Tính toán thiết kế vận chuyển khối chân đế trên biển bằng sà lan

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (13.64 MB, 197 trang )

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 1 (197)

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học Xây Dựng, đặc biệt là tại
Viện Xây dựng Công trình biển em đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức bổ ích và rất cần thiết
cho một kỹ sư. Tuy nhiên việc được các thầy giới thiệu làm đồ án tốt nghiệp tại PV
Engineering lại là một dịp thật ý nghĩa bởi em có thể học hỏi thêm được nhiều điều. Đó là cơ
hội để em có thể tìm hiểu sâu hơn, đầy đủ hơn về chuyên môn của ngành công trình biển và
kinh nghiệm thực tiễn thông qua việc làm đồ án tốt nghiệp.
Qua thời gian học tập và phấn đấu, chúng em được các thầy giới thiệu thực tập và làm đồ
án tốt nghiệp tại: Phòng Thiết kế phát triển mỏ & Công trình biển – Trung tâm Tư vấn Thiết
Kế - Tổng Công Ty Tư vấn Thiết kế Dầu Khí (PV Engineering). Được thực tập và làm đồ án tốt
nghiệp tại Phòng Thiết kế phát triển mỏ & Công trình biển đối với chúng em là vô cùng vinh
dự bởi Tổng Công ty Tư vấn Thiết kế Dầu khí (PV Engineering ) là Tổng Công ty chuyên về tư
vấn thiết kế duy nhất trong Tập Đoàn Dầu Khí Việt Nam. Được làm đồ án tốt nghiệp trong một
môi trường chuyên nghiệp giúp em học hỏi được rất nhiều điều từ kiến thức chuyên môn đến
kinh nghiệm thực tế trong thiết kế Công trình biển. Tuy nhiên do kinh nghiệm chuyên môn thực
tế không có nên em nhận thấy còn mốt số thiếu sót trong quá làm đồ án tốt nghiệp tại Phòng.
Em hi vọng sẽ được tiếp tục nhận sự quan tâm, hướng dẫn, chỉ bảo thêm;

Em xin cảm ơn các thầy cô trong Viện Xây Dựng Công Trình Biển, thầy cô là những người
luôn theo sát, dẫn dắt chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường !
Em xin gửi lời cảm ơn Th.S Nguyễn Mạnh Hùng – Trưởng phòng Phòng Thiết kế phát triển
mỏ & Công trình biển là người trực tiếp hướng dẫn em được thực tập và làm đồ án tốt nghiệp
tại Phòng ,và chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể các anh trong Phòng đã
nhắc nhở, động viên và tạo điều kiện cho chúng em trong suốt thời gian thực tập và làm đồ án
tốt nghiệp tại đây !
TP.HCM, Ngày tháng năm 2011
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Quân

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 2 (197)

Table of Contents
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ 6
1.1. Ngành công nghiệp dầu khí Việt Nam: 6
1.1.1. Giới thiệu chung: 6
1.1.2. Các giai đoạn phát triển: 6
1.1.3. Quá trình tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí ở Việt Nam: 7

1.1.4. Mục tiêu phát triển trong tương lai: 8
1.2. Tổng quan về nghành xây dựng công trình biển: 9
1.2.1. Quá trình hình thành và phát triển của nghành xây dựng CTB thế giới : 9
1.2.2. Sự phát triển nghành xây dựng công trình biển ở Việt Nam: 10
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN 11
2.1. Tổng quan về mỏ Hải Sư Đen: 11
2.2. Giới thiệu về dự án Hải Sư Đen: 12
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG 15
3.1. Khái quát về tính toán vận chuyển trong ngành công trình biển: 15
3.1.1Các nội dung nghiên cứu về bài toán vận chuyển: 15
3.1.2.Chuyển động và tính ổn định của sà lan: 16
3.2. Cơ sở thiết kế: 19
3.2.1. Phạm vi đồ án: 19
3.2.2. Phần mềm sử dụng: 19
3.2.3. Quy trình phân tích: 19
3.3. Tiêu chuẩn áp dụng và tài liệu tham khảo: 24
3.3.1. Tiêu chuẩn áp dụng: 24

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 3 (197)

