Nghiên cứu thiết kế, chế tạo ứng dụng thử nghiệm bộ giàn khoan địa chất biển nông

Đề tài Nghiên cứu thiết kế, chế tạo ứng dụng thử nghiệm bộ giàn khoan địa chất biển nông thuộc công trình nghiên cứu khoa học cấp

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TỔNG CỤC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO VIỆT NAM TRUNG TÂM ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN BIỂN

-o0o -

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM BỘ GIÀN KHOAN ĐỊA CHẤT BIỂN NÔNG

9044

Hà Nội, 2011

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TỔNG CỤC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO VIỆT NAM TRUNG TÂM ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN BIỂN

-o0o -

Tác giả: ThS Lê Anh Thắng

TS Vũ Trường Sơn

KS Nguyễn Minh Hiệp

KS Nguyễn Lương Huy

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM BỘ GIÀN KHOAN ĐỊA CHẤT BIỂN NÔNG

Chủ nhiệm đề tài

ThS Lê Anh Thắng

Giám đốc

TS Vũ Trường Sơn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 6

I.1 SỰ CẦN THIẾT 6

I.2 MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ 7

I.3 THỜI GIAN THỰC HIỆN 8

I.4 ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ VÀ PHỐI HỢP NGHIÊN CỨU 8

I.5 KINH PHÍ 9

CHƯƠNG II TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO GIÀN KHOAN 10

II.1 NGOÀI NƯỚC 10

II.2 TRONG NƯỚC 17

CHƯƠNG III KẾT QUẢ CÔNG TÁC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO GIÀN KHOAN21 III.1 XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, VẬN HÀNH GIÀN KHOAN BIỂN NÔNG 21

III.2 KẾT QUẢ CÔNG TÁC THIẾT KẾ GIÀN KHOAN ĐỊA CHẤT BIỂN NÔNG 28

III.3 KẾT QUẢ CÔNG TÁC CHẾ TẠO GIÀN KHOAN ĐỊA CHẤT BIỂN NÔNG 42

CHƯƠNG IV KẾT QUẢ CÔNG TÁC VẬN HÀNH, THỬ NGHIỆM GIÀN KHOAN 44

IV.1 CÔNG TÁC THỬ NGHIỆM TẠI HỒ SUỐI HAI 44

IV.2 CÔNG TÁC THỬ NGHIỆM TẠI VÙNG BIỂN VÂN ĐỒN (QUẢNG NINH) 49

CHƯƠNG V QUY TRÌNH LẮP ĐẶT VẬN HÀNH GIÀN KHOAN 58

V.1 NHÂN LỰC, PHƯƠNG TIỆN, DỤNG CỤ, VẬT TƯ VÀ TÀI LIỆU PHỤC VỤ LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH GIÀN KHOAN 58

V.2 QUY TRÌNH LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

MỞ ĐẦU

Công tác điều tra cơ bản về địa chất, khoáng sản biển ở Việt Nam đã tiến hành được 20 năm nay, tuy nhiên hiện nay Các tài liệu địa vật lý, trầm tích đáy biển có nhiều, tuy nhiên chúng ta chưa tiến hành được khoan lấy mẫu trên biển vì vậy việc luận giải tài liệu địa chất còn rất nhiều hạn chế, đặc biệt là việc đánh giá tài nguyên dự báo của các loại hình sa khoáng, vật liệu xây dựng ở đáy biển Trên thực tế nếu thuê tàu khoan của nước ngoài để tiến hành khoan trên biển thì chi phí rất lớn và không làm chủ được công nghệ, thiết bị

Xuất phát từ tình hình trên, Trung tâm Địa chất và Khoáng sản biển đã mạnh dạn đề xuất mở đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, ứng dụng thử nghiệm bộ giàn khoan địa chất biển nông" và đã được Bộ Tài nguyên và Môi trường phê duyệt tại quyết định số 834/QĐ-BTNMT ngày 4/5/2009

Đề tài nêu trên đã được thực hiện trong 2 năm 2009 và 2010 Cho đến nay, tập thể tác giả tham gia đề tài đã tiến hành đầy đủ các nội dung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và thử nghiệm bộ giàn khoan như thuyết minh đề tài đã được phê duyệt Sản phẩm chính của đề tài bao gồm:

1 Các báo cáo chuyên đề phục vụ công tác thiết kế, chế tạo, vận hành giàn khoan, bao gồm:

- Tổng quan về điều kiện khí tượng thủy văn, hải văn đới biển ven bờ Việt Nam phục vụ nghiên cứu thiết kế giàn khoan

- Đánh giá cấu trúc và thành phần vật chất tầng nông vùng biển đến 15m nước

phục vụ thiết kế chế tạo giàn khoan và lựa chọn vị trí khoan thử nghiệm

- Xây dựng các yêu cầu kỹ thuật, an toàn vận hành của giàn khoan , bao gồm:

+ Xác định các thông số cơ bản của thiết bị nâng giàn khoan:

+ Xác định yêu cầu kỹ thuật của mặt sàn thi công khoan

+ Xác định yêu cầu kỹ thuật của thiết bị khoan + Xác định yêu cầu về hệ thống ống chống định hướng (đoạn ống ngoài cùng từ giàn khoan đến dưới đáy biển 5+10m)

+ Xác định yêu cầu về an toàn trong quá trình lắp đặt, vận hành giàn khoan

+ Xác định yêu cầu về việc định vị giàn khoan, neo, giá neo và tời neo + Xác định yêu cầu về nhân lực, thiết bị chủ yếu lắp đặt trên giàn khoan

2 Bộ bản vẽ thiết kế giàn khoan

3 Bộ giàn khoan địa chất biển nông (lưu giữ tại kho của Trung tâm Địa chất và Khoáng sản biển)

4 Tài liệu kết quả khoan thử nghiệm

5 Quy trình lắp đặt, sử dụng giàn khoan

Báo cáo kết quả nghiên cứu của đề tài được chúng tôi tổng hợp các kết quả chính đạt được của các chuyên đề Ngoài phần mở đầu và kết luận, báo cáo được trình bày theo 5 chương như sau:

Chương I Thông tin chung về đề tài

Chương II Tổng quan tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo giàn khoan

Chương III Kết quả công tác thiết kế, chế tạo giàn khoan

Chương IV Kết quả công tác vận hành, thử nghiệm giàn khoan

Chương V Quy trình lắp đặt, vận hành giàn khoan

Trong quá trình thực hiện đề tài, tập thể tác giả luôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ của các đồng chí lãnh đạo, các chuyên viên Bộ Tài nguyên và Môi trường; lãnh đạo, cán bộ công nhân viên Trung tâm Địa chất và Khoáng sản biển Nhân dịp này tập thể tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và cộng tác nói trên

CHƯƠNG I THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI I.1 SỰ CẦN THIẾT

Từ trước đến nay, công tác điều tra, nghiên cứu về địa chất khoáng sản biển ở Việt Nam được nhiều tổ chức, cá nhân trong và ngoài nước thực hiện Tuy nhiên, việc điều tra cơ bản (theo mạng lưới và quy trình được các cấp có thẩm quyền phê duyệt)

về vấn đề này thì mới chỉ được thực hiện tại Trung tâm Địa chất và Khoáng sản biển (trước đây là Liên đoàn Địa chất biển) Cụ thể gồm các đề án, dự án sau:

- Đề án “Điều tra địa chất và tìm kiếm khoáng sản rắn vùng biển ven bờ (0-30m nước) Việt Nam, tỷ lệ 1/500.000” do TSKH Nguyễn Biểu làm chủ nhiệm Đề án đã được thực hiện từ năm 1991 đến năm 2000 trên diện tích 97.431km2 trên vùng biển ven bờ 0-30m nước từ Móng Cái đến Hà Tiên

- Đề án “Điều tra địa chất, khoáng sản, địa chất môi trường và tai biến địa chất vùng biển Nam Trung bộ từ 0-30m nước ở tỷ lệ 1/100.000 và một số vùng trọng điểm

