Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Dầu Khí ngành công nghiệp lớn giới Ở Việt Nam, năm qua, ngành công nghiệp Dầu khí đạt thành tựu định, chiếm vị trí vô quan trọng kinh tế quốc dân, không chiếm tỷ trọng lớn GDP nước mà ngành kinh tế mũi nhọn, nhiều tiềm năng, đưa đất nước tiến lên đường công nghiệp hóa, đại hóa Ngành công nghiệp dầu khí chuỗi công tác từ tìm kiếm thăm dò, khoan, khai thác đến chế biến tiêu thụ sản phẩm dầu khí Để thực công việc này, việc vận hành giàn khoan tự nâng đóng vai trò quan trọng Vì người kỹ sư phải nắm vững kiến thức chuyên môn, có hiểu biết điều kiện địa chất khả làm chủ thiết bị đại, đặc biệt phần mềm chuyên dụng để đánh giá ổn định tải trọng giàn khoan tự nâng giúp việc khai thác, thăm dò,… đảm bảo an toàn hiệu cao công việc Từ đó, giúp ta làm làm chủ công nghệ, sánh vai Quốc tế Qua thời gian nghiên cứu, học tập Trường Đại học Mỏ - Địa chất thực tập XNLD Vietsovpetro Liên Danh dầu khí Việt – Nga, Em chọn đề tài tốt nghiệp “Ứng dụng phần mềm LoStab để tính toán độ ổn định tải trọng giàn tự nâng Cửu Long” Đồ án Em gồm chương: Chương 1: Tổng quan giàn khoan tự nâng Chương 2: Tổng quan cấu tạo chế độ vận hành giàn tự nâng Cửu Long Chương 3: Ứng dụng phần mềm LoStab để tính toán độ ổn định tải trọng giàn tự nâng Cửu Long Mặc dù thân có nhiều cố gắng, song đồ án không tránh khỏi hạn chế, thiếu sót, mong nhận góp ý Quý thầy cô bạn để đồ án hoàn thiện Qua đây, Em xin chân thành cảm ơn Khoa Dầu khí, thầy cô Bộ môn Thiết bị Dầu khí, tập thể nhân công nhân viên LDDK Việt – Nga, đặc biệt TS Hoàng Anh Dũng tận tình giúp đỡ Em hoàn thành đồ án Cuối cùng, Em xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày 03 tháng 06 năm 2013 Sinh viên Nguyễn Đình Thắng Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GIÀN TỰ NÂNG 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 1.1.1 Giới thiệu chung Giàn tự nâng đời từ năm 1954 Mỹ để phục vụ cho công việc sửa chữa tàu Giàn tự nâng có kết cấu ngày thiết kế kỹ sư Le Tourneau vào năm 1955 dùng cho công việc khoan thăm dò dầu khí biển Hình 1.1 Hình ảnh giàn khoan tự nâng Đây dạng công trình biển di động, di chuyển đến vị trí làm việc nhờ phương tiện kéo, trình làm việc chân giàn hạ xuống đồng thời phần thân giàn sàn công tác nâng lên khỏi mặt nước tạo diện tích làm việc giống giàn cố định Chính mà giàn tự nâng có độ ổn định cao giàn di động khác sóng biển tác dụng vào chân cột có kích thước nhỏ độ chắn sóng bé Hạn chế lớn giàn tự nâng làm việc vùng biển nông với chiều sâu mực nước biển nhỏ 200m với điều kiện đáy biển phù hợp việc đảm bảo cho chân giàn đứng vững đáy biển phụ thuộc nhiều vào địa chất đáy biển, giàn tự nâng đứng vững đất sét, cát …Nhưng lại khó làm việc san hô đất đá cứng Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Giàn khoan tự nâng giàn có thân đủ để lai dắt tàu tới vị trí định, sau giàn nâng lên mặt nước biển nhờ chân chống xuống đáy biển Giàn khoan tự nâng thiết kế để hoạt động vùng biển có độ sâu tới 150m, chịu sức gió tối đa 180km/h, tốc độ dòng chảy 2m/s, khoan đạt độ sâu 8000-10000m Trọng lượng giàn khoan tự nâng đại vượt 16000 Giàn khoan tự nâng đóng vai trò quan trọng công nghiệp khơi, hiệu kinh tế tính linh hoạt minh chứng trình phát triển khai thác mỏ Điều chủ yếu khả tự lắp đặt giàn kéo nổi(chân nâng lên khỏi mặt nước) Hiện nay, Việt Nam hầu hết giếng khoan tìm thấy phân bố khu vực thềm lục địa phía Nam với mực nước biển từ 150m trở xuống Giàn khoan tự nâng sử dụng khu vực có độ sâu từ 15 đến 100m với chiều sâu chìm sâu 150m giàn khoan có hiệu tốt Thân giàn tự nâng thông thường có dạng kết cấu tam giác với 03 chân vài trường hợp có hình dạng khác Một giàn tự nâng tương đối ổn định thân với chân nâng lên Khi di chuyển giàn khoan hạ xuống có hỗ trợ tàu kéo 1.1.2 Chức giàn khoan tự nâng Giàn tự nâng xếp vào nhóm công trình biển di động,chúng có nhiều dạng