3.3.2. Tài liệu công nghệ khác: 24
CHƯƠNG 4: SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 25
4.1. Số liệu thiết kế: 25
4.1.1. Số liệu về kết cấu khối chân đế HSD: 25
4.1.2. Số liệu về sà lan VSP05: 25
4.1.3. Số liệu môi trường: 25
4.1.4. Đặc trưng vật liệu: 26
4.2. Mô hình tính toán: 28
4.2.1. Cơ sở lý thuyết: 28
4.2.2. Vị trí khối chân đế trên sà lan: 29
4.2.3. Hệ thống seafastening: 30
CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG 32
5.1. Mô hình các trường hợp tải trọng: 32
5.1.1. Tải trọng bản thân kết cấu KCD: 32
5.1.2. Tải trọng do khối lượng của các cấu kiện phụ: 32
5.1.3. Tải trọng gió: 41
5.1.4. Tải trọng quán tính: 43
5.2. Tổ hợp tải trọng: 49
5.2.1. Tổ hợp tải trọng bản thân: 49
5.2.2. Tổ hợp tải trọng thiết kế: 49
CHƯƠNG 6: KIỂM TRA BỀN CHO NÚT VÀ PHẦN TỬ KẾT CẤU 54
6.1. Tính toán kiểm tra độ bền-khả năng chịu lực của các phần tử: 54
6.1.1. Những phần tử chịu kéo dọc trục: 54

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ

Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 4 (197)

6.1.2. Những phần tử chịu nén dọc trục: 54
6.1.3. Những phần tử chịu uốn: 55
6.1.4. Những phần tử chịu cắt: 56
6.1.5. Phần tử chịu nén uốn đồng thời: 57
6.1.6. Phần tử chịu kéo uốn đồng thời: 58
6.2. Tính toán kiểm tra nút: 59
6.2.1. Sơ đồ truyền lực của nút đơn giản: 59
6.2.2. Kiểm tra nút theo ứng suất chọc thủng: 60
6.2.3. Phân loại nút đơn giản: 62
6.2.4. Yêu cầu cấu tạo gia cường nút: 62
6.3. Kết quả kiểm tra: 63
6.3.1. Kết quả kiểm tra một số phần tử (Unity Check > 0.15): 63
6.3.2. Kết quả kiểm tra nút: 72
PHỤ LỤC A: CÁC BẢN VẼ THỂ HIỆN TRONG ĐỒ ÁN 73
PHỤ LỤC B: MÔ HÌNH KẾT CẤU TRONG SACS 88
PHỤ LỤC C: INPUT FILES 97
C.1 SACS Input File (Generate Gravity Load after Loadout) 98
C.2 SACS Input File (Additional Inputs for TOW Condition) 109
C.3 TOW Input File 111
PHỤ LỤC D: OUTPUT FILES 112
D.2. Applied Load and Joint Reaction Summary 125
D.3. Member Stress Check 134

D.4. Joint Stress Check 158

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 5 (197)

PHỤ LỤC F: 163
TÍNH TOÁN KIỂM TRA CÁC THANH CHỐNG XIÊN VÀ CÁC MỐI HÀN 163
PHỤ LỤC G: KIỂM TRA CÁC ỐNG CHỐNG 167
PHỤ LỤC H: KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM HẠ THỦY 171
PHỤ LỤC I: KIỂM TRA DẦM BOX-BEAM 178
PHỤ LỤC K: KIỂM TRA KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA SÀ LAN 185

điểm này là từ 0.9 đến 1.2 tỷ m3 dầu và từ 2100 đến 2800 tỷ m3 khí. Trữ lượng đã
được xác minh là gần 550 triệu tấn dầu và trên 610 tỷ m3 khi. Trữ lượng khí đã được
thẩm lượng , đang được khai thác và sẵn sàng để phát triển trong thời gian tới vào
khoảng 400 tỷ m3. Với các biện pháp đồng bộ, đẩy mạnh công tác tìm kiếm – thăm dò,
khoảng từ 40 đến 60% trữ lượng nguồn khí thiên nhiên của nước ta sẽ được phát hiện
đến năm 2010.
1.1.2. Các giai đoạn phát triển:
Các mốc thời gian ghi dấu sự phát triển của ngành công nghiệp Dầu khí Việt Nam:
- Ngày 26/6/1986: Khai thác tấn dầu đầu tiên của Việt Nam tại mỏ Bạch Hổ.
- Ngày 29/12/1988: Khai thác tấn dầu quy đổi thứ 1 triệu tại mỏ Bạch Hổ.
- Ngày 02/3/1992: Khai thác tấn dầu thứ 10 triệu.
- Ngày 26/4/1995: Khánh thành xây dựng đường ống dẫn khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ
vào bờ dài 160km.
- Ngày 28/8/1997: Khai thác tấn dầu thứ 50 triệu.

