Tìm hiểu giàn tự nâng

Khi giàn tới vị trí, nó nâng lên, tựa vào đáy biển và do áp lực lên đáy biển nhẹ hơn, thường là nhỏ hơn 500-600 psf pound per square foot, hệ thống nâng thân chính lên mà không cần đặt t

Tìm hiều giàn tự nâng

I. Sơ lược

1) Khái niệm

Giàn tự nâng là: giàn khoan di động, loại giàn chìm, nâng hạ chân đế không cần dùng phao

2) Lịch sử:

Jack up đầu tiên được chế tạo năm 1954 Người thiết kế

Jack-up đầu tiên trên thế giới : Robert Gilmour

LeTourneau (1888-1969) đã thiết kế cho Zapata Oil ( công ty của George Herbert Walker Bush-tổng

thống thứ 41 của Mỹ)

Trong lịch sử đã xuất hiện 2 loại Jack up phổ biến nhất: + Loại có dùng tấm thép đặt trên đáy biển để đỡ gian khoan

( Mat type )

Dạng này thường có 3 chân dạng ống trụ với đường kính 8-12ft Khi giàn tới vị trí, nó nâng lên, tựa vào đáy biển

và do áp lực lên đáy biển nhẹ hơn, thường là nhỏ hơn 500-600 psf (pound per square foot), hệ thống nâng thân chính lên mà không cần đặt tải giằng Bethlehem Steel Corp đóng mẫu này nhiều nhất vào khoảng

1950-1980

Ưu điểm chính của chúng là chế tạo dễ dàng với giá thành rẻ và không để lại dấu vết gì tại địa điểm khoan Tuy nhiên chúng có những nhược điển nhất định sau:

• Chúng rất dễ bị ảnh hưởng bởi các nhân tố trên đáy biển ( đáy biển buộc phải bằng phẳng )

• Chúng di chuyển rất chậm do ống và thân chính rất lớn và cần nhiều tàu kéo Chân chống dễ bị mài mòn bởi chân vịt

• Hạn chế mở kho chứa

• Dễ bị lật bởi sóng to và gió mạnh

• Chỉ đạt khoảng 250-275 ft là tối đa

Do những nhược điểm trên mà gần như chúng đã đi vào quên lãng

+ Loại chân đế độc lập ( Idependent-leg type) đa số các giàn tự nâng đều thuộc loại này cho dù có rất nhiều mẫu thiết kế khác nhau ( Ở Việt Nam hiện đang có 7 giàn tự nâng 4 của Vietsov, 3 của PVD, 2 chiếc đang đóng mới- đều thuộc loại này )

Hiện nay trên thế giới có khoảng ( ) giàn tự nâng, số liệu cập nhật ngày ( ) trong đó có ( %) đang hoạt động ( %) đang được đóng mới và sửa chữa,hoán cải ( %) đang trong quá trình chờ hợp đồng…

+ Ngoài ra có 1 số loại Jack up nhưng không phải là giàn khoan, mà là Jack up lift boat

Qua quá trinh dài phát triển và cải tiến hiện nay đã có 1

số giàn tự nâng có thể hoạt động ở mực nước sâu

500-625 ft

Giàn tự nâng có các mục đích sử dụng sau:

 Khoan thăm dò

 Khoan khai thác

 Sửa giếng

 Cứu hộ

 Vận chuyển

 Thăm dò (xem clip)

II. Ưu điểm- nhược điểm

1) Ưu điểm

a) Chi phí đóng mới thấp Điều này dễ thấy do kết cấu của Giàn tự nâng tương đối đơn giản, không yêu cầu các kết cấu kiểm soát sự ổn định khi vận hành như các loại giàn bán chìm hay tàu khoan

b) Dễ dàng cải tiến, nâng cấp Việc nâng cấp hay cải tiến giàn khá dễ dàng như việc tăng độ cao của chân giàn, thay các thiết bị khoan, thiết bị nâng…

c) Di chuyển tương đối nhanh và ổn định

Di chuyển bằng tàu kéo ( thường là 3 tàu, tốc độ tương đối nhanh )

(xem clip Một giàn khoan di động, di chuyển qua eo biển Bosphorus ở vận tốc 5knot/m, tốc

độ gió 10kmp trong 8 giời tới biển đen.) d) Chi phí khoan thấp

Việc này có được là do + cần ít người vận hành hơn + không tốn chi phí neo giữ + không cần thiết bị subsea khi khoan 2) Nhược điểm

a) Giới hạn chiều sâu nước

Chiều sâu lớn nhất mà giàn tự nâng có thể đạt được mới là khoảng 600ft

b) Phụ thuộc vào điều kiện đáy biển Điều kiện đáy biển không tốt, có thể gây ra sự

cố, mất an toan trong quá trình nâng thả c) Không chắc chắn, dễ xảy ra sự cố, chi phí đảm bảo an toàn lớn hơn

