(Luận án tiến sĩ) Phân Tích, Đánh Giá Và Đề Xuất Giải Pháp Tối Ưu Cân Bằng Giàn Khoan Tự Nâng

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<i>Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 2 năm</i>

<i>2024</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>NG¯âI H¯àNG DÀN: NG¯T. TS. LÊ VN VANG PGS. TS. Đ¾NG XUÂN KIÊN </b>

<i>Thành phố Hồ Chí Minh,</i>

<i>tháng 2năm</i>

<i>2024</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>LỜI CAM ĐOAN </b>

Tôi xin cam đoan luÁn án tiÃn sĩ vái đÅ tài: <Phân tích, đánh giá và đÁ xuÃt giÁi

<b>pháp tái °u cân bÁng giàn khoan tā nâng= là cơng trình nghiên cąu căa cá nhân tơi </b>

d°ái să h°áng d¿n khoa học căa NG¯T. TS. Lê Văn Vang và PGS. TS. Đặng Xuân Kiên. Các kÃt luÁn và kÃt quÁ trình bày trong luÁn án mang tính trung thăc, khơng thăc hiËn sao chép d°ái bÃt kỳ hình thąc nào và từ bÃt kỳ ngn tài liËu nào. Nßi dung tham khÁo từ các tài liËu đÅu đã đ°ÿc trích d¿n, và ghi ngn tài liËu tham khÁo đúng theo

<b>quy đánh. </b>

<b>Thành phá Hß Chí Minh, ngày 25 tháng 2 năm 2024 </b>

<b>TrÅn Ti¿n Đ¿t</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>LỜI CÁM ƠN </b>

Sau thãi gian tiÃn hành triÇn khai nghiên cąu và hoàn thành LuÁn án, Nghiên cąu sinh xin bày tò lũng kớnh trng v bit Ân sõu sc tỏi các thÅy – NG¯T. TS. Lê Văn Vang, PGS.TS Đặng Xuân Kiên đã dành nhiÅu tâm sąc, thãi gian đÇ h°áng d¿n và đóng

<b>góp nhāng ý kiÃn quý giá trong suát quá trình nghiên cąu. </b>

Nghiên cąu sinh xin chân thành cÁm ¢n Ban Giám hiËu Tr°ãng Đ¿i học Giao thơng vÁn tÁi Thành phá Hß Chí Minh, ViËn Đào t¿o sau đ¿i học, ViËn C¢ khí đã t¿o điÅu kiËn thn lÿi đÇ Nghiên cąu sinh hồn thành nhiËm vā nghiên cąu.

Nghiên cąu sinh xin bày tß lũng bit Ân sõu sc n cỏc thy/cụ trong hòi đßng, các nhà khoa học, các đßng nghiËp đã có các góp ý quý báu cho Nghiên cąu sinh trong quá trình thăc hiËn LuÁn án này.

Nghiên cąu sinh by tò lũng bit Ân tỏi Bỏ m v gia đình, đã ln đßng viên, chia s¿, ăng hß và giúp đỡ Nghiên cąu sinh v°ÿt qua khó khăn đÇ hồn thành Ln án.

Mặc dù đã có nhiÅu cá gÃng trong suát quá trình nghiên cąu, nh°ng nghiên cąu sinh nhÁn thÃy mình v¿n cịn thiÃu kiÃn thąc và kinh nghiËm thăc tiÉn, nên ln án khơng thÇ tránh khßi thiÃu sót và h¿n chÃ.

Nghiên cąu sinh rÃt mong nhÁn đ°ÿc ý kiÃn đóng góp quý báu từ các nhà khoa học đÇ hồn thành ln án tát nhÃt.

<b>Thành phá Hß Chí Minh, ngày 25 tháng 2 năm 2024 </b>

<b>Nghiên cąu sinh </b>

<b>TrÅn Ti¿n Đ¿t </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>TÓM TẮT </b>

HiËn nay, hÅu hÃt các ngành công nghiËp nh° sÁn xuÃt khai thác dÅu khí, sÁn xt nhăa đ°ãng, hóa dÅu, các ngành thép, thăy điËn, nhiËt điËn, viËc điÅu khiÇn tă đßng và tái °u hố tồn bß hË tháng là hÃt sąc cÅn thiÃt. Đặc biËt vái să phát triÇn căa lý thut và cơng nghË thơng minh giúp con ng°ãi linh ho¿t h¢n trong vÁn hành khai thác các nhà máy, hË tháng tă đßng, qua đó tăng khÁ năng làm viËc đßc lÁp căa các cơng trình ngồi kh¢i. Trong bái cÁnh đó, ngành cơng nghiËp ngồi kh¢i, hiËn nay đang đóng vai trị quan trọng trong kinh tà quác gia cũng nh° các n°ác khác, và tng bỏc phỏt triần nhm trỏnh ph thuòc cụng nghậ n°ác ngoài. Các nghiên cąu trong n°ác gÅn đây, vái thành tău đ°ÿc ra đãi từ cām cơng trình khoa học và công nghË cÃp Nhà n°ác "Nghiên cąu thiÃt kà chi tiÃt và ąng dāng cơng nghË đÇ chà t¿o, lÃp ráp và h¿ thăy giàn khoan tă nâng å đß sâu 90m n°ác phù hÿp vái điÅu kiËn ViËt Nam", theo đánh giá căa Hßi đßng chuyên ngành cÃp nhà n°ác, là cơng trình có giá trá rÃt cao vÅ công nghË, đ°ÿc ąng dāng thành công và có hiËu q trong các cơng trình trọng điÇm qc gia. Các đÅ tài này tÁp trung cơng nghË đÇ chà t¿o, lÃp ráp và h¿ thăy giàn khoan tă nâng å đß sâu 90m, các cơng nghË vÅ điÅu khiÇn hồn tồn sÿ dāng n°ác ngồi.

Thăc tà khi khÁo sát các thà hË giàn khoan tă nâng (Jack-up Rig – JuR), các cơng trình nghiên cąu trong và ngồi n°ác, phân tích tình hình ąng dāng cơng nghË và học thuÁt liên quan, cho thÃy các nghiên cąu vÅ hË tháng tă đßng phāc vā giàn khoan đang đ°ÿc phát triÇn theo xu thà sÿ dāng trí tuË nhân t¿o trong tái °u hóa nhÅm đÁm bÁo an tồn, tiÃt kiËm năng l°ÿng, nâng cao đß chính xác và án đánh bÅn vāng cho hË tháng.

<i>Từ đó, ln án đặt vÃn đÅ nghiên cąu <Phân tích, đánh giá và đề xuất giải pháp tối ưu </i>

<i>cân bằng giàn khoan tự nâng= nhÅm giÁi quyÃt các luÁn iầm cú nòi dung nh sau: a) </i>

Phõn tớch, tỏng hÿp cÃu t¿o, chąc năng căa các hË tháng điËn c trờn JuR, i sõu phõn tớch chuyần òng và mơ hình tốn học căa hË tháng nâng h¿ (Jacking system - JS), và nhÁn d¿ng các yÃu tá gây sai sá và Ánh h°ång đÃn quá trình nâng h¿ giàn trong q trình điÅu khiÇn, đặc biËt xem xét tái Ánh h°ång căa tác đßng nhiÉu mơi tr°ãng, sai sỏ c khớ,

<i>sai sỏ thy òng hc cựng vái các Ánh h°ång không mong muán khác; b) BÅng cách </i>

phân tích tốn học các u tá Ánh h°ång khơng mong mn trong q trình nâng h¿, Ln án đÅ xuÃt các giÁi pháp tăng chÃt l°ÿng, tính án đánh, să an toàn, tiÃt kiËm năng l°ÿng cho hË tháng bÅng khÁo sát vỏi phÂng phỏp iu khiần vi tích phân tß lË

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

(Proportional integral derivative - PID) và <i>mã PID (Fuzzy PID); c) Dăa trên lô-gic mã </i>

(Fuzzy logic), bò iu khiần mó tỏi u by n (Fuzzy Particle swarm optimization - FPSO) đÅ xuÃt giÁi pháp điÅu khiÇn có cÃu trúc linh ho¿t và các giá trá tham sá căa hàm mã đ°ÿc tái °u hóa đÇ khơng nhāng thích nghi đ°ÿc sai sá, tái °u hóa cÃu trúc điÅu khiÇn mà cịn đÁm bÁo tính án đánh bÅn vāng cho hË tháng nâng h¿ trong các chà đß làm viËc. Māc tiêu tái °u năng l°ÿng đ°ÿc cÁi tiÃn trên nÅn bß FPSO bÅng cách phát triÇn thêm hàm māc tiêu mái cho q trình tái °u hóa cũng đ°ÿc trình bày trong nßi dung này. d) Cuái cùng, luÁn án đÅ xuÃt giÁi thuÁt mã tă thích nghi dăa trên tht tốn tái °u bÅy đàn PSO (PSO-SAFC). KÃt quÁ là, SAFC thông qua tiêu chuẩn án đánh Lyapunov luôn duy trì să án đánh trong các điÅu kiËn giÁ đánh, và do đó, điÅu khiÇn mã tă thích nghi PSO-SAFC đ°ÿc coi là đáp ąng tát nhÃt vái sai sá và nhiÉu khơng xác đánh trong q trình hË tháng làm viËc.

ĐÇ thăc hiËn các māc tiêu trên, đÅu tiên luÁn án tiÃn hành phân tích táng quan cỏc gii phỏp x lý sai sỏ c khớ, òng học, Ánh h°ång căa môi tr°ãng và các kỹ thuÁt hiËn đ¿i trong quá trình nâng h¿ giàn khoan. Từ đó, xác đánh đ°ÿc các khó khăn trong nghiên cąu đái t°ÿng này chă yÃu gây båi các yÃu tá tỏc òng khụng mong muỏn n gin, c bn bao gßm: sóng, gió, dịng chÁy, các sai sá mơ hình và sai lËch tham sá là các nguyên nhân chính gây ra să mÃt án đánh cho JS. H¢n nāa, bên c¿nh viËc giÁi quyÃt trăc tiÃp các yÃu tá nêu trên, luÁn án xác đánh ph°¢ng án xÿ lý mÅm cho phép hË tháng thích nghi vái mọi să Ánh h°ång khơng mong mn trong q trình ho¿t đßng, và logic mã đ°ÿc lăa chọn nh° mßt giÁi pháp tát trong h°áng nghiên cąu căa luÁn án. BÅng cách thÿ nghiËm giÁi thuÁt PID và PID mã, b°ác đÅu luÁn án khÁo sát hË tháng vái kÃt q mơ phßng cho thÃy đáp ąng đ°ÿc nh°ng ch°a đ¿t chÃt l°ÿng cao, đặc biËt khÁ năng thích nghi cịn thÃp. TiÃp theo, thơng qua phân tích mơ hình húa chuyần òng ca hậ nõng h, lun ỏn xõy dăng bài tốn tái °u hóa cÃu trúc điÅu khiÇn mã cho JS vái giÁi thuÁt tái °u bÅy đàn (PSO), và må rßng khÁo sát trong các điÅu kiËn làm viËc, thu thÁp các kÃt q bÅng mơ phßng đã cho thÃy să khÁ thi. Cũng trong h°áng nghiên cąu này, luÁn án đÅ xuÃt mßt hàm māc tiêu nhÅm tiÃt kiËm năng l°ÿng trong mơ hình mã dăa trên tái °u bÅy đàn (FPSO) nâng cao, các kÃt q mơ phßng cho thÃy tính khÁ quan và là tiÅn đÅ đÇ phát triÇn giÁi thuÁt trọng tâm căa luÁn án å phÅn tiÃp theo. Cuái cùng, nhÅm giúp hË tháng gia tăng să án đánh và tă thích nghi trong q trình điÅu khiÇn, ln án đÅ xt v phỏt triần gii phỏp ton diận hÂn vỏi mụ hình mã tă thích nghi dăa trên

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

tht tốn tái °u bÅy đàn. Trong đó, vÅ mt lý thuyt, bò iu khiần xut vỏi cỏc ràng bußc đ°ÿc chąng minh án đánh tiËm cÁn vái tiêu chuẩn Lyapunov. Sau khi thiÃt lÁp giÁi thuÁt, kiÇm nghiËm bÅng mơ phßng Matlab, kÃt q cho thÃy đáp ąng căa hË tháng đÁm bÁo tính án đánh, chÃt l°ÿng tát trong hÅu hÃt các tr°ãng hÿp vái các điÅu kiËn thãi tiÃt khác nhau.

