Bài viết trình bày một số phương án bổ sung giếng khoan và ảnh hưởng của nó đến khả năng chịu lực của kết cấu; các tiêu chí đánh giá độ bền kết cấu khi bổ sung giếng cho giàn hiện hữu; đề xuất và đánh giá ảnh hưởng của các phương án lắp thêm ống dẫn hướng cho giàn đầu giếng JVPC WHP-C1.
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2020 14 (3V): 108–117 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN BỔ SUNG THÊM GIẾNG KHOAN ĐẾN ĐỘ BỀN CỦA KẾT CẤU GIÀN ĐẦU GIẾNG HIỆN HỮU Vũ Đan Chỉnha,∗ a Khoa Xây dựng Cơng trình biển Dầu khí, Trường Đại học Xây dựng, số 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 26/04/2020, Sửa xong 23/06/2020, Chấp nhận đăng 08/07/2020 Tóm tắt Bổ sung thêm giếng khoan cho giàn khoan đầu giếng yêu cầu thường gặp giếng hữu hết dần trữ lượng sau thời gian khai thác Đặc biệt Việt Nam nay, số lượng lớn giàn chuyển sang giai đoạn khai thác thứ cấp Mặt khác giá dầu sụt giảm, hiệu đầu tư giàn không cao, nên nhu cầu nâng cấp giàn bổ sung thêm giếng khoan vấn đề tất yếu Một số phương án bổ sung thêm giếng khoan cho giàn áp dụng phổ biến giới bao gồm: Bổ sung giếng đơn (single well) ống dẫn hướng (conductor), bổ sung giếng đôi (dual well) ống dẫn hướng, bổ sung giếng đơn cụm ống dẫn hướng tự đứng độc lập Mỗi phương án có mức độ ảnh hưởng khác đến độ bền kết cấu giàn hữu, chi phối chung đến tính khả thi hiệu mở rộng khai thác giàn tùy điều kiện cụ thể Bài báo đề xuất tiêu chí để phân tích, đánh giá ảnh hưởng phương án bổ sung đầu giếng đến độ bền kết cấu theo quy định tiêu chuẩn hành Các tiêu chí áp dụng để đánh giá lựa chọn phương án bổ sung giếng cho giàn JVPC WHP-C1 khai thác mỏ Rạng Đông Việt Nam Kết nghiên cứu báo sử dụng làm tài liệu tham khảo cho dự án tương tự điều kiện Việt Nam Từ khoá: bổ sung giếng khoan; giếng đơn; giếng đôi; ống dẫn hướng tự đứng; độ bền kết cấu; giàn đầu giếng hữu ASSESSMENT OF THE AFFECTIONS OF WELL ADDING SOLUTIONS TO THE STRENGTH OF EXISTING WELL HEAD PLATFORM STRUCTURES Abstract A supplement of new wells for well head platforms (WHP) is a normal requirement when oil and gas reserves of aging wells have already been degraded after an operating duration Especially in Vietnam nowadays, a variety of platforms have been turned into secondary exploitation phase Besides, the falling oil price leads to ineffective investment to new platforms and it is necessary to supply additional wells At present, some typical solutions are supplying additional wells worldwide, including single wells or dual wells in conductors and wells in self-supported conductor system Each solution causes different effects on existing structural strengths, leading to the effectiveness and possibility aspects in order to widen the exploitation according to specific conditions This paper proposes criteria used for analysis and assessment of additional wells supplied in terms of structural strengths according to current standards The criteria are applied to assess and select a well adding plan for JVPC WHP-C1 platform exploited at Rang Dong Field of Vietnam The research results will be able to use as a reference for similar projects in Vietnamese conditions Keywords: well adding solutions; single well; dual well; self-supported conductors; structural strength; existing well head platform https://doi.org/10.31814/stce.nuce2020-14(3V)-10 © 2020 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: chinhdhxd@gmail.com (Chỉnh, V Đ.) 108 will be able to use as a reference for similar projects in Vietnamese conditions Keywords: Well adding solutions; Single well; Dual well; Self-supported Conductors; Structural strength; Existing