Những thành tựu về công trình biển của VN "m
Tổng hợp các sự cố điển hình về công trình biển ở VN và biện pháp khắc phục 1 Điểm qưa một số sự cố điển hình trên thế giới - ¿555 c<2cccrecereriersrrrrrrrree 18 2 Phân loại sự cố về công trình biển ở Việt Nam và các nguyên nhân gây ra sự cố 2.1 Phân loại sự cố của các công trình biển ở Việt Nam
Nguyên nhân gây ra sự cố
2.2.1 Nguyên nhân gây sự cố các công trình biển thép móng cọc trên nền san hô (DKT) `
Tất cả các công trình biển thép móng cọc trên nền san hô đã gặp sự cố, trong đó có hai công trình gặp sự cố mức 3.
Các công trình DKTI móng cọc trên nền san hô sử dụng cọc ống thép có đường kính 720mm và độ dày 20mm, được đóng sâu khoảng 20m vào nền san hô Sau khi hoàn tất việc đóng cọc, quy trình tiếp theo là bơm xi măng vào khe hở giữa cọc và ống chính, cũng như phần trống giữa cọc và nền do san hô bị vỡ trong quá trình đóng cọc.
Sau khi hoàn thành xây dựng, nhiều công trình DKI thường gặp phải hiện tượng rung lắc mạnh khi có gió bão Nguyên nhân của sự rung lắc này có thể dẫn đến các sự cố nghiêm trọng.
Khi thực hiện việc đóng cọc, phần san hô dưới mũi cọc thường bị phá vỡ do tác động của lực búa, và điều này không được khắc phục do tính chất làm việc dồn của san hô.
Mặc dù đã thực hiện bơm trám xi măng vào phần tiếp giáp, nhưng vẫn chưa có hồ sơ nào chứng minh được việc quản lý chất lượng và độ đặc chắc của lớp vữa sau khi bơm Điều này dẫn đến việc các công trình trên nền san hô bị ảnh hưởng bởi sóng biển, gây ra va đập giữa cọc và nền, cũng như biến dạng dư hoàn toàn của nền san hô Sau một thời gian khai thác, các công trình DKI xây dựng trên nền san hô đã gặp phải tình trạng rung lắc mạnh do ngàm chân cọc bị lún sâu theo thời gian.
- _ Nguyên lý này phần nào được sáng tỏ trong thí nghiệm hiện trường đã báo cáo trong đề tài KC.09-11 [18]
Khi ngàm hạ thấp và lớp san hô tiếp giáp với cọc bị phá vỡ, khả năng chịu nhổ của cọc giảm sút, dẫn đến nguy cơ công trình bị nhổ Nếu không được gia cố kịp thời, công trình sẽ gặp nguy hiểm và có thể bị đổ, như trường hợp DKI/5 và DKI/6 đã bị đổ vào năm 1998 và 1999 do thiếu biện pháp gia cố.
Trường ĐH Xây dựng (Viện XDCTB): Báo cáo Kết quả NCKH Dé tai cdp NN - KC.09.16 (2003-05) -21 -
Hình 2, Sự làm việc của cọc thép chịu tải trọng động trên nền san hô
Nguyên nhân chính gây ra sự cố mức 2 và mức 3 ở các công trình thép móng cọc trên nền san hô (DKD) là do lựa chọn sai giải pháp móng Cụ thể, việc sử dụng phương án móng cọc trên nền san hô và thi công bằng phương pháp đóng cọc không được khuyến nghị.
2.2.2 Nguyên nhân gây sự cố các công trình dầu khí biển
Hoạt động sản xuất của con người, khi thiếu ý thức hoặc quản lý kém, có thể ảnh hưởng đáng kể đến độ bền của công trình Ngoài ra, việc thi công không đảm bảo chất lượng theo thiết kế cũng là một nguyên nhân quan trọng dẫn đến vấn đề này.
Hoạt động khai thác dầu khí trên biển diễn ra sôi động, tuy nhiên, các va chạm giữa phương tiện nổi và thiết bị thi công có thể gây ra những khuyết tật nghiêm trọng cho kết cấu công trình.
2.2.2.2 Do tích luỹ ứng suất vượt quá giới hạn cho phép
Sau một thời gian khai thác, nhiều công trình gặp phải hiện tượng nứt, đứt mối hàn và chọc thủng Những sự cố này không xảy ra ngay lập tức sau khi thi công mà là kết quả của việc tích lũy biến dạng theo thời gian.
