Ứng dụng phần mềm lostab để tính toán độ ổn định và tải trọng của giàn tự nâng cửu long

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU
Dầu Khí là một ngành công nghiệp lớn trên thế giới. Ở Việt Nam, trong những
năm qua, ngành công nghiệp Dầu khí đã đạt được thành tựu nhất định, chiếm một vị
trí vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nó không chỉ chiếm tỷ trọng lớn
GDP của cả nước mà còn là một ngành kinh tế mũi nhọn, nhiều tiềm năng, đưa đất
nước tiến lên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa.
Ngành công nghiệp dầu khí là một chuỗi các công tác từ tìm kiếm thăm dò,
khoan, khai thác đến chế biến và tiêu thụ các sản phẩm dầu khí. Để thực hiện được
công việc này, việc vận hành giàn khoan tự nâng đóng vai trò rất quan trọng.
Vì vậy người kỹ sư phải nắm vững kiến thức chuyên môn, có sự hiểu biết về
điều kiện địa chất và khả năng làm chủ các thiết bị hiện đại, đặc biệt là các phần
mềm chuyên dụng để đánh giá ổn định và tải trọng của giàn khoan tự nâng giúp
việc khai thác, thăm dò,… được đảm bảo an toàn và hiệu quả cao nhất trong công
việc. Từ đó, giúp ta làm làm chủ được công nghệ, sánh vai cùng Quốc tế.
Qua thời gian nghiên cứu, học tập tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất cũng như
thực tập tại XNLD Vietsovpetro nay là Liên Danh dầu khí Việt – Nga, Em đã chọn
đề tài tốt nghiệp “Ứng dụng phần mềm LoStab để tính toán độ ổn định và tải
trọng của giàn tự nâng Cửu Long”. Đồ án của Em gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về giàn khoan tự nâng.
Chương 2: Tổng quan về cấu tạo và chế độ vận hành của giàn tự nâng Cửu
Long.
Chương 3: Ứng dụng phần mềm LoStab để tính toán độ ổn định và tải
trọng của giàn tự nâng Cửu Long.
Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng, song bản đồ án sẽ không tránh khỏi
những hạn chế, thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của Quý thầy cô và các bạn
để bản đồ án được hoàn thiện hơn.
Qua đây, Em xin chân thành cảm ơn Khoa Dầu khí, các thầy cô trong Bộ môn

Thiết bị Dầu khí, tập thể nhân công nhân viên LDDK Việt – Nga, đặc biệt là TS.
Hoàng Anh Dũng đã tận tình giúp đỡ Em hoàn thành bản đồ án này.
Cuối cùng, Em xin chân thành cám ơn!
Hà Nội, ngày 03 tháng 06 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn Đình Thắng

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

1

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ GIÀN TỰ NÂNG
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ GIÀN KHOAN TỰ NÂNG
1.1.1. Giới thiệu chung
Giàn tự nâng ra đời từ năm 1954 ở Mỹ để phục vụ cho công việc sửa chữa tàu.
Giàn tự nâng có kết cấu như ngày nay là thiết kế của kỹ sư Le Tourneau vào năm
1955 dùng cho công việc khoan thăm dò dầu khí ngoài biển.

Hình 1.1 Hình ảnh giàn khoan tự nâng
Đây là dạng công trình biển di động, khi di chuyển đến vị trí làm việc nhờ
phương tiện kéo, còn trong quá trình làm việc thì các chân giàn được hạ xuống đồng
thời phần thân giàn trên đó là sàn công tác được nâng lên khỏi mặt nước tạo ra một

diện tích làm việc giống như giàn cố định. Chính vì vậy mà giàn tự nâng có độ ổn
định cao hơn các giàn di động khác vì sóng biển chỉ tác dụng vào chân cột có kích
thước nhỏ và độ chắn sóng bé. Hạn chế lớn nhất của giàn tự nâng là chỉ làm việc
được ở những vùng biển nông với chiều sâu mực nước biển nhỏ hơn 200m với điều
kiện đáy biển phù hợp vì việc đảm bảo cho các chân giàn đứng vững trên nền đáy
biển phụ thuộc rất nhiều vào địa chất đáy biển, giàn tự nâng có thể đứng vững trên
nền đất sét, cát …Nhưng lại khó làm việc trên nền san hô và đất đá cứng.

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

2

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Giàn khoan tự nâng là giàn có thân đủ nổi để nó có thể được lai dắt bởi tàu tới
vị trí đã định, sau đó giàn được nâng lên trên mặt nước biển nhờ các chân chống
xuống đáy biển. Giàn khoan tự nâng được thiết kế để hoạt động tại những vùng biển
có độ sâu tới 150m, chịu được sức gió tối đa 180km/h, tốc độ dòng chảy 2m/s,
khoan đạt độ sâu 8000-10000m. Trọng lượng giàn khoan tự nâng hiện đại có thể
vượt quá 16000 tấn. Giàn khoan tự nâng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp
ngoài khơi, hiệu quả kinh tế và tính linh hoạt đã được minh chứng trong quá trình
phát triển và khai thác mỏ. Điều này chủ yếu là do khả năng tự lắp đặt và giàn có
thể được kéo nổi(chân được nâng lên khỏi mặt nước).
Hiện nay, ở Việt Nam hầu hết các giếng khoan được tìm thấy phân bố ở khu
vực thềm lục địa phía Nam với mực nước biển từ 150m trở xuống. Giàn khoan tự