Liên quan đÃn thÿ nghiËm nhÅm kiÇm chąng lý thuyÃt và h°áng tái áp dāng giÁi thuÁt đÅ xuÃt vào thăc tÃ, luÁn án tiÃn hành xây dăng mơ hình vÁt lý (theo mơ hình thc đÅ tài cÃp Bß giao thơng vÁn tÁi, mßt d¿ng giàn khoan tă nâng vái hË tháng truyn òng 3 chõn). Trung tõm iu khiần c lp trình nhúng trên Matlab thơng qua vi xÿ lý STM32F746NG. Bß xÿ lý trung tâm nhÁn giá trá vá trí và h°áng di chuyÇn căa thân giàn khoan, đọc vá trí và h°áng thăc tÃ, căn cą đ°a ra lËnh iu khiần hậ thỏng iận c a thõn gin n điÇm đặt. KÃt q thÿ nghiËm b°ác đÅu thành cơng vái giÁi thuÁt mã PID và FPSO. Cuái cùng, tác ò x lý ca STM32F746NG chớnh l mòt nhc iầm khi hË tháng ch¿y cùng lúc nhiÅu giÁi thuÁt tán thãi gian xÿ lý nh° PSO và Fuzzy, giÁi thuÁt nhúng đÇ khÁo sát trên các vi xÿ lý tác ò cao hÂn ầ ỏnh giỏ v õy cng l mòt trong cỏc hỏng phỏt triần ca Lun ỏn.

<i><b>T khóa </b></i><b>– Giàn khoan tă nâng, sai sá c¢ khí, tiÃt kiËm năng l°ÿng, tái °u bÅy </b>

đàn, logic mã, k thut iu khiần, c khớ chớnh xỏc, khuch i đßng học.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>ABSTRACT </b>

Currently, the automatic control and optimization of the comprehensive system are essential in the majority of sectors, including oil and gas production and exploitation, asphalt manufacture, petrochemicals, steel industries, hydroelectricity, and thermal power. The ability to operate independently of off-shore work has increased, especially with the development of intelligence theory and technology, which has helped individuals be more flexible in running and utilizing factories and automation systems. In that light, the offshore sector, which is extremely important to the national economy as well as the economies of other nations, is progressively growing to reduce reliance on overseas technology. According to the assessment of the Specialized Council, recent domestic studies with scientific and technological achievements born from the state-

<i>level Science and Technology project cluster "Researching detailed design and </i>

<i>manufacture, assembly and launch technology of jackup rig under 90m water in accordance with the conditions of Vietnam</i>" have very high value in terms of science and technology successfully and effectively applied in national key projects.

It is possible to view the studies on the automated process supporting the rig by investigating various jack-up rig generations, local and international research projects, analyzing the application of associated technologies, and academics. Drilling is being developed following the current trend of applying artificial intelligence in optimization to guarantee safety, save energy, increase accuracy, and guarantee system stability. The

<i>thesis then states the research question, "Analyzing, assessing and proposing optimized </i>

<i>solutions for balancing the jack-up rig</i>" to address the issues listed below: a) Analyze and synthesize the motion and mathematical model of the JS, as well as the structure and operation of the electromechanical systems on the jack-up rig, and pinpoint the errors-causing variables that influence the lifting and lowering process during the control process, particularly taking into account the influence of environmental disturbance, mechanical error, and hydrodynamic error, as with other undesirable effects; b) By mathematical analysis of undesirable affecting factors in the lifting and lowering process, the thesis creates recommendations for improving quality, stability, safety, and energy savings for the system through a fuzzy PID and PID control techniques to survey; c) The fuzzy controller PSO (FPSO), which is based on fuzzy

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

logic, offers a control solution with a flexible structure and optimized parameter values of the fuzzy function to not only adapt to errors, optimize the control structure, but also ensure sustainable stability for the lifting system in operating modes. This material also includes an enhanced energy optimization objective based on the FPSO suite that was created by developing a new objective function for the optimization process.

The thesis examines methods for handling mechanical faults, kinematics, environmental factors, and recent approaches in lifting and lowering the rig to achieve the aforementioned goals. Then, it was determined that the challenges in studying this item were mostly brought on by elements that had negative impacts on the rig, including waves, wind, currents, and model flaws. The primary reasons for the lifting system's instability are parameter variation, and in addition to explicitly addressing the concerns, the thesis determines fuzzy logic as a soft handling option that enables the system to adjust to any undesired effects during operation and chosen as a feasible prospect in the thesis's study direction. The system was evaluated by using the fuzzy PID and PID algorithms, and simulation results indicated that the system was receptive but not of high quality, particularly the adaptability remained inadequate. The thesis then implements the issue of optimizing the fuzzy control structure for the JS with the particle swarm optimization algorithm (PSO), expanding the study in operational conditions, and gathering results by simulation has demonstrated its effectiveness. In keeping with this line of research, the thesis suggests an objective function for energy conservation in the advanced FPSO model. The satisfactory simulation findings serve as a basis for the development of the FPSO's fundamental algorithm in the next section. The thesis proposes and develops a more complete solution using a self-adaptive fuzzy model based on the swarm optimization algorithm to support the system in increasing stability and self-adaptation in the control process. Theoretically, the proposed controller with established constraints is stable in regards to the Lyapunov criteria as an asymptotic outcome. The results of algorithm testing on a Matlab simulation demonstrate that the system's reaction generally guarantees stability and excellent quality under a variety of weather situations.

The thesis goes on to develop a physical model (based on the experiment model under the Ministry of Transport's project, a kind of jack-up rig) concerning the

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

experiment to test the theory and the application of the proposed algorithm in practice by selecting STM32F746NG microprocessor-based embedded control system for Matlab. The central processor receives the rig body's position value and movement direction, reads the actual position and direction, and then sends orders to command the electromechanical system to move the rig body to the designated location. The fuzzy PID and FPSO algorithms showed promising preferably results. Last but not least, the STM32F746NG's processing speed is a weakness when the system employs several time-consuming algorithms like PSO and Fuzzy, which must be integrated to conduct a study on other faster processors for evaluation, and this is also one of the thesis's development directions.

<i><b>Keywords </b></i><b>– Jack-up Rig, mechanical error, energy saving, particle swarm </b>

optimization, fuzzy logic, control engineering, precision mechanics, dynamic amplification factor.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

DANH MĀC CÁC THUÀT NGĀ VIÂT TÂT... xvii

DANH MĀC CÁC HÀM VÀ BIÂN Sà... xviii

Mä ĐÄU ...1

1. Tính cÃp thiÃt căa đÅ tài...1

2. Māc tiêu, đái t°ÿng, ph¿m vi và ph°¢ng pháp nghiên cąu ...2

2.1. Māc tiêu nghiên cąu...3

2.2. Đái t°ÿng nghiên cąu...3

2.3. Ph¿m vi nghiên cąu...3

2.4. Ph°¢ng pháp nghiên cąu...4

3. Ý nghĩa khoa học và thăc tiÉn...4

4. Đóng góp mái căa luÁn án...,...5

5. Bá cāc luÁn án ...5

CH¯¡NG 1. TàNG QUAN VÄ GIÀN KHOAN TĂ NÂNG ...6

1.1. Táng quan vÅ giàn khoan ...6

1.2. Các hË tháng th°ãng dùng trong nâng h¿ giàn khoan...13

1.2.1. Mô tÁ ho¿t đßng căa giàn ...13

1.2.2. HË tháng nâng h¿ giàn khoan sÿ dāng c¢ khí ...17

1.2.3. HË tháng nâng h¿ giàn khoan sÿ dāng thăy lăc ...20

1.3. Mô tÁ toán học táng quát cho hË tháng nâng h¿ giàn khoan...20

1.3.1. KÃt cÃu thân giàn...20

1.3.2. KÃt cÃu chân và đà cháng lún...22

1.3.3. KÃt cÃu Cơng xơn ...25

1.3.4. HË ph°¢ng trình toỏn hc tỏng quỏt chuyần òng theo 3 trc ca hË thángnâng h¿...26

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

1.4. Mơ hình tốn chuyần òng nõng - h rỳt gn ca JuR ... 30

1.5. Đặc điÇm căa hË tháng nâng h¿ trong quá trình làm viËc ... 33

2.3.3. Sai lËch do ăn mịn điËn hóa ... 52

2.4. GiÁi pháp xÿ lý sai sá và să thay đái tÁi bÃt đánh ... 53

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

3.4.2. Tái °u tham sá PID bÅng logic mã ... 64

3.5. Mơ phßng – đánh giá giÁi pháp ... 66

3.5.1. Các thơng sá mơ phßng ... 66

3.5.2. Mơ phßng hË tháng trong tr°ãng hÿp lý t°ång ... 67

3.5.3. Mơ phßng hË tháng trong tr°ãng hÿp có nhiÉu tác đßng ... 68

3.5.4. Mơ phßng hË tháng trong tr°ãng hÿp có Ánh h°ång căa sai sá c¢ khí ... 69

3.5.5 Táng hÿp kÃt q mơ phßng vái các điÅu kiËn làm viËc khác nhau ... 70

3.6. Táng kÃt ch°¢ng 3 ... 70

CH¯¡NG 4. ĐIÄU KHIỈN CÂN BÄNG GIÀN KHOAN TĂ NÂNG DĂA TRÊN GIÀI THUÀT Mâ TàI ¯U BÄY ĐÀN (F-PSO) ... 71

4.1. Phân tích xu h°áng nghiên cu ... 71

4.2. Khuch i òng hc trong phÂng trỡnh chuyần òng ca JuR ... 74

4.3 Tỏng quan gii thut tái °u bÅy đàn PSO... 76

4.4. Tái °u hóa hàm mã bÅng giÁi thuÁt FPSO ... 78

4.4.1 Bài toán tái °u cân bÅng giàn khoan bÅng giÁi thuÁt FPSO ... 78

4.4.2 Mơ phßng – đánh giá kÃt q ... 81

4.5. GiÁi tht mã tă thích nghi dăa trên tht tốn tái °u bÅy đàn PSO -SAFC ... 84

4.5.1 Các giÁ thiÃt, ràng bc và giái h¿n căa bài tốn ... 84

4.5.2. TriÇn khai giÁi tht mã tă thích nghi dăa trên thuÁt toán tái °u bÅy đàn (PSO-SAFC) vái các giÁ thut và ràng bc... 86

4.5.3. Mơ phßng ... 89

4.6. Táng kÃt ch°¢ng 4 ... 93

CH¯¡NG 5. MƠ HÌNH VÀ THĂC NGHIÊM ... 94

5.1. ĐÅ xt mơ hình táng thÇ hË tháng nâng h¿ giàn khoan ... 94

5.2. Tính tốn thiÃt kà c¢ khí ... 95

5.2.1. ThiÃt kà chân giàn ... 96

5.2.2. ThiÃt kà thân giàn ... 97

5.2.3. ThiÃt kà thanh răng-bánh răng ... 98

5.3. Tính tốn hË tháng trun òng iận ... 100

5.3.1. La chn òng c dn òng ... 100

5.3.2. Thit k mch iu khiần òng c ... 100

5.4. ThiÃt kà hË tháng điÅu khiÇn nhúng trên Matlab sÿ dāng bß xÿ lý trung tâm STM32F746NG ... 101

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

5.4.1. Tính tốn lăa chọn thiÃt bá phÅn cąng cho hË tháng điËn ... 101

5.4.2. KÃt nái hË tháng điËn ... 107

5.5. ViÃt ch°¢ng trình giao tiÃp truyÅn dā liËu giāa phÅn mÅm và hË tháng điËn .. 108

5.5.1. Ch°¢ng trình thãi gian thăc trên phÅn mÅm Matlab simulink ... 108

5.5.2. Nguyên lý lÁp trình giao tiÃp dā liËu giāa Card STM32F746NG vái các khái thu thÁp sỏ liậu v iu khiần hậ thỏng ... 109

