nghiêm trọng chiều chìm T = 68 ft (20.7 m) hướng gió 80, 60, ,0, ,280 độ (tức gió thổi từ hướng mạn trái) theo tiêu chuẩn IMO NMD, chủ yếu là: • Tỉ số diện tích đường cong momen tĩnh tới góc vào nước diện tích đường cong momen nghiêng gió tới góc vào nước tương tự lớn 1.3 ; • Góc nghiêng tĩnh gió không lớn 17 độ ; • Góc giao điểm thứ hai đường cong momen tĩnh momen nghiêng gió không nhỏ 30 độ Trạng thái ban đầu MN mũi 20.646 m Nghiêng zero GM(Solid) 6.732 m MN tàu 20.646 m Cân Yes F/S Corr 0.000 m MN đuôi 20.646 m Gió Off GM(Fluid) 6.732 m Chúi zero Sóng No KMt 20.38 m LCG 1.129a m VCG 13.534 m TPcm 3.88 Lượng chiếm 20,271.41 nước MT Tóm tắt thành phần LCN Các thành phần Khối lượng LCG TCG VCG (MT) (m) (m) (m) KL tàu không 10,714.70 2.375f 0.080p 26.310 Trọng tải DW 9,556.71 5.058a 0.091s -0.791 20,271.41 1.129a 0.000 13.534 Lượng chiếm nước Đối với hướng gió 20 độ Tay Ri đòn ổnng định tĩnhvs gây ĐỊNH NGUYÊN VẸN ghti Arms H eelnghiêng - IN TAC-TỔN STABILITY 0s Heel angl e (Degrees) 50.0s 100 0s 15.0 TĐRighting ổn địnhArm tĩnh TĐHeeling nghiêng Arm TĐR.động Area Góc cân Equilibrium Góc vào Pt nước Flood A r m s i n 10.0 m 0 Giới hạn Min/Max (1) Tỉ số diện tích từ góc độ đến góc vào >1.300 Thực tế Dư Đánh giá 5.266 3.966 Đạt nước (2) Góc nghiêng tĩnh 30.00 deg 88.15 58.15 Đạt Đối với hướng gió 40 độ Tay đòn ng ổn định gây -nghiêng ỔN ĐỊNH NGUYÊN VẸN Ri ghti Armstĩnh vs.và H eel IN TAC T- STABILITY 0s Heel angl e (Degrees) 50.0s 100 0s TĐRighting ổn địnhArm tĩnh TĐHeeling nghiêng Arm TĐR.động Area Góc cân Equilibrium Góc vào Pt nước Flood 10.0 A r m s i n m 0 -5.0 Giới hạn (1) Tỉ số diện tích từ góc độ đến Min/Max >1.300 Thực tế Dư Đánh giá 2.943 1.643 Đạt góc vào nước (2) Góc nghiêng tĩnh 30.00 deg 89.58 59.58 Đạt Đánh giá • Giàn bán chìm Đại Hùng 01 đảm bảo ổn định theo tiêu chuẩn IMO NMD chiều chìm T = 20.65 m (68 ft) với vận tốc gió 100 knot tới từ hướng khác mạn trái • Một trục tới hạn giàn Đại Hùng 01 hướng gió 40 độ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận • Đã tìm hiểu nghiên cứu tổng quan phương pháp tính toán ổn định giàn bán chìm • Chỉ mô hình tính toán ổn định cho giàn bán chìm dạng cột ổn định nói chung; • Đã áp dụng mô hình nêu để tính toán ổn định cho giàn bán chìm ĐH-01 có hỗ trợ phần mềm Autoship Kiến nghị Đề tài nghiên cứu tính toán ổn định nguyên vẹn tìm hiểu giàn khoan bán chìm (semi-submersible) tác giả kiến nghị cần có nghiên cứu sâu về tính toán ổn định tai nạn, nghiên cứu tính toán ổn định dạng giàn bán chìm khác dạng Jackup, SPAR,… ... vi nghiên cứu Đề tài hướng tới nghiên cứu tính toán ổn định nguyên vẹn giàn bán chìm áp dụng tính toán giàn ĐH01, khai thác mỏ Đại Hùng 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu. .. nguyên vẹn tìm hiểu giàn khoan bán chìm (semi-submersible) tác giả kiến nghị cần có nghiên cứu sâu về tính toán ổn định tai nạn, nghiên cứu tính toán ổn định dạng giàn bán chìm khác dạng Jackup,... bán chìm dạng cột ổn định nói chung; • Đã áp dụng mô hình nêu để tính toán ổn định cho giàn bán chìm ĐH-01 có hỗ trợ phần mềm Autoship Kiến nghị Đề tài nghiên cứu tính toán ổn định nguyên vẹn