3 TỔNG HỢP CÁC SỰ CỐ VỀ CÔNG TRÌNH DẦU KHÍ BIỂN
3.1.1 Các sự cố mức 1 ở các công trình phục vụ Quốc phòng (DKĐ
Sự cố mức 1 sảy ra chủ yếu do các kết cấu bị sóng lớn tác động gây biển đạng cục bộ, hoặc phá huỷ các bộ phận kết cấu
Trường ĐH Xay dựng (Viên XDCTB): Báo cáo Kết quả NCKH Đề tài cấp NN - KC.09.16(2003-05) -32 -
Hình 3 dưới đây là ảnh chụp cầu thang bị sóng đáng gây biến dạng lớn phải đỡ bỏ ở DKI/14
Các bộ phận kết cấu trong môi trường biển dễ bị rỉ sét do ăn mòn Nếu không được bảo dưỡng kịp thời, những vết rỉ này có thể dẫn đến sự cố nghiêm trọng, ảnh hưởng đến an toàn hoạt động của công trình.
Hình 3, a) Cầu thang gẫy ở DKI/14, b) Thép thượng tầng bị rỉ
3.1.2 Các sự cố mức 1 ở các công trình dâu khí biển
Các sự cố mức 1 trong các công trình dầu khí biển chủ yếu do con người, va chạm, ăn mòn và kết cấu hoặc liên kết không đủ khả năng chịu lực Những vấn đề này có thể dẫn đến sự phá hủy cục bộ của cấu trúc hoặc liên kết Các khuyết tật do những nguyên nhân này được minh họa qua các hình ảnh dưới đây.
Hình 4: Khuyết tật do con người gây ra
Trường ĐH Xây dựng (Viện XDCTR): Báo cáo Kết quả NCKH Đề tài cấp NN - KC.09.16 (2003-05) -23 -
Hình 5: Khuyết tật do va chạm với các phương tiện nổi hoặc do va chạm với các vật rơi từ thượng tầng
Hình 6: Mối hàn bị phá huỷ, nút liên kết bị chọc thủng
'Trường ĐH Xây dựng (Viện XDCTB): Báo cáo Kết quả NCKH Đề tài cấp NN - KC.09.16 (2003-05) - 24 -
Hình 7: Kết cấu chân đế bị rỉ và bị nứt sau khi rỉ
Trường ĐH Xây dựng (Viện XDCTB): Báo cáo Kết quả NCKH Đề tài cấp NN - KC.09.16 (2003-05) - 25 -
3.2.1 Hiện tượng rung lắc các công trình DKT
Các sự cố mức 2 chủ yếu xảy ra tại các công trình phục vụ Quốc phòng, đặc biệt là các công trình thép móng cọc trên nền san hô, đã bị rung lắc mạnh.
Hình 8, Ảnh chụp DKI/14 từ tầu Trường Sa - 2001
Trong quá trình khai thác công trình, sự rung lắc ngày càng gia tăng do cọc thép ép nát các tinh thể san hô còn tiếp xúc Khi chiều sâu ngàm tăng dần, dao động của công trình trở nên mạnh mẽ hơn, dẫn đến hiện tượng rung lắc lớn.
Lý do gây rung lắc trong quá trình thi công hoặc khai thác công trình là do cọc thép đã ép nát san hô, dẫn đến việc lực ma sát giữa cọc và nền bị mất hoàn toàn, từ đó làm giảm khả năng chịu nhổ của cọc một cách đáng kể.
Các phương án công trình biển nhẹ tối thiểu (MOSS)
CÁC PHƯƠNG AN CONG TRINH BIEN NHE TO! THIEU (MOSS)
1.1 Nhu cầu khai thác các mỏ nhỏ
Tài nguyên dầu khí đã được khai thác từ thế kỷ 20, nhưng việc khai thác ngoài biển bắt đầu từ giữa thế kỷ này Nhu cầu năng lượng toàn cầu ngày càng tăng đã thúc đẩy mạnh mẽ việc khai thác dầu khí ở các khu vực chưa được khai thác trước đây, đặc biệt là các mỏ nhỏ và mỏ vùng nước sâu Hai khu vực này đang là động lực chính cho sự phát triển của các công nghệ mới trong ngành công nghiệp dầu khí toàn cầu.
