CƠ sở KHOA học CHO VIỆC xây DỰNG và KHAI THÁC CÔNG TRÌNH BIỂN DI ĐỘNG TRÊN VÙNG BIỂN VIỆT NAM

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

CHƯƠNG TRÌNH KC 09

VIỆN CƠ HỌC

BÁO CÁO TÓM TẮT TỔNG KẾT KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐỀ TÀI

CƠ SỞ KHOA HỌC
CHO VIỆC XÂY DỰNG VÀ KHAI THÁC
CÔNG TRÌNH BIỂN DI ĐỘNG
TRÊN VÙNG BIỂN VIỆT NAM
(Tài liệu này được chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện Đề tài cấp Nhà nước mã số KC.09.13)

PGS.TSKH. Nguyễn Tiến Khiêm

5784
04/5/2006

HÀ NỘI, 3/2005


BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

CHƯƠNG TRÌNH KC 09

VIỆN CƠ HỌC

BÁO CÁO TÓM TẮT TỔNG KẾT KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐỀ TÀI

CƠ SỞ KHOA HỌC
CHO VIỆC XÂY DỰNG VÀ KHAI THÁC
CÔNG TRÌNH BIỂN DI ĐỘNG
TRÊN VÙNG BIỂN VIỆT NAM
(Tài liệu này được chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện Đề tài cấp Nhà nước mã số KC.09.13)

PGS.TSKH. Nguyễn Tiến Khiêm

HÀ NỘI, 3/2005
Bản thảo viết xong 12/2004
Bản quyền 2005 thuộc Viện Cơ học, Viện KH&CNVN
Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Viện trưởng Viện Cơ học
trừ khi sử dụng cho việc nghiên cứu


DANH SÁCH CÁN BỘ THAM GIA THỰC HIỆN
1.

PGS.TSKH. Nguyễn Tiến Khiêm, Viện Cơ học - Chủ nhiệm Đề tài

2.

TS. Phạm Hữu Tự,

Viện Cơ học - Thư ký

3.

PGS.TSKH. Đỗ Sơn,

Trung Tâm CHCT&KTB

4.

ThS. Đào Như Mai,

Viện Cơ học;

5.

ThS. Vũ Lâm Đông,

Viện Cơ học;

6.

KS. Vũ Đức Thanh,

Viện Cơ học,

7.

TS. Chu Chất Chính,

Viện Dầu khí

8.

ThS. Nguyễn Khắc Sinh,

Viện Dầu khí;

9.

ThS. Bùi Công Lương,

Viện Dầu khí;

10. TS. Ngô Cân,

Viện KHCN Tàu thủy;

11. PGS. TS. Phan Văn Phô,

Viện KHCN TT;

12.

Viện KHCN TT;

ThS. Phan Việt Phong,

13. PGS.TS. Vũ Tấn Khiêm,

FALCON;

14. Ngô Quý Tiệm,

Cục Đăng kiểm Việt Nam

15. Nguyễn Thanh Bình,

Cục Đăng kiểm Việt Nam

16. TS. Phạm Tiến Đạt,

HVKTQS

17. TS. Nguyễn Thanh Bình,

HVKTQS

18. TS. Vũ Quốc Trụ,

HVKTQS

19. TS. Phan Anh Tuấn,

HVKTQS

20. TS. Nguyễn Minh Tuấn,

HVKTQS

DANH SÁCH CƠ QUAN THAM GIA
1.

Viện Cơ học, Viện KH&CNVN

2.

Viện Dầu khí Việt Nam

3.

Viện KHCN Tàu thủy

4.

Học Viện Kỹ thuật Quân sự

5.

Trung tâm Cơ học công trình và kỹ thuật biển

6.

Tổng công ty vận tải dầu khí biển (FALCON)


MỤC LỤC
1. MỞ ĐẦU
2. TRÍCH LƯỢC THUYẾT MINH ĐỀ TÀI
2.1. Mục tiêu của đề tài
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.3. Các sản phẩm đăng ký giao nộp
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

3.1. Khái niệm về công trình biển
3.2. Nhu cầu về công trình biển di động ở Việt Nam
3.3. Mục tiêu nghiên cứu
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
5. TÓM TẮT KẾT QUẢ ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC
5.1. Mở đầu
5.2. Liệt kê các kết quả chính
5.3. Tóm tắt nội dung các kết quả
6. KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO


tóm tắt
Công cuc khai thác dầu khí biển và bảo vệ lãnh hải quốc gia đã và
đang là nhiệm vụ đặc biệt quan trọng trong sự phát triển kinh tế xã hội
và an ninh quốc phòng của Đất nớc. Trong quá trình thực hiện nhiệm
vụ chiến lợc nêu trên, việc xây dựng và khai thác sử dụng các công
trình biển đóng vai trò hết sức quan trọng. Tuy nhiên, cho đến nay các
công trình phục vụ thăm dò và khai thác dầu khí biển đang hoạt động ở
Việt Nam hầu hết là các công trình biển cố định do nớc ngoài thiết kế
và chế tạo. Các chuyên gia Việt Nam, bớc đầu chủ yếu tham gia vận
hành và dần dần từng bớc vơn lên tự thiết kế và chế tạo một số công
trình nhỏ nh các giàn nhẹ BK trong khai thác dầu khí hay các công
trình DKI trong sự nghiệp bảo vệ lãnh hải quốc gia. Hiện nay, chúng ta
hoàn toàn có cơ sở để tin tởng rằng các chuyên gia Việt Nam đã có thể
tự thiết kế và chế tạo những công trình biển cố định phục vụ các mục
tiêu trên. Tuy nhiên, những công trình biển cố định có một số hạn chế là
không hoạt động đợc ở vùng nớc sâu và rất khó di chuyển đến vị trí
mới. Trong khi đó địa bàn hoạt động khai thác dầu khí và bảo vệ chủ
quyền lãnh hải hiện nay và tơng lai lại là những vùng biển sâu và đòi