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 7 (197)

- Tháng 10/1998: Nhà máy xử lý khí Dinh Cố bắt đầu hoạt động.
- Ngày 13/02/2001: Khai thác tấn dầu thứ 100 triệu.

- Ngày 24/7/2002: Khánh thành đường ống dẫn khí nối mỏ Rạng Đông và mỏ Bạch Hổ
dài 46,5km.
- Ngày 26/11/2002: Hoàn thành xây dựng đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn dài 399km
từ mỏ Lan Tây đưa khí vào bờ.
- Ngày 06/01/2003: Nhà máy nhựa và hóa chất Phú Mỹ đi vào hoạt động, sản xuất nhự
PVC với công suất 100 nghìn tấn/năm.
- Ngày 20/12/2003: Khai thác tấn dầu thứ 150 triệu.
- Ngày 15/11/2004: Nhà máy đạm Phú Mỹ đi vào hoạt động với công suất 600 nghìn
tấn phân urê/năm.
- Tháng 4/2005: Sản lượng khai thác khí đạt 15 tỷ m
3
.
- Ngày 12/6/2005: Khai thác tấn dầu quy đổi thứ 200 triệu.
1.1.3. Quá trình tìm kiếm thăm dò và khai thác dầu khí ở Việt Nam:
Năm 1973-1974 phát hiện khí tại Tiền Hải (Thái Bình) dựa trên các hoạt động của
đoàn Địa chất 36; đồng thời, trong thời gian này, chính quyền Sài Gòn cũ ký kết hợp
đồng với các nước ngoài và phát hiện dầu ở mỏ Bạch Hổ.
Năm 1981 chính thực thành lập Liên doanh Dầu khí Vietsopetro khai thác mỏ Bạch
Hổ, vừa tiến mở rộng đánh giá chất lượng.
Năm 1988, với chính sách mở cửa ra đời, Luật Đầu tư nước ngoài và Luật Dầu khí
tạo điều kiện cho các hoạt động dầu khí phát triển.
Hiện Việt Nam đã thăm dò 25% thềm lục địa với độ sâu nước nhỏ hơn 150m và hình
thành 4 cụm khai thác dầu khí quan trọng:
- Cụm 1: Ở phía Bắc thuộc trũng Hà Nội có mỏ khí Tiền Hải (Thái Bình).

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ

Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 8 (197)

- Cụm 2: Thuộc bể Cửu Long gồm 4 mỏ dầu đang khai thác là Bạch Hổ, Rồng, Rạng
Đông và Ruby, và là cụm quan trọng nhất hiện nay, chiếm 96% sản lượng của cả nước.
Ngoài ra, còn có thêm phát hiện mới là mỏ Sư Tử Đen.
- Cụm 3: Thuộc mỏ Nam Côn Sơn, cách bờ 110km có mỏ dầu Đại Hùng, và các mỏ khí
Lan Tây, Lan Đỏ, Hải Thạch, Mộc Tinh, Rồng Đôi, Hiện nay đã khai thác ở mỏ Lan
Tây.
- Cụm 4: Thuộc khu vực thềm lục địa ở phía Tây Nam vịnh Thái Lan, có các mỏ dầu
đang khai thác là Bunga Kekwa, Bunga Orkid, Cái Nước và Phú Khánh.
1.1.4. Mục tiêu phát triển trong tương lai:
Đẩy mạnh đầu tư công tác tìm kiếm thăm dò, gia tăng trữ lượng có thể khai thác một
cách hợp lý, ưu tiên các vùng khó khăn. Phấn đấu gia tăng trữ lượng dầu khí hàng năm
đạt 35-40 triệu tấn dầu quy đổi.
Khai thác và sử dụng hợp lý, hiệu quả, tiết kiệm nguồn tài nguyên dầu khí trong
nước để sử dụng lâu dài; đồng thời tích cực mở rộng hoạt động khai thác dầu khí ở
nước ngoài. Phấn đấu khai thác 25-38 triệu tấn quy dầu/năm trong đó khai thác dầu thô
giữ ổn định ở mức 18-20 triệu tấn/năm và khai thác khí 6-17 tỷ m3/năm.
Nhanh chóng đưa nhà máy lọc dầu Dung Quất và các khu liên hợp chế xuất dầu khí
vào hoạt động nhằm phục vụ nhu cầu sử dụng trong nước.
Tăng cường phát triển tiềm lực khoa học công nghệ, đầu tư trang thiết bị hiện đại để
hiện đại hoá nhanh ngành Dầu khí; xây dựng lực lượng quản lý cán bộ, công nhân dầu
khí mạnh cả về chất và lượng để điều hành các hoạt động dầu khí cả ở trong nước và ở
nước ngoài.

