Bài viết này giới thiệu việc tính toán ổn định tai nạn cho giàn khoan bán chìm theo các chỉ dẫn của IMO với những bổ sung sửa đổi mới nhất. Các quy định về tư thế và ổn định sau khi giàn khoan gặp tai nạn sẽ được liệt kê theo quy định của đăng kiểm ABS.
CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH TAI NẠN CHO GIÀN KHOAN BÁN CHÌM THEO PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT XÁC SUẤT CALCULATION OF DAMAGE STABILITY OF SEMI-SUBMERSIBLE USING PROBABILITY METHOD PGS TS LÊ HỒNG BANG, ThS ĐỒNG ĐỨC TUẤN, ThS CÙ HUY CHÍNH Khoa Đóng tàu, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Bài báo giới thiệu việc tính tốn ổn định tai nạn cho giàn khoan bán chìm theo dẫn IMO với bổ sung sửa đổi Các quy định tư ổn định sau giàn khoan gặp tai nạn liệt kê theo quy định đăng kiểm ABS Bài báo trình bày sở lý thuyết mơ hình tốn tính tốn ổn định tai nạn theo lý thuyết xác suất, áp dụng sở lý thuyết đưa vào tính tốn cho khoan bán chìm Đại Hùng 01 Abstract This paper introduces calculating damage stability of semi-submersible based on some rules in IMO with latest supplement and modification The rules about position and stability after semi-submersible damages will be listed following ABS classification It will present the basic theory of damage stability task applied probabilistic method, calculate with semi-submersible named Dai-Hung 01 using the informed theory Từ khóa: Ổn định tai nạn, giàn khoan bán chìm, lý thuyết xác suất Giới thiệu Giàn khoan bán chìm loại cơng trình biển di động đặc biệt, phục vụ lĩnh vực khai thác dầu khí Việc đáp ứng quy định Đăng kiểm tính ổn định ổn định tai nạn cơng trình yêu cầu bắt buộc để hoạt động an tồn Đối với tàu thủy tốn nghiên cứu giải cách triệt để, nhiên kiểu kiến trúc kết cấu giàn khoan bán chìm điều kiện khai thác khác biệt nhiều so với tàu thủy nên tốn tính tốn ổn định tai nạn loại cơng trình có phần phức tạp Kiểu kiến trúc kết cấu giàn khoan đa dạng phong phú, yếu tố định đến tính ổn định tai nạn cơng trình Hình Một số kiểu kiến trúc kết cấu giàn khoan bán chìm Khi tính tốn ổn định tai nạn cho cơng trình nổi, tác động hệ thống neo giữ, thiết bị kéo, thiết bị chằng buộc thiết bị liên quan khác khơng tính đến [1] Việc tính tốn thực qua bước sau [1]: - Bước 1: Tính tốn ổn định ngun vẹn cho giàn khoan - Bước 2: Tính tốn hệ số A R theo yêu cầu SOLAS 74 - Bước 3: Tính tốn lại tư ổn định cho giàn khoan trường hợp tai nạn giả định - Bước 4: Thiết lập sơ đồ kiểm soát tai nạn cho giàn khoan Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 51 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 Cơ sở lý thuyết mơ hình tốn tính tốn ổn định tai nạn 2.1 Hệ số phân khoang yêu cầu R [2] Hệ số R phụ thuộc vào chiều dài tính tốn ổn định tai nạn cơng trình, kí hiệu LS Trường hợp LS> 100m R tính theo cơng thức sau: R=(0.002+0.0006LS)1⁄3 (1) Theo dẫn chiều dài LS chiều dài phần dự trữ lực cơng trình Đối với giàn khoan bán chìm LS chiều dài ponton 2.2 Quy tắc tính tốn hệ số phân khoang thực tế A [2] Hệ số phân khoang thực tế A xác theo công thức: A = 0.4AS +0.4AP + 0.2Al (2) Các hệ số AS, AP, Al xác định theo mớn nước yêu cầu là: Mớn nước phân khoang TS, mớn nước trung gian TP = Tl + 0.6(TS-Tl), mớn nước tàu không Tl Mỗi hệ số A tổng phần nhỏ xác định từ tất trường hợp tai nạn mớn nước yêu cầu tính tốn theo cơng thức sau: A = ∑pi.si (3) Trong đó: i: Chỉ số tương ứng với khoang nhóm khoang tính tốn; pi: Xác suất ngập khoang; si: Xác suất ngập an toàn Để đáp ứng yêu cầu toán