hỏi sự di chuyển rất linh hoạt. Chính vì vậy, ý tởng về những công
trình biển di động (CTBDĐ) cho Việt Nam đợc đặt ra trong những năm
cuối thế kỷ trớc là kịp thời. Đề tài KC.09.13 đợc đặt ra trong Chơng
trình điều tra cơ bản và nghiên cứu ứng dụng công nghệ biển và đáp
ứng nhu cầu đặt ra.
Mục tiêu của Đề tài là Xác định cơ sở khoa học cho việc khai thác có
hiệu quả các công trình biển di động hiện có, lựa chọn giải pháp thích
hợp và từng bớc tiến tới thiết kế chế tạo công trình biển di động phục
vụ khai thác dầu khí, an ninh quốc phòng và các mục đích kinh tế khác
trên biển Việt nam, đặc biệt là vùng nớc sâu. Có 3 vấn đề lớn đặt ra là:
Thứ nhất, xác định cơ sở khoa học cho việc khai thác, bảo dỡng và sửa
chữa các công trình biển di động hiện có tại Việt Nam; Thứ hai là xây
dựng những luận cứ khoa học cho việc đề xuất giải pháp kết cấu công
trình biển di động phù hợp với điều kiện kinh tế, xã hội, khoa học và

1


công nghệ cũng nh môi trờng biển Việt Nam. Cuối cùng là thiết lập
những cơ sở vững chắc để, trớc tiên là t vấn cho các chủ đầu t khi
thuê hoặc mua công trình biển di động của nớc ngoài và, sau đó, tiến
tới tự thiết kế, xây dựng công trình biển di động tại Việt Nam.
Kết quả đạt đợc: (1) Đã thu thập và nghiên cứu phân tích các tài
liệu, thông tin khá phong phú và đầy đủ về tình hình sử dụng CTBDĐ
trên thế giới và ở Việt Nam; (2) Đã tìm hiểu nguyên lý cấu tạo và hoạt
động, phơng pháp tính toán thiết kế, kiểm tra và đánh giá, các tiêu
chuẩn quy phạm quốc tế và Việt Nam về 3 dạng CTBDĐ điển hình là
giàn tự nâng, giàn bán chìm và giàn neo đứng làm cơ sở cho việc khai
thác sử dụng và thiết kế xây dựng CTBDĐ ở Việt Nam; (3) Đã xây dựng
đợc luận chứng khoa học k thut cho vic la chn gii phỏp kt cu

CTBDĐ phục vụ khai thác dầu khí biển và an ninh quốc phòng trên
biển Việt Nam và thiết kế thử nghiệm hai CTBDĐ điển hình là giàn tự
nâng và giàn bán chìm; (4) Nghiên cứu thực nghiệm trong bể thử hai
loại CTBDĐ Tự nâng và Bán chìm và nhận đợc những kết quả thí
nghiệm quan trọng; (5) Đã xây dựng đợc mối quan hệ hợp tác quốc tế
tốt đẹp với Viện nghiên cứu Biển của Nhật, Pháp, Đức và ĐHTH
London; đã tổ chức thành công Hội thảo khoa học liên ngành Công trình
và Địa chất biển tại Đà Lạt và đã đào tạo 02 thạc sỹ về đề tài này.
ý nghĩa mới của các kết quả nhận đợc là: Thứ nhất, lần đầu tiên
chúng ta đã có đợc những thông tin, kiến thức một cách hệ thống và
khoa học về các CTBDĐ (sẽ đợc viết thành 01 chuyên khảo) phục vụ
cho việc khai thác và xây dựng CTBDĐ. Hai là, những kết quả thí
nghiệm chứng minh cho khả năng của chuyên gia Việt Nam trong
nghiên cứu thực nghiệm một vấn đề hết sức mới mẻ và phức tạp. Ngoài
ra, đề tài này còn tập trung một lực lợng mạnh gồm nhiều Viện nghiên
cứu đầu ngành nh Viện Dầu khí, Viện Tàu thủy, Viện Cơ học, Học
Viện KTQS và cả doanh nghiệp nh FALCON và các Trung Tâm nghiên
cứu triển khai khác thành một tập thể mạnh có thể giải quyết nhiều
vấn đề tầm cỡ quốc gia.

2


MỤC LỤC

Mở đầu .............................................................................................Trang 4
Phần 1. Tình hình khai thác sử dụng công trình biển di động (CTBDĐ) trên
thế giới và ở Việt nam
1.1. Tổng quan về công trình biển di động ...............................................8
1.2. Tình hình khai thác sử dụng công trình biển di động trên thế giới...18

1.3. Các công trình biển di động đang sử dụng ở Việt Nam ...................22
Phần 2. Cơ sở khoa học cho việc thiết kế xây dựng và khai thác công trình
biển di động trên biển Việt Nam
2.1. Một số dạng CTBDĐ di động điển hình ...........................................35
2.1.1. Giàn tự nâng ...................................................................35
2.1.2. Giàn bán chìm ..............................................................52
2.1.3. Giàn neo đứng

...........................................................81

2.2. Phương pháp tính toán phân tích công trình biển di động
2.2.1. Tính toán động lực học giàn bán chìm ...............................92
2.2.2. Tính toán ổn định giàn bán chìm ....................................126
2.2.3. Tính toán giàn neo đứng

............................................ .136

2.3. Hoàn thiện TCVN về công trình biển di động .......................... . 152
2.4. Phương pháp kiểm tra không phá hủy các CTBDĐ ..................... 185
Phần 3. Cơ sở cho việc lựa chọn giải pháp kết cấu công trình biển di động
hoạt động trên biển Việt Nam
3.1. Tổng quát về môi trường biển Việt Nam .......................................208
3.2. Công trình biển di động phục vụ khai thác dầu khí biển ..............212
3.3. Công trình biển di động phục vụ an ninh quốc phòng ..................233
3.4. Lựa chọn giải pháp kết cấu và thiết kế thử nghiệm công trình biển di
động cho Việt Nam .........................................................................259
Phần 4. Nghiên cứu thực nghiệm các công trình biển di động trong bể thử
4.1. Cơ sở cho việc nghiên cứu thực nghiệm CTBDĐ trong bể thử .....274
4.2. Quy trình thí nghiệm công trình biển di động trong bể thử .........279
4.3. Kết quả thí nghiệm mô hình CTBDĐ trong bể thử .......................298

Kết luận và kiến nghị ...............................................................................308
Tài liệu tham khảo ....................................................................................311
3