Trong quá trình phát triển phải đặc biệt chú trọng tới vấn đề môi trường, tiết kiệm và
an ninh năng lượng.

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 9 (197)

1.2. Tổng quan về nghành xây dựng công trình biển:
1.2.1. Quá trình hình thành và phát triển của nghành xây dựng CTB thế giới :
Dầu khí trên đất liền trữ lượng có hạn không đủ đáp ứng nhu cầu về năng lượng cho
các nghành công nghiệp, vì vậy con người cần phải tiến hành thăm dò và khai thác dầu
khí ở ngoài khơi, các thềm lục địa. Do vậy xây dựng công trình biển phục vụ thăm dò,
khai thác, chế biến dầu khí đã hình thành và phát triển.
Năm 1940 công trình biển đầu tiên được xây dựng tại vịnh Mexico, với độ sâu nước
khoảng 26 m phục vụ cho việc khoan thăm dò và khai thác dầu khí.
Năm 1960 công trình biển được thiết kế, xây dựng và lắp đặt tại những khu vực nước
có độ sâu khoảng 50m.
Đến nay các công trình biển được xây trên thế giới chủ yếu là các công trình biển

bằng thép trong đó 80% trong số 6000 công trình xây dựng tập trung tại vùng Biển Bắc
và Vịnh Mexixo đây là nơi có môi trường khắc nghiệt nhất.
Hiện nay dàn khoan biển cố định bằng thép xây dựng với độ sâu nước lớn nhất là dàn
Bullwincle ở Vịnh Mexixo với độ sâu nước là 492m, nặng 56000 (Tấn).
Do trình độ khoa học kỹ thuật, công nghệ trên thế giới ngày càng phát triển nhiều
dạng công trình biển được xây dựng và đưa vào khai thác ngoài công trình biển cố định
như: công trình biển mềm, công trình biển tự nâng (Jackup), công trình biển một điểm
neo Tính năng của từng loại công trình này phù hợp với từng điều kiện cụ thể để đạt
được yêu cầu sử dụng cao nhất.
Bên cạnh công trình biển thép truyền thống, còn có công trình biển trọng lực bằng bê
tông cốt thép, kiểu công trình biển kết hợp bê tông cốt thép và thép đang được ứng dụng
phổ biến với các ưu điểm nổi bật so với công trình biển thép. Kiểu công trình này phát
triển từ năm 1973 và cho đến nay trên thế giới có khoảng 30 giàn bê tông trọng lực với
kết cấu chủ yếu là dạng Condeep một số công trình tiêu biểu ở dạng này là:
Draugen là công trình bê tông cột trụ đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở độ sâu
252 m, đây là sản phẩm của sự hợp tác giữa Na Uy và Mỹ khởi công đầu năm 1991 và
đưa vào sử dụng tháng 7 năm 1993

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 10 (197)