5.6. ChÂng trình giao tiÃp nhÁn dā liËu giāa cÁm biÃn và card vi xÿ lý ... 110

5.6.1. Ch°¢ng trình thu nhÁn dā liËu cÁm biÃn IMU MPU6050 ... 110

5.6.2. Ch°¢ng trình thu nhÁn dā liËu cÁm biÃn vá trí giàn khoan ... 111

5.7. ViÃt ch°¢ng trình giao tiÃp trun dā liËu giāa card và mơ hình ... 112

5.7.1. Ch°¢ng trình giao tip iu khiần òng c DC ... 112

5.7.2. ChÂng trỡnh giao tiÃp truyÅn dā liËu nái tiÃp ... 113

5.8. Thÿ nghiËm xác đánh các chà đß ho¿t đßng giÁ lÁp trong các điÅu kiËn làm viËc ... 113

5.9. Đánh giá và kÃt luÁn ... 119

KÂT LUÀN VÀ H¯àNG NGHIÊN CĄU ĐÄ XT ... 121

CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CĄU ĐÃ CƠNG Bà ... 123

1. Xây dăng mơ hình thăc nghiËm ... 137

1.1. Xây dăng mơ phßng mơ hình giàn khoan ... 137

1.2. Q trình gia cơng kÃt cÃu mơ hình giàn khoan ... 160

2. Thông sá các giàn khoan dùng trong mơ phßng ... 162

2.1. Mơ hình giàn khoan Tamdao03. ... 162

2.2. Mơ hình giàn khoan Tamdao05 ... 162

3. GiÃy chąng nhÁn hồn thành đÅ tài cÃp Bß DT214019 ... 163

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Hình 1.1 Các lo¿i giàn khoan và đß sâu n°ác ho¿t đßng [22] ...7

Hình 1.2 Giàn khoan tă nâng...11

Hình 1.3 Giàn khoan tă nâng Tam đÁo 03 ...12

Hình 1.4 Giàn khoan tă nâng Tam đÁo 05 đóng t¿i ViËt Nam thiÃt kà theo m¿u 2000E căa hãng Friede & Goldman ...13

JU-Hình 1.5 Bá trí chung trên giàn khoan tă nâng ...14

Hình 1.6 Ho¿t đßng h¿ chân căa giàn khoan khi đÃn vá trí xác đánh [22]...16

Hình 1.7 HË tháng thanh răng-bánh răng sÿ dāng cho giàn khoan tă nâng...18

Hình 1.8 Bá trí căa hai hË trun đßng chính (GustoMSC jacking unit) [55] ...19

Hình 1.9 Nâng h¿ giàn sÿ dāng hË tháng thăy lăc...20

Hình 1.10 Các phÅn chính căa giàn khoan tă nâng...21

Hình 1.11 Chân chā A và chân đßc lÁp [55] ...22

Hình 1.12 Các lo¿i chân giàn khoan tă nâng [41]...24

Hình 1.13 Mơ tÁ hình dáng ĐÃ cháng lún [58] ...25

Hình 1.14 Giàn tă nâng kiÇu cơng xơn [60]...25

Hình 1.15 Lăc t°¢ng tác (và mơmen) giāa ba chõn vỏi thõn gin c biầu diẫn bngcỏc vect lc [56] ...28

Hỡnh 1.16 Mụ t chuyần òng ca gin theo cỏc phÂng ...31

Hỡnh 1.17 SÂ ò tỏng thầ hậ tháng điÅu khiÇn nâng h¿ tính cÁ các thành phÅn nhiÉungo¿i vi ...31

Hình 2.1 CÃu hình điÇn hình căa tÁi trọng do sóng và dịng chÁy gây ra [65]...37

Hình 2.2 Tr°ãng sóng-dịng chÁy å vá trí lÃp đặt giàn khoan ...40

Hình 2.3 Phân bá gió tháng 1, 4, 7, 10 [78] ...44

Hình 2.4 Dịng chÁy tháng 1, 4, 7, 10 [78] ...45

Hình 2.5 HË tháng nâng h¿ điÇn hình căa giàn khoan tă nâng ...47

Hình 3.1 CÃu trúc hË tháng điÅu khiÇn mã (FLC-Fuzzy logic Control) ...61

Hình 3.2 Các khái ca bò iu khiần mó ...62

Hỡnh 3.3 SÂ ò mụ tÁ đßng học giàn khoan tă nâng ...63

Hình 3.4 Mơ phòng quỏ trỡnh nõng h gin vỏi bò iu khiần PID ...64

Hình 3.5 ThiÃt kà bß Fuzzy trong Matlab simulink ...65

Hỡnh 3.6 Hm thnh viờn ca bò iu khiần Fuzzy -PID...65

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Hỡnh 3.7 Bò iu khiần fuzzy-PID so sánh vái PID cho hË tháng khi ch°a có nhiÉu tác

đßng ... 67

Hình 3.8 KÃt q mơ phßng hË tháng khi ch°a có nhiÉu tác đßng ... 68

Hình 3.9 Bò iu khiần fuzzy-PID so sỏnh vỏi PID cho hË tháng có nhiÉu tác đßng .. 68

Hình 3.10 KÃt q mơ phßng hË tháng khi có nhiÉu tác đßng ... 69

Hình 3.11 KÃt q mơ phßng hË tháng khi có Ánh h°ång căa sai sá c¢ khí ... 69

Hình 4.1 Mơ hình thiÃt kà 3D giàn khoan tă nâng ... 75

Hình 4.2 Să cÁp nhÁt l¿i vá trí cá thầ theo PSO ... 76

Hỡnh 4.3 Lu ò hot òng tht tốn tái °u bÅy đàn ... 77

Hình 4.4 CÃu trỳc bò iu khiần FPSO cho hậ thỏng nõng h ... 78

Hình 4.5 Các MF mã đ°ÿc hiËu chßnh tái u bng thut toỏn PSO ... 79

Hỡnh 4.6 SÂ ò mụ phòng bò iu khiần FPSO v FPID cho mụ hình giàn khoan ... 81

Hình 4.7 Vá trí thăc tÃ, lăc điÅu khiÇn và lăc mơi tr°ãng trong tr¿ng thái biÇn cÃp 1 .. 82

Hình 4.8 Vá trí thăc tÃ, lăc điÅu khiÇn và lăc mơi tr°ãng trong tr¿ng thái biÇn cÃp 3 .. 83

Hình 4.9 CÃu trúc giÁi tht đÅ xuÃt PSO – SAFC ... 86

Hình 4.10 HiËu suÃt hßi tā căa PSO-SAFC ... 90

Hình 4.11 KÃt q điÅu khiần tróng hp 1 ca hai bò iu khiần. (a) Vá trí thăc tà căa giàn khoan. (b) Lăc điÅu khiÇn FPID [92] và PSO-SAFC. (c) Táng lăc từ mơi tr°ãng. ... 91

Hình 4.12 KÃt q điÅu khiÇn tr°ãng hÿp 2 ca hai bò iu khiần. (a) Vỏ trớ thc tà căa giàn khoan. (b) Lăc điÅu khiÇn FPID [92] và lăc điÅu khiÇn PSO-SAFC. (c) Táng lăc từ mơi tr°ãng. ... 92

Hình 5.1 ThiÃt kà mơ hình táng thÇ giàn khoan tă nâng ... 94

Hình 5.2 Táng thÇ mơ hình giàn khoan tă nâng UT-JuR 01 ... 95

Hình 5.3 Kích th°ác chi tiÃt chân mơ hình giàn khoan ... 96

Hình 5.4 KÃt cÃu 3 chân mơ hình giàn khoan và đánh vá trí lÃp ghép ... 97

Hình 5.5 KÃt cÃu mơ hình thân giàn khoan ... 97

Hình 5.6 HË truyn òng thanh rng-bỏnh rng ... 98

Hỡnh 5.7 òng c DC sÿ dāng đÇ nâng h¿ giàn khoan ... 100

Hình 5.8 Mch cu H-HI216 iu khiần òng c DC ... 101

Hình 5.9 Táng quan vÅ giao thąc giao tiÃp PhÅn mÅm – Card – CÁm biÃn – Mơ hình ... 102

Hình 5.10 Mơ đun trun dā liËu ESP32-Devkit ... 103

Hình 5.11. Bß xÿ lý trung tâm STM32F746NG-DISCO ... 104

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Hình 5.12 Th° viËn Target Support Package cho STM32F746NG ... 105

Hình 5.13 M¿ch nguyên lý cÁm biÃn IMU MPU6050 ... 105

Hình 5.14 CÃu t¿o biÃn trå tr°ÿt và bin trồ xoay vũng ... 106

Hỡnh 5.15 SÂ ò bỏ trí hË tháng điËn điÅu khiÇn mơ hình giàn khoan tă nâng... 107

Hình 5.16 Quan hË giāa MATLAB, CCS và STM (STM32F746NG) ... 108

Hỡnh 5.17 SÂ ò nguyờn lý mch điËn điÅu khiÇn giàn khoan tă nâng ... 109

Hình 5.18 SÂ ò giao tip ca mụ un MPU6050 vỏi STM32F746NG ... 111

Hỡnh 5.19 SÂ ò khỏi cm bin o vỏ trí dách chun căa giàn khoan ... 111

Hình 5.20 Chun đái tín hiËu từ ADC sang vá trí và vÁn tác nâng h¿ giàn ... 112

Hình 5.21 Khái điÅu khiÇn òng c DC trờn phn mm Matlab ... 112

Hỡnh 5.22 Chun đái tín hiËu điÅu khiÇn u sang giá trá xung ePWM ... 112

Hình 5.23 Khái truyÅn dā liËu nái tiÃp ... 113

Hình 5.24 Khái nhÁn dā liËu nái tiÃp ... 113

Hình 5.25 CÃu trúc táng thÇ căa mơ hình thớ nghiậm UT-JuR 01 ... 115

Hỡnh 5.26 Bò iu khiần PSO-SAFC nhúng cho UT-JuR 01 ... 115

Hình 5.27 KÃt quÁ th nghiậm s dng bò iu khiần nhỳng FPID v PSO-SAFC trong tr°ãng hÿp 1 ... 116

Hình 5.28 KÃt quÁ th nghiậm s dng bò iu khiần nhỳng FPID v PSO-SAFC trong tr°ãng hÿp 2 ... 117

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>DANH MỤC BẢNG </b>

BÁng 1.1 Phân lo¿i giàn khoan [22] ... 9

BÁng 1.2 Phân lo¿i chân và đà cháng lún[22] ... 23

BÁng 2.1 Gió quan trÃc theo giã t¿i tr¿m hÁi văn DK I-7 tháng 1/2016 ... 46

BÁng 2.2 So sỏnh u nhc iầm ca cỏc phÂng phỏp ... 54

Bng 3.1 Các hË tháng chính trên giàn khoan tă nâng ... 56

BÁng 3.2 LuÁt chßnh đánh hË sá �㕲�㕷 ... 66

BÁng 3.3 LuÁt chßnh đánh hË sá �㕲�㕰 ... 66

BÁng 3.4 LuÁt chßnh đánh hË sá �㕲�㕫 ... 66

BÁng 3.5 Giá trá căa DAF ... 66

BÁng 3.6 ĐiÅu kiËn sóng gió ... 67

BÁng 3.7 Táng hÿp các điÅu kiËn làm viËc ... 70

BÁng 4.1 Các giá trá tính tốn căa DAF ... 85

BÁng 4.2 Các tham sá cài đặt cho giÁi thuÁt PSO-SAFC ... 89

BÁng 4.3 So sánh hiËu quÁ căa mßt sá giÁi pháp cho tr°ãng hÿp 1 ... 92

BÁng 4.4 So sánh hiËu quÁ căa mßt sá giÁi pháp cho tr°ãng hÿp 2 ... 93

BÁng 5.1 Thông sá hình học căa mơ hình UT-JuR 01 ... 96

BÁng 5.2 Các thơng sá hình học căa bß trun ... 99

BÁng 5.3 Thơng sá chính căa mơ hình UT-JuR 01 ... 114

BÁng 5.4 KÃt q thăc nghiËm t¿i mơ hình ... 119

BÁng 5.5 Tóm tÃt đóng góp và nßi dung cơng viËc thăc hiËn trong luÁn án... 120

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<b>DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT </b>