Mở đầu
Đề tài KC.09.13 với tên gọi Cơ sở khoa học cho việc xây dựng và
khai thác công trình biển di động trên vùng biển Việt Nam đợc phê
duyệt với kinh phí là 2200 triệu đồng theo các Quyết định số 1830/ QĐBKHCNMT

ngày

12/9/2001

và

2196/QĐ-BKHCNMT,

ngày

15/10/2001 của Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trờng (nay là Bộ
Khoa học và Công nghệ).
Mục tiêu của đề tài là nắm bắt đợc một cách hệ thống nguyên lý
cấu tạo, hoạt động, tính toán thiết kế, kiểm tra đánh giá một số dạng
công trình biển di động thông dụng. Trớc hết là để đảm bảo cho việc
khai thác các CTBDĐ hiện có một cách chủ động, hiệu quả và an toàn.
Tiếp đến là để t vấn cho các nhà đầu t lựa chọn phơng án tối u
trong việc thuê hoặc mua các CTBDĐ phục vụ khai thác dầu khí. Và
cuối cùng là để chuẩn bị những cơ sở khoa học và công nghệ cho việc
Việt Nam tự thiết kế chế tạo CTBDĐ trong tơng lai.

Nội dung nghiên cứu gồm: (1) Xây dựng cơ sở khoa học cho việc
khai thác, bảo dỡng và sửa chữa các CTBDĐ hiện có ở Việt Nam; (2)
Xác định các luận chứng khoa học, kỹ thuật và nhu cầu thực tế cho việc
lựa chọn giải pháp kết cấu, quy mô và loại hình CTBDĐ cho Việt Nam;
(3) Xây dựng cơ sở khoa học cho việc thiết kế, chế tạo CTBDĐ hoạt động
trên biển Việt Nam.
Để triển khai thực hiện đề tài, ngày 30/10/2001, Đại diện Ban chủ
nhiệm Chơng trình KC.09 và cơ quan chủ trì đề tài đã ký Hợp đồng
Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 13/2001/HĐ-ĐTCTKC.09 trong đó nêu rõ các sản phẩm cần đạt đợc của đề tài (đợc liệt
kê dới đây), thời gian thực hiện từ tháng 10/2001 đến tháng 10/2004.
Trong quá trình thực hiện, đề tài đã gặp một số khó khăn. Trớc hết
là việc triển khai thí nghiệm công trình biển di động trong bể thử. Đề tài
có đặt ra một nhiệm vụ thiết kế và chế tạo mô hình công trình biển di
động để thí nghiệm trong bể thử. Tuy nhiên do không lờng hết đợc
khả năng kinh phí nên bắt buộc phải điều chỉnh nhiệm vụ này thành
việc nghiên cứu các phơng pháp và quy trình thử nghiệm công trình

4


biển trong bể thử và phối hợp với Viện Khoa Học Công Nghệ(KHCN)
Tàu thủy tiến hành thí nghiệm trong bể thử trên hai mô hình thí
nghiệm đợc chế tạo bằng nguồn kinh phí khác của Viện KHCN Tàu
thủy. Vì vậy, kết quả thử nghiệm mới nhận đợc vào tháng 11 năm 2004
chậm hơn so với dự kiến là 01 tháng. Bên cạnh đó, nhiệm vụ nghiên cứu
công trình biển phục vụ an ninh quốc phòng, lúc đầu cũng gặp khó khăn
do thiếu thông tin. Tuy nhiên cuối cùng nhiệm vụ này cũng đã đợc
hoàn thành vào tháng 10/2004. Tất cả các nhiệm vụ khác đợc tiến
hành có hiệu quả và đúng theo tiến độ. Đặc biệt có một số nhiệm vụ đợc
thực hiện vợt mức so với kế hoạch đặt ra. Cụ thể là Đề tài đã tổ chức

đợc chuyến khảo sát thực tế tại giànkhoan di động Đại Hùng đang làm
việc trên biển Việt Nam. Chuyến khảo sát này góp phần rất quan trọng
trong việc hiểu biết tờng tận và thực tế mộtcông trình biển di động cụ
thể đang hoạt động tại biển Việt Nam. Ngoài ra, Đề tài còn tổ chức đợc
3 chuyến công tác nớc ngoài (Nhật, Pháp, Anh) vừa để tham dự Hội
nghị quốc tế (ISOPE) lớn nhất về công nghệ biển và công trình biển di
động. Những chuyến công tác nớc ngoài này đã góp phần đáng kể
trong việc tìm hiểu về tình hình nghiên cứu, sử dụng và phơng hớng
phát triển công trình biển di động trên thế giới. Xây dựng đợc những
quan hệ hợp tác chặt chẽ với một số trung tâm nghiên cứu công trình
biển di động trên thế giới nh: Viện nghiên cứu biển quốc gia Nhật Bản,
Đại học tổng hợp Luân- Đôn, Viện nghiên cứu biển Pháp. Hai cán bộ
tham gia thực hiện đề tài đã bảo vệ thành công luận văn thạc sỹ về đề
tài này. Đã tổ chức thành công hội thảo khoa học Địa chất và công
trình biển tại Đà Lạt, 7/2003, cùng với hai đề tài khác trong Chơng
trình KC.09 là KC.09.08 và KC.09.09.
Trong các kết quả khoa học, nổi bật nhất là những kết quả thí
nghiệm trên mô hình trong bể thử do Viện KHCN Tàu thủy thực hiện.
Đây là một kết quả mới, có tầm cỡ quốc tế và cũng chứng tỏ cán bộ Việt
Nam hoàn toàn có thể làm chủ đuợc phơng pháp và các phơng tiện thí
nghiệm hiện đại.