well head platform © 2020Trường Chỉnh, V Đ / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Đại học Xây dựng (NUCE) Giớithiệu thiệu 1.1.Giới Giếng khoan hạng hạng mục giàn Giếng khoan mục giàn khoan dầudầu khí,khí, kết nối vớitiếp mỏ khoan kếttrực nốitiếp trực vớidầu cáckhímỏ dầu khí độ sâu hàngsâu nghìn métnghìn lịng Đểlịng khoanđất Để độ hàng mét đất tạo giếng cần tiến hành kết hợp công tác khoan tạo giếng cần tiến hành kết hợp khoan, công tác hạ lớp ống chống (casing) khoan, tác hạ vàcông công tác tác bơm trámcông xi măng để giữ cố lớp địnhống chống (casing) xi măng để giữ cố ống chống theocông tác chubơm trìnhtrám giếng đạt đến độ sâu kế (Hình Để mở định ốngthiết chống theo1).từng chuthêm trìnhmột giếng mới, cần lắp đặt ống dẫn hướng (conkhi giếng đạt đến độ sâu thiết kế (Hình 1) Để mở ductor) đỡ ống chống trình khoan hạ thêm giếng mới, cần lắp đặt ống dẫn Các ống dẫn hướng hạ đến độ sâu thiết (conductor) cácphương ống chống kếhướng tương tự hạ cọc,đỡ pháp đóng trìnhkhoan khoan Các ống dẫn hạ hạ thông thường đượchướng gắn vớinày giàn Trong giai đoạn khai thác, ống dẫn hướng chịu đến độ sâu thiết kế tương tự hạ cọc, tác động tải trọng mơi trường truyền trực phương pháp đóng khoan… thông thường tiếp vào giàn qua liên kết khai thác, Khi gắn với giàngiàn Trong hữu cógiai nhuđoạn cầu bổ sung tạocủa củakhoan mộtgiàn HìnhHình Cấu1.tạoCấu lớp mộtlớp giếng ống khoan, dẫn hướng chịu tải trọng giếng việc lựa chọntác giảiđộng phápcủa lắp môi Đại Hùng II [1] ống dẫn hướng trực quan tiếp trọng,vào ảnhgiàn hưởng trực trường truyền qua liên giếng khoan giàn Đại Hùng II [1] tiếp kết.đến khả chịu lực giàn khả khai thác giếng Mặc dầu vậy, tiêu chuẩn tính tốn thiết kế kết cấu cơng trình cầudẫn bổ cụ sung lựacấu chọn giảitrường pháphợp biển cố Khi địnhmột giàn hành [2, 3]hữu chưacócónhu hướng thể giếng để đánhkhoan, giá độ việc bền kết Các nghiên cứu giới [4, 5] Việt Nam [6, 7] tập trung vào đánh giá kết cấu lắp ống dẫn hướng quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến khả chịu trọngvàvượt thiết kế,thác chịucủa giếng tải trọng cố cháy, nổ,vậy, va tàu, động rơi lựcchịu củatảigiàn khảmức khai Mặc dầu chotác đến naycủa cácvậttiêu có khuyết tật, hư hỏng, phục vụ kiểm định dự báo gia hạn khai thác giàn mà chưa sâu vào vấn chuẩn tính tốn thiết kế kết cấu cơng trình biển cố định hành [2, 3] chưa có hướng đề đánh giá để nâng cấp, mở rộng công nghệ khai thác giàn dẫn đểđềđánh giábáo độ đề bềnra kết hợptiêu nghiên thếđánh Vớicụđặtthể vấn đó, mụccấu tiêutrong xâytrường dựng chí Các hướng dẫncứu phân tích, giới 5]…của Việt Nam [6,sung 7]…giếng cũngkhoan tập vàokếtđánh giá kết khiđang chịukhai giá ảnh[4, hưởng phương án bổ đếntrung độ bền cấu giàn đầucấu giếng thác Thôngvượt qua ứng dự án cụtảithểtrọng mỏsự Rạng Đông Namtác tácđộng giả rút tải trọng mứcdụng thiếtvào kế,một chịu cố cháy, nổ, Việt va tàu, vật kết luận, nhận xét ưu nhược điểm phương án ảnh hưởng qua lại đến độ bền chung kết cấu Nội dung chi tiết báo trình bày mục sau Một số phương án bổ sung giếng khoan ảnh hưởng đến khả chịu lực 2của kết cấu 2.1 Một số phương án bổ sung thêm giếng khoan - Phương án 1: Bổ sung thêm hay nhiều ống khoan đơn gắn với giàn hữu Ở phương án này, ống khoan đặt lòng ống dẫn hướng - Phương án 2: Bổ sung thêm hay nhiều ống khoan đôi gắn với giàn hữu Ở phương án có ống khoan đặt lịng ống dẫn hướng Cơng nghệ khai thác giếng đơi (Hình 2) vấn đề kỹ thuật dầu khí nay, chi tiết tham khảo [8] Bài báo tập trung vào vấn đề phân tích kết cấu - Phương án 3: Bổ sung thêm cụm giếng khoan đứng độc lập Cụm giếng khoan phải cấu tạo từ ống dẫn hướng trở lên để đảm bảo tự đứng độc lập với giàn (Hình 4, 5) 109 nghệ khai thác giếng đơi (Hình 2) vấn đề kỹ thuật dầu khí nay, chi tiết tham khảo [8] Bài báo tập trung vào vấn đề phân tích kết cấu - Phương án 3: Bổ sung thêm cụm giếng khoan đứng độc lập Cụm giếng khoan phải cấu tạo từ ống dẫn hướng trở lên để đảm bảo tự đứng độc lập với giàn (HìnhChỉnh, 4, 5) V Đ / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2020 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2020 Hình Minh hoạ giếng khoan đơn giếng khoan đôi Đối với phương ánHình đầu,2.các ống dẫn gắn trực Minh hoạ giếng khoan đơn giếng khoan đôi với giàn Tạp chí Khoa họchướng Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2020tiếp hữu thơng qua liên kết kẹp (Clamp) (Hình 3) Đối với phương án 3, để chịu Đối với phương án đầu, ống dẫn hướng gắn trực tiếp với giàn phương án đầu, ống dẫn gắn trựcpít tiếp với(Hình giàn hữu thông qua đượcĐối tải với trọng cực hạn, mộthướng số(Clamp) liên kết mềm dạng tông 4) Đốiđiều với kiện qua phương án đầu, ống dẫn hướng gắn trực vớichịu giàn hữu thông liên kết kẹp (Hình 3).mới Đốiđược với phương ántiếp 3, để liên kết kẹp (Clamp) (Hình 3) Đối với phương ánhữu 3, để chịumục tảikhống trọng chế điều kiện cực sử dụng để nối cụm giếng với giàn nhằm đích tải trọng điềuliên kiệnkết cực hạn, số(Hình liên kết dạng pít tơng 4) hữu thôngtrong qua kẹp (Clamp) 3) mềm Đối với phương án (Hình 3, để chịu hạn, số liên kết mềm dạng pít tơng (Hình 4) sử dụng để nối cụm giếng với giàn chuyển vị đỉnhđược sử phân phối bớtgiữa tải trọng sanghạn, giàn hữu Ngồi ra, cầnpít bổtơng sung đểtrong nối cụm với giàn kết hữu nhằm mục đích khống chế34) tảidụng trọng điều kiệngiếng cực số liên mềm dạng (Hình hữu nhằm mục đích khống chế chuyển vị đỉnh phân phối bớt tải trọng sang giàn hữu chuyển đỉnh vàgiữa phân phối bớtgiếng tải hướng trọng sang giàn5) hiệnhữu hữu Ngồi ra,đích cần khống bổ sung thêm khung giằng liên kết ống dẫn (Hình đượcđể sửvị dụng để nối cụm với giàn nhằm mục chế Ngoài ra, cần bổ sung thêm khung giằng để liên kết ống dẫn hướng (Hình 5) thêm khung giằng liên phối kết hướng chuyển vị đỉnh vàđểphân bớt tải ống trọngdẫn sang giàn(Hình 5) hữu Ngồi ra, cần bổ sung thêm khung giằng để liên kết ống dẫn hướng (Hình 5) Clamp Ống dẫn hướng Clamp Clamp Ống dẫn hướng Ống dẫn hướng Hình Cấukết tạokẹp liên kết kẹp Hình Cấu tạo liên Hình Cấu tạo liên kết kẹp Hình Cấu tạo liên kết kẹp ống dẫn hướng ống dẫn hướng ống dẫn hướng Khung giằng Khung giằng Khung giằng Hình Minh hoạ cấu tạo khung giằng ống dẫn hướng độc lập Hình hoạ Minh hoạ cấu tạo khung Hình cấu tạo khung Hình Minh hoạ cấu tạo liên kết pít tơng Hình5 5.Minh Minh hoạ cấu tạo đến khung giằng ống dẫn 2.2 Hình Phân tích ảnhliên hưởng kết phương án lắp thêm ống dẫnống hướng khả Minh hoạ cấu tạo tông liên pít tơng giằng dẫn hướng Hình Minh hoạ cấu tạo kết pít giằng ống dẫn hướng lậpđộc lập hướng độc độc lập chịu lực chung kết cấu tíchcủa ảnhcác hưởng án ống lắp thêm ống dẫnđến hướng đến khả 2.2 Phân tích2.2 ảnhPhân hưởng phương án phương lắp thêm dẫn hướng khả Sau nghiên cứu tổng hợp phân tích tiêu chí phương án lắp 110 chịu lực chung kết cấu chịu lực chungthêm ống kết cấu dẫn hướng ảnh hưởng đến khả chịu lực chung kết cấu giàn Sau nghiên cứu tổng hợp phân tích tiêu chí phương án lắp trình bày Bảng Sau nghiên cứu tổng hợp phân tích tiêu chí phương án lắp thêm ống dẫn hướng ảnh hưởng đến khả chịu lực chung kết cấu giàn Bảng 1.bày Các tiêu Bảng chí ảnh hưởng khả chịu lực chịu chung lực chung cấugiàn giàn thêm ống dẫn hướng ảnh hưởng đến khảđến củacủa kếtkếtcấu trình Hình Minh hoạ cấu tạo liên kết pít tơng Chỉnh, V Đ / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 2.2 Phân