khác tùy theo công dụng giàn: Giàn tự nâng dùng khoan thăm dò khai thác dầu khí,giàn tự nâng phục vụ xây dựng công trình biển & lĩnh vực quốc phòng giàn tự nâng bệ phóng tên lửa di động biển,… Tuy nhiên công tác khoan khai thác dầu khí biển giàn tự nâng có vai trò đặc biệt: Khoan thăm dò, khoan khai thác sửa chữa miệng ống, quan trọng lĩnh vực khoan thăm dò tìm kiếm vùng mỏ dầu khí biển 1.1.3 Phân loại giàn khoan tự nâng Hiện giới,giàn khoan tự nâng có nhiều kiểu dáng thiết kế khác Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, mục đích khai thác, vùng biển hoạt động yêu cầu Chủ đầu tư mà giàn khoan tự nâng thiết kế sử dụng cho phù hợp Có cách phân loại giàn khoan tự nâng: 1.1.3.1 Phân loại theo số lượng chân giàn Đối với giàn tự nâng thường có từ chân trở lên Việc lựa chọn số lượng chân giàn phụ thuộc vào công dụng giàn, hình dạng mặt sàn, độ sâu mực Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp nước vị trí làm việc,… Trong thời gian gần người ta thường thiết kế giàn với số chân giảm đến mức tối thiểu chân Các giàn có số lượng chân lớn ngày chế tạo có kết cấu phức tạp, khó cân áp lực chân,tăng công suất thiết bị nâng tăng trọng lượng giàn * Loại giàn chân: thường dùng cho giàn tự nâng làm việc chiều sâu mực nước 70m Các giàn loại thường có mặt sàn hình chữ nhật chân phân bố góc giàn Sự đơn giản kết cấu thuận tiện sử dụng giàn chân có liên quan đến khả cắm chân chống vào đất trọng lượng giàn Chính mà giàn tự nâng chủ yếu loại chân có kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, mặt sàn công tác có hình chữ nhật cho phép bố trí thiết bị công nghệ hợp lý hiệu Hình 1.2: Hình ảnh giàn tự nâng chân * Loại giàn chân: gặp vùng nước sâu hơn, dẫn đến chiều dài chân chống tăng lên đồng thời tiết diện chân tăng lên để đảm bảo độ cứng vững cần thiết cho giàn làm việc Chính người ta chế tạo loại giàn Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp chân với mục đích giảm khối lượng chân giàn giảm số lượng cấu nâng tạo cho giàn hoạt động tốt trình làm việc trình nâng hạ giàn di chuyển Hình 1.3: Hình ảnh giàn tự nâng chân 1.1.3.2 Phân loại theo kiểu kết cấu đế Mỗi kiểu có kết cấu đế khác nhau, giàn khoan tự nâng chia thành hai loại sau: * Các giàn khoan đặt đáy biển nhờ đế nối liền cọc trụ: thường hình ống thẳng đứng, sử dụng đất phẳng với chiều sâu nước đến 50m Tấm đế thường đặt sâu đáy biển Kết cấu đế chân giàn khoan bao gồm chân giàn khoan gắn liền với đế chân Mục đích chân đế phân bố tải trọng tập trung chân đế vào bề mặt đáy biển giảm áp lực tác dụng vào đất Ngoài ra, chân đế chịu lực tác động bên cách kết hợp lực cố kết hay lực ma sát bề mặt đáy chân đế với bề mặt cát áp lực bề mặt cát tác động vào bề mặt đứng đế đế lún sâu vào cát Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Hình 1.4:Giàn khoan đặt đáy biển nhờ đế nối liền cọc trụ Tấm chân đế cung cấp moment kết nối tới mặt đáy chân để giảm moment uốn chân điểm kết nối với thân giàn khoan Điều giảm khối lượng chân Do chân giàn khoan gắn liền với đế, chân có vị trí với thân giàn, cho phép hệ thống nâng hạ giàn hoạt động đơn giản loại chân đế độc lập Mục đích chân đế cung cấp lực suốt trạng thái giàn Do đó, chiều chìm đế xác định cách: kết cấu ảnh hưởng khả tới toàn tính giàn khoan * Các giàn khoan có có trụ độc lập: thường làm lưới kim loại, có chân đế thùng chắn Việc hạ chân đế xuống tuỳ thuộc vào loại đất, người ta làm dạng chân đế thích ứng với sức kháng xuyên vào đáy biển Chân đế giàn khoan kiểu chân đế sử dụng phổ biến cho giàn khoan Chân đế có hình dạng nón bề mặt đáy Mục đích chân đế truyền tải trọng chân giàn khoan tới bề mặt đáy biển Do đó, kết cấu chân đế có khả chống lại lực cắt ứng suất uốn tác động vào chân bề mặt cắt Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Hình 1.5: Giàn khoan có chân độc lập 1.2 SƠ LƯỢC CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG GIÀN TỰ NÂNG 1.2.1 Sơ lược cấu tạo giàn tự nâng Giàn khoan tự nâng bao gồm phận sau: 1.2.1.1 Thân ( Hull) Thân kết cấu kín nước thường có dạng tam giác Kết cấu thân bao gồm: Sàn (mặt boong), sàn dưới, sàn trung gian, sàn thao tác, vách bao xung quanh, vách dọc thép kết cấu dầm, xương gia cường Thân chia thành nhiều khoang gồm: * Buồng máy * Buồng bơm bùn * Buồng chứa xi măng * Két chứa bùn xi măng * Buồng máy phụ * Kho chứa dụng cụ thiết bị * Các két nước dằn * Các két nước sinh hoạt Trên mặt boong bố trí hệ thống ống, đường ống, đường dịch chuyển tháp, tháp khoan, hệ thống bơm, hệ thống cầu, hệ thống thông gió cabin buồng Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 1.2.1.2 Khối (block) nhà sân bay trực thăng Hình 1.6: Bố trí phận giàn tự nâng * Khối nhà gồm nhiều tầng, chia thành buồng cho công nhân kỹ sư làm việc giàn khoan giàn khoan với đầy đủ tiện nghi sinh hoạt, nghỉ ngơi * Bố trí buồng, phòng giải trí, phòng thể thao, phòng tắm … giúp người sống làm việc giàn khoan giải trí sau làm việc * Bố trí văn phòng làm việc, phòng điểu khiển, phòng thông tin liên lạc Sân bay trực thăng: Bố trí đối diện với tháp khoan phạm vi cần cẩu phục vụ cẩu chuyển * Hệ thống tiếp nhiên liệu, hệ thống cứu hỏa, hệ thống cung cấp nước 1.2.1.3 Sàn lắp tháp khoan Sàn lắp tháp khoan với hệ thống trượt cho phép điều chỉnh vị trí tháp khoan tới 70 ft ( 21m) theo chiều dọc cách mép thân giàn khoan 15 ft ( 4,5m) theo chiều ngang 1.2.1.4 Hệ thống cần cẩu Hệ thống cần cẩu: bố trí góc chân giàn khoan đảm bảo tầm với sức nâng vị trí giàn 1.2.1.5 Các thiết bị khác giàn * Các tổ máy phát điện chính: dùng để cung cấp toàn điện giàn Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp * Hệ thống loại bơm: bơm nước sạch, bơm ballast nước bẩn, bơm nước sinh hoạt, bơm vệ sinh, bơm bùn, bơm cung cấp dầu * Máy chưng cất nước * Bầu hâm nước * Máy nén khí bình chứa * Các dụng cụ khí cầm tay * Thiết bị hàn * Thiết bị lọc dầu * Hệ thống neo: Bao gồm neo sợi xích neo * Các hệ thống tời kéo * Hệ thống điện * Hệ thống thiết bị thông tin liên lạc * Hệ thống báo động * Các hệ thống cứu sinh cứu hỏa * Hệ thống ống thông gió * Hệ thống điều hòa không khí nhiệt độ * Hệ thống làm lạnh thực phẩm * Hệ thống thủy lực điều chỉnh vị trí giàn khoan * Các sàn công tác * Các hệ thống ống * Hệ thống chứa chế tạo dung dịch khoan 1.2.1.6 Chân giàn khoan * Chân giàn khoan chế tạo thép cường độ cao có kết cấu theo kiểu giằng liên kết với Chân giàn khoan bao gồm phân đoạn chi tiết * Các chân giàn khoan chế tạo kiểm tra giám sát đăng kiểm ABS DNV * Các giằng chéo giằng ngang * Phía chân giàn khoan có chân đế tiếp xúc với đáy biển đảm bảo cho toàn giàn khoan ổn định trình khoan * Hệ thống nâng hạ giàn khoan * Hệ thống hãm * Hệ thống điều khiển: bố trí buồng điều khiển * Hệ thống bánh chuyển động 1.2.2 Nguyên lý hoạt động giàn khoan tự nâng Giàn khoan tự nâng sau đưa tới vị trí khoan ta tiến hành hạ giàn khoan xuống biển Và việc cần làm cắm chân giàn xuống đáy biển Chú ý vị trí cắm chân giàn phải khảo sát trước tới độ sâu gấp 1, lần chiều sâu dự kiến cắm chân đế Sau hạ chân đế xong ta tiến hành nâng sàn công tác lên chiều cao theo thiết kế, để đảm bảo an toàn ta phải tiến hành nâng theo giai đoạn sau: Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp * Giai đoạn 1: Nâng đồng thời cấu nâng với áp lực 25% giá trị định mức * Giai đoạn 2: Dùng cấu nâng đối nhau(theo đường chéo) nâng sàn công tác áp lực cấu nâng đạt 45% giá trị định mức * Giai đoạn 3: Tiến hành tương tự cấu nâng đối để lại đạt áp lực 45% giá trị định mức * Giai đoan 4: Khi áp lực cấu nâng ta tiến hành nâng tiếp với áp lực đạt 70% giá trị định mức giữ nguyên khoảng 10 phút * Giai đoạn 5: Tiếp tục nâng với áp lực đạt 100% giá trị định mức giữ nguyên áp lực khoảng thời gian từ 30-40 phút hệ giàn ổn định giảm dần áp lực cấu nâng Khi giàn khoan cắm ổn định tạo diện tích làm