5


Nhìn chung mục tiêu của đề tài đặt ra đã đạt đợc vợt mức dự kiến.
Báo cáo này xin trình bày những kết quả chính đã đạt đợc. Các sản
phẩm cụ thể đợc kèm theo báo cáo này.
Tham gia thực hiện đề tài gồm cán bộ chủ chốt của các cơ quan: Viện
Dầu khí Việt Nam; Viện KHCN Tàu thủy; Cục Đăng kiểm Việt Nam;

Học Viện Kỹ huật Quân sự; Tổng Công ty vận tải dầu khí biển; Trung
Tâm Cơ học Công trình và Kỹ thuật biển.
Báo cáo này là sự tổng hợp các kết quả đã đạt đợc của Đề tài, bao
gồm 4 phần. Phần 1 giới thiệu về tình hình sử dụng các công trình biển
di động trên thế giới và ở Việt Nam. Phần 2 là nội dung cơ bản của đề
tài, trình bày cơ sở khoa học cho việc thiết kế, xây dựng và khai thác các
công trình biển di động trên vùng biển Việt Nam. ở đây trình bày về
cấu tạo, chức năng và hoạt động của một số dạng công trình biển di
động thông dụng, về các phơng pháp tính toán, khảo sát và đánh giá
công trình biển di động. đồng thời về xây dựng và sử dụng các Tiêu
chuẩn, Quy phạm của Việt Nam và thế giới về công trình biển di động.
Phần 3 là những nghiên cứu về nhu cầu, khả năng và đề xuất giải pháp
cho việc sử dụng công trình biển di động ở Việt Nam. Phần cuối cùng
trình bày những kết quả nghiên cứu thực nghiệm về công trình biển di
động trong bể thử. Để tiện theo dõi nội dung đợc trình bày trong báo
cáo này và so sánh với các sản phẩm đã đăng ký giao nộp, chúng tôi đa
ra bảng đối chiếu sau đây.

I CHIU KT QU NHN C VI DANH MC
CC SN PHM THEO HP NG
A. Cỏc sn phm ng ký giao np theo hp ng
Trong hp ng ó ký gia B KHCN, Ban ch nhim Chng trỡnh KC09
v C quan ch trỡ, ch nhim ti, cỏc sn phm giao np bao gm:
1. Bỏo cỏo kt qu nghiờn cu phõn tớch tỡnh hỡnh, nhu cu v kh nng xõy
dng, khai thỏc cụng trỡnh bin di ng Vit Nam.
2. Lun chng khoa hc k thut cho vic la chn gii phỏp kt cu cụng
trỡnh bin di ng cho Vit Nam.

6

3. Bỏo cỏo kt qu nghiờn cu lm c s cho vic thit k xõy dng, khai thỏc
s dng cụng trỡnh bin di ng trờn vựng bin Vit Nam.
4. Thit k th nghim cụng trỡnh bin di ng cho Vit Nam.
5. C s khoa hc cho vic hon thin v xõy dng cỏc TCVN v cụng trỡnh
bin di ng
6. Phng phỏp, chng trỡnh tớnh toỏn v quy trỡnh kho sỏt ỏnh giỏ cụng
trỡnh bin di ng
7. Mụ hỡnh cụng trỡnh bin di ng s dng cho vic thớ nghim trong b th
(sn phm ny ó c iu chnh t vic ch to mụ hỡnh thnh vic
nghiờn cu quy trỡnh thớ nghim v s dng mụ hỡnh cú sn ca Vin
KHCN Tu Thy)
8. Kt qu thớ nghim trờn mụ hỡnh trong b th

B. S ch dn cỏc mc Bỏo cỏo tng kt trỡnh by cỏc sn phm
S hiu sn phm

Mc trong Bỏo cỏo tng kt

Sn phm 1

1.1, 1.2, 1.3, 3.1, 3.2

Sn phm 2

2.1, 3.1, 3.2

Sn phm 3

2.1, 2.2

Sn phm 4

3.3

Sn phm 5

2.3

Sn phm 6

2.2, 2.4

Sn phm 7

4.1, 4.2

Sn phm 8

4.3

Cuối cùng, thay mặt tất cả cán bộ thực hiện và cơ quan chủ trì đề tài,
chúng tôi xin cảm ơn Bộ KHCN, Ban chủ nhiệm Chơng trình KC.09 và
tất cả những ai đã quan tâm, tạo điều kiên và giúp đỡ trong khi thực
hiện đề tài. Đặc biệt chúng tôi xin đợc gửi tới Ông Phạm Huy Tiến, chủ
nhiệm Chơng trình KC.09, Ông Lê Đức Tố, Phó chủ nhiệm Chơng
trình trực tiếp theo dõi đề tài, Ông Lu Trờng Đệ, Phó Vụ trởng Vụ
KHTN&XH Bộ KHCN đã tận tình giúp đỡ để đề tài đợc hoàn thành tốt
đẹp.
Chủ nhiệm Đề tài, Viện trởng Viện Cơ học, Nguyễn Tiến Khiêm

7


phần một
tình hình khai thác sử dụng công trình biển di
động trên thế giới và ở việt nam
1.1.

tổng quan về công trình biển di động

Đối với con ngời thì công trình nổi trên biển là một khái niệm rất
quen thuộc. Từ hàng nghìn năm trớc đây con ngời đã biết sử dụng
thuyền độc mộc và bè cho nhiều mục đích khác nhau. Từ vận tải,
thông thơng, đánh cá trên biển, cho đến các mục đích chiến tranh và
bảo vệ chủ quyền quốc gia. Cách đây hàng chục thế kỷ, ngời Châu á
đã dùng các bè bằng tre, gỗ vợt qua Thái Bình Dơng để đến Hawai
và Châu Mỹ.
Trong lịch sử cận đại, chính các công trình nổi trên biển, mà cụ
thể là các thuyền buôn có vũ trang là phơng tiện để loài ngời từ
châu lục này khám phá ra các châu lục khác. Có thể nói rằng bản đồ
thế giới đợc thiết lập trên cơ sở sự hoạt động của các công trình nổi
trên biển.
Ngày nay, công trình nổi trên biển có một ý nghĩa vô cùng quan
trọng trong hoạt động thờng ngày của con ngời trên toàn thế giới.
Khái niệm công trình nổi trên biển bao gồm một phạm vi rộng lớn các
thiết bị, phơng tiện đợc sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, từ
mục đích dân sự đến mục đích quân sự, hoặc cho nghiên cứu, thám
hiểm.
Dới đây ta sẽ xem xét 2 loại công trình biển tiêu biểu nhất, đó là:

Tàu:
Trên thế giới có hàng trăm kiểu tàu với hàng nghìn ứng dụng
khác nhau. Tuy nhiên ở đây chúng ta chỉ nêu ra một số loại đợc ứng
dụng phổ biến nhất:
Tàu chiến: từ loại có kích cỡ lớn nh tàu sân bay đến loại nhỏ
nh xuồng đều đợc sử dụng cho các mục đích quân sự.
8


Bỏo cỏo tng kt khoa hc k thut ti KC.09.13

Phn 1. Tỡnh hỡnh khai thỏc s dng CTBD

Tàu vận tải: đợc sử dụng cho các mục đích chuyên chở ngời và
hàng hoá
Tàu đánh cá, tàu kéo, tàu phục vụ công tác thăm dò, nghiên cứu
và khai thác,...
Giàn trên biển:
Phần lớn các loại giàn trên biển đợc sử dụng cho các mục đích
quân sự và dầu khí, đôi khi chúng đợc sử dụng cho các công tác ven
biển. Tuy sử dụng cho những mục đích khác nhau, nhng nhìn chung
chúng đều có cấu tạo tơng đối giống nhau (đối với từng kiểu cụ thể)
và đều nhằm phục vụ hoạt động sinh hoạt và làm việc của con ngời ở
trên biển. Chẳng hạn nh: giàn thăm dò, giàn khai thác, giàn kho
chứa, giàn dùng cho các công trình quốc phòng, v.v.
Trong khuôn khổ đề tài này chúng ta chỉ tập trung vào giàn di
động phục vụ chủ yếu là ngành dầu khí biển. Vì vậy, dới đây xin giới
thiệu tổng quan về một số công trình điển hình phục vụ trong ngành
này.
Công trình biển phục vụ khai thác dầu khí.

Các công trình biển phục vụ cho ngành công nghiệp dầu khí có
cấu tạo của phần thân trên (phần lắp đặt các thiết bị công nghệ) tơng
đối giống nhau, nhng lại rất khác biệt nhau về mức độ linh hoạt
trong di chuyển, mức độ ổn định trong làm việc và phơng pháp cố
định.
Nh vậy, dựa vào khả năng di chuyển, mức độ ổn định và phơng
pháp cố định ta có thể liệt kê đợc một số giàn điển hình (Hình 1.1.1)
nh sau (theo UK Offshore Operators Association Ltd.) :
Giàn cố định (Fixed Platform)
Giàn tự nâng (Jack Up Platform)
Giàn bán chìm (Semi Submersible Platform)
Giàn chìm (Submersible Platform)
Giàn neo đứng (TLP or Spar)
9


Tàu khoan (Drilling Ship)
Tàu tiếp tế (Tender)
Cụm kết cấu đa năng: Nổi, Sản xuất và Kho chứa
(Floating Production & Storage Units, FPSU)
Khách sạn nổi (Flotels)

Hình 1.1.1. Các loại giàn khoan dầu khí điển hình (Overview)
Nhìn chung các công trình biển trong công nghiệp dầu khí đều có
kích thớc rất lớn và giá thành rất cao (có thể lên đến hàng trăm
triệu đô la Mỹ). Kích thớc của chúng theo từng chiều (cho cả ba
chiều dài x rộng x cao) có thể lên đến hàng trăm mét. Ta sẽ đi vào
giới thiệu chi tiết hơn một số giàn chính.
Giàn cố định (Fixed Platform - Hình 1.1.2)
Đây là loại giàn khoan khai thác dầu khí phổ biến nhất hiện nay

trên thế giới. Kết cấu loại giàn này đợc chế tạo chủ yếu từ thép hoặc
bê tông (hay kết hợp cả hai). Nó bao gồm hai phần, phần trên (hay còn
gọi là ơhần thợng tầng) có các thiết bị công nghệ và nơi sinh hoạt, và
10


Bỏo cỏo tng kt khoa hc k thut ti KC.09.13

Phn 1. Tỡnh hỡnh khai thỏc s dng CTBD

phần dới (chân đế) sẽ đợc cố định xuống đáy biển. Kết cấu này
thờng đợc chế tạo trên bờ rồi đợc đa vào vị trí cần thiết (chủ yếu
phục vụ cho công tác khoan khai thác dầu và khí) và sau đó nó sẽ đợc
cố định xuống đáy biển (seabed). Vì vậy sau khi lắp đặt, giàn cố định
không thể di chuyển đợc (trừ phi ta cắt rời chân của giàn chuyển đi
nơi khác để sử dụng lại).
Nhìn chung các giàn cố định thờng đợc sử dụng chủ yếu cho các
vùng nớc nông với độ sâu cột nớc không lớn và có điều kiện cố định
bằng cọc hoặc bằng trọng lực hay các phơng tiện khác.
Giàn cố định có u thế là tính ổn định trong khi làm việc cao, phù
hợp với vùng nớc nông, tuy nhiên tính linh động của nó thì gần nh
bằng không.
Giàn tự nâng (Jack Up Platform)
Giàn tự nâng (Hình 1.1.3) cũng là một dạng công trình biển di
động đợc dùng nhiều trong công nghiệp dầu khí trên thế giới. Giàn tự
nâng có một hệ kết cấu gồm thân dạng sà lan (barge) và các chân
(legs) có thể nâng lên hay hạ xuống nhờ hệ thống thuỷ lực. Chính do
cấu tạo nh vậy mà sau khi kết thúc quá trình khoan, khai thác ở một
vị trí ta có thể nhấc chân giàn lên và di chuyển giàn đến vị trí khoan,
khai thác khác (mặc dù điều này không hề dễ dàng và tuỳ thuộc nhiều

vào cấu tạo của thềm đáy biển, cũng nh độ sâu mà chân giàn cắm vào
nền đáy biển).
Kết cấu sà lan đợc kéo đến vị trí cần khoan (khai thác) trong khi
các chân của nó đợc nâng lên. Các chân này sẽ đợc hạ thấp xuống
sau khi giàn đợc đặt vào vị trí. Khi các chân tiến đến và sau đó cố
định vào nền đáy biển, thì phần thân của giàn sẽ đợc nâng lên cao
hơn mặt nớc và nh thế ta sẽ có một kết cấu giàn ổn định, do phần
thân nêu trên không chịu tác động của tải trọng sóng. Chiều dài của
chân giàn sẽ xác định chiều sâu của cột nớc mà giàn có thể hoạt động
đợc. Nhìn chung, vì lý do kinh tế, chiều sâu hoạt động của giàn tự
nâng thờng thấp hơn 100m (chiều sâu làm việc lớn nhất của giàn tự
nâng hiện nay là khoảng 170m) .
11


Giàn tự nâng có rất nhiều u điểm so với các loại giàn khác nh
tính ổn định làm việc tốt, tơng đối linh động và chiều sâu hoạt động
của nó rất phù hợp với mực nớc biển ở một số khu vực biển có trữ
lợng dầu lớn trên thế giới nh: Biển Bắc, Vịnh Mêhicô thuộc Mỹ hay
Trung Đông.