AFC Adaptive fuzzy control Bò iu khiần mó thớch ng DAF Dynamic amplification factor HË sá khuÃch đ¿i thăy đßng học

<b>DPs Dynamic positioning system HË tháng đánh vá òng </b>

FEM Finite element method PhÂng phỏp phn tÿ hāu h¿n FPID Fuzzy proportional integral derivative Mã vi tích phân tß lË

FPSO Fuzzy particle swarm optimization Mã tái °u bÅy đàn

ITAE Integral time absolute error Tích phân sai sá tuyËt ỏi

LQR Linear quadratic regulator Bò iu khiần bÁc hai tuyÃn tính PSO Particle swarm optimization GiÁi thuÁt tái °u bÅy đàn

PID Proportional integral derivative Bò iu khiần vi tớch phõn tò lậ PSO-SAFC <i>^{Particle swarm optimization- Self}</i>_{adaptive fuzzy controller} GiÁi tht mã tă thích nghi dăa

trên tht tốn tái °u bÅy đàn SAFC Self adaptive fuzzy controller ĐiÅu khiÇn mã tă thích nghi SDOF Single degree of freedom HË tháng mßt bÁc tă do

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

ā<small>ĀĎ</small>, ā<small>Āď</small> Sai sá quay căa trāc bánh răng quanh trāc x, y

ÿ<small>1</small>, ÿ<small>2</small> Các hÅng sá ng¿u nhiên căa quá trình tái °u hóa PSO

Ĉ₁, Ĉ₂ Các hË sá gia tác căa q trình tái °u hóa PSO

ÿ_ÿ^Ć(ý) Vá trí hiËn t¿i cá thÇ căa q trình tái °u hlúa PSO <small></small>(ý) Tỏc ò hiận ti cỏ thầ căa q trình tái °u hóa PSO ÿ_ÿ^ăă(ý) ^{Vá trí tát nhÃt cá thÇ căa q trình tái °u hóa PSO}ÿ<small>Ăă</small>(ý) Vá trí tát nhÃt cÁ qn thÇ căa q trình tái °u hóa PSO

Ă₁<small>ÿ</small>, Ă₂<small>ÿ</small>, . . Ă_Ą<small>ÿ</small> Giá trá các tÁp mã căa bß điÅu khiÇn MCF

ÿāĊÿ_ăĂĎ Giá trá lán nhÃt căa sá lÅn lặp tht tốn PSO ć_ă, ć_Ą, ć_ÿ Đß lÿi khâu tß lË, khâu tích phân, khâu vi phân

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<b>Ký hiệu Mơ tÁ </b>

�㔏_Ą/ Lăc tác đßng mơi tr°ãng (sóng, gió, dịng chÁy)

ă<small>ýÿó</small>, Ą<small>ýÿó</small><i>^,</i>Ċ<small>ýÿó</small> Lăc tác đßng căa gió lên giàn khoan

Ă_Ą, ă_Ą Các thành phÅn vÁn tác căa dòng chÁy ÿ<small>ÿ</small>, ÿ<small>Ā</small><i>^,</i>ÿ<small>ā</small> Các hË sá lăc kéo và mô men

ý<small>ÿ</small>, ý<small>ÿ</small> DiËn tích hình chiÃu ngang và hình chiÃu c¿nh

Ă<small>Ą</small>, ă<small>Ą</small> Các thành phÅn vÁn tác căa dòng chÁy ā_Ą, Ā_Ąl Tác đß dịng chÁy, h°áng dịng chÁy ć_Ĉ/l Đß cąng t¿i vá trí liên kÃt chân vái giàn

Ă_Č HË sá đß cąng căa nÅn đÃt tính theo ph°¢ng thẳng đąng

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<b>MỞ ĐẦU </b>

<b>1. Tính cÃp thi¿t cÿa đÁ tài </b>

HiËn nay, å n°ác ta trong hÅu hÃt các ngành công nghiËp nh° công nghiËp sÁn xuÃt khai thác dÅu khí, cơng nghiËp sÁn xt đ°ãng, cơng nghiËp chà biÃn, công nghË thăc phẩm, các ngành thép, thăy điËn, nhiật iận& Viậc iu khiần t òng v tỏi u hố tồn bß hË tháng là hÃt sąc cÅn thiÃt. Đặc biËt vái să phát triÇn căa lý thuyÃt và cơng nghË điÅu khiÇn đã giúp con ng°ãi linh ho¿t h¢n trong vÁn hành khai thác các nhà máy, hË thỏng iu khiần, trờn bó cng nh ngoi khÂi, qua đó giúp tăng khÁ năng tă đßng và làm viËc òc lp ca cụng trỡnh ngoi khÂi. Trong bỏi cnh đó, ngành cơng nghiËp ngồi kh¢i, hiËn nay đang đóng vai trò quan trọng trong kinh tà quác gia cũng nh° các n°ác khác, đang từng b°ác phát triÇn nhÅm tránh phā thc cơng nghË n°ác ngồi.

Các giàn khoan tă nâng đ°ÿc sÿ dāng đÇ thăm dị, khoan v lm viậc ti cỏc mò du khớ ngoi khÂi. Trờn thc t, s kt hp gia tớnh c òng và khÁ năng nâng thân giàn lên trên măc n°ác biần phc v nh mòt gin cỏ ỏnh, ó khin chúng trå nên hÃp d¿n trong ngành cơng nghiËp ngồi kh¢i h¢n 50 năm qua [1], [2]. Trong q trình di chuyÇn và khai thác trên biÇn, các giàn khoan cháu tác đßng từ các u tá mơi tr°ãng nh° sóng, gió, dịng chÁy [3], [4] và các sai sá c¢ khí [5]. Các u tá này Ánh h°ång trăc tiÃp và rÃt phąc t¿p tái ho¿t đßng căa giàn khoan nh°: làm dách chun vá trí, gây mÃt án đánh, rung lÃc gây nguy hiÇm đÃn ng°ãi và trang thit bỏ trờn gin v nghiờm trng hÂn cú thầ làm h° hßng, phá hăy cơng trình gây thiËt h¿i vÅ con ng°ãi, kinh tà và mơi tr°ãng biÇn. Các nghiên cąu trên chß dừng l¿i å mąc đß tính tốn kÃt cÃu đÁm bÁo cháu đ°ÿc tác đßng căa môi tr°ãng mà ch°a đ°a ra biËn pháp giám sát să án đánh cân bÅng căa hË tháng mßt cách tái °u.

HiËn nay, trên thà giái đã ąng dng cỏc hậ thỏng iu khiần giỏm sỏt mòt cỏch hiËu quÁ cho nhiÅu lo¿i thiÃt bá khác nhau, đặc biËt là trong các cơng trình ngồi kh¢i [6], [7], [8], tuy nhiên, hË tháng giám sát quá trình nâng h¿ giàn v¿n dùng giÁi pháp cân bÅng bán tă đßng mà ch°a có să hỗ trÿ từ các giÁi pháp điÅu khiÇn cho viËc cân bÅng và án đánh gin. Mòt sỏ nghiờn cu ó v ang c triần khai đÇ ąng dāng điÅu khiÇn giám sát să án đánh căa giàn [9] nh°ng ch°a kÇ đÃn Ánh h°ång căa điÅu kiËn mơi tr°ãng tác đßng lên hË tháng d¿n đÃn kÃt quÁ nghiên cąu v¿n có h¿n chà nhÃt đánh. VÅ mặt lý

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

thuyÃt, có nhiÅu cơng bá chă u thÿ nghiËm trên các mơ hình, các giÁi tht điÅu khiÇn đ°ÿc giÁ lÁp trong điÅu kiËn làm viËc lý t°ång hoặc mßt vài tác đßng nhß từ bên ngồi ch°a thăc tÃ. Các giÁi thuÁt thÿ nghiËm còn nhiÅu h¿n chÃ, dăa trên cỏc kt qu mụ phòng ầ ỏnh giỏ gii thut. Trong nhāng năm gÅn đây, nhiÅu cơng trình nghiên cąu vái lý thuyÃt hiËn đ¿i nhÅm giÁm sai sá và nâng cao chÃt l°ÿng điÅu khiÇn cho giàn khoan đ°ÿc cơng bá. ViËt Nam hiËn nay đã có thÇ chà t¿o đ°ÿc JuR, nh°ng hË tháng điÅu khiÇn giám sát thì v¿n chă u phā thc n°ác ngồi. Mặt khác, vn dựng gii phỏp cõn bng bỏn t òng ầ nâng h¿ các chân căa giàn. Vì vÁy, viËc cân bÅng JuR sÿ dāng ąng dāng tă đßng hóa và giÁi thuÁt điÅu khiÇn đang đ°ÿc quan tâm. Các tr°ãng hÿp ho¿t đßng căa hË tháng nâng h¿ d°ái các Ánh h°ång tác nhân mơi tr°ãng nh° sóng biÇn [10], [11] và sai sá c¢ khí đ°ÿc các nhà nghiên cąu xây dăng, mơ phßng trên Matlab, kÃt q hiËn đang dừng å nhāng giÁi tht c¢ bÁn, ch°a có ph°¢ng án đ°a vào ąng dāng trong thăc tÃ.

VÅ triÇn khai ąng dāng thăc tiÉn, trên thà giái, viËc thit k hậ thỏng t òng iu khiần v t nâng cho các giàn khoan đ°ÿc các hãng lán nh° ABB, Siemens thiÃt kÃ, cơng nghË hồn tồn đ°ÿc giā kín vái táng giá trá hàng chāc triËu USD, viËc tiÃp cÁn các cơng nghË này rÃt khó khăn ngay cÁ d°ái hình thąc chun giao cơng nghË. Các nghiên cąu trong n°ác gÅn đây t¿i ViËt nam phÁi kÇ tái thành tău KH&CN này đ°ÿc ra đãi từ cām cơng trình KH&CN cÃp Nhà n°ác "Nghiên cąu thiÃt kà chi tiÃt và ąng dāng cơng nghË đÇ chà t¿o, lÃp ráp và h¿ thăy giàn khoan tă nâng å đß sâu 90m n°ác phù hÿp vái điÅu kiËn ViËt Nam". Theo đánh giá căa Hßi đßng chuyên ngành cÃp nhà n°ác, cơng trình có giá trá rÃt cao vÅ cơng nghË, đ°ÿc ąng dāng thành cơng và có hiËu q trong các cơng trình trọng điÇm qc gia. Các đÅ tài này tÁp trung cơng nghË đÇ chà t¿o, lÃp ráp và h¿ thăy JuR å đß sâu 90m, các cơng nghË vÅ điÅu khiÇn hồn tồn sÿ dāng n°ác ngoài (hãng Siemens - Germany).

XuÃt phát từ nhāng điÇm nêu trên, viËc nghiên cąu hË tháng điÅu khiÇn nâng h¿ giàn khoan duy trì án đánh cân bÅng cho mơ hình JuR rÃt cÅn thiÃt, ln án đÅ xuÃt h°áng nghiên cąu bù sai sá vái giÁi thuÁt mã tái °u bÅy đàn và tă thích nghi trên nÅn lơ-gíc mã.

<b>2. Mục tiêu, đái t°ợng, ph¿m vi và ph°¡ng pháp nghiên cāu </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>2.1. Mục tiêu nghiên cāu </b>

Māc tiêu căa luÁn án là xây dăng hË tháng điÅu khiÇn nâng h¿ giàn khoan nhÅm duy trì án đánh cân bÅng cho mơ hình JuR, cā thÇ:

- Đánh giá các yÃu tá gây ra sai sá Ánh h°ång đÃn q trình nâng h¿ giàn;

- Phân tích, thit lp cu trỳc v phÂng trỡnh òng lc hc căa giàn khoan, xây dăng mơ hình vÁt lý;

- Thit k mụ hỡnh kiầm nghiậm bng mụ phòng;

- Xây dăng các giÁi thuÁt điÅu khiÇn cho hË tháng nâng h¿ trên phÅn mÅm MATLAB, lÁp trình điÅu khiÇn và thÿ nghiËm trên mơ hình JuR;

- Tính tốn lăa chọn cÃu hình, thiÃt kà hË tháng điÅu khiÇn duy trì án đánh cân bÅng vá trí chính xác cho mơ hình JuR.

<b>2.2. Đái t°ợng nghiên cāu </b>

Từ các māc tiêu căa luÁn án nêu t¿i phÅn 2.1, luÁn án tÁp trung vào đái t°ÿng nghiên cąu là HË tháng nâng h¿ giàn khoan và lý thuyÃt điÅu khiÇn thích nghi cho hË tháng. Trong đó, thiÃt kà hË tháng điÅu khiÇn vái giÁi tht tái °u và thích nghi trên nÅn lơ-gíc mã nhÅm duy trì án đánh cân bÅng cho mơ hình JuR là nhiËm vā gÃn liÅn vái đái t°ÿng nghiên cąu, cā thÇ nh° sau:

- Mụ hỡnh òng hc cựng vỏi cỏc phÂng trình tốn học đ°ÿc phân tích, tính tốn, lăa chọn thơng sá nhÅm phāc vā cho q trình nghiên cąu, mơ phßng và thÿ nghiËm giÁi tht.

- HË thỏng c khớ: tớnh toỏn thit k, mụ phòng, v xõy dng mụ hỡnh vt lý (bao gòm phn c khí – điËn – điÅu khiÇn) căa JuR.

- HË tháng nhúng phāc vā điÅu khiÇn: tính tốn thiÃt kÃ, mơ phßng thÿ nghiËm giÁi tht trên máy tính và thiÃt kà board m¿ch phÅn cąng.

- GiÁi thut: xut gii thut ầ mụ phòng v thc nghiËm kiÇm chąng trên đái t°ÿng.

<b>2.3. Ph¿m vi nghiên cāu </b>

ĐÇ hồn thành các māc tiêu ln án, ph¿m vi nghiên cąu đ°ÿc giái h¿n nh° sau: - VÅ lý thut: Phân tích đ°ÿc kÃt cÃu c¢ khí, phÂng trỡnh òng hc v mụ hỡnh

húa ỏi tng phāc vā cho mơ phßng và thăc nghiËm giÁi tht đÅ xt.

- VÅ mơ hình: ThiÃt kà đ°ÿc mơ hình tốn và mơ phßng thÿ nghiËm; xây dăng

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

đ°ÿc mơ hình vÁt lý kÃt nái máy tính sá đÇ thăc nghiËm lÃy kÃt q trong phịng thí nghiËm.

- VÅ giÁi tht: đÅ xuÃt đ°ÿc giÁi thuÁt mái phù hÿp vái đái t°ÿng JuR, so sánh vái giÁi thuÁt khác đÇ làm rõ hiËu quÁ.

- VÅ tiêu chuẩn cÅn đ¿t vÅ đß án đánh căa hË tháng: Tiêu chuẩn Lyapunov.

- Xây dăng mơ hình tốn lý thut căa hË thỏng chuyần òng ca gin khoan t nõng ồ ch đß nâng h¿: xây dăng mơ hình tốn táng qt, mơ hình tốn rút gọn, phân tích lăc và các yÃu tá Ánh h°ång đÃn quá trình nâng h¿ căa JuR.

- Mơ phßng: Mơ hình tốn đ°ÿc triần khai trờn Matlab Simulink vỏi cỏc chÂng trỡnh con, ch°¢ng trình nhúng viÃt trên m.file.

- Nghiên cąu lý thuyÃt án đánh, áp dāng cho đái t°ÿng å māc 2.2: Dăa trên tiêu chuẩn án đánh Lyapunov, kÃt q mơ phßng đánh giá tính án đánh nhÅm đ¿t đ°ÿc māc tiêu trong māc 2.1.

- Thăc nghiËm: Tính tốn lăa chọn cÃu hình, thiÃt kÃ, chà t¿o hË tháng c¢-điËn duy trì án đánh cân bÅng vá trí chính xác cho mơ hình JuR.

<b>3. Ý ngh*a khoa học và thāc tiễn </b>

NÃu các kÃt quÁ nghiên cąu dăa trên mơ phßng và thăc nghiËm đ¿t đ°ÿc, thì Ln án sÁ có ý nghĩa khoa học và thăc tiÉn, cā thÇ nh° sau:

<i><b>Ý nghĩa khoa học: LuÁn án đã đÅ xuÃt các giÁi thuÁt tái °u và thích nghi trên nÅn </b></i>

lơ-gíc mã bÅng cách chąng minh tốn học và mơ phßng trong các điÅu kiËn giÁ lÁp, các kÃt quÁ đ°ÿc viÃt và công bá trên các t¿p chí có uy tín trong n°ác và qc tà đă đÇ minh chąng cho tính mái và khoa học căa các nßi dung nghiên cąu cũng nh° kÃt quÁ đ¿t đ°ÿc.

<i><b>Ý nghĩa thực tiễn: LuÁn án đã nghiên cąu và xây dăng mơ hình thăc nghiËm, các </b></i>

kÃt quÁ thăc nghiËm cho đáp ąng án đánh, có thÇ nghiên cąu đÇ ąng dāng vào thăc tiÉn,

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

chąng tß tiÅm năng trong lĩnh văc c¢ điËn hàng hÁi cũng nh° c¢ khí t òng húa chotrang thit bỏ ngoi khÂi, tuy cũn cÅn phÁi thÿ nghiËm và kiÇm đánh ngồi thăc tà thêmtr°ác khi ąng dāng.

Ngoài ra, các tài liËu tham khÁo giúp LuÁn án ho¿ch đánh và liËt kê toàn diËn cácvÃn đÅ liên quan đÃn cÃu t¿o và nguyên lý ho¿t đßng căa JuR, các hË tháng phāc vā, đisâu phân tích đánh giá hË tháng nâng h¿. Các tài liËu mái, là nÅn tÁng cho các nhà nghiêncąu tham khÁo khi tìm hiÇu vÅ lĩnh văc này, có ý nghĩa phāc vā đào t¿o và nghiên cąu.

<b>4.Đóng góp mái cÿa lu¿n án</b>

- LuÁn án đã xây dăng và hË tháng hóa các vÃn đÅ liên quan đÃn điÅu khiÇn tái °ucho giàn khoan tă nâng. Các vÃn đÅ liên quan đÃn sai sá và nhiÉu đ°ÿc chß rõ vàmơ hình hóa bÅng tốn học;

- ĐÅ xt mơ hình điÅu khiÇn tái °u hóa cÃu trúc mã cho hË tháng nâng h¿ vái giÁithuÁt tái °u bÅy đàn (PSO). Mô hình này cho phép hË tháng tă lăa chọn các bßluÁt mã phù hÿp vái điÅu kiËn làm viËc, mßt cách làm <mÅm hóa= giÁi tht mã,hiËu q đ°ÿc kiÇm nghiËm và so sánh bÅng các kÃt q mơ phßng;

- Mơ hình điÅu khiÇn tái °u thích nghi dăa trên nÅn tÁng kỹ thuÁt mã đ°ÿc thăcnghiËm kiÇm chąng so vái các giÁi tht đ°ÿc cơng bá t¿i thãi điÇm này, tính ánđánh đ°ÿc xem là kÃt q tát h¢n.

<b>5. Bá cục lu¿n án</b>

Nßi dung chính căa ln án đ°ÿc tá chąc thành 5 ch°¢ng cùng vái kÃt luÁn vàh°áng nghiên cąu đÅ xuÃt. Bá cāc cā thÇ nh° sau:

- Ch°¢ng 1. Táng quan vÅ giàn khoan tă nâng;

- Ch°¢ng 2. Phân tích các u tá Ánh h°ång q trình nâng h¿ giàn khoan tă nâng;- Ch°¢ng 3. GiÁi pháp giÁm thiÇu Ánh h°ång căa sai sá và nhiÉu trong q trình

án đánh và nâng h¿ giàn khoan;

- Ch°¢ng 4. ĐiÅu khiÇn cân bÅng giàn khoan tă nâng dăa trên giÁi tht tái °u bÅyđàn;

- Ch°¢ng 5. Mơ hình và thăc nghiËm;- KÃt luÁn và h°áng nghiên cąu đÅ xuÃt.

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

<b>CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIÀN KHOAN TỰ NÂNG </b>

<i><b>Tóm tắt:</b> Chương 1 trình bày tổng quan về giàn khoan, trong đó JuR là một loại giàn di động bao gồm một thân giàn nổi, được trang bị một số chân có thể tháo rßi, thưßng sử dụng các loại 3 chân và 4 chân, có khả năng nâng thân giàn lên trên mặt biển. Tiếp theo, một số phân tích về lý thuyết, kết cấu được giới thiệu và phân tích, trong đó phương pháp phần tử hữu hạn (Finite element method - FEM) trực tiếp là phương pháp được sử dụng nhiều nhất để phân tích tĩnh hoặc động của giàn khoan. Ngồi ra, JuR được coi như một cấu trúc khơng gian, có tính đến lực và chuyển vị trong mỗi bộ phận cấu thành, phương pháp tích phân Duhamel được sử dụng để xác định các phản ứng động của sóng, trong khi phương pháp Jacobi được sử dụng để tìm tần số riêng của giàn khoan được trình bày trong nội dung của chương này. Cuối cùng, các đặc điểm làm việc của quá trình nâng hạ và ảnh hưáng của các lực tác động lên JuR được rút gọn trong mơ hình tốn học mơ tả chuyển động, từ đó luận án xác định và lựa chọn mơ hình JuR loại 3 chân là đối tượng nghiên cứu xuyên suốt trong mô phỏng và thực nghiệm. </i>

<i>Các nghiên cứu đã cơng bố có đến nội dung liên quan đến Chương 1 là [A1, và B2] được trình bày tại mục các cơng trình nghiên cứu đã công bố á cuối luận án. </i>

<b>1.1. Tổng quan vÁ giàn khoan </b>

Các JuR đã đ°ÿc sÿ dāng đÇ thăm dị, khoan và làm viËc gÅn các mß dÅu khí ngồi kh¢i trong nhiÅu thÁp kỷ. Có nhiÅu ph°¢ng pháp đ°ÿc sÿ dāng đÇ cân đái giāa viËc kiÇm sốt trong viËc giÁm thiÇu các u tá Ánh h°ång trong quá trình nâng h¿ JuR. Tuy nhiên, viËc nghiên cąu các tht tốn điÅu khiÇn hiËn đ¿i v¿n thơi thúc các nhà nghiên cąu phát triÇn các tht tốn và ąng dāng giúp hË tháng ho¿t đßng án đánh hÂn, hậ thỏng iu khiần an ton hÂn v cú thÇ thêm nhiÅu thao tác mà tr°ác đây khơng khÁ thi mặc dù mỗi ph°¢ng pháp đÅu có nhāng °u điÇm riêng. Ng°ÿc l¿i, trong 30 năm tr°ác, să kÃt hÿp giāa tính di đßng, khÁ năng nâng nÅn tÁng lờn trờn mc nỏc biần ồ nhiu ò sõu nỏc khác nhau và khÁ năng ho¿t đßng nh° mßt nÅn tÁng cá đánh khiÃn chúng trå nên có giá trá trong lĩnh văc ngồi kh¢i. VÅ bÁn chÃt, JuR là mßt thiÃt bá di đßng đ°ÿc sÿ dāng å bÃt k nÂi no trờn th giỏi theo ò sõu nỏc và tr¿ng thái biÇn tái

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

đa nhÃt đánh, cũng nh° các điÅu kiËn đáy biÇn khác nhau. HÂn na, theo Yin v cỏc còng s [12], và Shabakhty và các cßng să [1] giàn khoan th°ãng đ°ÿc vÁn chun, vái các chân å vá trí nâng lên hồn tồn, từ mßt vá trí này sang vá trí khác, d¿n đÃn tÁi trọng tác dāng lên kÃt cÃu giàn khoan hoàn toàn khác nhau.