Do kết cấu, giàn tự nâng không thể chống chịu với điều kiện gió bão hay sóng biển quá lớn Điều kiện thời tiết cực đoan có thể gây hỏng hoặc lật giàn khoan

III. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

1) Thân chính

Là 1 kết cấu có dạng bản vỏ, thường có cấu tạo hình tam giác

Kết cấu vỏ bao gồm: Sàn trên, sàn dưới, sàn trung gian, sàn thao tác, vách bao xung quanh, các vách dọc bằng thép tấm và các kết cấu dầm, xương gia cường

Thân chính chia làm nhiều khoang gồm:

 Buồng máy

 Buồng bơm bùn

 Buồng máy phụ

 Kho chưa dụng cụ và thiết bị

 Các két chứa DDK

 Các két nước dằn

 Các két nước sinh hoạt

Trên mặt boong chính( sàn trên cùng bố trí hệ thống đường ống, đường dẫn dịch chuyển,tháp khoan, các hệ thống bơm, hệ thống cẩu, khu nhà ở và trực

thăng…

Khối nhà ở trên giàn Tam Đảo 01

(chụp từ tháp khoan)

2) Chân giàn Chân giàn khoan được chế tạo bằng thép cường độ cao có kết cấu kiểu thanh giằng được liên kết với nhau.Chân giàn có thêm dạng

thanh răng cho quá trình nâng hạ, dùng cơ cấu truyền bánh răng-thanh răng Chân giàn có khả năng chịu dòng chảy, chịu sức gió, chịu sóng

Chân giàn khoan Tam Đảo 03

3) Cụm tháp khoan

Cụm tháp khoan là tổ hợp kết cấu-thiết bị quan trọng nhất của các giàn khoan tự nâng Cụm tháp khoan gồm: Hệ thống dầm, kết cấu đỡ sàn khoan, sàn khoan và các hệ thống trượt

 Hệ thống trượt dầm có nhiệm vụ trượt tháp khoan tới vị trí cần khoan (theo

phương dọc)

 Hệ thống trượt sàn khoan, có nhiệm vụ trượt tháp khoan theo phương ngang

 Sàn khoan có nhiệm vụ nâng đỡ tháp khoan và các vật tư, thiết bị phục vụ công tác khoan

 Tháp khoan: phục vụ công tác khoan ( các cơ cấu trượt đều sử dụng cơ cấu truyền động cơ khí, bánh răng-thanh

răng, lực đẩy tới khoảng 120 tấn, tốc độ trượt khoảng 2m/phút)

4) Nguyên lý hoạt động Khi đưa giàn tới vị trí cần khoan bằng các phương tiện kéo thì ta tiến hanh hạ chân giàn xuống biển ( vị trí ta hạ chân giàn cần được khảo sát trước tới chiều sâu gấp 1,2 lần chiều sâu dự kiến Sau khi hạ chân xong thì ta tiến hành nâng sàn công tác lên một chiều cao thiết kế để làm việc Trong quá trinh này, việc nạp trước tải trọng là bắt buộc để đưa chân đế vào đáy biển trước khi thân chính được kéo lên khỏi mặt nước Trong suốt quá trình, giàn tự nâng dễ dàng gặp nguy hiểm từ thời tiết và việc lún không đều các chân đế, ví dụ: 1 chân phá vỡ qua 1 bề mặt cứng, đặt những chân khác vào một momen uốn lớn hơn Thông thường, sóng biển vào khoảng 5-8 ft thì mới có thể nâng thân chính lên được Nếu thân chính chòng chành, lắc lư, dập dềnh tới mức mà chân giàn đã gắn với đáy biển đặc biệt nếu nó quá chặt, chân đế có thể bị phá hủy

Trình tự nạp tải trọng thường được tiến hành theo từng giai đoạn, với việc thân chính không bao giờ cao quá 5ft so với mực nước biển để

bảo vệ an toàn khỏi việc lún không đều các chân đế Nếu đáy biển mềm và chứa sét thì thường không phải tiến hành quá 7 lần, mất khoảng từ 7-12 tiếng Hệ thống bơm bơm nước biển vào thùng chứa nước giằng, tăng trọng lượng cho thân chính và đưa chân giàn vào đáy biển quá trình cứ tiếp tục như vậy cho tới khi chân giàn không thể tiến sâu hơn nữa trong đáy biển quan niệm là để đưa chân đế trong 1 lần được dự đoán là sẽ gặp khó khăn Tuy

nhiên thế hệ mới có những chiếc có khả năng đặt tải trong 1 lần, với bộ nâng đủ mạnh để nâng toàn bộ giàn với nước giằng trong 1 lần

do đó chịu ảnh hưởng ít hơn từ thời tiết qua

đó, có thể chấp nhận rằng giàn tự nâng dễ bị phá hủy nhất trong quá trình nâng

(kết thúc bằng việc xem clip và đặt câu hỏi)

*** bonus về sáng tạo về giàn tự nâng của Vietsov

PetroTimes) - Hằng năm, nhiều công trình

của ngành Dầu khí đã được tôn vinh về những thành tích trong lao động sáng tạo, mà lực lượng nòng cốt là thanh niên Vừa qua, 2 công trình của Đoàn TNCS Hồ Chí Minh Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam đã được Trung ương đoàn vinh danh tại Festival “sáng tạo trẻ” toàn quốc lần thứ VI, năm 2013.