Hình 1.1.2. Giàn cố định( Platform)

Hình 1.1.3. Giàn tự nâng(Jackup)
Tuy nhiên ngoài nhợc điểm là bị hạn chế về độ sâu làm việc, thì
yếu điểm lớn nhất của giàn tự nâng là nó phụ thuộc rất nhiều vào cấu
tạo địa chất của đáy biển. Giàn tự nâng, về mặt cơ bản chỉ thích hợp
12

Bỏo cỏo tng kt khoa hc k thut ti KC.09.13

Phn 1. Tỡnh hỡnh khai thỏc s dng CTBD

đối với các nền đáy biển có cấu tạo từ cát. Còn đối với các nền cứng
(chẳng hạn nh nền san hô) thì chân giàn rất khó cắm đủ sâu vào nền
đáy biển và nh thế giàn sẽ rất dễ bị lật. Trong khi với các nền mềm
(ví dụ nh nền bùn) thì giàn sẽ bị lún và điều này cũng rất dễ gây lật
giàn.
Giàn bán chìm (Semi Submersible Platform)
Giàn bán chìm (Hình 1.1.4) có cấu tạo gồm ba phần: phần thân
trên có các thiết bị công nghệ và nơi sinh hoạt (deck); phần thân chìm
dới nớc, chỉ nổi lên một mức nhất định khi di chuyển (pontoons); và
hai phần này đợc liên kết bằng một hệ thống cột đỡ và thanh giằng
chịu lực (column).

Hình 1.1.4. Giàn bán chìm (Semisubmersible)
Phần thân chìm cũng có thể đợc thiết kế nh con tàu hai thân và
khi đó hệ thống cột đỡ đợc cấu tạo để đóng vai trò hệ thống dằn, khi
đó giàn bán chìm còn đợc gọi là giàn ổn định bằng cột.
Giàn bán chìm có gắn các chân vịt vì thế nó có thể tự di chuyển
đợc đến vị trí thăm dò, khai thác hoặc di chuyển cùng với sự trợ giúp
của các phơng tiện khác (chẳng hạn nh tàu kéo). Tuỳ thuộc vào
lợng nớc đợc bơm vào trong các khoang của phao hay cột mà giàn
có thể đợc nâng lên và hạ xuống so với mặt nớc. Do phần phao nằm
phía dới bề mặt của nớc biển, chúng sẽ ít chịu tác động của sóng,
nh thế chuyển động theo phơng thẳng đứng của giàn đợc giảm
13

xuống và điều này cho phép giàn vẫn có thể hoạt động (khoan) đợc
trong điều kiện biển động vừa phải.
Sau khi di chuyển vào vị trí thì giàn sẽ đợc cố định với thềm đáy
biển bằng các phơng pháp sau:
-

Cố định thông thờng (conventional positioning): theo tiêu chuẩn

thì giàn sẽ đợc cố định bởi 08 neo (anchor) có kích thớc rất lớn.
-

Cố định động (dynamic positioning): đây là hệ thống cố định có sử

dụng các chân vịt định hớng đợc điều khiển bằng máy tính nhằm
giữ cho giàn ở trạng thái tĩnh tơng đối so với nền đáy biển, cũng nh
bù lại các lợng lệch hớng do gió, sóng hay dòng chảy gây ra.
Các giàn bán chìm thờng hoạt động phổ biến ở các vùng biển với
chiều sâu của cột nớc lớn hơn 200m (chiều sâu hoạt động lớn nhất
hiện nay là 2.375m). Do các lợi thế về chiều sâu làm việc, khả năng độc
lập tơng đối với cấu tạo địa chất của nền đáy biển, tính ổn định tơng
đối trong các điều kiện biển không thuận lợi, cũng nh khả năng di
chuyển cao, giàn bán chìm đợc sử dụng rất nhiều cho các vùng biển
nớc sâu, có thời tiết không thuận lợi và đặc biệt là cho các mỏ dầu,
khí đợc tìm thấy trong thời gian gần đây.

Hình 1.1.5. Tàu khoan (Drillship)
Giàn bán chìm cũng có một nhợc điểm là khi khai thác nó cần
đợc neo giữ, mà hệ thống neo giữ thờng chiếm một không gian rất
lớn, nên có thể ảnh hởng đến các phơng tiện đi lại trên biển.
Tàu khoan (Drill Ship) & Tàu tiếp tế (Tender)

14


Bỏo cỏo tng kt khoa hc k thut ti KC.09.13

Phn 1. Tỡnh hỡnh khai thỏc s dng CTBD

Tàu khoan (Hình 1.1.5) có cấu tạo (vỏ tàu) tơng tự nh các loại tàu
khác, nhng chúng có một khoảng hở rất lớn để đặt các thiết bị công
nghệ (moon pool). Tàu khoan có thể đợc đóng mới hoặc đợc chuyển
đổi, nâng cấp từ các dạng tàu khác. Một đặc tính rõ ràng của tàu
khoan là khả năng cơ động cực kỳ cao, ngoài ra nó còn có thể mang
theo một lợng hàng dự trữ lớn, tuy nhiên độ ổn định làm việc của tàu
khoan thì kém hơn so với giàn bán chìm. Khi di chuyển đến vị trí định
trớc, tàu khoan sẽ đợc cố định tơng đối so với đáy biển bằng
phơng pháp neo thông thờng (conventional positioning) hoặc
phơng pháp cố định động (dynamic positioning). Do đặc tính của
mình, tàu khoan thờng đợc sử dụng để khoan thăm dò và khai thác
ở các vùng nớc sâu, chiều sâu hoạt động lớn nhất hiện nay của tàu
khoan là khoảng 7.044m (cho mục đích nghiên cứu) và 2.953m (cho
mục đích thăm do và khai thác).
Tàu tiếp tế (Hình 1.1.6) có cấu tạo và tính năng tơng tự nh tàu
khoan, nhng nó có kích thớc nhỏ hơn và chiều sâu làm việc thấp hơn
(chiều sâu làm việc lớn nhất hiện nay của tàu tiếp tế là khoảng 250m).