Giàn khoan DeLong sá 1 căa Magnolia Petroleum, bao gßm mßt sà lan có sáu chân, đ°ÿc phát triÇn vào năm 1950 trong kỷ ngun căa ngành cơng nghiËp dÅu khí ngồi kh¢i. Sau đó, DeLong-McDermott No.1, đ°ÿc chà t¿o vào năm 1954 và là giàn khoan ngồi kh¢i m°ãi chân đÅu tiên, đã phát triÇn các đà cháng lún đÇ giā cho các chân khơng đào sâu vào trong lịng đÃt.

Trên thăc tÃ, nhiÅu lo¿i giàn khoan nh° Hình 1.1 đ°ÿc thiÃt kà dăa trên các yÃu tá khác nhau: să phát triÇn khoa học và cơng nghË, kinh tà [13], să cÅn thiÃt phÁi sÿ dāng các hß chąa thÿ nghiËm [14], [15], các h¿n chà vÅ môi tr°ãng [16]. Phỏt triần cụng nghậ cao hÂn v triần khai cỏc nghiên cąu m¿nh mÁ h¢n [17], [18], [19] đ°ÿc coi là các cơng trình ngồi kh¢i cho māc tiêu nói trên, nh°ng phÁi đÅu t° tán kém h¢n và thay đái thiÃt kà hË tháng. Trong khi đó, các giÁi phỏp ny cú thầ c thay th bng nòi dung kinh t v k thut, òng thói cú thầ c gi nguyờn ầ tit kiậm chi phớ s dng c så h¿ tÅng hË tháng hiËn có và đáp ąng các tiêu chuẩn và quy đánh. GÅn đây, kỹ thuÁt ngoi khÂi ó thu hỳt s chỳ ý ỏng kầ từ các nhà nghiên cąu trong cÁ học thuÁt và cơng nghiËp nhÅm mang l¿i lÿi ích cho các nhà cung cÃp dách vā và nhà cung cÃp công nghË [20], [21] đÇ đáp ąng các yêu cÅu cao đái vỏi mòt nn tng ngoi khÂi. Cuỏi cựng, cỏc hậ tháng đ°ÿc thiÃt kà mái phÁi đÁm bÁo an toàn cho con ngói, mụi tróng biần v ven biần, òng thãi duy trì các khn đÅu t° rÃt đáng kÇ vÅ thãi gian và ngn lăc liên quan.

<i>Hình 1.1 Các loại giàn khoan và độ sâu nước hoạt động [22] </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Tuy nhiên, các khÁo sát gÅn đây vÅ giàn khoan ngồi kh¢i đã tÁp trung vào các vÃn đÅ chung, tąc là lÿi ích, đặc điÇm, lo¿i hình và các khái niËm cÃu trúc khác nhau (chẳng h¿n nh° giàn khoan cá đánh, giàn nái, giàn bán tiÅm thăy, và các thiÃt bá ngÅm) [23]; đßng lăc, tiÅm năng, ąng dāng, thách thąc, cơng nghË hąa hẹn và các vÃn đÅ må [23], [24]; các khía c¿nh thăc tÃ, tiÃn bß tiêu chuẩn hóa, quy đánh và cơng cā [25]; phát điËn ngồi kh¢i, truyÅn tÁi, phân phái, tiêu thā, l°u trā năng l°ÿng, thm dũ ngoi khÂi v mụi tróng [26], òng lc đa vÁt thÇ trong các ąng dāng căa cÃu trúc ngoi khÂi [27], [28], tin bò v xu hỏng [23], [29 ], [30]. Ngoài ra, nhāng ng°ãi khác đã nghiên cąu các chă đÅ cā thÇ nh° phân tích phi tuyÃn tính căa kÃt cÃu giàn khoan [27], hË tháng nâng h¿ bÅng thanh răng-bánh răng [31], đánh giá dā liËu và kỹ thuÁt [25], đánh vá đßng [32], chân giàn khoan [33], hË tháng đà cháng lún (spudcan) [34], PhÂng tiận nỏi dng Spar [35], iu khiần rung òng [36], mơ hình hóa và điÅu khiÇn [24], hË tháng vÁn chuyÇn và các yÃu tá Ánh h°ång đÃn viËc đánh vá vá trí chính xác cho giàn khoan [32], [37]. Có thÇ nhÁn thÃy rÅng các vÃn đÅ chung vÅ giàn khoan đã khá đÅy đă, trong khi vÃn đÅ cā thÇ vÅ các thách thąc trong mơ hình hóa và chiÃn l°ÿc kiÇm sốt năng l°ÿng cho giàn khoan v¿n ch°a đ°ÿc nghiên cąu.

Trong nhiÅu thÁp kỷ vừa qua, giàn khoan đã đ°ÿc sÿ dāng đÇ thăm dị, khoan và làm viËc gÅn các mß dÅu khí ngoi khÂi. Cú nhiu phÂng phỏp c s dng ầ cân bÅng giàn khoan nhÅm giÁm thiÇu Ánh h°ång căa các u tá khơng mong mn đÃn q trình nâng h¿ giàn khoan. ViËc nghiên cąu các thuÁt toán điÅu khiÇn hiËn đ¿i v¿n thúc đẩy các nhà nghiên cąu phát triÇn học thuÁt cũng nh° ąng dāng nhÅm giúp hậ thỏng vn hnh ỏn ỏnh hÂn, iu khiần an tồn h¢n.

<i>a. Khái qt về giàn khoan tự nâng </i>

JuR là mßt lo¿i giàn di đßng bao gßm mßt thân giàn nái, đ°ÿc trang bá mßt sá chân có thÇ tháo rãi, th°ãng sÿ dāng các lo¿i 3 chân và 4 chân, có khÁ năng nâng thân giàn lên trên mặt biÇn [38], [39]. Ví dā, giàn khoan tă nâng 3 chân có kÃt cÃu thân giàn hình tam giác, đ°ÿc trang bá đÅy đă các thiÃt bá trong q trình khoan trong khi các d¿ng khác th°ãng ít đ°ÿc sÿ dāng h¢n vì să phąc t¿p trong kÃt cÃu.

Theo các cußc khÁo sát gÅn đây, JuR có thÇ khoan å vùng n°ác sâu tái 150m, và tính kinh tà táng thÇ cũng nh° hiËu q ho¿t đßng căa JuR n°ác sâu th°ãng khiÃn chúng thuÁn lÿi hÂn loi gin khoan bỏn chỡm nỏc nụng [40]-[43]. ầ đánh giá chung, phân

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

lo¿i và c iầm ca cỏc loi gin khoan ngoi khÂi c táng hÿp nh° BÁng 1.1.

<i>Bảng 1.1 Phân loại giàn khoan [22] </i>

<b>Lo¿i </b>

<b>Giàn cá định </b>

<b>Giàn di đßng </b>

<b>Đß sâu khoan (feet) </b>

<b>Tài liệu tham khÁo </b>

<b>Tác giÁ ^Nmcơng bá </b>

Giàn cá đánh

(Steel jacket) ^Có ^Không ^60-300

[44] [45] [46]

Liaqat Ali Bao-Lin Z. E. Cao

(2021) (2020) (2020) Tháp khoan cá

đánh (Steel tower)

Có Khơng ≤ 1300 ^[47]_[48][49]

Karadeniz H. Mostafa Y.E. M. D. Esteban

(2020) (2004) (2019) Giàn thép trọng

lăc (Steel gravity)

Có Khơng ≤ 800

[48] [49]

Mostafa Y.E. M. D. Esteban

(2004) (2019)

Giàn bê tơng trọng lăc (Concrete gravity)

Có Không ≤ 1300

[36] [50]

Ramkumar K. Dehghani A

(2016) (2019)

Tháp đąng (Standing tower)

Có Khơng ≤ 1600 ^[36][50]

Ramkumar K. Dehghani A

(2016) (2019) Tháp dây neo

(Guyed tower) ^Có ^Không

2500

2000-[36] [50]

Ramkumar K. Dehghani A

(2016) (2019)

Giàn Spar (Spar tower)

Có Khơng ≤ 7820 ^{[36] [50]}_[51] ^{Ramkumar K.}_{Dehghani A}Khaled A. H

(2016) (2019) (2013) Giàn chân neo

(Tension-leg platform)

Có Khơng 4900

1500-[36] [50] [51]

Ramkumar K. Dehghani A Khaled A. H

(2016) (2019) (2013)

Giàn tă nâng (Jack-up Rig)

Khơng Có ≤ 400 ^{[36] [50]}_[51] ^{Ramkumar K.}_{Dehghani A}Khaled A. H

(2016) (2019) (2013) Giàn bán tiÅm

thăy (Semi submersible)

Khơng Có 10000

3000-[36] [50] [51]

Ramkumar K. Dehghani A Khaled A. H

(2016) (2019) (2013)

Tàu khoan

(Drilling ship) ^{Khơng Có}

≤ 12000

[36] [50] [51]

Ramkumar K. Dehghani A Khaled A. H

(2016) (2019) (2013)

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

<i>b. Phân tích lý thuyết liên quan đến Giàn khoan tự nâng </i>

Trên thăc tÃ, giàn khoan ngồi kh¢i đã đ°ÿc thiÃt kà dăa trên nhiÅu yÃu tá nh°: Să phát triÇn khoa học cơng nghË, kinh tà [13], să cn thit phi khai thỏc sõu hÂn, cỏc bầ th tă nhiên [14], [15], các h¿n chà vÅ môi tr°ãng [16]. S phỏt triần cụng nghậ vỏi tỏc ò cao v triần khai cỏc hot òng nghiờn cu mnh m h¢n [17], [18], [19] đ°ÿc coi là các cơng trình nghiên cąu quan trọng cho các vÃn đÅ nói trên, nh°ng ván đÅu t° tán kém và bÃt bußc phÁi thay đái hË tháng thiÃt kÃ. GÅn đây, các vÃn đÅ vÅ kỹ tht ngồi kh¢i đã thu hút să chú ý đáng kÇ từ các nhà nghiên cąu trong cÁ lĩnh văc học thuÁt và công nghiËp nhÅm mang l¿i lÿi ích cho các cơng ty cung cÃp dách vā và công ty cung cÃp công nghË [20], [21]. Cuái cùng, các hË tháng mái đ°ÿc thiÃt kà phÁi đÁm bÁo an tồn cho con ng°ãi, mơi tr°ãng biÇn và ven biÇn, và duy trì să đÅu t° rÃt ỏng kầ v thói gian v nguòn lc liờn quan.

Các nhà nghiên cąu gÅn đây đã khÁo sát vÅ các giàn khoan ngồi kh¢i đã tÁp trung vào các vÃn đÅ chung nh° sau:

- HiËu quÁ, đặc điÇm, phân lo¿i và các khái niËm cÃu trúc khác nhau (chẳng h¿n nh° giàn cá đánh, và giàn nái [23]);

- HË đßng lăc, ąng dāng, và các cơng nghË t°¢ng lai [23], [24]; - Các khía c¿nh thăc tÃ, tiêu chuẩn hóa và quy đánh [25];

- HË tháng hỗ trÿ tr¿m phát điËn ngồi kh¢i, trun tÁi, phân phái, tiêu thā, tích trā năng l°ÿng, thăm dị ngồi kh¢i và mơi tr°ãng [26]

- Đßng lăc thân nái trong ąng dāng căa các cơng trình ngồi kh¢i [27], [28], nhng tin bò v xu hỏng phỏt triần [23], [29], [30].