nâng được sử dụng trong khu vực có độ sâu từ 15 đến 100m và với chiều sâu chìm
sâu nhất là 150m đối với các giàn khoan có hiệu năng tốt nhất. Thân của giàn tự
nâng thông thường có dạng kết cấu tam giác với 03 chân và trong một vài trường
hợp có hình dạng khác. Một giàn tự nâng tương đối ổn định khi nổi trên thân chính
của nó với chân được nâng lên. Khi di chuyển giàn khoan được hạ xuống và có sự
hỗ trợ của tàu kéo.
1.1.2. Chức năng của giàn khoan tự nâng
Giàn tự nâng được xếp vào nhóm các công trình biển di động,chúng có nhiều
dạng khác nhau tùy theo công dụng của giàn: Giàn tự nâng dùng trong khoan thăm
dò và khai thác dầu khí,giàn tự nâng phục vụ xây dựng công trình biển & trong lĩnh
vực quốc phòng giàn tự nâng là các bệ phóng tên lửa di động trên biển,…
Tuy nhiên trong công tác khoan khai thác dầu khí trên biển thì giàn tự nâng
có một vai trò đặc biệt: Khoan thăm dò, khoan khai thác và sửa chữa miệng ống,
quan trọng nhất là trong lĩnh vực khoan thăm dò tìm kiếm các vùng mỏ dầu khí mới
ở biển.
1.1.3. Phân loại giàn khoan tự nâng
Hiện nay trên thế giới,giàn khoan tự nâng có rất nhiều kiểu dáng thiết kế
khác nhau. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, mục đích khai thác, vùng biển hoạt động và
các yêu cầu của Chủ đầu tư mà giàn khoan tự nâng được thiết kế sử dụng cho phù
hợp. Có 2 cách phân loại giàn khoan tự nâng:
1.1.3.1. Phân loại theo số lượng chân giàn
Đối với giàn tự nâng thường có từ 3 chân trở lên. Việc lựa chọn số lượng
chân giàn phụ thuộc vào công dụng của giàn, hình dạng mặt bằng sàn, độ sâu mực

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

3

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

nước tại vị trí làm việc,… Trong thời gian gần đây người ta thường thiết kế giàn với
số chân giảm đến mức tối thiểu là 3 hoặc 4 chân. Các giàn có số lượng chân lớn hơn
4 ngày nay ít được chế tạo vì nó có kết cấu phức tạp, khó cân bằng áp lực trên các
chân,tăng công suất thiết bị nâng và tăng trọng lượng của giàn.
* Loại giàn 4 chân: thường dùng cho các giàn tự nâng làm việc ở chiều sâu
mực nước dưới 70m. Các giàn loại này thường có mặt sàn hình chữ nhật và các
chân được phân bố tại các góc của giàn. Sự đơn giản về kết cấu và thuận tiện trong
sử dụng của giàn 4 chân có liên quan đến khả năng cắm các chân chống vào đất nền
bằng chính trọng lượng của giàn. Chính vì vậy mà các giàn tự nâng hiện nay chủ
yếu là loại 4 chân có kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, mặt sàn công tác có hình chữ nhật
cho phép bố trí các thiết bị công nghệ hợp lý và các hiệu quả.

Hình 1.2: Hình ảnh về giàn tự nâng 4 chân.
* Loại giàn 3 chân: khi gặp những vùng nước sâu hơn, dẫn đến chiều dài của
chân chống tăng lên đồng thời tiết diện của các chân cũng tăng lên để đảm bảo độ
cứng vững cần thiết cho giàn làm việc. Chính vì vậy người ta đã chế tạo loại giàn 3
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

4

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

chân với mục đích giảm khối lượng chân giàn và giảm được số lượng cơ cấu nâng
tạo cho giàn hoạt động tốt hơn trong quá trình làm việc cũng như quá trình nâng hạ
và giàn di chuyển.

Hình 1.3: Hình ảnh về giàn tự nâng 3 chân
1.1.3.2. Phân loại theo kiểu kết cấu đế
Mỗi kiểu có kết cấu đế khác nhau, giàn khoan tự nâng được chia thành hai
loại chính sau:
* Các giàn khoan đặt trên đáy biển nhờ tấm đế nối liền các cọc trụ: thường là
hình ống và thẳng đứng, được sử dụng trên đất bằng phẳng và với chiều sâu nước
đến 50m. Tấm đế thường chỉ đặt sâu dưới đáy biển một ít.
Kết cấu tấm đế chân giàn khoan là bao gồm các tấm và chân của giàn khoan
gắn liền với tấm đế chân. Mục đích cơ bản của tấm chân đế là phân bố đều tải trọng
tập trung của chân đế vào bề mặt đáy biển và giảm áp lực tác dụng vào đất. Ngoài
ra, tấm chân đế còn chịu được lực tác động bên bằng cách kết hợp giữa lực cố kết
hay lực ma sát của bề mặt đáy của tấm chân đế với bề mặt cát và áp lực bề mặt cát
tác động vào bề mặt đứng của tấm đế khi tấm đế lún sâu vào cát.

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

5

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.4:Giàn khoan đặt trên đáy biển nhờ tấm đế nối liền các cọc trụ.
Tấm chân đế còn cung cấp moment kết nối tới mặt đáy của các chân để giảm
moment uốn của chân tại điểm kết nối với thân giàn khoan. Điều này làn giảm khối
lượng trên mỗi chân. Do chân giàn khoan được gắn liền với tấm đế, các chân sẽ có
cùng vị trí với thân giàn, cho phép hệ thống nâng hạ của giàn hoạt động đơn giản
hơn các loại chân đế độc lập.
Mục đích của tấm chân đế là cung cấp lực nổi trong suốt trạng thái nổi của
giàn. Do đó, chiều chìm của tấm đế được xác định bởi 2 cách: kết cấu và ảnh hưởng
khả năng nổi tới toàn bộ tính nổi của giàn khoan.
* Các giàn khoan có có trụ độc lập: thường làm bằng lưới kim loại, ở dưới
cùng có chân đế hoặc thùng chắn. Việc hạ các chân đế xuống tuỳ thuộc vào loại đất,
người ta làm các dạng chân đế thích ứng với sức kháng xuyên vào đáy biển
Chân đế giàn khoan là kiểu chân đế được sử dụng phổ biến hiện nay cho giàn
khoan. Chân đế có hình dạng nón tại bề mặt đáy. Mục đích của chân đế là truyền tải
trọng của chân giàn khoan tới bề mặt đáy biển. Do đó, kết cấu của chân đế có khả
năng chống lại lực cắt và ứng suất uốn tác động vào chân và bề mặt cắt.