việc giống giàn khoan cố định Giàn tự nâng có độ ổn định tốt nhóm công trình biển di động song biển tác dụng vào phần chân cột có kích thước nhỏ độ chắn song bé Sau khoan xong ta tiến hành hạ giàn khoan với bước ngược lại: Đầu tiên hạ sàn công tác xuống mặt nước,rút chân giàn khỏi đáy biển dung tàu kéo để lai dắt giàn khoan tới vị trí (thường sử dụng 03 tàu trình lai dắt) Tuỳ theo trọng lượng giàn khoan kết cấu thiết bị giàn mà tốc độ nâng thường từ 5-20m/h tốc độ hạ từ 10-30m/h 1.2.3 Một số hệ thống giàn khoan tự nâng 1.2.3.1 Hệ thống máy phát điện Hệ thống máy phát điện: sử dụng để cung cấp toàn điện tiêu thụ giàn khoan Các máy phát điện loại đặc biệt chế tạo để làm việc môi trường biển với độ tin cậy cao, tích hợp hệ thống điều khiển đại giám sát điều khiển chỗ đồng hệ thống điều khiển giàn khoan Trong trường hợp máy phát điện gặp cố máy phát điện dự phòng đảm bảo cho hoạt động quan trọng,cần thiết giàn khoan 1.2.3.2 Hệ thống nâng hạ Hệ thống nâng hạ: gồm có tháp khoan, tời khoan, ròng rọc động, ròng rọc tĩnh, tháp khoan, thiết bị kẹp cáp chết, cuộn cáp dự trữ Đây hệ thống quan trọng lại giàn khoan Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 10 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Hình 3.22: Tổng điều kiện tải trọng với TOC = 29.163m Hình 3.23: Bảng tóm tắt độ ổn định giàn với TOC = 29.163m Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 44 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 3.2.2 Chế độ dằn tải Ta có bảng số liệu thông số tính toán [3.4] & [3.10] Hình 3.24: Thông số tổng điều kiện tải trọng chế độ dằn tải Khi giàn chế độ dằn tải cần xác định lượng tải trọng cần dằn tải Điều phụ thuộc vào sức chịu tải chân tuổi thọ giàn Sau tính toán lượng tải trọng thay đổi giàn, từ giúp ta tính toán lượng nước dằn tải bể nạp tải Khi biết lượng nước dằn tải ta tính toán cân tải trọng chân: chân trước, hai chân sau (mạn trái/mạn phải) dằn tải cho Bảng 3.25 thể thông số trọng lượng, vị trí trọng tâm tải trọng theo phương nằm ngang, theo chiều dọc, phương thẳng đứng, từ tính trọng lượng tổng cộng tối đa dằn tải 15331 tấn, trọng tâm giàn theo phương tải trọng cân tác dụng lên chân 5110 Bảng 3.26 thể thông số mức chất lỏng cần thiết bơm vào bể nạp tải, trọng tâm bể theo phương ngang, dọc, thẳng đứng tải trọng cân tác dụng lên chân 5110 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 45 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Hình 3.25: Các thông số bể dằn tải Bảng 3.27 thể tóm tắt tải trọng biến thiên phần tử giàn tổng tải trọng biến thiên giàn, trọng tâm thẳng đứng giàn Hình 3.26: Bảng tóm tắt thông số tải trọng biến thiên dằn tải Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 46 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 3.2.3 Giàn khoan chế độ nâng Khi giàn khoan chế độ khoan có hai trạng thái cần quan tâm: 3.2.3.1 Giàn khoan chế độ khoan thông thường Ta có bảng số liệu thông số tính toán [3.5] & [3.11] Khi giàn khoan chế độ khoan thông thường ta cần tính toán tải trọng biến thiên giàn cho phù hợp với sức chịu tải giàn điều kiện thời tiết Thường xuyên kiểm tra tải trọng hàng hoá, loại ống chống, …trong trình khoan cho không vượt tải trọng cho phép Sau tiến hành đo mức chất lỏng chứa bể, tiến hành cân tải trọng Bảng 3.28 thể tất tải trọng phần tử trọng chế độ nâng giàn trạng thái khoan cho phép Từ phần mềm tự động tính tải trọng tác dụng lên chân giàn Hình 3.27: Thông số tổng tải trọng giàn trạng thái khoan Từ thành phần tải trọng biến thiên tải trọng thay đổi, phần mềm tính tải trọng tổng cộng giàn khoan tối thiểu 9799 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 47 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Hình 3.28: Thông số tải trọng biến thiên giàn trạng thái khoan 3.2.3.2.Giàn khoan chế độ nâng trạng thái bão cực đại Bảng số liệu thông số tính toán [3.6] & [3.12] Khi giàn khoan