Troll là công trình biển trọng lực bằng bê tông đạt độ sâu lớn nhất thế giới, với độ
sâu nước là 303m, tổng chiều cao công trình là 370m, khởi công xây dựng tháng 7 năm
1990 và đưa vào sử dụng tháng 5 năm 1995. Hibernia do công ty Doris thiết kế là giàn
chống băng đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở thềm lục địa Canada với trọng lượng
trên 4 triệu tấn công trình được khởi công năm 1991 và đưa vào sử dụng năm 1996.
1.2.2. Sự phát triển nghành xây dựng công trình biển ở Việt Nam:
Việt Nam với hơn 3000 km bờ biển với diện tích biển gấp khoảng 3 lần đất liền mở
ra tiềm năng to lớn trong công cuộc thăm dò và khai thác tài nguyên biển. Đặc biệt là
trong lĩnh vực dầu khí, một trong những ngành đem lại lợi nhuận kinh tế cao. Song
song với việc thăm dò, khai thác tài nguyên biển là sự phát triển của ngành xây dựng
công trình biển. Nhưng thực tế ngành xây dựng công trình biển ở Việt Nam còn là một
ngành non trẻ. Cho đến nay, các công trình biển xây dựng ở thềm lục địa Việt Nam chủ
yếu là ngành công trình biển bằng thép với số lượng còn hạn chế với mục đích để khoan
thăm dò và khai thác dầu mỏ và khí đốt và dịch vụ quốc phòng. Công trình biển ở Việt
Nam được xây dựng chính thức vào năm 1982 ở mỏ Bạch Hổ.
Cho đến nay XN LD Vietsovpetro đã xây dựng và đưa vào sử dụng khoảng 30 công
trình dầu khí các loại tại các mỏ Bạch Hổ, mỏ Ruby, mỏ Rạng Đông Phần lớn được
xây dựng theo công nghệ của Liên Xô cũ (Nga). Tuy nhiên trong mấy năm gần đây
ngành công trình biển của Việt Nam cũng đã có những bước tiến đáng kể, đội ngũ cán
bộ kỹ thuật và kỹ sư, công nhân đều có trình độ cao, công nghệ thi công hiện đại, sự hỗ
trợ đặc biệt của các phần mềm tính toán vì vậy mà chúng ta đã bắt đầu tiến hành thi
công những công trình với quy mô lớn như công trình đường ống dẫn khí PM3 Cà Mau,
các dàn công nghệ MSP. Đồng thời chúng ta cũng tham gia xây dựng các công trình
biển cho nước ngoài theo công nghệ thi công hiện đại.

Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 12 (197)

2.2. Giới thiệu về dự án Hải Sư Đen:
Dự kiến mỏ phát triển gồm có:
+ Một giàn đầu giếng(WHP) có vị trị ở mỏ Hải Sư Đen(HSD).
+ Một giàn đầu giếng (WHSP) có vị trí tại mỏ Hải Sư Trắng.
+ Kết nối với mỏ Tê Giác Trắng thuộc quản lý của Hoàng Long JOC.
+ Tham gia kết nối với hệ thống đường ống dưới biển giữa các mỏ.

Hình 2: Hệ thống dàn khoan và đường ống

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 13 (197)

Hình 3: Sơ đồ công nghệ đường ống
Dầu khai thác từ các giếng khoan của giàn HSD được chuyển tới giàn HST thông
qua hệ thống đường ống dưới biển.
Giàn HST vừa là giàn đầu giếng vừa có nhiệm vụ sơ chế dầu, là trung tâm cho sự
phát triển của TL JOC tại Block 15-2. Tại đây dầu khí được tách ra thành các sản phẩm
riêng và được chuyển tới FPSO phục vụ chế biến thành các sản phẩm thương mại.
Khí gas và nước ép vỉa được cung cấp bởi FPSO tới các giàn HST và HSD thông qua
hệ thống đường ống dưới biển.

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 14 (197)

Hình 4: Giàn HSD (WHP)
True North
Platform North
2

1

B
A

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 15 (197)

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ THIẾT KẾ VÀ TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG
3.1. Khái quát về tính toán vận chuyển trong ngành công trình biển:
3.1.1Các nội dung nghiên cứu về bài toán vận chuyển:
- Nghiên cứu chuyển động và gia tốc chuyển động.Thông thường các phân tích chuyển
động được thực hiện với hành trình cụ thể, các thông số môi trường cụ thể bằng cách sử
dụng các lý thuyết nhiễu xạ hoặc dải. Trong trường hợp không có các dữ liệu về thông số
môi trường thì chuyển động được xác đinh theo các motion định trước.
- Đánh giá mô hình kết cấu có tính đến tải trọng kết hợp với các chuyển động và gia
tốc.
- Thiết kế kết cấu chằng đỡ (seafastening)
- Kiểm tra các kết cấu cục bộ và tổng thể của phương tiện vận chuyển trong trường
hợp vận chuyển hàng khô.
 Các mô hình chuyển động được sử dụng rộng rãi nhất được giới thiệu bởi Noble
Denton áp dụng cho sà lan và các loại tàu vận chuyển. Các tiêu chí là:
- Chuyển động roll góc 20 độ với chu kỳ 10s