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

6

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.5: Giàn khoan có chân độc lập

1.2. SƠ LƯỢC CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG GIÀN TỰ NÂNG
1.2.1. Sơ lược cấu tạo của giàn tự nâng
Giàn khoan tự nâng bao gồm các bộ phận chính sau:
1.2.1.1. Thân ( Hull)
Thân chính là một kết cấu kín nước thường có dạng tam giác. Kết cấu thân bao
gồm: Sàn trên (mặt boong), sàn dưới, sàn trung gian, sàn thao tác, vách bao xung
quanh, các vách dọc bằng thép tấm và các kết cấu dầm, xương gia cường
Thân chính được chia thành nhiều khoang gồm:
* Buồng máy.
* Buồng bơm bùn .
* Buồng chứa xi măng.
* Két chứa bùn và xi măng.
* Buồng máy phụ.
* Kho chứa dụng cụ và thiết bị.
* Các két nước dằn.
* Các két nước sinh hoạt.
Trên mặt boong chính bố trí các hệ thống ống, đường ống, đường dịch chuyển
tháp, các tháp khoan, các hệ thống bơm, hệ thống cầu, hệ thống thông gió và cabin
buồng ở

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

7

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

1.2.1.2. Khối (block) nhà ở và sân bay trực thăng

Hình 1.6: Bố trí các bộ phận trên giàn tự nâng.
* Khối nhà ở gồm nhiều tầng, được chia thành các buồng ở cho công nhân và
kỹ sư làm việc trên giàn khoan trên giàn khoan với đầy đủ các tiện nghi sinh hoạt,
nghỉ ngơi
* Bố trí các buồng, phòng giải trí, phòng thể thao, phòng tắm hơi …. giúp mọi
người sống và làm việc trên giàn khoan giải trí sau giờ làm việc.
* Bố trí các văn phòng làm việc, phòng điểu khiển, phòng thông tin liên lạc.
Sân bay trực thăng: Bố trí đối diện với tháp khoan trong phạm vi cần cẩu có
thể phục vụ cẩu chuyển
* Hệ thống tiếp nhiên liệu, hệ thống cứu hỏa, hệ thống cung cấp nước.
1.2.1.3. Sàn lắp tháp khoan
Sàn lắp tháp khoan cùng với hệ thống trượt cho phép điều chỉnh vị trí tháp
khoan ra tới 70 ft ( 21m) theo chiều dọc cách mép ngoài thân giàn khoan và 15 ft
( 4,5m) theo chiều ngang
1.2.1.4. Hệ thống cần cẩu
Hệ thống cần cẩu: được bố trí ở các góc của chân giàn khoan đảm bảo tầm với
và sức nâng tại mọi vị trí trên giàn
1.2.1.5. Các thiết bị khác trên giàn
* Các tổ máy phát điện chính: được dùng để cung cấp toàn bộ điện năng trên giàn.

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

8

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

* Hệ thống các loại bơm: bơm nước sạch, bơm ballast và nước bẩn, bơm nước
sinh hoạt, bơm vệ sinh, bơm bùn, bơm cung cấp dầu.
* Máy chưng cất nước ngọt.
* Bầu hâm nước.
* Máy nén khí và các bình chứa.
* Các dụng cụ cơ khí cầm tay.
* Thiết bị hàn.
* Thiết bị lọc dầu .
* Hệ thống neo: Bao gồm 4 neo và 4 sợi xích neo.
* Các hệ thống tời kéo .
* Hệ thống điện.
* Hệ thống thiết bị thông tin liên lạc .
* Hệ thống báo động.
* Các hệ thống cứu sinh cứu hỏa .
* Hệ thống ống thông gió.
* Hệ thống điều hòa không khí và nhiệt độ.
* Hệ thống làm lạnh thực phẩm.
* Hệ thống thủy lực điều chỉnh vị trí của giàn khoan.
* Các sàn công tác .
* Các hệ thống ống.
* Hệ thống chứa và chế tạo dung dịch khoan.
1.2.1.6. Chân giàn khoan
* Chân giàn khoan được chế tạo bằng thép cường độ cao có kết cấu theo kiểu
thanh giằng được liên kết với nhau. Chân giàn khoan bao gồm các phân đoạn và các
chi tiết.
* Các chân giàn khoan được chế tạo dưới sự kiểm tra của giám sát của đăng

kiểm ABS hoặc DNV.
* Các thanh giằng chéo và thanh giằng ngang .
* Phía dưới mỗi chân giàn khoan có chân đế tiếp xúc với đáy biển đảm bảo
cho toàn bộ giàn khoan ổn định trong quá trình khoan .
* Hệ thống nâng hạ giàn khoan.
* Hệ thống hãm.
* Hệ thống điều khiển: được bố trí trong buồng điều khiển.
* Hệ thống các bánh răng chuyển động.
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của giàn khoan tự nâng
Giàn khoan tự nâng sau khi được đưa tới vị trí khoan thì ta tiến hành hạ giàn
khoan xuống biển. Và việc đầu tiên cần làm là cắm chân giàn xuống đáy biển. Chú
ý vị trí cắm chân giàn phải được khảo sát trước và tới độ sâu gấp 1, 2 lần chiều sâu
dự kiến cắm chân đế. Sau khi hạ chân đế xong ta tiến hành nâng sàn công tác lên
chiều cao theo thiết kế, để đảm bảo an toàn ta phải tiến hành nâng theo các giai
đoạn sau:

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

9

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

* Giai đoạn 1: Nâng đồng thời các cơ cấu nâng với áp lực bằng 25% giá trị
định mức.
* Giai đoạn 2: Dùng 2 cơ cấu nâng đối nhau(theo đường chéo) nâng sàn công

tác cho đến khi áp lực trong 2 cơ cấu nâng này đạt 45% giá trị định mức.
* Giai đoạn 3: Tiến hành tương tự đối với các cơ cấu nâng đối nhau còn để lại
đạt được áp lực đều là 45% giá trị định mức.
* Giai đoan 4: Khi áp lực trong cơ cấu nâng bằng nhau ta tiến hành nâng tiếp
với áp lực đạt 70% giá trị định mức và giữ nguyên trong khoảng 10 phút.
* Giai đoạn 5: Tiếp tục nâng với áp lực đạt 100% giá trị định mức và giữ
nguyên áp lực đó trong khoảng thời gian từ 30-40 phút để cho hệ giàn ổn định rồi
mới giảm dần áp lực trong các cơ cấu nâng. Khi giàn khoan được cắm ổn định sẽ
tạo ra một diện tích làm việc giống như giàn khoan cố định. Giàn tự nâng có độ ổn
định tốt nhất trong nhóm các công trình biển di động vì song biển chỉ tác dụng vào
phần chân cột có kích thước nhỏ và độ chắn song bé.
Sau khi khoan xong ta tiến hành hạ giàn khoan với các bước ngược lại: Đầu
tiên hạ sàn công tác xuống mặt nước,rút chân giàn khỏi đáy biển và dung tàu kéo để
lai dắt giàn khoan tới vị trí mới (thường sử dụng 03 tàu trong quá trình lai dắt).
Tuỳ theo trọng lượng giàn khoan và kết cấu các thiết bị trên giàn mà tốc độ
nâng thường từ 5-20m/h và tốc độ hạ từ 10-30m/h.
1.2.3. Một số hệ thống chính trên giàn khoan tự nâng
1.2.3.1. Hệ thống máy phát điện
Hệ thống máy phát điện: được sử dụng để cung cấp toàn bộ điện năng tiêu thụ
trên giàn khoan. Các máy phát điện này là loại đặc biệt được chế tạo để làm việc
trong môi trường trên biển với độ tin cậy cao, được tích hợp hệ thống điều khiển
hiện đại có thể giám sát và điều khiển tại chỗ hoặc đồng bộ cùng hệ thống điều
khiển trên giàn khoan. Trong trường hợp các máy phát điện gặp sự cố thì máy phát
điện dự phòng sẽ đảm bảo cho các hoạt động quan trọng,cần thiết trên giàn khoan.

1.2.3.2. Hệ thống nâng hạ
Hệ thống nâng hạ: gồm có tháp khoan, tời khoan, ròng rọc động, ròng rọc tĩnh,
tháp khoan, thiết bị kẹp cáp chết, cuộn cáp dự trữ. Đây là một trong những hệ thống
quan trọng của các lại giàn khoan.

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

10

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Đây là hệ thống đóng vai trò quan trọng trong quá trình nâng hạ giàn khoan.
Như đã biết,t ốc độ nâng thường từ 5-20m/h và tốc độ hạ từ 10-30m/h tuỳ theo kích
thước và trọng lượng của giàn.
Sức nâng của giàn tự nâng được xác định theo công thức:
Pn = Pd.K
(1.1)
Trong đó:
Pn : Sức nâng của giàn.
Pd : Trọng lượng của toàn bộ giàn không kể trụ đỡ.
K : Hệ số nén của nền đáy biển (K = 1,4-1,6)
Ta xét 2 cơ cấu nâng được sử dụng cho giàn tự nâng đó là: Cơ cấu nâng thuỷ
lực và cơ cấu nâng cơ khí.
* Cơ cấu nâng thuỷ lực.
Cơ cấu nâng thuỷ lực có một số cấu tạo khác nhau:
- Cơ cấu nâng thuỷ lực có khung và dầm ngang.
- Cơ cấu nâng thuỷ lực không có khung nhưng có dầm ngang.
Tuy nhiên xét về nguyên lý hoạt động thì cơ cấu nâng thuỷ lực không khác
nhau. Chúng đều được cấu tạo từ hai bộ khoá là khoá cố định và khoá di động. Bộ
khoá di động hoạt động nhờ kích thuỷ lực. Kích này từng bước bám vào chân chống

ở các mấu để dịch chuyển cơ cả thân giàn. Bộ khoá di động dung để giữ thân giàn
tương ứng với hành trình không tải của kẹp di động.
Các giàn khoan có thể được trang bị từ 4-20 cơ cấu nâng tuỳ thuộc vào trọng
lượng của giàn với sức nâng mỗi cơ cấu từ 550-1500 tấn. Áp lực làm việc trong
xilanh thuỷ lực là 150-250KG/cm2 với đường kính xilanh từ 420-540mm.
Ưu điểm của cơ cấu nâng thuỷ lực:
- Có lực nâng lớn,thực tế là không giới hạn do vậy có thể dung cơ cấu nâng để
cắm chân vào đất nền.
- Tỷ trọng của trọng lượng thiết bị nâng không lớn và công nghệ chế tạo
không quá phức tạp.
Nhược điểm của cơ cấu nâng thuỷ lực:
- Hệ thống truyền thuỷ lực của kích phức tạp,yêu cầu phải lắp ráp và điều
chỉnh toàn bộ hệ thống của cơ cấu một cách thận trọng.
- Điều khiển hệ thống các kích theo 1 chương trình nhất định là rất khó khăn.
- Tổn hao áp lực khá lớn trong hệ thống thuỷ lực dẫn đến tiêu hao công suất
lớn so với hệ thống nâng cơ khí.
* Cơ cấu nâng cơ khí.
Gồm có cơ cấu nâng cơ khí dung thanh răng và cơ cấu nâng cơ khí dùng palăng.
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

11

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Ưu điểm của cơ cấu nâng cơ khí so với cơ cấu nâng thuỷ lực là:

- Hệ thống nâng cơ khí có kết cấu đơn giản,làm việc với độ tin cậy cao.
- Quá trình điều khiển hoạt động của cơ cấu nâng đơn giản hơn nhiều.
- Công suất tiêu hao nhỏ hơn.
- Cơ cấu nâng đảm bảo phân bố tải đều hơn trên các trụ đỡ.
Nhược điểm:
- Công nghệ chế tạo hộp số bánh răng và thanh răng lớn.
1.2.3.3. Hệ thống xoay
Hệ thống xoay bao gồm cần chủ đạo, đầu xoay thuỷ lực, bàn roto, đầu quay di
động. Hiện nay người ta thường khoan bằng đầu quay di động là chủ yếu, đặc biệt
khi cần thi công khoan giếng sâu.
1.2.3.4. Hệ thống tuần hoàn dung dịch
Hệ thống tuần hoàn dung dịch bao gồm: bơm cao áp, bể lắng, máy khuấy,
sung phun, máy tách cát, tách bùn, tách khí, sang rung, phễu trộn dung dịch…
1.2.3.5. Hệ thống kiểm soát giếng
Hệ thống kiểm soát giếng bao gồm: bộ đối áp(BOP), hệ thống điều khiển đối
áp (BOP control unit).
Ngoài ra còn có các hệ thống phụ trợ khác như: Hệ thống khí nén,hệ thống
neo, hệ thống thiết bị thông tin liên lạc, hệ thống điện thoại, hệ thống báo động, hệ
thống cứu sinh cứu hoả, hệ thống điều hoà không khí và nhiệt độ, hệ thống ống
thông gió, hệ thống làm lạnh thực phẩm.
1.3. KẾT LUẬN
Với việc nghiên cứu tổng quan về giàn tự nâng đem đến cho chúng ta cái nhìn
đa chiều về dạng công trình biển này. Sử dụng giàn tự nâng trong công tác khoan
thăm dò và khoan khai thác dầu khí đã đem lại hiệu quả kinh tế cao. Chính vì vậy,
việc nghiên cứu tìm hiểu về giàn tự nâng cho phép chúng ta dần tiếp cận với việc
chuyển giao công nghệ thiết kế và tiến hành đóng mới giàn khoan tự nâng tại Việt
Nam góp phần đưa ngành công nghiệp dầu khí của chúng ta ngày càng phát triển
vươn tầm ra khu vực và thế giới.
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ CẤU TẠO VÀ CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH GIÀN TỰ

NÂNG CỬU LONG

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

12

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.1: Giàn tự nâng Cửu Long
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ GIÀN TỰ NÂNG CỬU LONG
2.1.1. Tổng quan
Giàn tự nâng Cửu Long là giàn khoan biển di động không tự hành được phân
cấp bởi Cục hành hải Mỹ(ABS).
Việc xây dựng giàn tự nâng Cửu Long tuân theo các tiêu chuẩn và quy định
của Cục hàng hải Mỹ(ABS),Tổ chức hàng hải quốc tế (IMO) và Tuần duyên hàng
hải Mỹ(USCG)
Giàn tự nâng Cửu Long được thiết kế bởi công ty đóng tàu Levingston. Sau
đây là mô tả chung về giàn:
- Loại giàn : Giàn khoan biển di động tự nâng không tự hành.
- Số hiệu giàn : Levingston 111C.
- Số thân giàn: Levingston Hull #.
- Đơn vị xây dựng : Công ty đóng tàu Levingston.
Giàn tự nâng Cửu Long được thiết kế và xây dựng để sử dụng trong các giới
hạn môi trường nhiệt độ -17,80 C(00F).
Hiện nay giàn tự nâng Cửu Long thuộc quyền sở hữu bởi Liên doanh dầu khí

Việt-Nga Vietsovpetro.

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

13

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

2.1.2. Các loại tải trọng
2.1.2.1. Thành phần trọng lượng giàn không
* Trọng lượng giàn không (Lightship weight): Trọng lượng giàn không là
trọng lượng toàn bộ giàn, tính bằng tấn, với toàn bộ các máy, thiết bị lắp cố định
trên giàn, kể cả lượng dằn tải cố định, phụ tùng thay thế trên giàn, chất lỏng trong
máy và hệ thống ống công nghệ để giàn làm việc bình thường nhưng không kể hàng
hoá, chất lỏng trong kho chứa hoặc hàng trong két dự trữ, lương thực, thực phẩm,
thuyền viên và tư trang của họ.
Tất cả các mục thiết bị chính và các mục thiết bị cứu sinh được bao gồm trong
giàn không, ở vị trí thông thường của nó với tháp khoan đã dựng đứng, ròng rọc
động treo gọn gàng phía trên sàn khoan, các cần cẩu được xếp gọn và các mỏ neo
được xếp lên giá.
Bảng 2.1: Thông số trọng lượng cơ bản.
Trọng
lượng
Tấn

Tải trọng cơ bản,thân tàu và tải 4318.57
trọng cố định không dich
chuyển.
Tổ hợp thiết bị công xôn(tải
trọng cố định có thể dịch
chuyển
Cấu trúc dưới tháp và các dầm 362.23
công xôn
Đường tâm LCG phía trước bàn
xoay
Sàn khoan,tháp khoan
437.58

LCG

TCG

VCG

m,+Phía m,+mạn m,từ
sau mũi phải
thân BL
giàn
34.51
1.25
8.30

43.28

0.00

11.53

0.15

23.81

-7.681
53.49

Đường tâm LCG phía sau bàn
xoay
Giàn không khi nâng
5118.38

2.529
36.75

1.07

9.85

Các chân và chân đế(3 chân dài 3050.52
126,35m)
Trạng thái giàn không
8168.90

38.19

0.00

50.60

37.29

0.67

25.07

* Giàn không ở các trạng thái di chuyển.
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

14

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Giàn tự nâng Cửu Long có 3 trạng thái xác định cho các trạng thái vận hành
nổi. Việc dằn các chân đế và di chuyển các chân giàn tới các vị trí được chỉ định sẽ
thay đổi trọng lượng giàn không và trọng tâm như sau:
Bảng 2.2: thông số trọng lượng khi giàn di chuyển
Trọng
lượng

LCG

Tấn

M, +
phía sau
mũi tàu

Giàn không (Tại trạng thái nổi)
8168.90
Tải trọng boong biến thiên
1539.26
Thân tàu chịu tải (lai dắt trong vùng
mỏ, các chân nâng lên hoàn toàn, các 9708.16
chân đế nổi)
Tải trọng boong biến thiên
1928.07
Thân tàu chịu tải (lai dắt trong vùng
mỏ, các chân được hạ xuống 15.24m, 10096.97
các chân đế bị ngập)
Tải trọng boong biến thiên
1790.00
Tải trọng tàu (lai dắt ở vùng biển
9958.90
lớn, TOC:29.163m, chân đế bị ngập)