Trong phần tiếp theo của Báo cáo, chúng tôi sẽ trình bày các giải pháp CTB nhằm khai thác hiệu quả các mỏ nước sâu Bên cạnh đó, chúng tôi cũng sẽ giới thiệu những giải pháp mới về CTB hỗ trợ việc khai thác các mỏ nhỏ.
Cách đây gần 2 thập kỷ, việc phân loại mỏ công nghiệp của thế giới theo trữ lượng mỏ (sau khi thẩm lượng) như sau:
- Mỏ trung bình : 100 — 300 triệu tấn
Trong giai đoạn hiện nay, các mỏ dầu có trữ lượng lớn hơn 300 triệu tấn được ưu tiên, trong khi những mỏ dưới 50 triệu tấn thường bị đóng cửa do không đáp ứng được chi phí khai thác với các cấu trúc truyền thống có tuổi thọ thiết kế trên 20 năm Để giải quyết vấn đề này, vào thập kỷ 90, các Tập Đoàn Dầu khí đã phát triển Dàn nhẹ tối thiểu (MOSS - Minimal Offshore Support Structures), giúp giảm chi phí xây dựng và cho phép khai thác các mỏ nhỏ hơn 50 triệu tấn, từ đó mở rộng phân loại các mỏ có tính thương mại.
Mỏ rất nhỏ: 100 triệu thùng (14 triệu tấn) - 50 triệu tấn
1.2 Sự phát triển loại CTB nhẹ tối thiểu (MOSS)
1.2.1 Định nghĩa Dàn nhẹ MOSS Định nghĩa MOSS được xây dựng dựa trên chức năng, quy mô của công trình và đặc điểm của kết cấu chân đế dưới đây là:
Trường ĐH Xây dựng (Viện XDCTB): Báo cáo Kết quả NCKH Dé tai cap NN - KC.69.16 (2003 - 2005)
Dàn được xây dựng tại vùng nước nông và vừa, có quy mô nhỏ với ít hoặc không có giếng khai thác Trên dàn không trang bị thiết bị khoan, xử lý, chế biến và chứa đựng, thường không có người ở hoặc chỉ có một số lượng nhỏ Đặc điểm nổi bật của dàn nhẹ là cấu trúc đơn giản, với phần đế lớn và phần thân nhỏ dần khi lên cao.
1.2.2 Xu hướng phát triển Dàn nhẹ tối thiểu
Trong bối cảnh giá thành đầu khí ngày càng tăng, các nhà đầu tư trong lĩnh vực dầu khí đang tìm cách giảm chi phí sản xuất, bắt đầu từ việc giảm chi phí xây dựng Sự suy giảm trữ lượng mỏ và sự xuất hiện của các mỏ trữ lượng thấp đã thúc đẩy các công ty nghiên cứu các loại hình kết cấu mới nhằm giảm giá thành xây dựng bằng cách tối ưu hóa khối lượng vật liệu và thời gian thi công, đặc biệt là trên biển Các kết cấu dàn nhẹ kiểu khung truyền thống đang được cải tiến để giảm số lượng ống chính và tối ưu hóa hình thức kết cấu của panel Gần đây, các công ty hàng đầu như Mustang Engineering, INC; CBS Engineering, INC; và Atlanta Offshore Limited đã phát triển thế hệ dàn nhẹ mới gọi là MOSS (Minimum Offshore Support Structure), với mục tiêu xây dựng công trình có quy mô nhỏ nhất, thời gian thi công ngắn nhất và giá thành thấp nhất, đồng thời vẫn đáp ứng đầy đủ yêu cầu của chủ đầu tư trong ngành công nghiệp dầu khí.
Xu thế chung phát triển các CTB kiểu MOSS là:
(1) Dạng kết cấu: Kết cấu được tối ưu hoá về hình thức liên kết, giảm thiểu tác động của tải trọng môi trường lên công trình
Trọng lượng kết cấu đang được giảm thiểu nhờ vào việc phát triển các phương pháp thiết kế nhẹ, bao gồm việc điều chỉnh tiết diện của các thanh biên đứng tại từng đoạn và thay đổi tại các nút có ứng suất tập trung.
Phát triển dàn nhẹ vệ tinh và kết cấu đỡ đầu giếng là xu hướng mới, giúp tiêu chuẩn hóa kết cấu và trang thiết bị, đồng thời đảm bảo công nghệ đơn giản, tin cậy, giảm trọng lượng và hạ giá thành.