ở tỷ lệ 1/50.000” do TS Đào Mạnh Tiến làm chủ nhiệm Đề án được thực hiện từ năm 2001-2006 trên diện tích 9.750km2 ở vùng biển Tuy Hòa – Vũng Tàu (0-30m nước)

- Đề án “Khảo sát đánh giá tiềm năng tài nguyên khoáng sản vùng biển ven bờ Sóc Trăng tỷ lệ 1/100.000” do TS Vũ Trường Sơn làm chủ nhiệm Đề án bắt đầu thực hiện từ 2006 và dự kiến sẽ hoàn thành trong năm 2009 với diện tích điều tra 5.552km2

- Dự án “Điều tra đặc điểm địa chất, địa động lực, địa chất khoáng sản, địa chất môi trường và tai biến địa chất các vùng biển Việt Nam” do TS Đào Mạnh Tiến (2007-2009) và ThS Trịnh Nguyên Tính làm chủ nhiệm Đây là một dự án lớn, được thực hiện từ 2007 và dự kiến hoàn thành vào năm 2011 với diện tích điều tra rất lớn ở các tỷ lệ khác nhau: 1/500.000 (170.130km2), 1/100.000 (7.416km2), 1/50.000 (345km2)

Trong quá trình thực hiện các dự án, đề án nêu trên, hệ thống trang thiết bị ngày càng được hoàn thiện nhằm nâng cao chất lượng tài liệu thu thập Hiện nay, Trung tâm Địa chất khoáng sản biển là đơn vị có hệ thống thiết bị lấy mẫu trầm tích đáy biển đầy

đủ và mạnh nhất ở Việt Nam Cụ thể gồm:

- Cuốc đại dương: lấy mẫu sâu nhất đến 0,4m (tính từ đáy biển)

- Ống phóng trọng lực: lấy mẫu sâu nhất đến 2,2m (tính từ đáy biển) đối với trầm tích hạt mịn như bùn, sét; còn đối với trầm tích hạt thô như cát, cát sạn thì chỉ khoảng 0,3-0,8m

- Ống phóng piston: lấy mẫu sâu nhất đến 1,5m đối với trầm tích hạt thô như cát, cát sạn (tính từ đáy biển)

- Ống hút piston tay (lặn lấy mẫu): lấy mẫu sâu nhất khoảng 1,6m (tính từ đáy biển)

Đánh giá chung về thiết bị lấy mẫu địa chất, khoáng sản biển: Với điều kiện

trang thiết bị như trên có thể thấy rằng việc luận giải tài liệu địa chất còn rất nhiều hạn chế, đặc biệt là việc đánh giá tài nguyên dự báo của các loại hình sa khoáng, vật liệu xây dựng ở đáy biển

Những hạn chế cụ thể về việc luận giải tài liệu địa chất khoáng sản biển gồm:

- Độ sâu lấy được mẫu (tính từ đáy biển) nhỏ (chỉ đến 0,5m đối với trầm tích hạt thô)

- Việc luận giải địa chất, đánh giá triển vọng khoáng sản dưới sâu hiện chủ yếu dựa vào các tài liệu địa vật lý (địa chấn, từ biển) có liên kết tương đối (về không gian) với các lỗ khoan bãi triều, một số vùng có liên kết với một số lỗ khoan biển (do ngành dầu khí hoặc các công ty nước ngoài thực hiện) Như vậy, kết quả đưa ra chưa có tính định lượng cao

- Chưa có khoan biển để kiểm tra các kết quả luận giải tài liệu địa chấn nông độ phân giải cao làm cơ sở để xác định các tham số địa chấn (ranh giới phân tập, thành phần trầm tích theo các trường sóng phản xạ )

- Việc đánh giá triển vọng khoáng sản các tập dưới sâu (trên 2m tính từ đáy biển) hiện chủ yếu là sử dụng kết quả phân tích mẫu trầm tích tầng mặt, ống phóng (đến độ sâu khoảng 2m nếu trầm tích là hạt mịn) để nội suy, tính toán

Trong một số đề án, dự án chúng tôi đã đưa nội dung khoan biển vào khi xây dựng đề án, tuy nhiên do kinh phí rất lớn, nguồn vốn đầu tư có hạn nên hạng mục này không được phê duyệt

Trên thực tế nếu thuê tàu khoan của nước ngoài để tiến hành khoan trên biển thì các công ty chỉ thực hiện nếu quy mô đầu tư đủ lớn: khối lượng khoan phải lớn hơn 500-700m khoan, tổng kinh phí hợp đồng trên 10-11tỷ VNĐ Ví dụ: Để tiến hành khoan 2000m ở vùng biển ven bờ các tỉnh Hà Tĩnh, Thừa Thiên Huế, Bình Thuận (độ sâu 5-20m nước, chiều sâu khoan vài mét đến 62m), Công ty Timah đã phải đầu tư trên 1 triệu USD

Như vậy, việc nghiên cứu, thiết kế giàn khoan địa chất biển nông với nguồn kinh phí nhỏ là việc làm cần thiết, phù hợp trong hoàn cảnh Việt Nam hiện nay Ở giai đoạn đầu, tập thể tác giả chỉ đề xuất tiến hành khoan đến độ sâu 15m nước để rút kinh nghiệm, hoàn chỉnh dần công nghệ, quy trình vận hành để tiến tới chế tạo các giàn khoan ở độ sâu lớn hơn Kết quả của đề tài cũng là tiền đề để Trung tâm Địa chất và Khoáng sản biển xin phép đầu tư giàn khoan tự nâng đến độ sâu 30m nước

I.2 MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ

1.2.1 Mục tiêu

Có được bộ giàn khoan, gọn nhẹ, cơ động phục vụ khoan địa chất ở vùng biển đến độ sâu 15m nước, độ sâu khoan nhỏ hơn 20m (tính từ đáy biển)

I.2.2 Nhiệm vụ (nội dung đề tài)

Gồm các nội dung sau:

1 Thu thập tổng hợp, đánh giá về tài liệu về giàn khoan biển, hồ, cửa sông của Việt Nam và thế giới

1.1 Thu thập tổng hợp tài liệu về các loại giàn khoan trên biển, hồ, cửa sông của các nước trên thế giới

1.2 Thu thập tổng hợp tài liệu về các loại giàn khoan trên biển, hồ, cửa sông tại Việt Nam

1.3 Xây dựng báo cáo tổng quan về công tác khoan biển, sông, hồ trên thế giới

và Việt Nam

2 Xây dựng cơ sở khoa học cho việc thiết kế, chế tạo, vận hành giàn khoan biển nông

2.1 Tổng quan về điều kiện khí tượng thủy văn, hải văn đới biển ven bờ Việt Nam phục vụ nghiên cứu thiết kế giàn khoan

2.2 Đánh giá cấu trúc và thành phần vật chất tầng nông vùng biển đến 15m nước phục vụ thiết kế chế tạo giàn khoan và lựa chọn vị trí khoan thử nghiệm

2.3 Xây dựng các yêu cầu kỹ thuật, an toàn vận hành của giàn khoan:

- Xác định các thông số cơ bản của thiết bị nâng giàn khoan:

- Xác định yêu cầu kỹ thuật của mặt sàn thi công khoan

- Xác định yêu cầu kỹ thuật của thiết bị khoan

- Xác định yêu cầu về hệ thống ống chống định hướng (đoạn ống ngoài cùng

từ giàn khoan đến dưới đáy biển 5-10m)

- Xác định yêu cầu về an toàn trong quá trình lắp đặt, vận hành giàn khoan

- Xác định yêu cầu về việc định vị giàn khoan, neo, giá neo và tời neo

- Xác định yêu cầu về nhân lực, thiết bị chủ yếu lắp đặt trên giàn khoan

3 Thiết kế giàn khoan

4 Chế tạo, lắp đặt giàn khoan

5 Vận hành thử nghiệm trong điều kiện sông, hồ

6 Vận hành thử nghiệm giàn khoan trên biển (02 lần)

7 Xây dựng qui trình lắp đặt, sử dụng giàn khoan

8 Xây dựng báo cáo tổng kết đề tài

I.3 THỜI GIAN THỰC HIỆN

Thời gian thực hiện đề tài là 24 tháng (từ 1/2009 đến 12/2010)