chuyển động heave với gia tốc 0.2g
- Chuyển động pitch góc 12.5 độ với chu kỳ 10s


chuyển động heave với gia tốc 0.2g
 Khi có các hành trình cụ thể thì dữ liệu môi trường 10 năm trở lại thường được sử
dụng cho thiết kế vận chuyển. Do tính chất ngắn hạn của quán trình vận chuyển, dữ liệu
môi trường đặc biệt trong tháng khởi hành được sử dụng để lợi dụng các lợi thế thời tiết
theo mùa. Khi thời gian vận chuyển nhỏ hơn 1 tháng thì các thông số môi trường được
phép giảm do tính chất ngắn hạn của quá trinh vận chuyển.
 Tuyến đường vận chuyển được lựa chọn đảm bảo an toàn, tính kinh tế và vấn đề
môi trường được cân nhắc.
- Điều kiện môi trường dọc theo tuyến vận chuyển ảnh hưởng tới chuyển động của sà
lan và tốc độ vận chuyển.Các điều kiện thời tiết thay đổi có thể làm chệch đường đi theo
tính toán.
- Sự tồn tại của những nơi trú ẩn an toàn là một phần của kế hoạch dự phòng, đặc biệt
cho thời gian vận chuyển dài ngày.Nơi trú ẩn an toàn phải được xác định để yêu cầu sà
lan di chuyển tới nơi trú ẩn khi gặp điều kiện thời tiết nguy hiểm.

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 16 (197)

- Kích thước sà lan và hàng vận chuyển phải được xác đinh chính xác để tính toán

tuyến đường khi phải đi qua vật cản như cầu hoặc trong vùng nước nông.
- Phí giao thông khi đi qua tuyến đường có thu phí như kênh đào Suez
3.1.2.Chuyển động và tính ổn định của sà lan:
 Phân tích chuyển động để xác định chuyển động và gia tốc của sà lan trong quá
trình vận chuyển,sử dụng phương pháp phân tích theo miền tần số. Các thông số cần thiết
cho việc phân tích chuyển động:
- Chiều cao sóng đáng kể đại diện cho tuyến đường vận chuyển
- Dải chu kỳ sóng
- Tốc độ gió
- Nhóm tàu phù hợp với con sóng trong thiết kế vận chuyển.
Chiều cao sóng thiết kế,Hs có thể được lấy từ thông số môi trường 10 năm trở lại đã
được điều chỉnh.Dải chu kỳ sóng Tp, được sử dụng đại diện cho các con sóng wave
steepnesses và có thể tính bằng biểu thức sau
13 30
S P S
H T H
 
Nếu chu kỳ chuyển động roll của sà lan nằm ngoài Tp thì dải Tp được sử dụng là dải
sóng thiết kế.
 Yêu cầu ổn định được quy định tùy theo các tổ chức, hiệp hội.Tùy thuộc hình dạng
thân tàu mà có các yêu cầu về tỷ lệ diện tích và đưa ra các kịch bản mất ổn định. Theo
Noble Denton, các yêu cầu ổn định được đưa ra cho tàu và sà lan như sau:
« Giới hạn của sự ổn định khi kết cấu còn nguyên vẹn đối với các trục không được nhỏ
hơn 34 độ cho sà lan lớn và 40 độ cho sà lan vận chuyển cỡ nhỏ( B < 23m, L< 74m).
Ngoài ra nếu phân tích mô hình chuyển động thì phạm vi ổn định tĩnh tối thiểu không nhỏ
hơn(20+0.8θ)
0
. Trong đó, θ là biên độ tối đa của chuyển động gây ra bởi trạng thái biển
thiết kế cộng với góc nghiêng tĩnh do gió thiết kế gây ra. Tính nổi của hàng hóa kín nước
có thể xem xét tới trong việc tính toán ổn định.