ổn định tai nạn theo lý thuyết xác suất hệ số phân khoang đạt phải lớn hệ số phân khoang yêu cầu, tức là: A > R 2.2.1 Tính tốn xác suất ngập khoang pi Hệ số pi đặc trưng cho khả gặp tai nạn cho trường hợp cụ thể Để tính tốn hệ số pi ta phải phân chia khu vực tai nạn theo chiều dài tính tốn LS Các trường hợp tai nạn cơng trình mang tính ngẫu nhiên nên số lượng trường hợp tai nạn lên tới vô hạn Tai nạn giàn yêu cầu tính tốn với trường hợp thủng 1, két liền kề, việc phân chia khu vực tai nạn giảm đáng kể khối lượng tính tốn Các khu vực tai nạn phân chia dựa theo vị trí vách ngang kín nước ponton ZONE ZONE ZONE ZONE ZONE ZONE ZONE ZONE ZONE Ls = 108,2 m Hình Cách phân chia vùng tai nạn theo chiều dài L S Hệ số pi phụ thuộc vào yếu tố: vị trí, hình dạng kích thước lỗ thủng Các yếu tố mang tính ngẫu nhiên IMO đưa dẫn cụ thể để tính tốn cho trường hợp tai nạn Trường hợp có khoang hư hỏng piđược tính sau: pi = p(x1j, x2j).[r(x1j, x2j, bk) – r(x1j, x2j, bk-1)] (4) Hệ số p(x1, x2) hệ số phụ thuộc vào vị trí khoang bị thủng hệ số r(x1, x2, bk) phụ thuộc vào vị trí kích thước vết thủng Trong trình di chuyển chiều dài lỗ thủng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 52 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 (3L%+3) m 11 m, chiều sâu lỗ thủng (xuất ponton) 1.5m giàn khoan tự hành, 1.5 0.2 chiều rộng phần chiếm nước ponton giàn khoan bán chìm, chiều cao lỗ thủng khoảng cách từ mặt phẳng tới boong ponton Tại vị trí khai thác giàn khoan bán chìm chiều dài lỗ thủng 1/8 chu vi trụ ổn định, chiều sâu 1.5 m chiều cao m [1] 2.2.2 Tính tốn xác suất ngập khoang an tồn s i Hệ số si định mức độ an toàn cơng trình sau bị ngập khoang, tích số pi.si xác suất cơng trình gặp trường hợp tai nạn thứ i mà giữ an toàn Như hệ số A hệ số cho thấy khả an toàn giàn khoan toán ổn định tai nạn tổng thể Hệ số si tính theo cơng thức sau: si = min{sintermediate,i, sfinal,i, smon,i} (5) Trong đó: sintermediate,i: Xác suất để trì ổn định tất giai đoạn ngập trung gian đến giai đoạn cân cuối sfinal,i: Xác suất để trì ổn định giai đoạn cân cuối trình ngập smon,i: Xác suất để trì ổn định với mơmen nghiêng 4m Đối với giàn khoan bán chìm ta quan tâm tới giá trị sfinal,i sfinal,I=K.[(GZmax/12).(Range/16)]1/4 Vïng B (6) GZmax giá trị lớn cánh tay đòn ổn định tĩnh, Range khoảng dương cánh tay đòn ổn định tĩnh Như ta thấy hệ số si phụ thuộc vào độ lớn yếu tố mang tính an tồn cho cơng trình 70 Vïng A §-êng n-íc tai n¹n ci cïng øng víi vËn tèc giã 50 knots Đ-ờng n-ớc ban đầu 2.2.3 H s ngp khoang [2] Hệ số ngập khoang tính thương số thể tích nước ngập vào khoang Hình u cầu tư giàn khoan với dung tích thực tế khoang Khi thủng bán chìm sau gặp tai nạn khoang có hệ số ngập khoang lớn mức độ gặp nguy hiểm cơng trình cao Đối với giàn khoan bán chìm hệ số ngập khoang kho dự trữ, buồng ở, khoang chứa chất lỏng lấy 0.95, riêng buồng máy hệ số 0.85 2.3 Các yêu cầu tư ổn định giàn sau gặp tai nạn [1] Chiều cao tâm nghiêngGM≥0.3 m Tay đòn ổn định tĩnh lớn GZmax ≥ 0.5 m, độ dài đường cong ổn định tĩnh không nhỏ 100.RoS ≥ 70 + 1.5S; RoS ≥ 100 (RoS – khoảng dương cánh tay đòn ổn định tĩnh) Góc nghiêng tĩnh khơng vượt 100 sau gặp tai nạn Đường mớn nước cơng trình gặp tai nạn đến trước thời điểm thăng bằng, thời gian lấy lại cân sau thăng phải nằm mép boong kín nước ngồi vùng bị chìm nằm 0.3 m so với lỗ khoét vách ngăn, boong, mạn, mà nước tiếp tục tràn qua Giàn phải có đủ lực ổn định để hoạt động di chuyển ngập phần khoang phía đường nước xét buồng