I.4 ĐƠN VỊ CHỦ TRÌ VÀ PHỐI HỢP NGHIÊN CỨU

I.4.1 Đơn vị chủ trì

Trung tâm Địa chất và Khoáng sản biển (Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam)

I.4.2 Đơn vị phối hợp

1 Công ty TNHH một thành viên Tư vấn – Thiết kế - Công nghệ tàu thủy và Dịch vụ hàng hải (Viện Khoa học Công nghệ tàu thủy):

2 Công ty Cổ phần dạy nghề số 1 Việt Nam - VIETVANDA

I.5 KINH PHÍ

Tổng kinh phí thực hiện đề tài là: 1 582 triệu đồng, trong đó:

- Từ Ngân sách sự nghiệp khoa học: 1 582 triệu đồng

- Từ nguồn tự có của tổ chức: 0 triệu đồng

- Từ nguồn khác 0 triệu đồng

CHƯƠNG II TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ,

CHẾ TẠO GIÀN KHOAN II.1 NGOÀI NƯỚC

Trên thế giới, hệ thống giàn hoạt động trên biển chủ yếu phục vụ cho công tác tìm kiếm, thăm dò, khai thác dầu khí, khoáng sản rắn và các mục đích quân sự Tuy sử dụng cho đa mục đích, nhưng nhìn chung chúng đều có cấu tạo tương đối giống nhau (đối với từng kiểu cụ thể) và đều nhằm phục vụ hoạt động sinh hoạt và làm việc của con người ở trên biển Dựa vào khả năng di chuyển, mức độ ổn định và phương pháp

cố định ta có thể liệt kê được một số giàn điển hình như sau (theo UK Offshore Operators Association Ltd.):

- Giàn cố định (Fixed Platform)

- Giàn tự nâng (Jack Up Platform)

- Giàn bán chìm (Semi Submersible Platform)

- Giàn neo đứng (TLP or Spar)

- Cụm kết cấu đa năng: Nổi, Sản xuất và Kho chứa (Floating Production & Storage Units, FPSU)

Nhìn chung các công trình biển trong công nghiệp dầu khí đều có kích thước rất lớn và giá thành rất cao (có thể lên đến hàng trăm triệu đô la Mỹ) Kích thước của chúng theo từng chiều (cho cả ba chiều dài x rộng x cao) có thể lên đến hàng trăm mét

Hình II.1 Các loại giàn khoan dầu khí điển hình

1 Giàn cố định (Fixed Platform)

Đây là loại giàn khoan khai thác dầu khí phổ biến nhất hiện nay trên thế giới Kết cấu loại giàn này được chế tạo chủ yếu từ thép hoặc bê tông (hay kết hợp cả hai) Nó bao gồm hai phần, phần trên (hay còn gọi là phần thượng tầng) có các thiết bị công nghệ và nơi sinh hoạt, và phần dưới (chân đế) sẽ được cố định xuống đáy biển Kết cấu này thường được chế tạo trên bờ rồi được đưa vào vị trí cần thiết (chủ yếu phục vụ cho công tác khoan khai thác dầu và khí) và sau đó nó sẽ được cố định xuống đáy biển (seabed) Vì vậy sau khi lắp đặt, giàn cố định không thể di chuyển được (trừ phi ta cắt rời chân của giàn chuyển đi nơi khác để sử dụng lại)

Hình II.2 Giàn cố định (Fixed Platform) Nhìn chung các giàn cố định thường được sử dụng chủ yếu cho các vùng nước nông với độ sâu cột nước không lớn và có điều kiện cố định bằng cọc hoặc bằng trọng lực hay các phương tiện khác Giàn cố định có ưu thế là tính ổn định trong khi làm việc cao, phù hợp với vùng nước nông, tuy nhiên tính linh động của nó thì gần như bằng không

2 Giàn tự nâng (Jack Up Platform)

Giàn tự nâng được dùng nhiều trong công nghiệp dầu khí trên thế giới Giàn tự nâng có một hệ kết cấu gồm thân dạng sà lan (barge) và các chân (legs) có thể nâng lên hay hạ xuống nhờ hệ thống thuỷ lực Chính do cấu tạo như vậy mà sau khi kết thúc quá trình khoan, khai thác ở một vị trí ta có thể nhấc chân giàn lên và di chuyển giàn đến vị trí khoan, khai thác khác (mặc dù điều này không hề dễ dàng và tuỳ thuộc nhiều vào cấu tạo của thềm đáy biển, cũng như độ sâu mà chân giàn cắm vào nền đáy biển) Kết cấu sà lan được kéo đến vị trí cần khoan (khai thác) trong khi các chân của

nó được nâng lên Các chân này sẽ được hạ thấp xuống sau khi giàn được đặt vào vị trí Khi các chân tiến đến và sau đó cố định vào nền đáy biển, thì phần thân của giàn sẽ được nâng lên cao hơn mặt nước và như thế ta sẽ có một kết cấu giàn ổn định, do phần

thân nêu trên không chịu tác động của tải trọng sóng Chiều dài của chân giàn sẽ xác định chiều sâu của cột nước mà giàn có thể hoạt động được Nhìn chung, vì lý do kinh

tế, chiều sâu hoạt động của giàn tự nâng thường thấp hơn 100m (chiều sâu làm việc lớn nhất của giàn tự nâng hiện nay là khoảng 170m)

Hình II.3 Giàn tự nâng (Jack Up Platform) Giàn tự nâng có rất nhiều ưu điểm so với các loại giàn khác như tính ổn định làm việc tốt, tương đối linh động và chiều sâu hoạt động của nó rất phù hợp với mực nước biển ở một số khu vực biển có trữ lượng dầu lớn trên thế giới như: Biển Bắc, Vịnh Mêhicô thuộc Mỹ hay Trung Đông

Tuy nhiên ngoài nhược điểm là bị hạn chế về độ sâu làm việc, thì yếu điểm lớn nhất của giàn tự nâng là nó phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo địa chất của đáy biển Giàn

tự nâng, về mặt cơ bản chỉ thích hợp đối với các nền đáy biển có cấu tạo từ cát Còn đối với các nền cứng (chẳng hạn như nền san hô) thì chân giàn rất khó cắm đủ sâu vào nền đáy biển và như thế giàn sẽ rất dễ bị lật Trong khi với các nền mềm (ví dụ như

nền bùn) thì giàn sẽ bị lún và điều này cũng rất dễ gây lật giàn

3 Giàn bán chìm (Semi Submersible Platform)

Giàn bán chìm có cấu tạo gồm ba phần: phần thân trên có các thiết bị công nghệ

và nơi sinh hoạt (deck); phần thân chìm dưới nước, chỉ nổi lên một mức nhất định khi

di chuyển (pontoons); và hai phần này được liên kết bằng một hệ thống cột đỡ và thanh giằng chịu lực (column)

Phần thân chìm cũng có thể được thiết kế như con tàu hai thân và khi đó hệ thống cột đỡ được cấu tạo để đóng vai trò hệ thống dằn, khi đó giàn bán chìm còn được gọi

là giàn ổn định bằng cột Giàn bán chìm có gắn các chân vịt vì thế nó có thể tự di chuyển được đến vị trí thăm dò, khai thác hoặc di chuyển cùng với sự trợ giúp của các phương tiện khác (chẳng hạn như tàu kéo) Tuỳ thuộc vào lượng nước được bơm vào

mặt nước Do phần phao nằm phía dưới bề mặt của nước biển, chúng sẽ ít chịu tác động của sóng, như thế chuyển động theo phương thẳng đứng của giàn được giảm xuống và điều này cho phép giàn vẫn có thể hoạt động (khoan) được trong điều kiện biển động vừa phải