tích ảnh hưởng phương án lắp thêm ống dẫn hướng đến khả chịu lực chung kết cấu Sau nghiên cứu tổng hợp phân tích tiêu chí phương án lắp thêm ống dẫn hướng ảnh hưởng đến khả chịu lực chung kết cấu giàn trình bày Bảng Bảng Các tiêu chí ảnh hưởng đến khả chịu lực chung kết cấu giàn Tiêu chí ảnh hưởng Phương án Phương án Phương án Tải trọng mở rộng thượng tầng Tải trọng mở rộng thượng tầng truyền trực tiếp lên kết cấu giàn hữu Tương tự phương án Tải trọng mở rộng thượng tầng không truyền lên kết cấu giàn hữu, mà truyền lên cụm ống dẫn hướng đứng độc lập Tải trọng trường môi Tải trọng sóng, dịng chảy tác động lên ống dẫn hướng khung chắn (conductor guard) truyền trực tiếp lên kết cấu giàn hữu Tương tự phương án 1, tác động nhỏ phương án với số giếng Tải trọng sóng, dịng chảy tác động lên cụm ống dẫn hướng đứng độc lập, truyền phần lên kết cấu giàn hữu thông qua liên kết mềm thượng tầng Thay đổi nội lực cọc kết cấu giàn hữu Thay đổi tải trọng thượng tầng mở rộng tải trọng sóng, dịng chảy gia tăng thêm Tương tự phương án Thay đổi nội lực cọc phụ thuộc mức độ truyền tải trọng sóng, dịng chảy liên kết mềm Điều kiện bền ổn định ống dẫn hướng Ảnh hưởng đến số lượng liên kết kẹp Tương tự phương án Ảnh hưởng đến cấu tạo khung giằng ống dẫn hướng Mức độ rủi ro gặp tác động cố đâm va tàu Thấp Ảnh hưởng đến cấu tạo khung chắn ống dẫn hướng Tương tự phương án Cấu tạo khung bảo vệ ống dẫn hướng nhỏ với số giếng Cao Ảnh hưởng đến kích thước ống dẫn hướng khung giằng Ảnh hưởng hiệu ứng dịng xốy Tùy thuộc khoảng cách liên kết kẹp liền kề Tương tự phương án Ảnh hưởng đáng kể độ sâu nước lớn, chiều dài tự ống dẫn hướng lớn Quyết định đến phạm vi khung giằng Các tiêu chí đánh giá độ bền kết cấu bổ sung giếng cho giàn hữu Mục trình bày vấn đề cần đánh giá để định lượng ảnh hưởng tiêu chí mục đến độ bền chung kết cấu Riêng tốn phân tích tác động va tàu tạm thời chưa đề cập báo 111 Chỉnh, V Đ / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 3.1 Tiêu chí sức chịu tải cọc Điều kiện an toàn sức chịu tải dọc trục cọc theo đất kiểm tra theo API [2], hệ số an toàn cọc (FOS) phải thỏa mãn điều kiện sau: FOS = Qch ≥ [FOS ] N (1) Qch sức chịu tải cực hạn theo đất cọc tính theo API, N lực dọc lớn mũi cọc xét trạng thái vận hành trạng thái cực hạn FOS = 1,5 ứng với trạng thái cực hạn, FOS = với trạng thái vận hành [2] 3.2 Tiêu chí độ bền phần tử kết cấu giàn hữu Điều kiện bền phần tử kết cấu cơng trình biển cố định thép kiểm tra qua hệ số UC theo tiêu chuẩn API, phụ thuộc trạng thái chịu lực Đối với chịu nén uốn điều kiện bền biểu diễn theo (2) fa C m + UC1 = Fa UC2 = f bx + f by 1− ≤ 1,0 fa Fb Fe (2) f bx + f by fa + 0,6Fy ≤ 1,0 Fb fa ứng suất dọc trục; fbx , fby ứng suất uốn theo phương x y; Fa , Fb ứng suất cho phép chịu nén chịu uốn; Fe ứng suất tới hạn gây ổn định theo Euler; Cm hệ số ảnh hưởng mô men uốn [2] Tương tự, điều kiện bền cho chịu kéo uốn là: fa + UC = Fa f bx + f by ≤ 1,0 Fb (3) Điều kiện bền nút ống theo API: M P + UC= Pa Ma M + Ma ipb ≤ 1,0 (4) opb P dọc trục ống nhánh; Mipb , Mopb mô men uốn mặt phẳng kết cấu nút ống ống nhánh; Pa lực dọc giới hạn ống nhánh gây chọc thủng ống chính; Ma(ipb) , Ma(opb) mơ men uốn giới hạn ngồi mặt phẳng kết cấu nút ống ống nhánh gây chọc thủng ống xác định theo API 3.3 Tiêu chí độ bền ổn định ống dẫn hướng Các ống dẫn hướng cần tính tốn kiểm tra bền trạng thái sau: - Trạng thái 1: Trạng thái hạ xuống độ sâu thiết kế phương pháp đóng Ở trạng thái ống dẫn hướng chịu tổ hợp tải trọng búa đóng điều kiện mơi trường thi cơng tương tự cọc Điều kiện kiểm tra bền xét trạng thái tĩnh trạng thái động [9] Trong trường hợp dùng biện pháp khoan hạ khơng cần kiểm tra 112 Chỉnh, V Đ / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng - Trạng thái 2: Trạng thái khoan hạ ống chống lòng ống dẫn hướng để tạo giếng Ở trạng thái ống dẫn hướng chịu tải trọng tương ứng với kịch hạ ống chống (Bảng liệt kê lớp ống chống giếng khoan giàn Đại Hùng II) Khi đó, đầu ống chống tì lên đỉnh ống dẫn hướng nên phần/toàn phần tải trọng ống chống truyền dọc trục ống dẫn hướng theo bước khoan hạ bơm trám xi măng Ngoài ống dẫn hướng chịu tải trọng BOP (BlowOut Preventer) đặt đỉnh để ngăn phun trào chí(Hình Khoa 6) họcĐiều Cơngkiện nghệ Xây dầu khí lên miệngTạp giếng bền, ổndựng định NUCE ống2020 dẫn hướng kiểm tra theo tiêu chuẩn API, tương tự kiểm tra bền cho phần tử kết cấu giàn trình bày mục Bảng Cấu tạo lớp giếng khoan giàn Bảng Cấu tạo Đại lớpHùng IIgiếng [1] khoan giàn Đại Hùng II [1] Ống Ống Ống dẫn hướng 20” Độ sâu (m) Độ sâu (m) 402,39 Ống dẫn hướng 20’’ Ống chống 13+3/8” 402,39 1659,73 Ống chống13+3/8’’ 9+5/8” Ống chống Ốngchống chống 9+5/8’’ 31/2” Ống Ống chống ½’’ 2677,74 1659,73 2662,91 2677,74 2662,91 Hình Minh hoạ BOP Hình Minh hoạ BOP - Trạng Trạngthái thái khoan khai thác ứng với điều kiện vận hành dẫn điều hướng kiện cựcđể hạn Tổ - Trạng tháithái 2: 3: Trạng hạtương ống chống lòng ống hợp tải trọng điều kiện vận hành xét tương ứng với tải trọng thượng tầng lớn điều kiện môi tạo giếng trạng tháiTrạng thái ốngcực dẫn tải trọng tương trườngỞbão năm hạnhướng xét vớichịu điều kiện môi trường bãoứng 100với nămkịch tảibản trọnghạthượng ống chống (Bảngkhai liệt cácứng lớp Điều ống kiện chống giếng củacũng giànđược Đạikiểm Hùng tầng không tháckê tương bền,của ổn định ốngkhoan dẫn hướng tra theo II) tiêu chuẩn API Khi ốngdịng chống tì lên đỉnh ống dẫn hướng nên phần/tồn 3.4 đó, Tiêudo chíđầu tránh cộng hưởng xốy phần tải trọng ốngdịng chống truyền dọcqua trụcthân ống dẫn hướng theo khoan hạ dài Khi chảy cắt ngang nhịp ống dẫn hướng tiếtbước diện nhỏ chiều làm việcxi lớnmăng xuấtNgoài xốy hướng sau tiết cịn diện chịu ngang.tảiCác xốycủa BOP có thể(BlowOut gây dao động bơm trám dòng ống dẫn trọng đáng đặt kể/cộng ngăn ống dẫn dầu mặt khí phẳng theo phương trùng Preventer) trênhưởng đỉnh để hướng phun trào lênngang, miệng giếng (Hình 6).phương Điều dịng chảy (in-line) phương vng góc với dịng chảy (cross flow), gây an toàn Để tránh tượng kiện bền, ổn định ống hướng kiểm theo chuẩn tự cần bố trí đủ liên kếtdẫn để giảm nhịpđược đoạntra ống dẫntiêu hướng xuốngAPI, tương giá trị giới hạn Theo [10], điều kiện cộngtửhưởng trùng phương vớiđã dòng chảy có thểmục xảy 1,0 ≤ Vr ≤ 3,5 K s < 1,8; kiểm tra bền cho phần kết cấu giàn trình bày điều kiện cộng hưởng theo phương vng góc với dịng chảy xảy Khành điều 4,0 ≤ Vr ≤ s < 16và - Trạng thái 3: Trạng thái khai thác tương ứng với điều kiệnravận 10, đó: kiện cực hạn Tổ hợp tải trọng điều kiện vậnV hành xét 2m tương ứng với tải trọng thượng ed Vr = , Ks = (5) D tầng lớn điều kiện môi trường bão 1fi năm Trạng thái cực hạn xét với điều kiện ρw D V là100 vận tốc dịng D đường kínhtầng ống dẫn hướngkhai có kểthác đến chiều hà bám; mơi trường bão năm chảy, tải trọng thượng không tươngdàyứng Điềufi tần số dao phụhướng thuộc chiều nhịpkiểm (L) vàtra liên kết hai (an ) ống dẫn hướng [10]: kiện bền, ổn động địnhriêng ống dẫn cũngdài theo tiêuđầu chuẩn API 3.4 Tiêu chí tránh cộng hưởng dịng xốy EI an fi = (6) 2π m Khi dòng chảy cắt ngang qua thân nhịp ống dẫn hướng tiết diện nhỏ eL chiều dàiđólàm lớnkhối lượng xuất dịng xốy saulượng tiết diện ngang xoáy me việc tổng tham gia dao động (khối thân, chấtCác vận chuyển, hà bám, nước kèm) m dài ống dẫn hướng; E mô đun đàn hồi vật liệu; I mơ men qn