chế độ bão cực đại, cần xem xét lại tất loại hàng hoá, vật liệu, tải trọng cần khoan, ống chống để loại bỏ bớt hoàn toàn, giúp cho giàn chịu tải trọng môi trường bão Cần tính toán tải trọng tối thiểu tác dụng lên chân cho hệ số an toàn giàn cao Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 48 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp Hình 3.29: Thông số tổng tải trọng giàn chế độ bão cao Hình 3.30: Thông số tải trọng biến thiên giàn chế độ bão cao Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 49 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 3.3 KẾT LUẬN Vận hành giàn khoan công việc quan trọng kỹ sư Dầu khí Nó giúp ta làm chủ công trình biển đại, định đến hiệu kinh tế, an toàn công việc Trong việc tính toán ổn định tải trọng giàn khâu quan trọng để giàn khoan hoạt động tốt điều kiện thời tiết Việc ứng dụng phần mềm LoStab để tính toán ổn định giàn tự nâng Cửu Long cho kết nhanh xác, giúp việc cân tải trọng trở nên dễ dàng Vì mà ta sử dụng phần mềm LoStab để tính toán cho giàn tự nâng khác có đặc điểm tương đồng với giàn tự nâng Cửu Long Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 50 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN 1) Việc nghiên cứu tìm hiểu giàn tự nâng cho phép dần tiếp cận với việc chuyển giao công nghệ thiết kế tiến hành đóng giàn khoan tự nâng Việt Nam góp phần đưa ngành công nghiệp dầu khí ngày phát triển vươn tầm khu vực giới 2) Giàn tự nâng Cửu Long số giàn khoan tự nâng Việt Nam hoạt động có hiệu công tác khoan dầu khí Việc tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý vận hành giàn tự nâng Cửu Long giúp em nắm bắt thao tác vận hành giàn nhằm nâng cao hiệu làm việc giàn điều kiện thời tiết khác biển 3) Việc ứng dụng phần mềm LoStab để tính toán ổn định giàn tự nâng Cửu Long cho kết nhanh xác, giúp việc cân tải trọng trở nên dễ dàng Vì mà ta sử dụng phần mềm LoStab để tính toán cho giàn tự nâng khác có đặc điểm tương đồng với giàn tự nâng Cửu Long Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 51 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án Em sử dụng tài liệu thực tế thu thập trình thực tập tốt nghiệp xí nghiệp liên doanh VIETSOVPETRO, kết hợp với nhiều giáo trình chuyên ngành học trường tài liệu liên quan Với tận tình bảo thầy hướng dẫn Tiến sĩ Hoàng Anh Dũng kỹ sư bậc 07 Võ Sĩ Hoài Thanh, với nỗ lực thân, em hoàn thành đồ án vào tháng 06 năm 2013 Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Tiến sĩ Hoàng Anh Dũng, thầy cô Bộ môn Thiết bị dầu khí Công trình, Khoa Dầu khí, Tập thể cán công nhân viên công tác Xí nghiệp Liên doanh VIETSOVPETRO giúp đỡ tạo điều kiện tốt để em hoàn thành đồ án Do hạn chế tài liệu kỹ thuật, kinh nghiệm thực tế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong bảo góp ý, bổ sung thầy cô, cán chuyên môn, bạn để đồ án không công trình khoa học sinh viên chuẩn bị trường nhiều non nớt kinh nghiệm, mà có tính thực hơn, áp dụng vào thực tế sản xuất Em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, tháng năm 2013 Sinh viên Nguyễn Đình Thắng Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 52 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ GIÀN KHOAN TỰNÂNG 1.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.2 CHỨC NĂNG CỦA GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 1.1.3 PHÂN LOẠI GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 1.1.3.1 PHÂN LOẠI THEO SỐ LƯỢNG CHÂN GIÀN 1.1.3.2 PHÂN LOẠI THEO KIỂU KẾT CẤU ĐẾ 1.2 SƠLƯỢC CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG GIÀN TỰNÂNG 1.2.1 SƠLƯỢC CẤU TẠO CỦA GIÀN TỰNÂNG 1.2.1.2 KHỐI (BLOCK) NHÀ ỞVÀ SÂN BAY TRỰC THĂNG 1.