Hình 1.1.6. Tàu tiếp tế (Tender)
Giàn neo đứng (TLP hay Spars)
15

Giàn neo đứng (Hình 1.1.7) có cấu tạo tơng tự nh giàn bán
chìm, nó cũng bao gồm ba phần: thân, phao và hệ thống cột đỡ. Điểm
khác biệt là giàn neo đứng đợc cố định xuống dới đáy biển bởi các
dây neo (thờng đợc lắp ở các góc của giàn) thẳng đứng. Sự kéo thẳng
của các dây neo này chủ yếu là do sức đẩy của nớc. Do có cấu tạo
tơng tự nh giàn bán chìm nên tính năng và hoạt động của giàn neo
đứng cũng giống nh của giàn bán chìm. Có lẽ do điều này mà ngời ta
cũng không phân biệt nhiều lắm giữa hai kiểu neo đứng và bán chìm.
Tuy nhiên do hệ thống neo rất kiên cố và có cấu tạo giống nh chân đế
giàn cố định, nên có quan điểm coi giàn neo đứng thuộc loại giàn cố
định.

Hình 1.1.7. Giàn neo đứng (TLP hay Spar)
Khách sạn nổi (Flotels)
Đây là một dạng công trình đặc biệt nhằm cung cấp thêm những
phơng tiện sinh hoạt và giải trí cho ngời làm việc trên các công trình
biển. Dạng công trình này thờng đợc chuyển đổi từ giàn bán chìm,
nên nó có cấu tạo tơng tự nh giàn bán chìm, chỉ trừ một điểm là trên
kết cấu này không hề có các thiết bị công nghệ (khoan, khai thác). Kết

16


Bỏo cỏo tng kt khoa hc k thut ti KC.09.13

Phn 1. Tỡnh hỡnh khai thỏc s dng CTBD

cấu này thờng đặt sát và sau đó đợc ghép với các giàn khoan bằng
một thang cập mạn dài.
Cụm kết cấu đa năng: Giàn công nghệ và Kho chứa nổi

(Floating Production & Storage Units, FPSU)
Cụm kết cấu này (Hình 1.1.8) thờng đợc xây dựng trên cơ sở
chuyển đổi từ các tàu chở dầu và đôi khi đợc chuyển đổi từ giàn bán
chìm. Cụm kết cấu này sẽ di chuyển vào vị trí định trớc (thờng là
các giếng dầu đã đợc khoan sẵn và đã lắp đặt hệ thống bơm khai thác
chìm ở dới đáy biển), sau đó nó sẽ tiến hành việc khai thác và lu
chứa dầu. Khi di chuyển đến vị trí định trớc, tàu khoan sẽ đợc cố
định tơng đối so với thềm đáy biển bằng phơng pháp neo thông
thờng (conventional positioning) hoặc bằng phơng pháp cố định
động (dynamic positioning). Do cấu tạo của nó là kết cấu dạng tàu cho
nên tính linh động trong di chuyển của cụm FPSU này khá cao và chịu
đợc các điều kiện sóng gió. Chính vì thế cụm công trình này thờng
đợc sử dụng cho các giếng khoan nhỏ, không đủ sản lợng để xây
dựng giàn khai thác, nằm ở khu vực sóng gió và xa bờ.

Hình 1.1.8. FPSU
17


1.2.

tình hình khai thác sử dụng công trình biển di
động trên thế giới
Theo con số thống kê của ODS-PETRO DATA & MARINETALK

thì hiện nay trên thế giới tổng cộng có khoảng 6.500 công trình biển
khác nhau phục vụ cho công nghiệp dầu khí.
Tuy nhiên, con số thống kê cụ thể (chỉ tính đến các công trình có
kích thớc và tính năng đạt mức tiêu chuẩn) cho thấy, hiện nay trên
thế giới có khoảng 1152 công trình biển đang hoạt động ở những mức

độ và tình trạng khác nhau (đang làm viêc, sửa chữa, hoán cải, hoặc
đã phải tháo dỡ).
Trong đó phân bổ của từng dạng sẽ nh sau:
o

Giàn cố định:

501

o

Giàn tự nâng:

400

o

Giàn bán chìm (và các dạng có liên quan):

180

o

Tàu khoan và tàu tiếp tế:

64

o

Chìm:

07

Trong phạm vi của đề tài, chúng tôi chỉ đa ra các số liệu thống
kê đầy đủ về các công trình biển di động điển hình đó là : giàn tự nâng,
giàn bán chìm, tàu khoan, tàu tiếp tế và công trình chìm, cụ thể là:
1.2.1. Thống kê theo dạng công trình:
Có 05 dạng công trình, đợc liệt kê ở dới đây:
Giàn tự nâng:

400, chiếm 61,44%

Giàn bán chìm:

180, chiếm 27,65%

Tàu khoan:

38, chiếm 5,84%

Tàu tiếp tế:

26, chiếm 3,99%

Giàn chìm:

07, chiếm 1,08%

(Chi tiết, xin xem bản thống kê cụ thể trong Tập 1 Báo cáo gốc)
1.2.2. Thống kê theo khu vực hoạt động:

Có 15 khu vực thăm dò và khai thác chủ yếu trên thế giới và số
công trình hoạt động trên từng khu vực đợc phân bổ nh sau:
Nam Mỹ:

60, chiếm 9,22%
18


Bỏo cỏo tng kt khoa hc k thut ti KC.09.13

Phn 1. Tỡnh hỡnh khai thỏc s dng CTBD

Tây Phi:

52, chiếm 7,99%

Đông Nam á:

62, chiếm 9,52%

ấn Độ:

26, chiếm 3,99%

Bắc cực (Nga):

02, chiếm 0,30%

Vịnh Mêhicô (Mỹ):

206, chiếm 31,64%

Đông Canada & Greeland:

05, chiếm 0,80%

Địa trung hải & Biển Đen:

19, chiếm 2,92%

Mêhicô:

12, chiếm 1,84%

Biển Caspian:

17, chiếm 2,61%

Châu Âu:

03, chiếm 0,45%

Viễn Đông:

27, chiếm 4,15%

Châu úc và Niu di lân:

06, chiếm 0,90%

Biển Bắc:

84, chiếm 12,90%

Trung Đông:

70, chiếm 10,75%

1.2.3. Thống kê theo chiều sâu làm việc:
Ta có thể phân ra khoảng 10 độ sâu làm việc điển hình và số công
trình phân bố theo đó nh sau:
Độ sâu

< 150 ft (<48m):

42, chiếm 6,44%

Độ sâu

150-199 ft (48-64m):

32, chiếm 4,92%

Độ sâu

200-250 ft (64-80m):

144, chiếm 22,10%

Độ sâu

251-400 ft (80-127m):

196, chiếm 30,11%

Độ sâu

401-599 ft (127-190m):

12, chiếm 1,83%

Độ sâu

600-1.500 ft (190-478m):

83, chiếm 12,75%

Độ sâu

1501-3000 ft (478-954m):

45, chiếm 6,91%

Độ sâu

3001-5999 ft (954-1909m):

46, chiếm 7,10%

Độ sâu

6000-9999 ft (1909-3018m):

38, chiếm 5,84%

Độ sâu

> 10000 ft (>3018m):

13 , chiếm 2,00%

(Chi tiết, xin xem bản thống kê cụ thể trong Tập 1 Báo cáo gốc)
19


1.2.4. Phân loại theo tình trạng:
Có thể phân ra khoảng 18 tình trạng khác nhau đối với các công
trình biển di động, tuy nhiên để đơn giản hoá dới đây chỉ liệt kê theo
một số tình trạng chính:
Làm việc:

519 , chiếm 79,72%

Di chuyển:

14

, chiếm

Hoán cải, bảo dỡng:

74

, chiếm 11,37%

Không hoạt động:

44

, chiếm

2,15%

6,76%

(Chi tiết, xin xem bản thống kê cụ thể trong Tập 1 Báo cáo gốc)
1.2.5. Thống kê theo chủ sở hữu:
Theo bảng thống kê của ODS-PETRO DATA, hiện tại trong số
651 công trình biển di động thì có 93 chủ sở hữu của 643 công trình và
08 công trình còn lại cha xác định đợc chủ sở hữu .
Tuy nhiên, chỉ riêng 07 công ty lớn đã sở hữu tới 369 công trình
biển di động (chiếm tới 56,68%). Đây là các công ty đa quốc gia, họ sử
dụng các công trình biển di động để trực tiếp tham gia thăm dò, khai
thác hoặc để cho các tổ chức khác thuê.
Dới đây là thống kê về số công trình biển thuộc sở hữu của 07
Công ty lớn:
Transocean Sedco Forex:

124

, chiếm 19,05%

Global Santa Fe:

61

, chiếm 9,37%

Noble Drilling:

46

, chiếm 7,07%

Diamond Offshore:

45

, chiếm 6,91%

ENSCO:

38

, chiếm 5,84%

Pride Offshore:

29

, chiếm 4,45%

Rowan:

26

, chiếm 3,99%

(Chi tiết, xin xem bản thống kê cụ thể trong Tập 1 Báo cáo gốc)

20


Bỏo cỏo tng kt khoa hc k thut ti KC.09.13

Phn 1. Tỡnh hỡnh khai thỏc s dng CTBD

1.2.6. Một số thông tin kinh tế về công trình biển di động trên
thế giới.
Giá thành của các công trình biển khác nhau rất lớn tuỳ thuộc
vào dạng công trình (tự nâng, bán chìm,...), cũng nh tuỳ thuộc vào
điều kiện hoạt động (tải trọng, chiều sâu làm việc, môi trờng biển,...).
Trên cơ sở lấy số liệu tham khảo cho đề tài, chúng tôi xin nêu ra
một số ví dụ về giá thành chế tạo và phơng pháp chế tạo đối với một
số công trình biển di động:
Giàn Tự nâng:
Ngày 19/12/2001 hai công ty Keppel FELS và ENSCO đã ký hợp
đồng thành lập liên doanh nhằm chế tạo một giàn khoan khai thác
kiểu tự nâng chuyên dụng cho môi trờng làm việc khắc nghiệt,
ENSCO 102. Giàn này có thể làm việc đợc ở độ sâu 110m tại biển Bắc

hoặc ở độ sâu 125m ở vịnh Mêhicô hay khu vực Đông Nam á. Giàn này
trị giá khoảng 130 triệu đôla Mỹ và đã đợc hoàn thành vào đầu năm
2002. (Nguồn MarineTalk, Canada)
Giàn Bán chìm:
Ngày 28/2/2002 công ty Hyundai Heavy Industries đã ký hợp
đồng trị giá 150 triệu đôla Mỹ với hãng Shell Exploration để chế tạo
một giàn khoan khai thác dạng bán chìm (SS-FPU) có tải trọng
khoảng 30.000 tấn. Hợp đồng này hoàn tất vào tháng 12/2002 theo
hình thức chìa khoá trao tay.
Giàn này đợc chế tạo theo phơng pháp "Ghép nối boong trên
bờ" (onshore deck mating" đối với hai phần: phần trên (topside) và
phần thân tàu (hull). Sau khi chế tạo ngời ta đã dùng cẩu để nâng
giữ phần trên trong không gian, sau đó cho phần thân tàu trợt xuống
dới phần trên và hàn lại với nhau.
Giá cho thuê của một số công trình biển di động:
Bảng 1.2.1. Thống kê giá cho thuê công trình biển di động (đơn vị
1.000 đôla Mỹ/ngày) (số liệu thống kê của tháng 8 năm 2001)
21