Ngoài ra, nhāng nghiên cąu khác vÅ các chă đÅ cā thÇ nh° phân tích phi tun tính cÃu trúc giàn khoan [27], HË tháng nâng h¿ [31], Đánh giá dā liËu và kỹ thuÁt [25], Đánh vá đßng (Dynamic positioning - DP) [32], Chân giàn [33], HË tháng phÁn lăc căa đà cháng lún [34], BË Spar nỏi [16], Kiầm soỏt ò rung [36], Mụ hỡnh húa và điÅu khiÇn [51], HË tháng di chuyÇn và tÁi trọng, và các yÃu tá Ánh h°ång đÃn vá trí chính xác căa giàn khoan [32], [37].

Có thÇ nhÁn thÃy rÅng các vÃn đÅ chung vÅ JuR đã khá hồn thiËn, trong khi vÃn đÅ vÅ mơ hình hóa và chiÃn l°ÿc kiÇm sốt đái vái giàn khoan v¿n ch°a đ°ÿc nghiên

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

cąu.

<i>c. Một số cơng trình trong thực tiễn </i>

HË tháng iu khiần Jacking ABB: l mòt hậ thỏng iu khiần biÃn tÅn (Variable Frequency Drive-VFD) dùng đÇ điÅu khiÇn tác ò v mụ-men xon ca òng c xoay chiu bng cách thay đái tÅn sá và điËn áp đÅu vào ca òng cÂ.

Nhng li th chớnh ca hậ thỏng dn òng iu khiần VFD bao gòm cỏc hot òng khồi òng c kiầm soỏt v kiầm soỏt tỏc ò chính xác, d¿n đÃn hiËu q đ°ÿc cÁi thiËn. Nó tái °u hóa mąc tiêu thā năng l°ÿng trong các điÅu kiËn làm viËc khác nhau, và tăng c°ãng đß tin cÁy vÁn hành và hË tháng. HË tháng truyÅn đßng điËn căa hãng ABB đ°ÿc tích hÿp hồn tồn vái hË tháng điËn và tă đßng hóa trên nÅn tÁng tă đßng hóa 800XA hiËu st cao. KÃt nái giāa các phÅn tÿ liên kÃt m¿nh mÁ và chąc năng hiÇn thá thơng báo cao cÃp cho phép hË tháng vÁn hành theo cách thơng minh, an tồn h¢n và hiËu q h¢n.

<i>Hình 1.2 Giàn khoan tự nâng </i>

Trên Hình 1.2 là mßt d¿ng JuR có cÃu t¿o có thÇ đąng trên dàn chân đà tă nâng. HË thỏng kiầm soỏt v dn òng ABB da trờn nn tÁng điÅu khiÇn 800XA tiên tiÃn, cung cÃp cho ng°ãi vÁn hành thơng tin cÅn thiÃt đÇ kiÇm sốt trun òng ca cỏc òng cÂ. Nguyờn tc thit k ca nú l cung cp cỏc thao tỏc iu khiần Ân gin, quen thuòc ầ an ton v dẫ vn hnh, h tr hai hoc nhiu trm iu khiần truyn òng, kÃt hÿp bÁng điÅu khiÇn vÁt lý vái màn hình máy tính trăc quan đÇ biÃt thơng tin và giám sát q trình điÅu khiÇn. Ngồi ra, cũng có thÇ tích hÿp hË tháng chẩn đốn từ xa ABB

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

(RDS), cho phép kÃt nái vào bã và cung cÃp các dách vā chuyên môn và giám sát hË tháng từ xa.

<i>Hình 1.3 Giàn khoan tự nâng Tam đảo 03 </i>

TÁp đồn DÅu khí đã đÅu t° mua tàu đáa chÃn 2D Bình Minh 02, liên doanh tàu đáa chÃn 3D, đóng mái mßt sá giàn khoan ầ cú thầ ch òng trong cụng tỏc tỡm kiÃm thăm dị dÅu khí trong n°ác và có thÇ må rßng ra khu văc cũng nh° thà giái.

ViËc chà t¿o thành cơng JuR å đß sâu 90m n°ác là <bË phóng= đÅu tiên đ°a n°ác ta trå thành 1 trong 3 quác gia t¿i châu Á và 1 trong 10 quác gia trên thà giái làm chă đ°ÿc cơng nghË chà t¿o JuR. Từ đó, đã đặt nÅn móng khai t¿o ra ngành cơng nghiËp đóng mái giàn khoan t¿i ViËt Nam. DÅu mß là mßt ngußn năng l°ÿng quan trọng trong kinh tà phát triÇn. ViËt Nam có nhiÅu ngn xăng dÅu; tuy nhiên, viËc khai thác giÃng dÅu phā thc vào cơng nghË n°ác ngồi.

Cùng vái mßt sá giàn khoan dÅu nhÁp khẩu và cho thuê từ n°ác ngoài nh° Hakuryu-5 và Songa-Mercur, ViËt Nam có xây dăng mßt sá giàn, trong đó Giàn khoan tă nâng 90m n°ác - Tam ĐÁo 03 (Hình 1.3) là cơng trình đÅu tiên å n°ác ta và là công

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

trình trọng điÇm qc gia vÅ chà t¿o giàn khoan dÅu khí tă nâng có khái l°ÿng kÃt cÃu v thit bỏ hÂn 12.000 tn, cú thầ hot òng å các khu văc n°ác sâu đÃn 90m cùng hË tháng khoan có thÇ khoan sâu đÃn 6.100m d°ái đáy biÇn. Trong q trình nghiên cąu, cơng trình đã thăc hiËn thành công 11 đÅ tài cÃp Nhà n°ác và hÂn 675 bò bn v thit k chi tit. Viậc chà t¿o thành công JuR 90m n°ác và đ°a vào vÁn hành, khai thác t¿o nên dịng sÁn phẩm cơng nghiËp mái căa ViËt Nam, giúp ViËt Nam h°áng tái chă đßng sÁn xuÃt các sÁn phẩm tiÃp theo nh° JuR Tam đÁo 05 nh° Hình 1.4, 120m n°ác có khái l°ÿng kÃt cÃu, thiÃt bá h¢n 18.000 tÃn, gÃp 1.5 lÅn giàn khoan 90m n°ác đã thăc hiËn, đáp ąng yêu cÅu thăm dò, khai thác căa ngành dÅu khí ViËt Nam mang l¿i hiËu quÁ kinh tà cao.

<i>Hình 1.4 Giàn khoan tự nâng Tam đảo 05 đóng tại Việt Nam thiết kế theo mẫu 2000E của hãng Friede & Goldman </i>

JU-Các đÅ tài cÃp nhà n°ác chă yu nghiờn cu v kt cu v c khớ, òng lăc. JU-Các hË tháng liên quan đÃn điÅu khiÇn chă yÃu nhÁp ngo¿i, ch°a đ°ÿc nghiên cąu cā thÇ. Các hË nâng cho giàn Tam ĐÁo 03, Tam ĐÁo 05 hồn tồn đ°ÿc tính tốn thiÃt kà t¿i n°ác ngồi, giá thành đÃt, công nghË và các giÁi pháp thi công ch°a làm chă đ°ÿc.

<b>1.2. Các hệ tháng th°ãng dùng trong nâng h¿ giàn khoan </b>

<i><b>1.2.1. Mô tả hoạt động của giàn </b></i>

HiËn nay å ViËt Nam, hÅu hÃt các JuR đang ho¿t đßng khai thác và thăm dị dÅu

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

khí å thÅm lāc đáa phía nam vái măc n°ác biÇn từ 150m trå xuáng. Lo¿i JuR này chiÃm tß trọng lán (60%) trong táng sá giàn khoan đang ho¿t đßng và đang đ°ÿc thi cơng chà t¿o trên tồn thà giái. Bá trí chung trên giàn khoan đ°ÿc thÇ hiËn nh° Hình 1.5.

<i>Hình 1.5 Bố trí chung trên giàn khoan tự nâng a. Cấu tạo chính của giàn khoan tự nâng: </i>

- Thân chính: là mßt d¿ng kÃt cÃu bÁn vß có d¿ng hình tam giác gßm: Sàn trên, sàn d°ái, sàn trung gian, sàn thao tác, vách bao xung quanh, các vách dọc bÅng thép tÃm và các kÃt cÃu dÅm, x°¢ng gia c°ãng. Thân chính đ°ÿc chia ra nhiu khoang gòm: Buòng mỏy, buòng bÂm bựn, buòng mỏy phā, kho chąa dāng cā và thiÃt bá, các két chąa, các két n°ác dÅn, các két n°ác sinh ho¿t. Trên mặt boong chính bá trí hË tháng áng, đ°ãng dn dỏch chuyần thỏp khoan, cỏc hậ thỏng bÂm, hậ tháng cẩu, các hË tháng thơng gió và cabin bng å.

- Sân bay trăc thăng: Bá trí phía đái diËn vái tháp khoan trong ph¿m vi cÅn cẩu có thÇ phāc vā cẩu chun.

- Sàn khoan: vái hË tháng tr°ÿt cho phép điÅu chßnh vá trí tháp khoan ra tái 20m

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

theo chiÅu dọc và 9m theo chiÅu ngang cách mép ngồi thân giàn khoan.

- Khái nhà å: Gßm nhiÅu tÅng, đ°ÿc chia thành các bng å cho cơng nhân và kỹ s° làm viËc trên giàn khoan vái y tiận nghi sinh hot v nghò ngÂi, bỏ trí văn phịng làm viËc, phịng điÅu khiÇn, phịng thơng tin liên l¿c.

- HË tháng cẩu: gßm ba chiÃc đ°ÿc bá trí å các góc căa thân giàn đÁm bÁo tÅm vái và sąc nâng t¿i mọi vá trí trên giàn.

- HË tháng các lo¿i b¢m: Gòm bÂm nỏc sch, bÂm nỏc dn v nỏc bn, bÂm nỏc cho thỏp khoan, bÂm cu hòa, bÂm nỏc nóng, b¢m n°ác sinh ho¿t, b¢m vË sinh, b¢m bùn, b¢m cung cÃp dÅu.

- Chân giàn khoan đ°ÿc chà t¿o bÅng thép có c°ãng đß cao có kÃt cÃu theo kiÇu thanh giÅng đ°ÿc liên kÃt vái nhau. Chân giàn khoan bao gßm nhiÅu phân đo¿n, các phân đo¿n chân giàn khoan đ°ÿc chà t¿o d°ái să kiÇm tra giám sát căa đăng kiÇm ABS hoặc DNV.

JuR c thit k ầ hot òng ti nhng vựng biần có đß sâu từ 60m đÃn 120m, cháu đ°ÿc sąc gió å tác đß tái đa 180km/h, tác đß dịng chÁy 2m/s. Giàn khoan tă nâng thiÃt kà đÇ khoan t ò sõu tỏi thiầu l 6000m v tỏi a là 10.000m.

<i>b. Các hệ thống chính trên giàn khoan tự nâng: </i>

- HË tháng máy phát điËn: s dng ầ cung cp ton bò iận nng tiờu thā trên giàn khoan. Năng l°ÿng đ°ÿc truyÅn tÁi theo các ph°¢ng pháp nh° c¢ khí, điËn hoặc kÃt hÿp cÁ hai ph°¢ng pháp. Các máy phát điËn này là lo¿i đặc biËt đ°ÿc chà t¿o đÇ làm viËc trong mụi tróng trờn biần vỏi ò tin cy cao, c tích hÿp hË tháng điÅu khiÇn hiËn đ¿i có thÇ giỏm sỏt v iu khiần ti ch v òng bò vái hË tháng điÅu khiÇn trên giàn khoan.