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA GIÀN KHOAN TỰ NÂNG 1.2.3 MỘT SỐ HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN GIÀN KHOAN TỰNÂNG .10 1.2.3.1 HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐỆ I N .10 1.2.3.2 HỆ THỐNG NÂNG HẠ 10 1.2.3.3 HỆ THỐNG XOAY 12 1.2.3.4 HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH 12 1.2.3.5 HỆ THỐNG KIỂM SOÁT GIẾNG 12 1.3 KẾT LUẬN 12 CHƯƠNG 12 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GIÀN TỰNÂNG CỬU LONG .13 2.1.1 TỔNG QUAN 13 2.1.2 CÁC LOẠI TẢI TRỌNG .14 2.1.2.1 THÀNH PHẦN TRỌNG LƯỢNG GIÀN KHÔNG 14 2.1.2.2 TẢI TRỌNG BIẾN THIÊN 15 2.1.3.2 SỨC CHỨA 17 2.1.4 CÁC CHẾĐỘ VẬN HÀNH 18 2.1.4.1 CHẾĐỘ NỔ .18 I 2.1.4.2 CÁC CHẾĐỘ CHUYỂN TIẾP 18 2.2 HỆ THỐNG & TỔ HỢP THIẾT BỊ CƠBẢN CỦA GIÀN CỬU LONG 19 2.2.1 THÂN GIÀN 19 2.2.2 DẦM CÔNG XÔN, CẤU TRÚC DƯỚI THÁP VÀ SÀN KHOAN .19 2.2.3 KHU NHÀ Ở .19 2.2.4 HỆ THỐNG CẦN CẦU 19 2.2.5 HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DUNG DỊCH 20 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 53 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp 2.2.6 KHUNG GIÁ NÂNG 20 2.2.7 CHÂN GIÀN VÀ HỆ THỐNG NÂNG 20 2.2.8 HỆ THỐNG DẰN TẢ 21 I 2.3 CÁC CHẾĐỘ VẬN HÀNH CỦA GIÀN CỬU LONG .21 2.3.1 CHẾĐỘ VẬN HÀNH NỔ 22 I 2.3.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 22 2.3.1.2 CÁC CHẾĐỘTHAY ĐỔI KHI GIÀN NỔ 23 I 2.3.1.3 NHỮNG THAO TÁC LAI DẮT KHI GIÀN NỔ .23 I 2.3.1.4 NHỮNG KHUYẾN CÁO CHUNG KHI VẬN HÀNH NỔ 25 I 2.4 KẾT LUẬN 26 CHƯƠNG 27 3.2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LOSTAB 27 3.2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 27 3.2.2 NĂNG LỰC CỦA CHƯƠNG TRÌNH 27 3.2.2.1 CÁC TUỲ CHỌN TRÌNH ĐƠN (MENU OPTIONS) .28 3.2.2.2 TRÌNH ĐƠN WGHT CG .31 3.2.2.3 REPORT MENU 36 3.2 CHUYÊN ĐỀ: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LOSTAB TÍNH TOÁN ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ TẢI TRỌNG GIÀN KHOAN TỰ NÂNG CỬU LONG 38 3.2.1 GIÀN KHOAN TRONG CHẾĐỘNỔ 38 I 3.2.1.1 TRẠNG THÁI 1: TOC 4,268M, SỨC GIÓ 70 HẢI LÝ .38 3.2.1.2 TRẠNG THÁI 2: TOC 19.508M, SỨC GIÓ TỐI ĐA 70 HẢI LÝ 41 3.2.1.3 TRẠNG THÁI 3: TOC 29.163M, SỨC GIÓ TỐI ĐA 100 HẢI LÝ 43 3.2.2 CHẾĐỘ DẰN TẢI 45 3.2.3 GIÀN KHOAN ỞCHẾĐỘNÂNG .47 3.2.3.1 GIÀN KHOAN ỞCHẾĐỘ KHOAN THÔNG THƯỜNG 47 3.2.3.2.GIÀN KHOAN TRONG CHẾ ĐỘ NÂNG Ở TRẠNG THÁI BÃO CỰC ĐẠI .48 3.3 KẾT LUẬN 50 KẾT LUẬN 51 LỜI CẢM ƠN 52 MỤC LỤC 53 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 54 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp PHỤ LỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Trọng lượng giàn không (Light ship weight):Trọng lượng giàn không trọng lượng toàn giàn, tính tấn, với toàn máy, thiết bị lắp cố định giàn, kể lượng dằn cố định, phụ tùng thay giàn, chất lỏng máy hệ thống ống công nghệ để giàn làm việc bình thường không kểhàng hoá, chất lỏng kho chứa hàng két dự trữ, lương thực, thực phẩm,thuyền viên tư trang họ Khoảng tĩnh không (Air Gap): khoảng cách từ phần thấp mặt sàn tới mực trung bình mặt nước yên lặng có kể tới thủy triều thiên văn bão LCG (Longitudinal center of gravity): trọng tâm theo phương dọc (dọc trục) TCG (Transverse center of gravity): trọng tâm theo phương ngang VCG (Vertical center of gravity): trọng tâm theo phương thẳng đứng KG: chiều cao khoảng cách trọng tâm phía sống tàu phía đáy thân giàn AWW (Allowded Wind and Wave): tải trọng sóng, gió cho phép TOC (Tip of Spud can): chiều dài từ mũi chân đế đến dấu chân phía thân OIM (Offshore Installation Manager): Giám đốc công trình biển 10 P/S (Port/Starboard): Mạn trái / mạn phải Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 55 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Stt Số hình vẽ Tên bảng Hình ảnh giàn khoan tự nâng Hình 1.1 Hình ảnh giàn tự nâng chân Hình 1.2 Hình ảnh giàn tự nâng chân Hình 1.3 Hình 1.4 11 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 2.1 Hình 2.2a Hình 2.2b Hình 2.2c 12 Hình 2.2d 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Hình 2.2e Hình 2.2f Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 26 Hình 3.10 27 28 Hình 3.11 Hình 3.12 29 Hình 3.13 