tính tiết gây dao động đáng kể/cộng hưởng ống dẫn hướng mặt phẳng diện 2πξ, ξ làtrùng tỷ số cản; ρw dòng khối lượng nước biển ngang,ống; theod =phương phương chảyriêng (in-line) phương vng góc với dịng 113 tượng cần bố trí đủ liên kết để chảy (cross flow), gây an toàn Để tránh giảm nhịp đoạn ống dẫn hướng xuống giá trị giới hạn Theo [10], điều kiện cộng hưởng trùng phương với dịng chảy xảy 1,0 ≤ Vr ≤ 3,5 Ks < ỉ a EI fi = ỗ n ữ ố 2p ứ me L me tổng khối lượng tham gia dao động (khối Chỉnh, V Đ / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng bám, nước kèm) 1m dài ống dẫn hướng; E quán dẫn tính tiết diện ống; = 2pxđầu , x tỷ số cản; rw Đề xuất đánh giá ảnh hưởng phương án lắp thêm ống hướng chodgiàn giếng JVPC WHP-C1 Đề xuất đánh giá ảnh hưởng p cho giàn đầu giếng JVPC WHP-C1 Các nội dung trình bày mục ứng dụng để xây dựng đánh giá ảnh hưởng nội dung trình bày mục đượ phương án lắp thêm ống dẫn hướng cho giàn đầu giếng JVPC Các WHP-C1 khai thác khu ảnh hưởng phương án lắp thêm ống d vực mỏ Rạng Đông, Việt Nam với số liệu đầu vào tóm tắt tromg mục 4.1 WHP-C1 khai thác khu vực mỏ Rạng Đô tóm tắt tromg mục 4.1 4.1 Số liệu giàn JVPC WHP-C1 hữu [11] 4.1 Số liệu giàn JVPC WHP-C1 hữu [11] Bảng Bảng Đặc trưng kết cấu giàn trạng Thông số (Đơn vị) Giá trị Chiều cao cơng trình (m) 86 Kích thước đỉnh (m × m) 9,8 × 12,2 Kích thước đáy (m × m) 25,6 × 21 C K Ti Tiết diện cọc D × t (cm × cm) 121,9 × 5,4 Tiết diện ống D × t (cm × cm) 134,5 × 2,5 Tiế Tiết diện ống nhánh điển hình D × t (cm × cm) 91,4 × 2,2; 83 × 2; 71,1 × 1,27 Tiế Tiết diện ống dẫn hướng trạng D × t (cm × cm) 50,8 × 1,5 Số lượng đầu giếng trạng Tổng trọng lượng công trình (T) 12 Tiết d Số l HìnhHình Cấu tạo Cấukết tạocấu kếtgiàn cấuhiện giàntrạng 2155 Tổng hiệnthiết trạng Số liệu môi trường kế mỏ Rạng Đông Số liệu môi trường thiết kế mỏ Rạng Đông tóm tắt Bảng [12] Số liệu ống chống sau: ống 13+3/8” sâu 700 m, trọng lượng 107,15 kG/m, ống 9+5/8” sâu 2300 m, trọng lượng 79,62 kG/m, ống 5+1/2” sâu 3045 m, trọng lượng 29,76 kG/m BOP nặng 30 T 4.2 Đề xuất phương án bổ sung thêm ống dẫn hướng Bảng Tóm tắt số liệu mơi trường thiết kế điển Bảng Tóm Thông tắt số số liệu môi (Đơn vị)trường thiết kế điển hình Độ sâu nước trung bình (m) Mực nước triều cao (m) Thông số (Đơn vị) Mực nước triều thấp (m) Giá trị Độ sâu nước trung bình (m) 54,5 Vận tốc gió thiết kế chu kỳ lặp năm (m/s) Mực nước triều cao (m) +1,29 Mực nước triều thấp (m) −1,55 Vận tốc gió thiết kế chu kỳ lặp năm (m/s) 23,3 Vận tốc gió thiết kế chu kỳ lặp 100 năm (m/s) 29,6 Chiều cao sóng Hmax năm (m) 9,7 Chu kỳ sóng T Hmax năm (s) 8,4 Chiều cao sóng Hmax 100 năm (m) 16,9 Chu kỳ sóng T Hmax 100 năm (s) 10,9 Vận tốc dòng chảy mặt (m/s) 1,38 Vận tốc dòng chảy đáy (m/s) 0,78 Dựa số liệu đầu vào phương án bổ sung đầu giếng giới thiệu, số lượng kích thước, cấu tạo giếng tính tốn lựa chọn để đảm bảo an toàn Kết lựa chọn tương ứng với số giếng tối đa cho phương án sau (Hình 8): Phương án 1: Bổ sung giếng đơn ống dẫn hướng 20” gắn với giàn, liên kết kẹp sàn mặt ngang +6,00, −7,00, −37,00 Phương án 2: Bổ sung giếng đôi ống dẫn hướng 36” gắn với giàn, liên kết kẹp sàn dưới, mặt ngang cao độ −7,00 114 Giá 54 +1 -1 23 lựa chọn tương ứng với số giếng tối đa cho phương án sau (Hình 8): Phương án 1: Bổ sung giếng đơn ống dẫn hướng 20’’ gắn với giàn, liên kết kẹp sàn mặt ngang +6,00, -7,00, -37,00 Phương án 2: Bổ sung giếng đôi ống dẫn hướng 36’’ gắn với giàn, liên kết kẹp Chỉnh, V Đ / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng sàn dưới, mặt ngang cao độ -7,00 Phương Phương án 3: Bổánsung giếng3 giếng đơn cụm cụm ống dẫndẫn hướng 30”30’’ tự tự đứng, khoảng 