Bất kỳ góc mở nào gây ngập ở góc nhỏ hơn (θ+5)
0
sẽ được đóng kín và kín nước trên
biển, ở đây θ=20
0
cho sà lan lớn và 25
0
cho sà lan nhỏ và 30
0
cho tàu hàng nhỏ. Hàng hóa
nhô ra không được ngập nước khi mà góc nghiêng do gió 15m/s trong điều kiện nước vẫn
tồn tại. »

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 17 (197)

+ Xét sự ổn định của sà lan trong hai trường hợp:
-Khi sà lan còn nguyên vẹn:
Diện tích phần dưới đường cong mô men giữ tính đến điểm giao với đường cong mô men
lật do gió hoặc góc ngập nước (lấy giá trị nào nhỏ hơn) sẽ không nhỏ hơn 140% phần

diện tích bên dưới đường cong đường cong mô men lật do gió ở cùng độ nghiêng giới
hạn.
Vận tốc gió sử dụng trong tính toán ổn định trường hợp này có thể sử dụng vận tốc gió
thiết kế đo trong 1 phút. Trường hợp không có dữ liệu vận tốc gió thì có thể sử dụng giá
trị 50 m/s để tính toán.

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 18 (197)

-Khi sà lan có một khoang ngập nước (do hư hỏng):
Diện tích phía dưới đường cong momen giữ tính từ góc Loll đến điểm giao thứ 2 giữa
đường cong mô men giữ và đường cong mô men lật do gió hoặc góc ngập nước (lấy giá trị

nhỏ hơn) không nhỏ hơn 140% diện tích phía dưới đường cong momen gió lật tính trong
cùng miền giá trị của góc nghiêng.
Vận tốc gió sử dụng trong tính toán ổn định trường hợp này có thể sử dụng vận tốc gió
thiết kế 25m/s. Có thể sử dụng giá trị vận tốc gió thực tế nếu giá trị này nhỏ hơn.

Do bài toán tính toán ổn định của sà lan rất phức tạp cần một bộ số liệu môi trường của
tuyến vận chuyển đầy đủ và cần sử phần mềm chuyên dụng như bộ phần mềm MOSES
nên trong đồ án này không xét tới bài toán ổn định của sà lan.

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 19 (197)

3.2. Cơ sở thiết kế:
3.2.1. Phạm vi đồ án:
Đồ án này tóm tắt các kết quả và báo cáo kiểm tra của bài toán phân tích vận chuyển

khối chân đế giàn HSD trên biển dựa trên bộ quy tắc khuyến nghị thiết kế Noble
Denton trong điều kiện môi trường cực hạn có chu kỳ dưới 10 năm.
Phạm vi của giai đoạn thiết kế này là:
+ Kiểm tra bền cho kết cấu khối chân đế khi vận chuyển trên sà lan.
+ Tính toán thiết kế liên kết giữa khối chân đế và sà lan (seafastening).
3.2.2. Phần mềm sử dụng:
SACS
®
Version 5.3(phát triển bởi EDI) sẽ được sử dụng để phân tích bài toán vận
chuyển khối chân đế HSD trên biển.
3.2.3. Quy trình phân tích:
Bài toán phân tích vận chuyển khối chân đế HSD thực hiện bằng cách sử dụng phần
mềm SACS
®
5.3
Bài toán phân tích vận chuyển khối chân đế thực hiện qua 3 giai đoạn:

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ

Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 20 (197)

Bước 1: Static Run
Phân tích mô hình kết cấu chỉ chịu tải trọng bản thân, tức là mô hình kết cấu khối
chân đế HSD sau khi hạ thủy được đặt trên hai dầm đỡ.Các seafasterning được mô hình
hóa gán Elastic Modulus (E) và Shear Modulus (G) bằng 0. Nội lực của các phần tử
được lưu trữ trong file “Static CSF”

Hình 5: Mô hình khối chân đế trong bước 1

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 21 (197)

Bước 2: Inertia Run
Seafastening được gán các giá trị E=2.0x10
5
MPa và G=8000 MPa. Mô đun SACS
TOW được sử dụng để tính toán ra các thành phần lực quán tính của chuyển động “head
seas” và “beam seas”. Phản lực do trọng lượng bản thân kết cấu gây ra được đặt lên các
phần tử chịu nén (compression gap element). Các kết quả được lưu trữ trong file
“Inertia CSF”.

Hình 6: Mô hình khối chân đế trong bước 2

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 22 (197)

Bước 3: Combine and code check
SACS COMBINE tổ hợp hai file Static và Inertia CSF. Tiến hành tổ hợp tải trọng
gồm: trọng lượng bản thân, lực quán tính được tạo ra trong bước 2, tải trọng gió tác
dụng lên khối chân đế HSD. Phân tích kết cấu và kiểm tra các phần tử đặc trưng. Kết
quả lưu trữ trong file “Combine”.