- HË tháng nâng h¿ gßm có: hË tháng thanh răng-bánh răng, tháp khoan, tãi khoan, phanh tãi khoan, ròng rọc đßng, rịng rọc tĩnh, cáp khoan, thiÃt bá kẹp cáp chÃt, cußn cáp dā trā. Đây là mßt trong nhāng hË tháng quan trọng căa JuR.

- HË tháng xoay, hË tháng tn hồn dung dách, hË tháng kiÇm sốt giÃng.

- Ngồi ra cịn có các hË tháng phā trÿ khác nh°: hË tháng khí nén; hË tháng neo; hË tháng thiÃt bá thông tin liên l¿c; hË tháng báo đßng; hË tháng cąu sinh, cąu hßa; hË tháng điÅu hịa khơng khí và nhiËt đß; hË tháng thơng gió; hË tháng chiÃu sáng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

<i>c. Các chế độ làm việc </i>

JuR chă u đ°ÿc thiÃt kà cho các vùng biÇn nơng [52], [53] vái khÁ năng đß sâu n°ác h¿n chÃ, do đó các vÃn đÅ khó khăn nhÃt là lách trình vÁn chuyÇn và thiÃt lÁp các chân trong thãi tiÃt khÃc nghiËt. Thân căa JuR đóng vai trị hỗ trÿ cho chân cũng nh° xác đánh chÃt l°ÿng đß cąng xác đánh các điÅu kiËn thãi tiÃt mà JuR có thÇ cháu đ°ÿc. Các đặc tính căa đÃt nh° góc ma sát giái h¿n d°ái và giái h¿n trên đ°ÿc xác đánh và phân tích trên các sá liËu điÅu tra đáa kỹ thuÁt. H¢n nāa, viËc đánh giá khÁ năng thâm nhÁp căa chân phÁi đ°ÿc phân tích tr°ác khi vÁn chun JuR đÃn vá trí lÃp đặt. Liên quan đÃn nÅn móng, khi gia tÁi tr°ác, nÅn móng phÁi đă chÃc chÃn đÇ ngăn các đà cháng lún å chân móng đâm q sâu xng đáy biÇn và có đă lăc cÁn đÇ ngăn đà cháng lún khơng bá tr°ÿt [22], nh° thÇ hiËn trong Hình 1.6. Khi đÃn vá trí lÃp đặt, các điÅu kiËn làm viËc an toàn, các b°ác thăc hiËn cùng vái chąc năng căa nó d°ái đây:

<i>Hình 1.6 Hoạt động hạ chân của giàn khoan khi đến vị trí xác định [22] </i>

- ĐÃn vá trí: Giàn khoan có thÇ tă hành trên thân giàn hoặc đ°ÿc vÁn chuyÇn nh° hàng hóa trên tàu khác [32].

- H¿ thÃp chân: giàn khoan giā cho thân giàn å mßt vá trí cá đánh, và chân căa nó

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

h¿ dÅn xuáng d°ái đáy biÇn bÅng cách sÿ dāng hË tháng thanh răng-bánh răng [31].

- Ho¿t đßng cÃm chân vào nÅn đáy biÇn: māc đích căa quy trình là cung cÃp tÁi cho chân giàn lên đÃn mąc tÁi đ°ÿc xác đánh tr°ác. ĐÁm bÁo đß cąng căa nÅn đáy biÇn đă đÇ móng cháu tÁi trọng thiÃt kà tái đa (bao gßm cÁ tÁi trọng mơi tr°ãng). Sau khi đ¿t đÃn đß sâu tái đa d°ái đáy biÇn, tÁi trọng bá sung (th°ãng là n°ác dÅn) sÁ đ°ÿc xÁ ra. Trong q trình này, viËc b¢m n°ác mặn vào các khoang chąa lán căa JuR tăng dÅn tÁi lên mąc tÁi mong muán. ĐiÅu này gây áp lăc theo ph°¢ng thẳng đąng lán h¢n lên các đà cháng lún, khiÃn chúng chìm sâu h¢n cho đÃn khi tÁi trọng đ°ÿc cân bÅng båi sąc cháu tÁi căa đÃt [54].

- Ho¿t đßng nâng thân giàn đÃn vá trí làm viËc: thân giàn đ°ÿc nâng lên vá trí làm viËc, đÁm bÁo khoÁng cách giāa thân giàn và mặt n°ác. HË tháng cá đánh đ°ÿc sÿ dāng đÇ cá đánh chân tr°ác, trong và sau khi nâng.

Cā thÇ, khi đ°a giàn khoan đÃn vá trí cÅn khoan bÅng các ph°¢ng tiËn kéo thì tiÃn hành h¿ giàn khoan, đÅu tiên h¿ chân giàn (vá trí h¿ chân giàn khoan phÁi đ°ÿc khÁo sát tr°ác vái chiÅu sâu gÃp 1,2 lÅn chiÅu sâu dă kiÃn). Sau khi h¿ chân giàn khoan xong thì tiÃn hành nâng thân chính giàn khoan lên theo chiÅu cao thiÃt kà đÇ đÁm bÁo an tồn khi làm viËc. Tùy theo trọng l°ÿng căa giàn và thiÃt bá trên giàn mà tác đß nâng là từ 5m/h đÃn 20m/h. Khi nâng giàn lên đ°ÿc 50mm đÅu tiên thì dừng l¿i, lúc này trọng l°ÿng căa giàn khoan tÁp trung å ba chân giàn thì các kỹ s° phÁi thăc hiËn đo đ¿c các thơng sá t¿i vá trí căa các chân gin, bÂm nỏc biần vo cỏc kột nỏc ging ầ đÁm bÁo cân bÅng. Khi đÁm bÁo giàn khoan đ°ÿc cân bÅng thì tiÃp tāc nâng lên 50mm tiÃp theo, tiÃp tāc cơng viËc kiÇm tra thơng sá và xÿ lý đÇ cân bÅng. Và tiÃp tāc cơng viËc đÃn khi nâng giàn khoan đÃn đß cao mong muán. Khi giàn khoan đã đ°ÿc cÃm án đánh thì t¿o ra mßt diËn tích làm viËc giáng nh° giàn cá đánh nh°ng trong q trình làm viËc giàn khoan phÁi ln ln đ°ÿc xÿ lý đÇ đÁm bÁo cân bÅng.

<i><b>1.2.2. Hệ thống nâng hạ giàn khoan sử dụng cơ khí </b></i>

HË tháng nâng h¿ là mßt hË tháng rÃt quan trọng căa giàn khoan (Hình 1.7). Chąc năng chính căa nó là nâng hoặc h¿ thân giàn khi giàn khoan đã di chun đÃn vá trí làm viËc hoặc di chuyần gin t mòt vỏ trớ ny n mòt vá trí khác. Mßt chąc năng quan trọng khác là giā trọng l°ÿng căa thân giàn å điÅu kiËn nâng cao trong quá trình tÁi tr°ác. HË

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

tháng này cũng đ°ÿc yêu cÅu phÁi có khÁ năng cá đánh chân å điÅu kiËn nâng cao và hp th cỏc lc gõy ra bồi chuyần òng xoay và nghiêng căa chân trong quá trình kéo giàn khoan từ mßt vá trí này sang mßt vá trí khác. Khi giàn khoan å vá trí nâng hồn tồn, hË tháng nâng h¿ có thÇ đóng vai trị là hË tháng <giā= chính, cháu khơng chß <trọng l°ÿng nâng cao= căa thân giàn mà còn cÁ các phÁn lăc thẳng đąng sinh ra trong mỗi thanh giÅng do sóng, dịng chy v ti trng giú trong mòt cÂn bóo tỏc đßng.

<i>Hình 1.7 Hệ thống thanh răng-bánh răng sử dụng cho giàn khoan tự nâng </i>

Trên thà hË JuR mỏi, lỏn hÂn, hậ thỏng nõng khụng chò gi thõn giàn thẳng đąng trong điÅu kiËn nâng cao hoặc nái. Nhāng giàn khoan nh° vÁy th°ãng đ°ÿc trang bá hË tháng cá đánh đÇ tăng khÁ năng cá đánh giàn khoan. NÃu hË tháng nâng cung cÃp khÁ năng nh° vÁy, thì thơng th°ãng nó sÁ u cÅu gÃp đơi sá bánh răng so vái mąc cÅn thiÃt. Khi mßt hË tháng cá đánh đ°ÿc sÿ dāng, hË tháng nâng s chò s dng ầ nõng thõn tu v h trÿ nó trong q trình tÁi tr°ác. Khi thân giàn đ¿t đÃn vá trí làm viËc, hË tháng cá đánh đ°ÿc kích ho¿t và q trình "chun tÁi" đ°ÿc thăc hiËn đÇ chuyÇn tÁi trọng từ hË tháng nâng sang hË tháng cá đánh. JuR ba chân lo¿i nhß sÁ có 36 bánh răng trong khi các thiÃt bá lán h¢n có 54 bánh răng và các thiÃt bá trong mụi tróng khc nghiật lỏn hÂn cú thầ cú tỏi 72 bánh răng. Mỗi bánh răng đ°ÿc trun đßng thơng qua mòt bò hòp sỏ bng mòt òng c iận xoay chiÅu đ°ÿc trang bá phanh đĩa dă phòng. Các c tớnh ca òng c sao cho chỳng s cú xu h°áng cân bÅng tÁi giāa tÃt cÁ các bánh răng trên thanh răng khi hË tháng đang ho¿t đßng. ĐiÅu này sÁ đÁm bÁo khơng có bánh răng riêng l¿ nào bá quá tÁi. Các thiÃt kà ban đÅu căa hË tháng nâng cũng có thÇ đ°ÿc sÿ dāng òng

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

c thy lc thay vỡ trun đßng điËn. Hình 1.8 cho thÃy să sÃp xÃp chính căa hai bß trun đßng, viËc chia s¿ tÁi giāa các bánh răng rÃt quan trọng đÇ phân bá tÁi đÅu trên tÃt cÁ các bánh răng, nh°ng nó cng cú thầ xut hiận mòt vi li khụng mong muán. NÃu đà cháng lún tiÃp xúc vái tÁi trọng lËch tâm do đáy biÇn dác hoặc khi đąng trên mòt chỏng lỳn c dỏi ỏy biần, mụmen uỏn có thÇ sinh ra å chân.

<i>Hình 1.8 Bố trí của hai hệ truyền động chính (GustoMSC jacking unit) [55] </i>

NÃu hË tháng nâng h¿ giàn đ°ÿc giā bÅng phanh, nó sÁ cháng l¿i bÃt kỳ mơmen nào nh° vÁy, nh°ng ngay khi hË tháng nâng h¿ ho¿t đßng, să cõn bng gia cỏc òng c nõng h s loi bß khÁ năng hÃp thā mơmen căa hË tháng này. ĐiÅu này có thÇ khiÃn các thanh d¿n h°áng å chân phÁn ąng l¿i mơ men và do đó t¿o ra lăc cÃt ngang qua thanh giÅng chân. HiËu ąng này đ°ÿc gọi là lËch pha giá đỡ (Rack Phase Difference RPD). ọ dng Ân gin, nú biầu thỏ mßt giá trá cho să khác biËt theo chiÅu dọc vÅ chiÅu cao giāa các thanh giÅng chân riêng l¿ có thÇ xÁy ra nÃu mơ men do đáy biÇn không bÅng phẳng t¿o ra trå nên quá mąc. RPD th°ãng đ°ÿc đo å trên cùng căa khung kích là chênh lËch "pha" giāa các đß cao căa mỗi thanh ging chõn. Kiầm tra RPD cung cp mòt phÂng phỏp tát đÇ quan sát xem trên thăc tà đà cháng lún có cháu tÁi trọng lËch tâm hay khơng. MiÉn là giá trá nÅm trong sá liËu có thÇ chÃp nhÁn đ°ÿc thì khơng cÅn thăc hiËn thêm hành đßng nào.

</div>