30 31 Hình 3.14 Hình 3.15 32 Hình 3.16 33 Hình 3.17 Trang Giàn khoan đặt đáy biển nhờ đế nối liền cọc trụ Giàn khoan có chân độc lập Bố trí phận giàn tự nâng Giàn tự nâng Cửu Long Giàn khoan trạng thái Chân giàn từ từ hạ xuống Chân đế cắm xuống đáy biển Quá trình tăng tải trọng lên giàn khoan để chân đế cắm sâu lúc thân giàn chuẩn bị đưa lên Thân giàn đưa lên khỏi mặt nước Giàn trạng thái làm việc Hình ảnh lai dắt giàn khoan chế độ Hình ảnh tượng Punch-through Các tính phần mềm LoStab Đồ thị đường cong KG cho phép giàn Thông số vị trí khoan giàn Các thông số “Leg position” Các tính “Wght CG” Các thông số bể dằn tải Thông số trọng lượng giàn không Tính “Sub Group Data” Các tính trình đơn “Report” Đồ thị đường cong KG cho phép với TOC=4.268m\ Tổng điều kiện tải trọng với TOC = 4.268m Đồ thị đường cong KG cho phép với TOC=4.268m Bảng tóm tắt tải trọng thay đổi với TOC =4.268m Tổng điều kiện tải trọng với TOC = 4.268m Hình 3.15: Tóm tắt độ ổn định với TOC = 4.268m Đồ thị đường cong KG cho phép với TOC = 19.508m Bảng tóm tắt tải trọng biến thiên với TOC = Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 56 13 22 22 22 22 22 22 22 25 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 37 39 39 40 40 41 41 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất 34 Hình 3.18 35 Hình 3.19 36 Hình 3.20 37 Hình 3.21 38 Hình 3.22 39 Hình 3.23 40 Hình 3.24 41 42 43 Hình 3.25 Hình 3.26 Hình 3.27 44 Hình 3.28 45 Hình 3.29 46 Hình 3.30 Đồ án tốt nghiệp 19.508m Tổng điều kiện tải trọng với TOC = 19.508m Bảng tóm tắt độ ổn định giàn với TOC = 19.508m Đồ thị đường cong KG cho phép với TOC = 29.163m Bảng tóm tắt tải trọng biến thiên với TOC = 29.163m Tổng điều kiện tải trọng với TOC = 29.163m Bảng tóm tắt độ ổn định giàn với TOC = 29.163m Thông số tổng điều kiện tải trọng chế độ dằn tải Các thông số bể dằn tải Bảng tóm tắt thông số tải trọng biến thiên dằn tải Thông số tổng tải trọng giàn trạng thái khoan Thông số tải trọng biến thiên giàn trạng thái khoan Thông số tổng tải trọng giàn chế độ bão cao Thông số tải trọng biến thiên giàn chế độ bão cao Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 57 42 42 43 43 44 44 45 46 46 47 48 49 49 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PV Shipyard, Giàn khoan tự nâng 90m nước, Năm 2009 [2] TS Hoàng Anh Dũng, Giáo trình xây lắp giàn khoan thiết bị, Năm 2012 [3] Thạc sỹ Thuyền trưởng Đinh Xuân Mạnh, Giáo trình xếp dỡ bảo quản hàng hoá, Năm 2008 [4] Bộ Giao thông vận tải, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 48-2012/BGTVT [5] XNLD VIETSOVPETRO, Phần mềm LoStab, Năm 2003 [6] XNLD VIETSOVPETRO, Cuu Long drawing Zentech, Năm 2003 [7] XNLD VIETSOVPETRO, Cuu Long Operations Manual, Năm 2003 [8] XNLD VIETSOVPETRO, Cuu Long Stability Report, Năm 2003 Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 58 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 [...]... tốt nghiệp Hình 2.1: Giàn tự nâng Cửu Long 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GIÀN TỰ NÂNG CỬU LONG 2.1.1 Tổng quan Giàn tự nâng Cửu Long là giàn khoan biển di động không tự hành được phân cấp bởi Cục hành hải Mỹ(ABS) Việc xây dựng giàn tự nâng Cửu Long tuân theo các tiêu chuẩn và quy định của Cục hàng hải Mỹ(ABS),Tổ chức hàng hải quốc tế (IMO) và Tuần duyên hàng hải Mỹ(USCG) Giàn tự nâng Cửu Long được thiết kế... nâng cao hiệu quả làm việc của giàn trong các điều kiện thời tiết khác nhau trên biển Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng 26 Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ TẢI TRỌNG GIÀN TỰ NÂNG CỬU LONG BẰNG PHẦN MỀM LOSTAB 3.2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LOSTAB 3.2.1 Giới thiệu chung Chương trình tính toán độ ổn định và tải trọng (LoStab) là một tương tác,... quan trọng trong quá trình nâng hạ giàn khoan Như đã biết,t ốc độ nâng thường từ 5-20m/h và tốc độ hạ từ 10-30m/h tuỳ theo