Hình 7: Mô hình khối chân đế trong bước 3

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 23 (197)

Phương pháp phân tích bài toán vận chuyển khối chân đế HSD được mô tả trong hình
dưới đây:

Bư
ớ
c 1

Gravity analysis

T
ả
i tr
ọ
ng quán tính sinh ra trong quá trình v
ậ
n
chuyển được tao ra bởi SACs Tow module
Bư
ớ
c 2

Tổ hợp tải trọng gió và tải trọng quán tính
Xuất ra kết quả nội lực
Phân tích khối chân đế chịu tải trọng bản
thân+tải trọng quán tính+tải trọng gió
Kết quả kiểm tra
Th
ự
c hi
ệ
n ki
ể
m tra

Mô ph
ỏ
ng g

ố
i đ
ỡ

liên k
ế
t gi
ữ
a jacket và sà lan b
ằ
ng ph
ầ
n t
ử

GAP

Mô phỏng các phần tử seafasterning
Bư
ớ
c 3

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and

Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 24 (197)

3.3. Tiêu chuẩn áp dụng và tài liệu tham khảo:
3.3.1. Tiêu chuẩn áp dụng:
R
e
f.
Document
No.
Rev. Description
1
API RP2A-
WSD
21
st

edition
Recommended Practice for Planning, Designing, and
Constructing Fixed Offshore Platforms – Working
Stress Design, 21
st
Edition with Erratas and
Supplements 1 to 3
2 AISC-ASD
9

th

edition
American Institute of Steel Construction, Specification
for Structural Steel Buildings, Allowable Stress Design
and Plastic Design
3 AISC
13
th

edition
American Institute of Steel Construction, Steel
Construction Manual (FOR STRUCTURAL SHAPES
AND PROPERTIES ONLY)
4
ND
0030/ND
4
Noble Denton Group Pte Ltd, Guidelines for Marine
Transportation

3.3.2. Tài liệu công nghệ khác:
Ref
.
Document No. Rev. Description
1
HSD-0-GE-S-DB-
001
C01 HSD Structural Basis of Design
2

HSD-A-JK-S-RP-
2000
A01 HSD Jacket Inplace Analysis Report
3
GEN-0-00-S-SP-
0001
D01 Structural Steel Material Specification
4
HSD-A-JK-W-RP-
001
A01 HSD Jacket Weight Estimate report

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN

Institute of Construction for Offshore
Engineering
TỔNG CÔNG TY THIẾT KẾ DẦU KHÍ
Petrovietnam Investment Consultancy and
Engineering Joint Stock Company

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VẬN CHUYỂN KHỐI CHÂN ĐẾ GIÀN HSD TRÊN BIỂN

CBHD: THS. NGUYỄN MẠNH HÙNG TRANG
SVTH: NGUYỄN VĂN QUÂN – 7411.52 – LỚP 52CB2 25 (197)

CHƯƠNG 4: SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN

4.1. Số liệu thiết kế:
4.1.1. Số liệu về kết cấu khối chân đế HSD:
+ Chức năng: giàn đầu giếng (WHP)
+ Độ sâu nước thiết kế: 42.13(m)
+ Chiều cao khối chân đế: 52.12(m)
+ Góc nghiêng: 1/10
+ Số ống chính: 4(ống)
+ Số diafragm: 4
(Chi tiết kết cấu xem bản vẽ trong phụ lục)
4.1.2. Số liệu về sà lan VSP05:
-Lớp : American Burea of Shipping
-Cờ : Việt Nam
-Năm sản xuất: 2006
-GRT : 6582.5
-NRT : 1974.8
-Trọng lượng bản thân: 3000 mtons
-Sức chịu tải của sàn : 12 mtons/m
2

+ Các kích thước chính:
 Chiều dài 109.8 m
 Chiều rộng 32 m
 Chiều cao mạn 7.0 m
(Chi tiết xem bản vẽ VSP05 trong phụ lục)
4.1.3. Số liệu môi trường:
Gió bão có chu kỳ 10 năm được sử dụng để tính toán vận chuyển khối chân đế
( Theo “Noble Denton”). Vận tốc gió sử dụng để tính toán vận chuyển là 20.8 m/s ở độ
cao 10 m so với mực nước biển(Theo “Structural Basic of Design”).

Tính toán thiết kế vận chuyển khối chân đế trên biển bằng sà lan

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về