Hình II.4 Giàn bán chìm (Semi Submersible Platform) Sau khi di chuyển vào vị trí thì giàn sẽ được cố định với thềm đáy biển bằng các phương pháp sau:

- Cố định thông thường (conventional positioning): theo tiêu chuẩn thì giàn sẽ được cố định bởi 08 neo (anchor) có kích thước rất lớn

- Cố định động (dynamic positioning): đây là hệ thống cố định có sử dụng các chân vịt định hướng được điều khiển bằng máy tính nhằm giữ cho giàn ở trạng thái tĩnh tương đối so với nền đáy biển, cũng như bù lại các lượng lệch hướng do gió, sóng hay dòng chảy gây ra

Các giàn bán chìm thường hoạt động phổ biến ở các vùng biển với chiều sâu của cột nước lớn hơn 200m (chiều sâu hoạt động lớn nhất hiện nay là 2.375m) Do các lợi thế về chiều sâu làm việc, khả năng độc lập tương đối với cấu tạo địa chất của nền đáy biển, tính ổn định tương đối trong các điều kiện biển không thuận lợi, cũng như khả năng di chuyển cao, giàn bán chìm được sử dụng rất nhiều cho các vùng biển nước sâu, có thời tiết không thuận lợi và đặc biệt là cho các mỏ dầu, khí được tìm thấy trong thời gian gần đây

Giàn bán chìm cũng có một nhược điểm là khi khai thác nó cần được neo giữ, mà

hệ thống neo giữ thường chiếm một không gian rất lớn, nên có thể ảnh hưởng đến các phương tiện đi lại trên biển

4 Giàn neo đứng (TLP hay Spars)

Giàn neo đứng có cấu tạo tương tự như giàn bán chìm, nó cũng bao gồm ba phần: thân, phao và hệ thống cột đỡ Điểm khác biệt là giàn neo đứng được cố định xuống

dưới đáy biển bởi các dây neo (thường được lắp ở các góc của giàn) thẳng đứng Sự kéo thẳng của các dây neo này chủ yếu là do sức đẩy của nước Do có cấu tạo tương tự như giàn bán chìm nên tính năng và hoạt động của giàn neo đứng cũng giống như của giàn bán chìm Có lẽ do điều này mà người ta cũng không phân biệt nhiều lắm giữa hai kiểu neo đứng và bán chìm Tuy nhiên do hệ thống neo rất kiên cố và có cấu tạo giống như chân đế giàn cố định, nên có quan điểm coi giàn neo đứng thuộc loại giàn cố định

Hình II.5 Giàn neo đứng (TLP hay Spars)

5 Cụm kết cấu đa năng: Giàn công nghệ và Kho chứa nổi (Floating Production & Storage Units, FPSU)

Cụm kết cấu này thường được xây dựng trên cơ sở chuyển đổi từ các tàu chở dầu

và đôi khi được chuyển đổi từ giàn bán chìm Cụm kết cấu này sẽ di chuyển vào vị trí định trước (thường là các giếng dầu đã được khoan sẵn và đã lắp đặt hệ thống bơm khai thác chìm ở dưới đáy biển), sau đó nó sẽ tiến hành việc khai thác và lưu chứa dầu Khi di chuyển đến vị trí định trước, tàu khoan sẽ được cố định tương đối so với thềm đáy biển bằng phương pháp neo thông thường (conventional positioning) hoặc bằng phương pháp cố định động (dynamic positioning) Do cấu tạo của nó là kết cấu dạng tàu cho nên tính linh động trong di chuyển của cụm FPSU này khá cao và chịu được các điều kiện sóng gió Chính vì thế cụm công trình này thường được sử dụng cho các giếng khoan nhỏ, không đủ sản lượng để xây dựng giàn khai thác, nằm ở khu vực sóng gió và xa bờ

Các hệ thống giàn khoan nêu trên chủ yếu được thiết kế để thực hiện khoan với

độ sâu lớn (hàng ngàn mét) phục vụ việc tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí Đối với công tác khoan nông (độ sâu vài chục mét đến vài trăm mét) thì trên thế giới chủ

các loại tàu khác, nhưng chúng có một khoảng hở rất lớn để đặt các thiết bị công nghệ (moon pool) Tàu khoan có thể được đóng mới hoặc được chuyển đổi, nâng cấp từ các dạng tàu khác Một đặc tính rõ ràng của tàu khoan là khả năng cơ động cực kỳ cao, ngoài ra nó còn có thể mang theo một lượng hàng dự trữ lớn, tuy nhiên độ ổn định làm việc của tàu khoan thì kém hơn so với giàn bán chìm Khi di chuyển đến vị trí định trước, tàu khoan sẽ được cố định tương đối so với đáy biển bằng phương pháp neo thông thường (conventional positioning) hoặc phương pháp cố định động (dynamic positioning)

Hình II.6: Giàn công nghệ và Kho chứa nổi (Floating Production & Storage

Units, FPSU) Nhìn chung, công tác khoan biển trên thế giới đã được thực hiện nhiều và có nhiều tiến bộ về khoa học, kỹ thuật Tuy nhiên, chủ yếu là các giàn khoan lớn (phục vụ tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí), giá thành rất cao Dưới đây là một số ví dụ:

Giàn Tự nâng: Ngày 19/12/2001 hai công ty Keppel FELS và ENSCO đã ký

hợp đồng thành lập liên doanh nhằm chế tạo một giàn khoan khai thác kiểu tự nâng chuyên dụng cho môi trường làm việc khắc nghiệt, ENSCO 102 Giàn này có thể làm việc được ở độ sâu 110m tại biển Bắc hoặc ở độ sâu 125m ở vịnh Mêhicô hay khu vực Đông Nam Á Giàn này trị giá khoảng 130 triệu đôla Mỹ và đã được hoàn thành vào đầu năm 2002 (Nguồn MarineTalk, Canada)

Giàn Bán chìm: Ngày 28/2/2002 công ty Hyundai Heavy Industries đã ký hợp

đồng trị giá 150 triệu đôla Mỹ với hãng Shell Exploration để chế tạo một giàn khoan khai thác dạng bán chìm (SS-FPU) có tải trọng khoảng 30.000 tấn Hợp đồng này hoàn tất vào tháng 12/2002 theo hình thức chìa khoá trao tay Giàn này được chế tạo theo phương pháp "Ghép nối boong trên bờ" (onshore deck mating" đối với hai phần: phần

trên (topside) và phần thân tàu (hull) Sau khi chế tạo người ta đã dùng cẩu để nâng giữ phần trên trong không gian, sau đó cho phần thân tàu trượt xuống dưới phần trên

và hàn lại với nhau

Đối với công tác khoan nông (độ sâu vài chục mét) trên biển, trên hồ (chủ yếu

để nghiên cứu địa chất công trình phục vụ lắp đặt giàn khoan) thì hầu hết sử dụng tàu khoan Tàu khoan có cấu tạo (vỏ tàu) tương tự như các loại tàu khác, nhưng chúng có một khoảng hở rất lớn để đặt các thiết bị công nghệ (moon pool) Tàu khoan có thể được đóng mới hoặc được chuyển đổi, nâng cấp từ các dạng tàu khác Một đặc tính rõ ràng của tàu khoan là khả năng cơ động cực kỳ cao, ngoài ra nó còn có thể mang theo một lượng hàng dự trữ lớn, tuy nhiên độ ổn định làm việc của tàu khoan thì kém hơn

so với giàn bán chìm Khi di chuyển đến vị trí định trước, tàu khoan sẽ được cố định tương đối so với đáy biển bằng phương pháp neo thông thường (conventional positioning) hoặc phương pháp cố định động (dynamic positioning)

Hình II.7 Tàu khoan sử dụng hệ thống neo động lực (Dynamic Positioning System) -

Khoan tại hồ Malawi (Đông Phi) Ngoài ra, đối với khoan địa chất tại một số hồ, trên thế giới người ta sử dụng các dạng giàn khoan lắp ghép bằng boongton, phao nổi (hình II.8, II.9)

Hình II.8 Máy khoan GLAD200 sử dụng phao nổi để khoan tại hồ Utak (Bắc

Mỹ) - có thể khoan sâu đến 200m

Hình II.9 Máy khoan GLAD800 sử dụng boongton để khoan tại hồ Titicaca,

Bolivia - có thể khoan sâu đến 800m

II.2 TRONG NƯỚC

Các giàn khoan trong nước chủ yếu là do nước ngoài chế tạo được các công ty dầu khí (trong và ngoài nước) khai thác, sử dụng Cụ thể như sau:

* 04 giàn do Vietsovpetro đã đưa vào vận hành trong thời gian gần đây là:

- Đại Hùng là giàn bán chìm, có chiều sâu hoạt động là 200 m, do Vietsovpetro

sở hữu và vận hành (tuy nhiên giàn này lại không được các tổ chức dầu khí trên thế giới thống kê)

- Tam Đảo là giàn tự nâng, có chiều sâu hoạt động là 85m, giàn này do

Vietsovpetro sở hữu và vận hành

- Cửu Long là giàn tự nâng, có chiều sâu hoạt động là 85m, giàn này do

Vietsovpetro sở hữu và vận hành

- Trident 09 là giàn tự nâng có chiều sâu hoạt động khoảng 125m, giàn này thuộc

sở hữu của công ty Transocean Sedco Forex và hiện đang do Vietsovpetro vận hành (thuê)

* Một số giàn khoan, tàu khoan do các công ty nước ngoài vận hành hiện đang thăm dò và khai thác dầu khí ở vùng biển Việt nam:

- Energy Searcher là tàu khoan có chiều sâu hoạt động khoảng 620m, tàu này

thuộc sở hữu của công ty Northern Offshore và hiện do công ty Nexen Petroleum vận hành (thuê)

- Ensco 057 là giàn tự nâng có chiều sâu hoạt động khoảng 90m, giàn này thuộc

sở hữu của công ty Ensco và hiện do công ty Unocal vận hành (thuê)

- Key Gibralta là giàn tự nâng có chiều sâu hoạt động khoảng 90m, giàn này

thuộc sở hữu của công ty Global SantaFe và hiện do tập đoàn JVPC vận hành (thuê)

- Ocean Epoch là giàn bán chìm có chiều sâu hoạt động khoảng 1850m, giàn này

thuộc sở hữu của công ty Diamond Offshore và hiện do tập đoàn BP vận hành (thuê) Trong những năm gần đây, Việt Nam đã ngày càng có nhiều tiến bộ trong công tác nghiên cứu, chế tạo các giàn khoan phục vụ thăm dò, khai thác dầu khí:

* Trong năm 2003, Liên doanh Công ty Dịch vụ Kỹ thuật Dầu khí (PTSC) và J.Ray McDermott đã hạ thủy thành công khối thượng tầng giàn công nghệ đầu giếng WHP-A từ bãi chế tạo của PTSC tại Vũng Tàu xuống xà lan để đưa ra lắp đặt tại mỏ

Sư Tử Đen thuộc lô 15-1 thềm lục địa Việt Nam Sự kiện này đánh dấu một mốc quan trọng trong quá trình thực hiện dự án "Thiết kế, mua sắm, chế tạo, vận chuyển, lắp đặt, chạy thử giàn công nghệ đầu giếng WHP-A, hệ thống đường ống ngầm và hệ thống kết nối đầu ống'' nằm trong dự án phát triển mỏ Sư Tử Đen giai đoạn I của CLJOC

* Ngày 6/3/2008, tại Cảng dịch vụ dầu khí Vũng Tàu, Tổng công ty Cổ phần Dịch vụ Kỹ thuật dầu khí (PTSC) đã phối hợp với các công ty trong và ngoài nước hạ thủy an toàn giàn khai thác giếng dầu Sông Đốc A (SDA) Giàn khai thác nặng 600 tấn thuộc dự án phát triển cụm mỏ Sông Đốc – Rạch Tàu - Khánh Mỹ - Phú Tân tại lô

46/02 ngoài khơi Việt Nam do Công ty điều hành chung Trường Sơn làm chủ đầu tư

* Dự án mua và đóng mới giàn khoan tự nâng 90m nước của Tổng Công ty Dầu khí đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt báo cáo nghiên cứu khả thi với tổng mức đầu tư 113,285 triệu USD (chưa bao gồm lãi vay trong thời gian xây dựng), trong đó, Tổng Công ty Dầu khí huy động 30%, còn lại là vốn vay ngân hàng

Đối với công tác khoan nông (độ sâu vài chục mét) trên biển (chủ yếu để nghiên cứu địa chất công trình phục vụ lắp đặt giàn khoan) thì ngành dầu khí ở Việt Nam thường sử dụng tàu khoan

Năm 2001, trong khuôn khổ chương trình hợp tác giữa Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam với Công ty Timah (Indonesia), công ty Timah đã đưa tàu khoan GEOTIN I (hình II.10) khảo sát ở vùng biển ven bờ các tỉnh Hà Tĩnh, Thừa Thiên Huế, Bình Thuận, đã khoan trên 2000m khoan với độ sâu vài mét đến 62m ở độ sâu 5-20m nước

Hình II.10 Tàu khoan biển nông Geotin I (Công ty Timah - Indonesia) Tuy nhiên, đối với các giàn khoan, tàu khoan dạng này đòi hỏi chi phí cao (chi phí chế tạo cũng như chi phí vận hành, khai thác, bảo dưỡng)

Để nghiên cứu địa chất công trình phục vụ xây dựng cảng biển, một số công ty tại Việt Nam đã tiến hành khoan biển nông, khoan trên sông trên cơ sở lắp đặt giàn khoan trên các kết cấu nổi (xà lan, tàu gỗ hay ghép nối các phao nổi) Công việc này

đã được tiến hành ở các dự án xây dựng cảng Dung Quất, Cái Lân, cầu Cần Thơ, Tuy đã được thực hiện ở một số nơi, nhưng hiện chưa có một đề tài cụ thể về nghiên cứu, chế tạo giàn kiểu này cũng như quy trình lắp đặt, vận hành Các công ty, cá nhân thực hiện công tác khoan này trên cơ sở vừa làm vừa đúc rút kinh nghiệm

Hình II.11 Sử dụng phao ghép làm giàn khoan biển (khu vực cầu Bãi Cháy)

Hình II.12 Giàn tự nâng 86 phục vụ thi công cảng Cái Lân (có thể khoan ở độ sâu

nước đến 11,5m)

CHƯƠNG III KẾT QUẢ CÔNG TÁC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO GIÀN

KHOAN III.1 XÂY DỰNG CƠ SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, VẬN HÀNH GIÀN KHOAN BIỂN NÔNG

Đề tài đã tiến hành nghiên cứu các chuyên đề để làm cơ sở khoa học cho việc thiết kế, chế tạo, vận hành giàn khoan, cụ thể gồm 03 chuyên đề sau:

- Tổng quan về điều kiện khí tượng thủy văn, hải văn đới biển ven bờ Việt Nam phục vụ nghiên cứu thiết kế giàn khoan

- Đánh giá cấu trúc và thành phần vật chất tầng nông vùng biển đến 15m nước

phục vụ thiết kế chế tạo giàn khoan và lựa chọn vị trí khoan thử nghiệm

- Xây dựng các yêu cầu kỹ thuật, an toàn vận hành của giàn khoan , bao gồm:

+ Xác định các thông số cơ bản của thiết bị nâng giàn khoan:

+ Xác định yêu cầu kỹ thuật của mặt sàn thi công khoan

+ Xác định yêu cầu kỹ thuật của thiết bị khoan + Xác định yêu cầu về hệ thống ống chống định hướng (đoạn ống ngoài cùng từ giàn khoan đến dưới đáy biển 5+10m)