TCG

VCG

37.29
41.831

M, +
phía
man
phải
0.67
-3.561

38.01

0.00

22.20

41.01

-2.84

6.99

38.00

0.00

17.01

41.24

-3.06

6.99

38.00

0.00

14.19

M, từ
thân
BL
25.07
6.992

2.1.2.2. Tải trọng biến thiên
* Tải trọng biến thiên: là sự thay đổi giữa tải trọng giàn không và tải trọng
hoạt động lớn nhất trong chế độ vận hành của giàn. Đôi khi tải trọng biến thiên
cũng được gọi là tải trọng hoạt động. Tải trọng biến thiên thay đổi trong các chế độ
vận hành khác nhau. Nó có thể được tăng lên hoặc giảm đi một cách dễ dàng. Tải
trọng biến thiên bao gồm các thành phần như nước dằn, nước kỹ thuật, nước sinh
hoạt, dầu bôi trơn và nhiên liệu, chất lỏng, bùn khô, xi măng, cột cần khoan, ống
chống, các kho hàng và hệ thống đối áp (BOPs). Trong chế độ khoan, các tải trọng
khoan (móc nâng, bàn xoay & giá xếp ống) cũng được xem như tải trọng biến thiên.
* Tải trọng biến thiên – Khi giàn nổi.
- Vùng mỏ di chuyển : chiều dài chân 126.35m, TOC 4.268m, chân đế nổi:
1539.2T1,2
- Vùng mỏ di chuyển : chiều dài chân 126.35m, TOC19.508m, chấn đế ngập:
1928T1,2,3.

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

15

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

- Vùng mỏ di chuyển : chiều dài chân 126.35m, TOC 29.163m, chân đế ngập:
1790T1,2,3.
* Các tải trọng biến thiên - Khi nâng.
Các tải trọng biến thiên trong khi hoạt động không được vượt quá các giới
hạn lớn nhất sau đây:
- Khi nâng cao: 1411.62T
- Khi dằn tải (tải trọng biến thiên và dằn): 6300T
- Trạng thái khoan (bão khoảng 70Hải lý): 2522T
- Trạng thái khoan (sóng 12.2m/70Hải lý): 3697T (bao gồm đã kết hợp tải
trọng khoan: 454T)
- Trạng thái nâng trong bão: 862.18T.
* Sức chịu tải của tổ hợp khoan.
Tổ hợp thiết bị khoan và các cấu trúc kết hợp được thiết kế theo các giới hạn
thuộc cấu trúc sau đây:
- Tổng tải trọng giá xếp cần ống : 227T
- Tải trọng bàn xoay: 454T
- Tải trọng móc nâng: 454T
* Các tải trọng khoan kết hợp.
Khi giàn đang ở chế độ khoan, tải trọng khoan kết hợp của giá xếp ống, bàn
xoay và móc nâng lớn nhất cho phép không được vượt quá các giới hạn dưới đây.

- Tải trọng khoan cho phép(Lớn nhất): 454T.
- Tải trọng khoan cho phép(khi nâng trong bão 70Hải lý): 454T.
- Tải trọng giá đỡ ống: 1708T/m2.
2.1.3. Các thông số chính của giàn Cửu Long
2.1.3.1. Các kích thước chính
* Kích thước tổng quan. (Bảng 2.3)
Bảng 2.3: Kích thước tổng quan giàn Cửu Long.
Chiều dài giàn theo thiết kế
Chiều rộng giàn theo thiết kế
Chiều rộng bao gồm sân bay
Chiều cao thân giàn
* Các chân giàn và chân đế. (Bảng 2.4)
Bảng 2.4: Các thông số chân giàn và chân đế
Chiều dài các chân
Phần nhô ra (mũi thuyền-giàn) phía
trước chân
Các tâm chân giàn theo chiều dọc
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

60.960m
56.692m
69.259m
6.988m

126.346m
15.438m
34.314m
16

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53

Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Các tâm chân giàn theo chiều ngang
Đường kính chân đế
Mũi chân đế phía dưới thân với chân
được nâng lên hoàn toàn.
Chiều cao chân đế
Diện tích móng chân đế (một cái)
Thế tích của chân đế (một cái) xấp xỉ
* Các dầm công xôn và Subbase. (Bảng 2.5)
Bảng 2.5: Thông số dầm công xôn
Chiều dài các dầm
Khoảng dịch chuyển trước sau lớn nhất
C/C khoảng cách giữa các dầm
Rotary Stowed vị trí sau mũi giàn
Rotary Stowed vị trí trước xà ngang
* Cấu trúc dưới tháp và sàn khoan. (bảng 2.6)

39.624m
14.630m
4.268m
4.268m
168m2
402m3

26.47m

20.275m
15.27m
51.36m
9.6m

Maximum Drill Position P/S off C/L
3.659m
Kích thước sàn khoan(Dài x Rộng)
16.25x15.27
Bảng 2.6: Thông số cấu trúc dưới tháp và sàn khoan
* Sân bay trực thăng. (Bảng 2.7)
Bảng 2.7: Thông số sân bay trực thăng
Kích thước gần đúng
Đường kính Roto
Trọng lượng tổng cộng
Loại sân bay

26.6m x26.6m
18.90m
9300Kg
Sikorsky S-61

* Mớn nước và trọng lượng nước rẽ. ( Bảng 2.8)
Bảng 2.8: Thông số mướn nước và trọng lượng nước rẽ
Trọng lượng nước rẽ của đường tải trọng
10142.9 tấn
(Chân đế bị ngập)
Mớn nước đường tỉa trọng
4.42m
Trọng lượng nước rẽ của đường tải trọng