Trường ĐH Xây dựng (Viên XDCTB): Báo cáo Kết quả NCKH Đề tài cấp NN - KC.09.16 (2003 - 2005)
Xu hướng tăng kích thước các cọc chính trong thi công công trình biển đang diễn ra mạnh mẽ, với đường kính cọc tăng từ khoảng 750 - 1000mm lên tới 1500 - 2000mm Sự thay đổi này giúp giảm bớt hoặc loại bỏ hoàn toàn cọc phụ, từ đó đơn giản hóa kết cấu tổng thể và rút ngắn thời gian thi công.
(5) Tăng khả năng của thiết bị đóng cọc
(6) Thiết kế tối ưu giải pháp ghép nối các block trên thượng tầng
1.2.3 Một số kiểu dàn nhẹ MOSS điển hình
Hình 1: Một số kiểu Dàn nhẹ phát triển từ đạng Dàn Jacket
Hình 2: Dạng Dàn thay đổi nhiều theo chiều cao, có từ 3 - 4 ống chính
Hình 3: Dạng Dàn có Í trụ đơn và 3 cọc
Hình 1: Dàn nhẹ tối thiểu kiểu “gần truyền thống” (iackeÐ)
Trường ĐH Xây dựng (Viện XDCTR): Bứo cáo Kết quả NCKH Đề lài cấp NN - KC.09.16 (2003 - 2005)
CÀ Se Nhu RT] iS Ne
Hinh 3: Dan nhe mot tru don 3 coc
Xây dựng các phương án MOSS cho điều kiện Thềm lục địa Janm Việt Nam, với độ sâu nước từ 50 m tại mỏ Bạch Hồ - Bể Cửu Long đến 100 m tại mỏ Lan Tây - Bể Nam Côn Sơn.
Trường ĐH Xây dựng (Vien XDCTB): Báo cáo Kết quả NCKH Đề tài cấp NN - KC.09.16 (2003 - 2005)
2 Lựa chọn các phương án MOSS cho điều kiện nước sâu 50 m TLĐ Nam VN 2.1 Giới thiệu 3 phương án
2.1.1.Phân tích các thông số đầu vào phục vụ thiết kế
Vùng mỏ Bạch Hồ có độ sâu nước lý tưởng, với mức nước từ 40m đến 100m, cho phép áp dụng các kiểu dàn nhẹ đã được nghiên cứu.
Mục tiêu của dự án là xây dựng một công trình khai thác dầu khí với quy mô từ 1 đến 6 giếng, tập trung vào chức năng khai thác mà không có nhiệm vụ khoan Do đó, các kiểu dàn nhẹ được lựa chọn cần phải có mặt thắng đứng để tàu khoan hoặc Tackup có thể tiếp cận để thực hiện việc khoan.
Chúng ta sẽ lựa chọn một trong các kiểu dàn tối thiểu dạng khung chịu lực ống đứng, bao gồm 3 cọc hoặc 4 cọc, hoặc đàn nhẹ với một trụ đơn 3 cọc hoặc 4 cọc để tiến hành tính toán Các kiểu đàn nhẹ và thông số đặc trưng đã được trình bày trong chuyên đề 01, 02 liên quan đến sản phẩm SPO7 Trong khuôn khổ của đề tài, chúng ta sẽ tập trung vào việc tính toán và lựa chọn phương án cho các kiểu dàn này.
Hinh 5 Dan nhe Kinng dimg 4 éng chinh
Trường ĐH Xây dựng (Viện XDCTB): Báo cáo Kết quả NCKH Đề tài cấp NN - KC.09.16 (2003 - 2005)
Hình 5 Dàn nhẹ khung chịu lực ống đứng 3 cọc (TP25)
Hướng công trình sẽ được xác định dựa trên vị trí cụ thể của đàn trong nội bộ mỏ, nhằm đảm bảo yêu cầu công nghệ và tính hợp lý về chịu lực Trong nghiên cứu này, giả định rằng hướng đặt công trình sẽ theo hướng Đông Bắc.
Tải trọng thượng tầng được xác định cho loại đàn nhẹ BK 6 giếng, với mục tiêu lựa chọn các kiểu đàn nhẹ tối thiểu Dữ liệu này dựa trên một dàn nhẹ BK 6 giếng đã được xây dựng tại mỏ Bạch Hổ, với tải trọng thượng tầng P„ đạt 5680 kN.