+ Xác định yêu cầu về an toàn trong quá trình lắp đặt, vận hành giàn khoan

+ Xác định yêu cầu về việc định vị giàn khoan, neo, giá neo và tời neo + Xác định yêu cầu về nhân lực, thiết bị chủ yếu lắp đặt trên giàn khoan Kết quả chi tiết được trình bày tại các báo cáo chuyên đề trên, dưới đây chúng tôi chỉ trình bày khái quát những kết quả đạt được như sau:

III.1.1 Chuyên đề Tổng quan về điều kiện khí tượng thủy văn, hải văn đới biển ven bờ Việt Nam phục vụ nghiên cứu thiết kế giàn khoan

Tập thể tác giả đã tiến hành thu thập và xử lý các tài liệu về điều kiện khí tượng, hải văn đới biển ven bờ Việt Nam Kết quả chi tiết được trình bày tại báo cáo chuyên

đề kèm theo Dưới đây, chúng tôi chỉ tổng hợp một số kết quả chính, cụ thể như bảng sau:

Bảng III.1 Tổng hợp điều kiện khí tượng hải văn vùng biển ven bờ Việt Nam

STT Vùng Chế độ gió Chế độ dòng chảy Chế độ thủy triều

Có hướng từ bắc xuống nam

do có sự tồn tại của xoáy thuận vịnh Bắc Bộ Tốc độ trung bình khoảng 20- 30cm/s

Có chế độ nhật triều thuần nhất,

độ lớn triều trung bình khoảng 3 - 4m vào kỳ nước

STT Vùng Chế độ gió Chế độ dòng chảy Chế độ thủy triều

trung bình cả mùa đông lẫn và mùa hè khoảng

- Mùa hè: có gió hướng tây nam, hướng nam và hướng đông nam

Có hướng đi từ bắc xuống nam Tốc độ dòng thường

kỳ khoảng 20-25cm/s

Có chế độ nhật triều không đều là chủ yếu Độ lớn khoảng trên 3,0m vào kỳ triều cường

- Mùa hè: có gió hướng tây nam là chủ yếu

Cả mùa đông lẫn mùa hè dòng chảy thường kỳ đều có hướng từ bắc xuống nam và

đi dọc theo đường bờ Tốc

độ trung bình khoảng từ 20

- 25cm/s

Có chế độ bán nhật triều không đều Trong kỳ nước cường, độ lớn triều tại Cửa Tùng khoảng trên dưới 0,5m, tại Cửa Việt khoảng 0,4m

- Mùa hè: hướng gió thịnh hành là hướng Đông Nam, sau đó là hướng Tây và Tây nam

- Mùa đông: dòng chảy có

xu thế từ Bắc xuống Nam, tốc độ trung bình 20-25cm/s

- Mùa hè: tồn tại hai hướng dòng chảy ngược nhau, ở phía bắc đi xuống và phía nam đi lên để rồi cùng hoà nhập vào trường dòng chảy gió mùa Tây Nam ở vùng biển sâu, tốc độ trung bình 10-15 cm/s

Có chế độ nhật triều không đều

Độ lớn triều tại

Đà Nẵng khoảng trên dưới 1m, phía nam khoảng 1,5 – 2,0m (trong kỳ triều cường)

- Mùa hè: vùng phía bắc gió có hướng tây nam

và tây; vùng phía nam gió đông nam chiếm ưu thế

- Mùa gió Đông Bắc: dòng thường kỳ đi từ Bắc xuống Nam,

- Mùa gió Tây Nam: dòng thường kỳ có hướng từ Nam lên Bắc Nhìn chung tốc độ dòng chảy trung bình trong

cả hai mùa khoảng từ 15 - 25cm/s

Có chế độ nhật triều không đều, hàng tháng số ngày nhật triều chiếm khoảng 18-

20 ngày Độ lớn triều trong kỳ nước cường trung bình từ 1,3 -1,6m

- Mùa hè: gió hướng Tây và Tây Nam chiếm

ưu thế

- Có xu thế chảy về phía bắc trong mùa hè và xu thế chảy

về phía nam trong mùa đông, tốc độ trung bình từ 15-20cm/s

- Vùng phía bắc:

từ Khánh Hoà tới Phan Thiết có chế

độ thuỷ triều thuộc nhật triều không đều

- Vùng phía nam:

từ Phan Thiết trở vào mang tính

STT Vùng Chế độ gió Chế độ dòng chảy Chế độ thủy triều

chất bán nhật triều không đều

- Mùa hè: hướng gió thịnh hành là hướng Tây Nam và Tây

- Mùa đông: vùng ngoài khơi dòng có hướng tây nam với vận tốc trung bình là 10-

15 cm/s

- Mùa hè: dòng có hướng đông bắc, tốc độ trung bình khoảng 15- 20 cm/s

- Có chế độ bán nhật triều không đều Độ lớn triều khoảng từ 3-4 m trong kỳ nước cường và 1,5-2 m trong kỳ nước kém

- Mùa hè: hướng gió thịnh hành là Tây và Tây Nam

- Phía ngoài khơi: dòng chảy

có hướng từ phía Hà Tiên về

Cà Mau, với vận tốc trung bình từ 8-10 cm/s

- Ở ven bờ phía Tây: trong năm tồn tại hai hệ thống dòng chảy

+ Mùa đông: dòng thịnh hành có hướng từ Hà Tiên đi

về phía Cà Mau với tốc độ trung bình từ 5-8 cm/s

+ Mùa hè: dòng chảy có hướng từ Cà Mau về Hà Tiên với tốc độ trung bình từ

10-15 cm/s

Có tính chất nhật triều thuần nhất hoặc hơi không đều, với biên độ không lớn nhưng diễn biến khá phức tạp giữa nơi này và nơi khác

Độ lớn trung bình của thuỷ triều khoảng trên dưới 1,0 m

III.1.2 Chuyên đề Đánh giá cấu trúc và thành phần vật chất tầng nông vùng biển đến 15m nước phục vụ thiết kế chế tạo giàn khoan và lựa chọn vị trí khoan thử nghiệm

Các đặc điểm cơ bản về cấu trúc và thành phần vật chất tầng nông vùng biển ven

bờ Việt Nam được trình bày tại bảng III.2

Bảng III.2 Một số đặc điểm cấu trúc và thành phần vật chất vùng biển ven bờ Việt Nam Yếu tố cấu trúc

Đặc điểm thành phần vật chất

I Móng Cái -Đèo Ngang

- Phức nếp lồi Paleozoi Quảng Ninh

- Rìa trũng Sông Hồng

- Rìa Đông Nam đới Sông Mã, Sông Cả và đới Mesozoi Sầm Nưa

Đới Bạch Long Vĩ Đới (bồn) Sông Hồng Đơn nghiêng Thanh-Nghệ- Tĩnh

* Các thành tạo đá gốc đa dạng:

- Trầm tích lục nguyên thuộc hệ tầng Tấn Mài (O3- Stm), Cô Tô (O3- Sct), Sông Cả (O3 - S1 sc)

loạt Sông Cầu (D1sc), Hòn Gai (T3n-rhg), Đồng Đỏ (T3n-rđđ), Hà Cối (J1-2hc), Yên Châu (Kyc)

Cấp đất đá đặc trưng: từ cấp IV đến cấp VI (có thể có cấp VII)

- Các đá lục nguyên – cacbonat thuộc các hệ tầng Dưỡng Động (D1-2dđ), Bản Páp (D1bp), Bãi

Cháy (P3bc), Đồng Trầu (T2a đt) Cấp đất đá đặc trưng: từ cấp IV đến cấp VII

- Đá vôi hệ tầng Cát Bà (C1cb), hệ tầng Bắc Sơn (C-Pbs) Cấp đất đá đặc trưng: từ cấp IV đến

cấp VI

- Các phức hệ magma chủ yếu ở khu vực Thanh - Nghệ - Tĩnh: PhiaBioc (G/T3n pb), Hải Vân