11360.4 tấn
(Chân đế nổi)
Các vị trí đánh dấu mớn nước:
- Điểm đánh dấu phía trước: 1.804m – phía sau mũi tàu, 1.5673 m off C/L P/S
- Điểm đánh dấu phía sau: 53.767m – phía sau mũi tàu, 28.346m off C/L P/S
2.1.3.2. Sức chứa
* Sức chứa bể chất lỏng và bể vật liệu. (Bảng 2.9)
Bảng 2.9: thông số bể chứa

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

17

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Nước sạch
380.04m3
Nước kỹ thuật
785.79m3
Các bể dự trữ nhiên liệu
461.13m3
Tải trọng dằn tải
6586.24 tấn
* Các giới hạn thiết kế đối với tải trọng mặt boong. (Bảng 2.10)
Bảng 2.10: Thông số giới hạn tải trọng mặt boong

Mặt boong chính
Boong máy
Mái khu nhà ở
Sàn khoan
Khu vực giá xếp ống
Sàn máy bay
Giá đựng cần
Giá đựng ống chống trên mặt boong
Giá ống chống gần phía trước khung giá
nâng (jack house)

1.708 T/m2
1.708 T/m2
0.440 T/m2
1.708 T/m2
227 T
6.6 T
1.708 T/m2
2.635 T/m2
0.976 T/m2

2.1.4. Các chế độ vận hành
2.1.4.1 Chế độ nổi
Là chế độ hoạt động mà trong đó giàn khoan nổi với các chân giàn không
tiếp xúc với đáy biển.
2.1.4.2. Các chế độ chuyển tiếp
* Chế độ nâng: là chế độ hoạt động mà các chân giàn được hạ xuống và tiếp
xúc với đáy biển,thân giàn bắt đầu được nâng lên khỏi mặt nước. Trọng lượng giàn
không đang từ sức nổi của thân dần chuyển tiếp lên các chân, giàn khoan được
chuẩn bị để bắt đầu cắm chân đế.

* Chế độ dằn tải: là chế độ hoạt động mà các chân giàn tiếp xúc với đáy biển
và đỡ trọng lượng của giàn. Các bể đặt trước tải được bơm đầy nước để mô phỏng
tổng tải trọng dự kiến tại vị trí đã định, bao gồm các tải trọng môi trường của sóng,
gió và dòng chảy.
* Chế độ hạ: là chế độ hoạt động mà thân giàn khoan được hạ xuống nước và
các chân giàn vẫn tiếp xúc với đáy biển. Trọng lượng của giàn lúc này chuyển tiếp
từ các chân sang dựa vào sức nổi của thân.
* Chế độ khoan: là chế độ hoạt động mà giàn khoan được nâng lên khỏi mặt
nước với khoảng tĩnh không đủ để tiến hành các hoạt động khoan.
* Chế độ nâng trong bão: Giàn khoan được nâng lên tới một khoảng tĩnh
không đã đo theo tiêu chuẩn thiết kế bão của giàn khoan. Khoảng tĩnh không được
đo giữa mực nước trung bình thấp nhất và phần đáy của thân giàn.
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

18

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

2.2. HỆ THỐNG & TỔ HỢP THIẾT BỊ CƠ BẢN CỦA GIÀN CỬU LONG
Giàn tự nâng Cửu Long là loại Levingston 111C - Giàn khoan tự nâng không
tự hành có một thân giàn, với ba chân kết cấu khung hàn dạng không gian và các
dầm công xôn có khả năng dịch chuyển với subbase hỗ trợ thiết bị khoan.
2.2.1. Thân giàn
Thân giàn có 2 boong : boong chính và boong máy móc thiết bị(sàn máy), với
các bể chứa đáy trong phía dưới boong máy.

* Boong chính : nằm ở phía trên đỉnh sàn chính là ba cần cẩu,khu nhà ở,
jackhouses và các khu vực dự trữ của boong, khu vực xử lý bùn, và các dầm công
xôn với nền móng hỗ trợ sàn khoan, tháp khoan,và thiết bị khoan.
* Boong máy móc thiết bị: boong máy là boong nằm dưới boong chính,được
chia thành nhiều phòng kín nước. Nằm phía trên boong máy là các động cơ chính
và máy phát điện; phòng chuyển mạch thiết bị điện; phòng bơm dung dịch,các bể
chứa xi-măng và bùn ướt; các két bùn, các máy nén khí, thiết bị chưng cất; các máy
bơm dằn, bơm nước kỹ thuật, bơm cứu hoả và các máy móc phụ trợ khác; các kho
dự trữ giàn khoan.
* Các bể chứa dưới đáy bên trong thân : nằm giữa sàn khoan của boong máy
và phần đáy giàn là các bể chứa. Những bể chứa này được sử dụng để chứa nước kỹ
thuật và nhiêu liệu. Các bể chứa mạn ngoài kéo dài toàn bộ chiều cao thân giàn và
được sử dụng để dằn và dằn tải.
2.2.2. Dầm công xôn, cấu trúc dưới tháp và sàn khoan
Sàn khoan và tháp khoan cùng với tổ hợp thiết bị khoan được lắp đặt trên cấu
trúc dưới tháp. Cấu trúc dưới tháp có thể trượt theo phương nằm ngang tối đa là
3,659m sang phía mạn trái hoặc mạn phải từ đường tâm thân giàn khoan.
2.2.3. Khu nhà ở
Khu nhà nằm phía trên mặt boong chính. Nó có sức chứa 78 người. Tại đây,
có các thiết bị cứu hoả và cứu sinh theo yêu cầu của các quy định hiện hành nằm
phía trong hoặc quanh khu vực nhà ở.
2.2.4. Hệ thống cần cầu
Có ba cần cẩu xoay nằm phía trên mặt boong chính - phía trước phần chân
sau mạn trái, phía trong và phía trước cả phần chân sau mạn phải. Để biết thêm
thông tin liên quan đến công suất của cẩu và vận hành,cần tham khảo hướng dẫn sử
dụng bảo trì cẩu, sổ hồ sơ cẩu và các biên bản bảo dưỡng cẩu.