kích thước và trọng lượng của giàn Sức nâng của giàn tự nâng được xác định theo công thức: Pn = Pd.K (1.1) Trong đó: Pn : Sức nâng của giàn Pd : Trọng lượng của toàn bộ giàn không kể trụ đỡ K : Hệ số nén của nền đáy biển (K = 1,4-1,6) Ta xét 2 cơ cấu nâng được sử dụng cho giàn tự nâng. .. đế * Chế độ dằn tải: là chế độ hoạt động mà các chân giàn tiếp xúc với đáy biển và đỡ trọng lượng của giàn Các bể đặt trước tải được bơm đầy nước để mô phỏng tổng tải trọng dự kiến tại vị trí đã định, bao gồm các tải trọng môi trường của sóng, gió và dòng chảy * Chế độ hạ: là chế độ hoạt động mà thân giàn khoan được hạ xuống nước và các chân giàn vẫn tiếp xúc với đáy biển Trọng lượng của giàn lúc này... KG cho phép trong các trạng thái khác nhau 4 Tính toán một số điều kiện tải trọng khi dằn tải, khi nâng với sự lựa chọn độ sâu mực nước, khoảng tĩnh không, độ cắm sâu vào đáy biển của các chân giàn 5 Điều chỉnh tải trọng của các thành phần trên giàn và mặt tự do , từ đó đánh giá độ ổn định của giàn với các thông số 6 Kế hoạch dằn tải (không bắt buộc) để làm cho giai đoạn hạ chân đế được thuận lợi 7... Tất cả những tính năng của trình đơn này được thể hiện bên dưới đây: Hình 3.1: Các tính năng chính của phần mềm LoStab * Change operating mode (Thay đổi chế độ vận hành): Một giàn tự nâng có thể có 4 chế độ vận hành Đó là: chế độ nổi, dằn tải, khoan và chế độ bão cực đại Khi giàn được nâng lên trên các chân của nó, các tải trọng chân đế hoặc các phản ứng trên bánh răng hoặc độ cắm sâu chân vào đáy biển... tàu Levingston Sau đây là mô tả chung về giàn: - Loại giàn : Giàn khoan biển di động tự nâng không tự hành - Số hiệu giàn : Levingston 111C - Số thân giàn: Levingston Hull # - Đơn vị xây dựng : Công ty đóng tàu Levingston Giàn tự nâng Cửu Long được thiết kế và xây dựng để sử dụng trong các giới hạn môi trường nhiệt độ -17,80 C(00F) Hiện nay giàn tự nâng Cửu Long thuộc quyền sở hữu bởi Liên doanh dầu... VCG của giàn và giảm momen gây lật gây ra bởi những lực gió tác động lên phần trên cùng của chân giàn Tuy nhiên, KG phải được tính toán và so sánh xấp xỉ với đường cong KG cho phép 3 Thông báo cho đội trưởng tàu kéo để điều chỉnh giàn vào vị trí lai dắt tốt nhất để đối phó với các điều kiện bão giúp giảm thiểu chuyển động của giàn do sóng biển 4 Kiểm tra lại những tính toán phân bố trọng lượng và KG... sẽ tính toán mức chất lỏng và các trọng tâm của chất lỏng trong bể Nếu mức chất lỏng nhập vào vượt quá độ sâu tối đa của bình chứa, chương trình sẽ sử dụng độ sâu tối đa của bể là mức chất lỏng và cảnh báo người dùng về dự liệu nhập vào Tương tự nếu trọng lượng nhập vào vượt quá trọng lượng tối đa của chất lỏng mà bể có thể chứa, chương trình sẽ sử dụng sức chứa tối đa của bể và cảnh báo người dùng Trọng. .. chế độ vận hành 2.1.4.1 Chế độ nổi Là chế độ hoạt động mà trong đó giàn khoan nổi với các chân giàn không tiếp xúc với đáy biển 2.1.4.2 Các chế độ chuyển tiếp * Chế độ nâng: là chế độ hoạt động mà các chân giàn được hạ xuống và tiếp xúc với đáy biển,thân giàn bắt đầu được nâng lên khỏi mặt nước Trọng lượng giàn không đang từ sức nổi của thân dần chuyển tiếp lên các chân, giàn khoan được chuẩn bị để ... CHƯƠNG TÍNH TOÁN ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ TẢI TRỌNG GIÀN TỰ NÂNG CỬU LONG BẰNG PHẦN MỀM LOSTAB 3.2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LOSTAB 3.2.1 Giới thiệu chung Chương trình tính toán độ ổn định tải trọng (LoStab) ... từ tệp nhập vào Biết KG VCG 3.2 CHUYÊN ĐỀ: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LOSTAB TÍNH TOÁN ĐỘ ỔN ĐỊNH VÀ TẢI TRỌNG GIÀN KHOAN TỰ NÂNG CỬU LONG Trước tính toán, tiến hành đo mức chất lỏng bể chứa giàn, từ mức... hoạt động tốt điều kiện thời tiết Việc ứng dụng phần mềm LoStab để tính toán ổn định giàn tự nâng Cửu Long cho kết nhanh xác, giúp việc cân tải trọng trở nên dễ dàng Vì mà ta sử dụng phần mềm LoStab