3: Bổ3 sung đơn ống hướng đứng, khoảngcách ống 4,9 m, liêngiữa kết2với thượng tông tầng với tay cm cách ốngKC 4,9m, liêntầng kết với KCpít thượng bằngcần pít 20 tơng với tay cần 20cm Hình8.8.Sơ Sơđồ đồtính tínhkết kếtcấu cấu theo theo 33 phương phương án án bổ bổ sung sung đầu đầu giếng Hình giếng Các ống dẫn hướng bổ sung phương pháp khoan hạ Các ống dẫn hướng bổ sung phương pháp khoan hạ 4.3 Phân tích, đánh giá tiêu chí độ bền kết cấu đánh giá phù hợp phương án Kết cấu mơ hình hóa theo phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm chuyên dụng SACS version 5.8 Sơ đồ tính phương án thể Hình Kết phân tích tóm tắt Bảng Bảng Kết phân tích kết cấu ứng với phương án bổ sung ống dẫn hướng Tiêu chí đánh giá Giàn trạng Phương án Phương án Phương án Lực đầu cọc lớn (T) 1944 2036 2026 2032 Hệ số an toàn sức chịu tải cọc (điều kiện cực hạn) (FOS) 1,570 1,502 1,51 1,505 Hệ số độ bền cọc (UC) 0,897 0,947 0,924 0,930 Hệ số độ bền ống dẫn hướng trạng thái thi công lắp đặt - 0,91 0,87 0,89 Hệ số độ bền ống dẫn hướng trạng thái khai thác - 0,48 0,45 0,83 Điều kiện cộng hưởng dòng xoáy - Đạt Đạt Đạt Yêu cầu khung bảo vệ - Có Có Khơng u cầu khung giằng - Khơng Khơng Có Khung giằng nằm từ cao độ +2,5 đến -5,0 m Chuyển vị đỉnh/Giới hạn cho phép (cm) cụm ống dẫn hướng - - - 61,1/68,3 Tổng trọng lượng kết cấu mở rộng cần thiết (T) - 22,2 18,2 44 115 Chỉnh, V Đ / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 4.4 Nhận xét Dựa vào kết tính tốn trên, rút số nhận xét, cụ thể sau: - Phương án 1: Cho phép khai thác thêm tối đa giếng; Tốn nhiều liên kết kẹp nhất, có liên kết cần đặt độ sâu 37 m mặt nước biển nên khả thi công khó khăn tốn Ngun nhân kích thước ống dẫn hướng nhỏ nên cần giảm nhịp để đảm bảo điều kiện bền, ổn định tránh cộng hưởng dịng xốy; Hệ số an tồn theo sức chịu tải cọc giàn trạng thấp tải trọng tác động lên ống dẫn hướng truyền vào giàn lớn - Phương án 2: Cho phép khai thác thêm tối đa giếng; Chỉ cần liên kết kẹp độ sâu m, thi công tương đối dễ dàng Nguyên nhân ống dẫn hướng có kích thước lớn, vừa đủ để đỡ giếng bên lòng, vừa tăng chiều dài nhịp tự mà thỏa mãn bảo điều kiện bền, ổn định tránh cộng hưởng dòng xốy; Hệ số an tồn theo sức chịu tải cọc giàn trạng cao tải trọng tác động lên ống dẫn hướng truyền vào giàn nhỏ nhất; Tổng trọng lượng kết cấu mở rộng nhỏ nhất; - Phương án 3: Số lượng giếng khai thác lớn (3 giếng); Không cần liên kết kẹp gắn cụm ống với giàn mà thiết kế đứng độc lập Tuy vậy, để giảm chuyển vị đỉnh cụm giếng mở rộng, cần thiết kế liên kết pít tơng (liên kết mềm) nối khu vực thượng tầng để truyền phần tải trọng sang giàn hữu tùy theo độ dài pít tơng Chính lí nội lực cọc giàn hữu phương án lại lớn phương án 2; Do phải tự đứng nên trạng thái khai thác ống dẫn hướng chịu toàn tải trọng truyền vào gây nội lực lớn (UC = 0,83), phụ thuộc vào khoảng cách ống dẫn hướng; Do ống dẫn hướng nằm lộ giàn nên nguy xảy cố tàu đâm lớn Để khắc phục vấn đề khung giằng cần thiết kế đủ đảm bảo an toàn, dẫn đến độ phức tạp giai đoạn thi công tăng lên; Nếu khoảng cách ống dẫn hướng lớn, phương án gây khó khăn cho giàn tự nâng khoan khai thác giếng hữu bên giàn làm gia tăng chiều dài vươn dầm công xôn; Tổng trọng lượng kết cấu mở rộng lớn Theo kết phân tích, phương diện độ bền kết cấu phương án phù hợp kinh tế Trường hợp cần khai thác với số giếng lớn xem xét phương án Kết luận kiến nghị Bài báo đề xuất phân tích tiêu chí dùng để đánh giá ảnh hưởng phương án bổ sung giếng khoan đến độ bền kết cấu giàn hữu Các tiêu chí yêu cầu định đến số lượng, kích thước giếng, giải pháp cấu tạo giải pháp liên kết giếng với giàn hữu Thơng qua kết ứng dụng phân tích