bơm, buồng máy có hệ thống làm mát nước mặn khoang thông biển Áp dụng tính tốn ổn định tai nạn cho giàn khoan bán chìm Đại Hùng 01 3.1 Giới thiệu giàn khoan bán chìm Đại Hùng 01 [3] Giàn khoan Đại Hùng 01 thuộc sở hữu Tổng công ty PVEP Đại Hùng 01 giàn khoan quan trọng, giúp ngành dầu khí Việt Nam ln đạt tiêu khai thác đề Về mặt kết cấu Đại Hùng 01 gồm ponton đối xứng, hình dáng đơn giản, ponton có chiều dài 108.2 m bố trí vách dọc vách ngang kín nước, ponton có nhiệm vụ trì lực Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 53 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2016 Nối tiếp ponton với sàn công tác cột trụ, có cột trụ lớn với đường kính 7.92 m cột trụ nhỏ đường kính 5.79 m, ngồi có hệ thống giằng ngang giằng chéo nhằm tăng độ cứng vững cho giàn Sàn boong đỡ trụ, thiết bị bố trí, phục vụ cho q trình khai thác dầu khí PT20 ER.P PT19 PT16 PT18 PT15 PT13 PT11 PT09 PT07 PT05 PT03 PT14 PT12 PT10 PT08 PT06 PT04 PT02 PT15 PT13 PT11 PT09 PT07 PT05 PT03 ST15 ST13 ST11 ST09 ST07 ST05 ST03 ST14 ST12 ST10 ST08 ST06 ST04 ST02 ER.P PT01 PT01 ST01 ER.S Hình Sơ đồ bố trí khoang két Đại Hùng 01 3.2 Tính tốn hệ số phân khoang u cầu hệ số phân khoang đạt Đối với giàn khoan bán chìm Đại Hùng 01 LS = 108.2 m Khi hệ số phân khoang đạt là: R = 0.406 Hệ số phân khoang yêu cầu tính tốn với hỗ trợ module AUTOHYDRO phần mềm AUTOSHIP Hệ số có giá trị: A = 0.4908 So sánh hai giá trị ta thấy rằng: A > R, tức hệ số phân khoang đạt lớn hệ số phân khoang u cầu Giàn khoan bán chìm thỏa mãn mơ hình tính tốn ổn định tai nạn theo phương pháp lý thuyết xác suất 3.3 Xác định tư ổn định giàn sau gặp tai nạn Ta xét trường hợp thủng buồng máy ER.S chiều chìm TS = 21.336 m, VCG = 13.51m làm ví dụ Tư giàn khoan: Chiều chìm mũi TF = 3.576 m Chiều chìm TA = 23.230 m Chiều chìm sườn TM = 13.403 m Độ chúi Trim = - 19.46/108.20 GZ (m) 3.0 2.0 1.0 0.0 (®é) 10 20 30 40 50 60 Hình Cánh tay đòn ổn định ứng với trường hợp thủng buồng máy Bảng Kiểm tra điều kiện theo quy định ABS Các giới hạn (1) GZmax 300 (2) GM cân (3) Góc nghiêng tĩnh (4) Khoảng GZ dương Điều kiện >0.500 m >0.300 m < 100 >70 Thực tế 2.830 6.859 7.93 46.95 Thỏa mãn? Có Có Có Có Kết luận Bài báo giới thiệu sở lý thuyết cho tốn tính tốn ổn định tai nạn theo yêu cầu IMOtheo lý thuyết xác suất, từ xây dựng mơ hình tính tốn giàn khoan bán chìm áp dụng tính tốn với giàn khoan bán chìm Đại Hùng 01 Kết ví dụ tính tốn có tính thuyết phục so sánh với kết tính tốn Đăng kiểm cơng nhận Tuy nhiên, hạn chế hồ sơ giàn khoan Đại Hùng 01 tài liệu tham khảo nên phần so sánh thu thập sau TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ABS, Rule for building and classing MODU, ABS, 2012 [2] IMO, Interim explanatory notes to the solas chapter II-1subdivision and damage stability regulations, IMO, 2007 [3] http://petrotimes.vn/news/vn Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 45 – 01/2016 54 ... giới thiệu sở lý thuyết cho tốn tính tốn ổn định tai nạn theo u cầu IMOtheo lý thuyết xác suất, từ xây dựng mơ hình tính tốn giàn khoan bán chìm áp dụng tính tốn với giàn khoan bán chìm Đại Hùng... Giàn khoan bán chìm thỏa mãn mơ hình tính tốn ổn định tai nạn theo phương pháp lý thuyết xác suất 3.3 Xác định tư ổn định giàn sau gặp tai nạn Ta xét trường hợp thủng buồng máy ER.S chiều chìm TS... si: Xác suất ngập an toàn Để đáp ứng yêu cầu toán ổn định tai nạn theo lý thuyết xác suất hệ số phân khoang đạt phải lớn hệ số phân khoang yêu cầu, tức là: A > R 2.2.1 Tính tốn xác suất ngập khoang