Tại giàn khoan Tam Đảo 02

Công trình “Mở rộng sàn CTU tăng giới hạn khoan thăm dò cho giàn khoan Tam đảo 02” của đoàn viên Lương Xuân Mạnh, Viện Nghiên cứu Khoa học, Liên doanh Việt - Nga

(Vietsovpetro) được đánh giá rất cao Từ tháng 8/2010, giàn Tam Đảo 02 là giàn khoan tự nâng được Vietsovpetro sử dụng vào việc khoan thăm dò, khai thác và sửa giếng trong vùng biển có độ sâu lên đến 115m nước Quá trình khoan thăm dò, định tâm ống khoan được thực hiện bằng sàn đỡ thiết bị căng ống chống

CTU (Conductor Tensioner Unit) hay còn được gọi là sàn CTU Cấu tạo sàn CTU của giàn Tam Đảo 02 gồm hai sàn chính: Sàn cố định được liên kết với vách tàu bằng khớp bản lề và

thanh treo Sàn di động có thể trượt trên giàn

cố định để tăng vị trí khoan thăm dò của giàn.

Thi công hạng mục cửa nhận nước Nhà máy Nhiệt điện Vũng Áng 1

Nhược điểm của sàn CTU có thể nhận thấy: chiều dài của giàn Tam Đảo-02 có thể khoan được các giếng xa 22,7m nhưng với khả năng sàn CTU này chỉ khoan được các giếng xa nhất

là 10,527m Do thời tiết và hệ thống định vị, việc di dời giàn tự nâng là một thiết bị nổi nặng gần hai chục ngàn tấn vào đúng chính xác đến 1m là rất khó khăn Thực tế khi đã vào đúng tọa độ, chống chân lên lấy cân bằng lại giàn thì sai số lên đến trên dưới 1m Lúc này việc hạ lại giàn để lấy lại tọa độ chính xác là hầu như không thể Vì vậy việc tăng khả năng vươn xa cho CTU để có thể khoan đúng tọa độ hoặc di dời vào đúng giếng để khoan là rất cần thiết Chính về vấn đề này, tác giả đã đưa ra giải pháp nối dài dầm của sàn CTU để mở rộng

giới hạn khoan thăm dò của giàn mà không ảnh hưởng tới kết cấu ban đầu của sàn CTU Giải pháp được đưa ra là thiết kế dầm nối dài cho sàn di động Dầm nối dài phải đáp ứng được yêu cầu thực tiễn và đảm bảo khả năng làm việc an toàn trong quá trình khoan Dầm nối dài được tổ hợp từ thép tấm có bề dày lớn nhất là 40mm Với dầm nối dài này, sàn khoan thăm dò của giàn Tam Đảo 02 có thể khoan thêm một dãy giếng nữa theo tiêu chuẩn an toàn của Vietsovpetro Có thể thấy hiệu quả kinh tế rất rõ từ sáng tạo này Không cần phải dịch giàn để khoan giếng khoan hoặc khoan các giếng đã có kết cấu định vị đầu giếng

ngầm (Sub-sea template) mà vẫn thi công được ở những vị trí xa hơn Từ đó khắc phục những tốn kém do công việc dịch giàn Mở rộng giới hạn khoan thăm dò cho giàn Tam Đảo 02 từ 6,98m đến 13m Từ đó tăng khả năng cho việc di chuyển vào đúng vị trí giếng khoan.

Sau khi áp dụng sáng kiến này sẽ tiết kiệm chi phí cho 5 ngày di chuyển giàn để đưa giàn vào

vị trí mới là 774.230USD Tiết kiệm chi phí thuê tàu lặn, kéo, rải neo… là 333.360USD Như vậy tổng số tiền tiết kiệm trong thời gian

5 ngày di dời giàn là 1.107.590USD Ngoài ra, sáng kiến này đã góp phần quan trọng để giàn Thỏ Trắng được đưa vào hoạt động vào ngày 29/6/2013 vượt kế hoạch 15 ngày và góp phần chặn đà suy giảm sản lượng dầu khai thác của Vietsovpetro trong năm 2013.

Sản phẩm “Mở rộng sàn CTU tăng giới hạn khoan thăm dò cho giàn Tam Đảo 02” đã thể hiện được tính sáng tạo, tinh thần dám nghĩ, dám làm của thế hệ trẻ Vietsovpetro Sáng kiến này có thể được áp dụng cho các giàn có kết cấu sàn CTU tương tự như giàn Tam Đảo

02 (ví dụ: giàn Tam Đảo 01, Tam Đảo 03 ) khi

cần mở rộng các vị trí khoan trong công tác khoan tìm kiếm, thăm dò dầu khí.