(G/T3hv); Bản Muồng (G/J-K bm), Chà Vằn (Gb/T3cv) Cấp đất đá đặc trưng: từ cấp VII đến cấp

X

* Trầm tích Đệ tứ lộ trên đáy biển chủ yếu có tuổi Holocen với thành phần đa dạng từ sạn sỏi đến bùn, bột, sét Trong đó, trầm tích hạt thô (sạn sỏi, cát sạn) thường phân bố ở bãi triều các mũi nhô, các đảo lộ đá gốc, trầm tích hạt mịn (cát bùn, bùn cát, bột sét) gặp nhiều ở các vịnh Hạ Long, Bái Tử Long, Lan Hạ, Diễn Châu Cấp đất đá đặc trưng: từ cấp I đến cấp III (chủ yếu là cấp II - III)

II Đèo Ngang -

Sơn Trà

Rìa Đông Nam đới Sông Cả, Mesozoi Hoành Sơn

Phụ bồn Huế

Đặc điểm thành phần vật chất

đặc trưng: từ cấp VII đến cấp X

* Trầm tích Đệ tứ lộ trên đáy biển có thành phần chủ yếu là cát, cát bùn, ít hơn là sạn sỏi, cát sạn Các vũng vịnh ở khu vực này thường có trầm tích đáy là cát pha bùn sét Cấp đất đá đặc trưng: từ cấp I đến cấp III (chủ yếu là cấp II - III)

III Sơn Trà-Cà Ná

Rìa khối KonTum, Tam Kỳ, Phước Sơn

và đông nam

Đà Lạt

Đới Quảng Nam-

IV Cà Ná -Vũng Tàu Rìa nam Đà Lạt đông

Rìa bắc đới (bồn) Cửu Long, đới núi lửa Cù Lao Thu

* Đá gốc chủ yếu là các đá magma có thành phần acit - trung tính thuộc hệ tầng Nha Trang, phức hệ Đèo Cả và lộ rải rác ở các mũi nhô Cấp đất đá đặc trưng: từ cấp V đến cấp VIII

* Trầm tích Đệ tứ đặc trưng là cát giàu di tích sinh vật (vụn vỏ sò, ốc) Cấp đất đá đặc trưng: từ cấp I đến cấp III (chủ yếu là cấp II - III)

V Vũng Tàu-Cà Mau Tâm trũng Cửu Long

Đới (bồn) Cửu Long,

và đới nâng Côn Sơn

* Đá gốc gặp ít ở khu vực Vũng Tàu và quần đảo Côn Sơn: chủ yếu là các đá magma axit - trung tính thuộc hệ tầng Nha Trang, phức hệ Đèo Cả Cấp đất đá đặc trưng: từ cấp V đến cấp VIII

* Trầm tích Đệ tứ lộ trên đáy biển đặc trưng là hạt mịn: cát mịn, cát bùn, bùn cát, bùn sét Cấp

Đặc điểm thành phần vật chất

đất đá đặc trưng: từ cấp I đến cấp III (chủ yếu là cấp II - III)

VI Cà Mau -Hà Tiên

Đới Phú Quốc - Hòn Khoai

Đới nâng Phú Quốc-Hòn Khoai Đới (bồn) Malay-Thổ Chu

* Đá gốc gặp lộ rải rác dọc đường bờ và hệ thống đảo ven bờ với thành phần đa dạng, bao gồm:

- Đá trầm tích lục nguyên hệ tầng Phú Quốc (K1 pc), Hòn Nghệ (T2 hn) Cấp đất đá đặc trưng: từ

III.1.3 Xây dựng các yêu cầu kỹ thuật, an toàn vận hành của giàn khoan

Trên cơ sở nghiên cứu các chuyên đề như đã nêu trên và tiến hành hội thảo lấy

ý kiến rộng rãi của các chuyên gia kỹ thuật, các nhà quản lý, chúng tôi đã đưa ra được các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu để phục vụ thiết kế giàn khoan (chi tiết trình bày tại các báo cáo chuyên đề của đề tài) như sau:

a Các yêu cầu chung

- Chắc chắn, độ lắc nhỏ để có thể phục vụ thi công khoan trong điều kiện gió ≤ cấp 3

- Có tính cơ động cao: dễ dàng tháo lắp, di chuyển bằng thuyền, tàu, ô tô

- Có thể neo nghỉ trong điều kiện gió cấp 4, di chuyển trong điều kiện gió cấp 5-6

- Đủ sức nâng cho toàn bộ thiết bị, vật tư, nhân lực

- Vật liệu sử dụng phù hợp với môi trường biển

b Các yêu cầu cụ thể: cụ thể được trình bày tại bảng sau:

Bảng III.3 Các yêu cầu kỹ thuật phục vụ thiết kế giàn khoan

1

Các thông số cơ

bản của thiết bị

nâng giàn khoan

Thiết bị nâng giàn khoan được lắp ráp bằng hệ thống phao nổi (thùng phi) đảm bảo các yêu cầu sau:

- Hệ thống phao nổi phải đảm bảo sức nâng cho toàn bộ thiết bị, vật tư, dụng cụ, con người (cụ thể xem mục 5 của bảng này)

- Đảm bảo mặt bằng làm việc khoảng 40-50m2 trong đó bố trí ~ 10m2 để lắp phòng điều khiển (lắp đặt thiết bị điện tử như máy đo sâu, định vị )

- Có hệ thống lan can, lưới bao đảm bảo an toàn khi thi công cho người và dụng cụ

- Thuận tiện cho việc tháo lắp, vận chuyển (bằng ô tô, tàu ): các bộ phận của giàn khoan có kích thước: rộng tối

đa 2m, dài tối đa 5m, cao tối đa 2m

- Trang bị đầy đủ thiết bị an toàn hàng hải: bộ đàm, phao

STT NỘI DUNG YÊU CẦU KỸ THUẬT

cứu sinh, phao và áo phao cá nhân

- Trong quá trình khoan lấy mẫu, biên độ dịch chuyển ngang tối đa 10cm

4

Yêu cầu về việc

định vị giàn

khoan, neo, giá

neo, tời neo

- Việc định vị vị trí thả neo (dự kiến 4 chiếc) tạo thành các góc xấp xỉ 900 để đảm bảo các neo chịu lực tương đối đều nhau

- Hệ thống neo, giá neo và tời neo đảm bảo đồng bộ để có thể kéo, thả neo dễ dàng; đảm bảo sự ổn định của giàn phục

2 Thiết bị chủ yếu trên giàn khoan bao gồm:

- Các thiết bị, dụng cụ đã xác định rõ chủng loại (máy khoan, cần khoan, dung dịch khoan, định vị, đo sâu, nước ngọt ) có tổng khối lượng ~5000kg

- Các thiết bị chưa xác định được khối lượng, công suất, chủng loại (neo, giá neo, tời neo, khung giàn khoan, ):

khối lượng được tính toán khi thiết kế chi tiết giàn khoan

III.2 KẾT QUẢ CÔNG TÁC THIẾT KẾ GIÀN KHOAN ĐỊA CHẤT BIỂN

NÔNG

Sau khi đã có được các yêu cầu kỹ thuật cơ bản về giàn khoan, chúng tôi đã

phối hợp với Công ty TNHH một thành viên Tư vấn – Thiết kế - Công nghệ tàu thủy

và Dịch vụ hàng hải (Viện Khoa học Công nghệ tàu thủy) để tiến hành thiết kế giàn

khoan Sản phẩm của công tác thiết kế gồm các bản vẽ thiết kế kỹ thuật, bản vẽ thiết

kế thi công kèm theo thuyết minh, cụ thể được trình bày theo các bảng sau:

Bảng III.4 Danh mục bản vẽ thiết kế kỹ thuật giàn khoan

I Thiết kế tổng thể giàn khoan - Phần

1 Thuyết minh chung GKN.09/H.101

2 Tính mạn khô GKN.09/H.101

07

II Thiết kế phần thiết bị gắn kết nâng

8 Tính nghiệm bền kết cấu GKN.09/H.201 27 3 Bộ

TT Tên hồ sơ bản vẽ Ký hiệu Số tờ Ghi chú

14 Ván boong và kết cấu mặt boong GKN.09/H.203 02 3 Bộ

15 Kết cấu cabin (buồng điều khiển) GKN.09/H.204 02 3 Bộ

3 Bộ

23 Bố trí thiết bị chằng buộc GKN.09/H.304 01 3 Bộ

24 Thiết bị cứu sinh cứu hoả GKN.09/H.305 01 3 Bộ

VI Thiết kế hệ thống điện - Phần điện

25 Thuyết minh điện - VTĐ GKN.09/E.101 04 3 Bộ

31 Hệ thống điện hàng hải GKN.09/E.105 03 3 Bộ

Bảng III.5 Danh mục bản vẽ thiết kế thi công giàn khoan địa chất biển nông

1 Quy trình chế tạo và lắp ráp giàn khoan nông GKN.QT 10 3 Bộ

2 Bản vẽ mối liên kết bulông GKN.BL 1 3 Bộ

STT Tên bản vẽ Kí hiệu Số tờ Ghi chú

Kết cấu block 1T GKN.LR.01T 9 3 Bộ Bản vẽ chi tiết Block 1T GKN.CT.01T 19 3 Bộ

Kết cấu block 1P GKN.LR.01P 9 3 Bộ Bản vẽ chi tiết Block 1P GKN.CT.01P 19 3 Bộ

Kết cấu block 2T GKN.LR.02T 9 3 Bộ Bản vẽ chi tiết Block 2T GKN.CT.02T 22 3 Bộ

Kết cấu block 2P GKN.LR.02P 9 3 Bộ Bản vẽ chi tiết Block 2P GKN.CT.02P 21 3 Bộ

Kết cấu block 3T GKN.LR.03T 9 3 Bộ Bản vẽ chi tiết Block 3T GKN.CT.03T 17 3 Bộ

Kết cấu block 3P GKN.LR.03P 9 3 Bộ Bản vẽ chi tiết Block 3P GKN.CT.03P 17 3 Bộ

Kết cấu block 4T GKN.LR.04T 9 3 Bộ Bản vẽ chi tiết Block 4T GKN.CT.04T 21 3 Bộ

Kết cấu block 4P GKN.LR.04P 9 3 Bộ Bản vẽ chi tiết Block 4P GKN.CT.04P 20 3 Bộ Kết quả của công tác thiết kế được trình bày chi tiết tại các bản vẽ và thuyết minh như các bảng trên, dưới đây chúng tôi chỉ trình bày các nét khái quát về giàn khoan địa chất biển nông, cụ thể như sau:

III.2.1 Giới thiệu chung giàn khoan

III.2.1.1 Giàn khoan và công dụng:

Giàn khoan địa chất biển nông là giàn khoan không tự hành được và làm công tác khoan ven biển để thăm dò địa chất

Giàn khoan là hệ thống phao nổi gồm hai panel được liên kết với nhau thành dạng “tàu hai thân” bằng các thanh giằng ngang Mỗi panel gồm 4 block mỗi block gồm 16 thùng phi được cố định bởi khung bao bằng thép Toàn bộ kết cấu được liên kết với nhau bằng bulông có thể tháo rời hoàn toàn xếp gọn lên xe ôtô vận chuyển đến

vị trí mới để lắp đặt

III.2.1.2 Vùng hoạt động và cấp tàu:

Giàn khoan địa chất biển nông hoạt động được ở vùng sông (cấp SI), hồ và ven biển

- Chiều dài thiết kế

- Qui phạm phân cấp và đóng phương tiện thủy nội địa TCVN 5801:

- Qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN 6259-2B: 200

- Qui phạm vật liệu và trang thiết bị TCVN 6259-7: 2003

- Qui phạm trang bị an toàn tàu biển TCVN 6278: 2003

- Qui phạm phòng, phát hiện và chữa cháy TCVN 6259-5: 2003

- Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1 – Nhà xuất bản GTVT

III.2.2 Bố trí chung

Xem bản vẽ bố trí chung GKN.09/H.104

III.2.2.1 Dưới boong chính

Để đảm bảo sức nâng cho toàn bộ thiết bị, vật tư, dụng cụ và con người giàn được chia làm 8 block, mỗi block gồm 16 thùng phuy

- Nước ngọt được bố trí đều trong 4 thùng phuy Mạn trái 2 thùng, mạn phải 2 thùng (xem bản vẽ số GKN.09/H.104 (2/5))

- Dung dịch khoan bố trí trong 4 thùng phuy, 2 thùng mạn trái và 2 thùng mạn phải (xem bản vẽ số GKN.09/H.104 (2/5))

III.2.2.2 Boong chính

Boong chính được bố trí như sau (xem bản vẽ số GKN.09/H.104 (5/5)):

- Từ lái đến giữa giàn: phía sau lái hai bên mạn bố trí tời neo, neo và cột bích Ở giữa bố trí nhà điều khiển, trong đó bố trí các dụng cụ và thiết bị

- Từ mũi về giữa giàn: phía mũi hai bên mạn bố trí tời neo, neo và cột bích Phía mũi đặt một máy phát tại tâm giàn, lùi về giữa giàn đặt mẫu vật

- Khu vực giữa giàn khoan: hai bên bố trí 2 máy nổ, ở giữa giàn là hệ thống khung giàn khoan

Hình III.1 Mặt cắt đứng của giàn khoan

Hình III.2 Mặt cắt ngang của giàn khoan địa chất biển nông

III.2.3 Kết cấu

III.2.3.1 Kết cấu thân giàn

Kết cấu chung của giàn khoan theo bản vẽ số GKN.09/H.202.01 gồm 2 panel (kích thước 9.635 x 1.95 x 1.22(m)) (L x B x H) được liên kết với nhau bằng 20 thanh giằng ngang (I 100 x 4.5 + 55 x 7.2) phía trên và phía dưới

- Panel: mỗi panel gồm 4 block được liên kết với nhau bằng bulông (xem bản

- Phòng điều khiển: có diện tích khoảng 8m2, sử dụng khung inox φ45 x 3, các thanh giằng φ32 x 2 và hệ thống bạt che mưa (xem bản vẽ số GKN.09/H.204)

- Tháp khoan: gồm 3 chân (mỗi chân cao khoảng 5-7m) được làm bằng thép ống φ98 x 6 Tháp được gắn kết với giàn bằng hệ thống bulông đảm bảo chắc chắn (xem bản vẽ số GKN.09/H.302.02)

III.2.3.2 Kích thước các cơ cấu: được trình bày tại bảng sau:

Bảng III.6 Kích thước các cơ cấu giàn khoan địa chất biển nông

1 Thanh giằng ngang I 100 x 4.5 + 55 x 7.2

Hình III.3 Kết cấu cơ bản mạn của giàn khoan

Hình III.4 Kết cấu cơ bản boong của giàn khoan

Hình III.3 Kết cấu cơ bản mạn của giàn khoan

Hình III.4 Nút kết cấu giàn khoan

III.2.4 Trang thiết bị

III.2.4.1 Thiết bị neo

- Loại: neo Matroxov

- Số lượng neo: 04 cái

- Khối lượng mỗi neo: 75kg

- Cáp thép : ф 11.5mm (loại 6 x 24 + 7)

- Tổng chiều dài cáp: 125m

- Lực kéo đứt cáp: 55KN Tời kéo neo: tời điện khoảng 1,5KW, trọng lượng khoảng 300kg

Máy phát: ba pha, công suất 10KW, trọng lượng khoảng 200kg

Ảnh III.1 Tời neo của giàn khoan địa chất biển nông

Ảnh III.2 Neo Matroxov

Ảnh III.3 Máy phát điện 3 pha đặt trên giàn khoan