lựa chọn phương án mở rộng giàn JVPC WHP-C1 thuộc mỏ Rạng Đơng rút số kết luận, nhận xét sau: - Phương án bổ sung giếng đơn gắn với giàn, khía cạnh cơng nghệ khai thác đơn giản nhất, điều kiện an tồn kết cấu thấp tốn nhất, đặc biệt cho giàn có độ sâu nước tương đối lớn, hay độ bền dự trữ thấp; - Phương án bổ sung giếng đôi cho phép giảm mức độ phát sinh tải trọng truyền lên giàn nên phù hợp cho giàn có độ dự trữ độ bền thấp, nâng cấp nhiều lần Mặc dù cần có giải pháp cơng nghệ phù hợp kèm có hạn chế số lượng giếng; - Với giàn có độ sâu nước tương đối lớn, việc liên kết ống dẫn hướng với giàn độ sâu từ 30m khó khăn, tốn cần lựa chọn phương án giếng đôi với ống dẫn hướng tiết diện lớn phương án cụm ống dẫn hướng tự đứng; - Với giàn có độ sâu nước lớn, giải pháp gắn ống dẫn hướng trực tiếp vào giàn khơng cịn đủ khả thi phương án cụm ống dẫn hướng tự đứng thường áp dụng Ngoài phương án cho phép khai thác nhiều giếng 116 Chỉnh, V Đ / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Một số vấn đề chi tiết chưa đề cập phạm vi báo ảnh hưởng mỏi, ăn mòn, gia tăng chiều dày hà bám, trạng thực tế giàn, đến độ bền kết cấu hữu vấn đề khác liên quan tương tác với công nghệ khai thác bổ sung giếng khoan tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện thời gian tới Tài liệu tham khảo [1] PVEP POC (2017) Platform drilled well conductor analysis report Aquaterra Energy [2] API (2007) Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms American Petroleum Institute Publication RP-2A, Dallas, Texas, USA [3] DnV OS-C101 (2011) Design of offshore steel structures, general (LRFD method) Det Norske Veritas, Norway [4] Gerhard Ersdal (2005) Assessment of existing offshore structures for life extension Doctor Thesis, University of Stavanger [5] NORSOK Standard N-006 (2009) Assessment of structural integrity for exsiting offshore load-bearing structures The Norwegian Oil Industry Association (OLF) and Federation of Norwegian Manufacturing Industries (TBL) [6] Cường, Đ Q., Chỉnh, V Đ., Anh, B T., Tuấn, Đ Đ (2015) Nghiên cứu đánh giá lại rung lắc kết cấu cơng trình DKI thép móng cọc san hô dựa TTGH phá hủy lũy tiến Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 9(3):74–79 [7] Chỉnh, V Đ (2018) Một phương pháp đánh giá độ tin cậy kết cấu cơng trình biển cố định thép chịu tải vượt mức thiết kế Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 12(4):30–39 [8] Ivanova, T N., Korshunov, A I., Koretckiy, V P (2018) Dual completion petroleum production engineering for several oil formations Management Systems in Production Engineering, 26(4):217–221 [9] Tomlinson, M J (1994) Pile design and contruction practice Fourth edition, A viewpoint Publication, London [10] DNV-RP-C205 (2007) Environmental conditions and environmental loads Det Norske Veritas, Norway [11] JVPC (2004) Jacket in-place analysis Report No WHP-C1-S-R-0002 Rev.2 [12] JVPC (1996) Final environmental design criteria for the Rang Dong prospect, Vietnam Volume 1, WNI Science & Engineering, Report No R827 117 ... số phương án bổ sung giếng khoan ảnh hưởng đến khả chịu lực 2của kết cấu 2.1 Một số phương án bổ sung thêm giếng khoan - Phương án 1: Bổ sung thêm hay nhiều ống khoan đơn gắn với giàn hữu Ở phương. .. đồtính tínhkết kếtcấu cấu theo theo 33 phương phương án án bổ bổ sung sung đầu đầu giếng Hình giếng Các ống dẫn hướng bổ sung phương pháp khoan hạ Các ống dẫn hướng bổ sung phương pháp khoan hạ... giới 5]? ?của Việt Nam [6 ,sung 7]? ?giếng cũngkhoan tập vàokếtđánh giá kết khiđang chịukhai giá ảnh[ 4, hưởng phương án bổ đếntrung độ bền cấu giàn đầucấu giếng thác Thôngvượt qua ứng dự án cụtảithểtrọng