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

19

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

2.2.5. Hệ thống tuần hoàn dung dịch
Hệ thống tuần hoàn dung dịch chứa các thiết bị xử lý bùn khoan nằm trên
mặt boong chính. Hệ thống tuần hoàn dung dịch kề bên phía mạn phải khung giá
nâng và bao gồm sàng rung,thiết bị tách cát, thiết bị tách khí, máy tách bùn,…
2.2.6. Khung giá nâng
Có ba khung giá nâng bao gồm cấu trúc chống đỡ chân và chứa hệ thống
nâng, nằm phía trên mặt boong chính.
2.2.7. Chân giàn và hệ thống nâng
Khi nâng, ba chân đỡ lấy thân giàn. Mỗi chân là cấu trúc hệ ống với mặt cắt
ngang hình vuông, với các thanh răng cho hệ thống nâng nằm trân hai góc của mỗi
chân. Hệ thống nâng hạ tại mỗi khung giá nâng bao gồm hai hệ thống thanh răng
với sáu cơ cấu bánh răng trên mỗi hệ thống. Một động cơ điện xoay chiều tại mỗi hệ
thống nâng hạ. các chân được nâng lên và hạ xuống bằng các cơ cấu bánh răng dẫn
động ăn khớp với các thanh răng trên các chân. Hệ thống này có tốc độ hạ xấp xỉ
0.305m/phút(1ft/phút).
Có nhiều lý do khách quan mà cần thiết nâng giàn trong khi một hoặc một số
bánh răng ngừng hoạt động. Thông tin sau đây được áp dụng để cung cấp cho OIM
các chỉ dẫn để giảm tải trọng trên hệ thống nâng để cho phép hoạt động an toàn tạm
thời. Việc giảm công suất hệ thống nâng chỉ được áp dụng trong các điều kiện sau
đây:
- Tổng số bánh răng lỗi là 3 hoặc nhỏ hơn so với toàn bộ bánh răng trên giàn.
- Tổng số bánh răng lỗi mỗi chân là 2 hoặc nhỏ hơn.

- Tổng số bánh răng lỗi mỗi phần chân đứng là một hoặc nhỏ hơn.
Nếu các điều kiện này không thể đáp ứng, OIM phải liên hệ với phòng kỹ
thuật Vietsovpetro thông qua người quản lý giàn để hướng dẫn vê việc giảm các tải
trọng biến thiên.

Bảng 2.11:Công suất chịu tải của hệ thống nâng.
Tải trọng tối đa – khi nâng:
Công suất nâng thông thường
Công suất tải – khi dằn tải trước
Công suất tải trong bão
Công suất tải – cố định :

6530 tấn
13065 tấn
5980 tấn

Công suất tải thông thường bánh răng
Công suất tải bánh răng TH khẩn cấp

181.39 tấn
400 tấn

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

20

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Tải tải trọng cho phép nâng khi dằn tải
13065 tấn
Tổng tải trọng khoan nâng lên
8815.56 tấn
* Theo các hạn chế trên, tải trọng riêng biệt mỗi chân phải được giảm như
sau:
- Khi nổi : không ảnh hưởng.
- Khi nâng: giảm các tải trọng riêng biệt mỗi chân là 181.39 tấn mỗi bánh răng
lỗi.
- Khi dằn tải : không ảnh hưởng.
- Khi khoan: Giảm tải trọng tối đa cho phép mỗi chân riêng biệt là 245 tấn mỗi
bánh răng hỏng.
- Khi nâng trong bão: Giảm tải trọng tối đa cho phép mỗi chân riêng biệt là
166 tấn mỗi bánh răng lỗi.
2.2.8. Hệ thống dằn tải
Giàn khoan được trang bị các bể chứa trong thân giàn để chứa nước dằn tải.
Những bể chứa này được nối với hệ thống đường ống để làm đầy bể. Chúng có các
van xả để tháo nước ra khởi bể và có thể được làm rỗng thông qua việc nối bơm
nước đáy tàu.
2.3. CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA GIÀN CỬU LONG
Chế độ vận hành giàn Cửu long có thể chia làm ba chế độ vận hành chính đó
là: Chế độ vận hành nổi, chế độ dằn tải và chế độ nâng hạ giàn.
Hình 2.2a: Giàn khoan ở trạng thái nổi.
Hình 2.2b: Chân giàn được từ từ hạ xuống.
Hình 2.2c: Chân đế được cắm xuống đáy biển.
Hình 2.2d: Quá trình tăng tải trọng lên giàn khoan để chân đế có thể cắm sâu
hơn cùng lúc này thân giàn chuẩn bị được đưa lên.

Hình 2.2e: Thân giàn được đưa lên khỏi mặt nước.
Hình 2.2f: Giàn đã ở trạng thái có thể làm việc được.

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

21

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

2.3.1. Chế độ vận hành nổi
2.3.1.1. Giới thiệu chung
Giàn tự nâng Cửu Long phù hợp với các yêu cầu ổn định của Cục hàng hải
Mỹ ABS và các quy định của Tổ chức hàng hải quốc tế về phân cấp và xây dựng
các giàn khoan biển di dộng.
Với giàn khoan nổi, các thiết bị trên giàn phải được đảm bảo an toàn, và tất cả các
cửa hầm được đảm bảo kín nước, đóng kín. Giàn khoan được thiết kế với đầy đủ độ
ổn định để chống lại các lực lật đổ gây ra do gió. Các loại gió dùng để tính toán
thiết kế phải tuân theo các quy chuẩn phù hợp với những quy định của các cơ quan
quản lý.
Khi giàn khoan nổi trong cấu hình vùng mỏ di chuyển và ở trạng thái không
gặp nguy hiểm, giàn khoan được thiết kế để chịu các lực gây lật từ sức gió 70 hải lý.
Ngoài ra, khi giàn ở cấu hình di chuyển trong vùng biển lớn và trong điều kiện
không nguy hiểm, giàn khoan được thiết kế để chịu được lực gây lật từ sức gió 100
hải lý.
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

22

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Giàn khoan đã được thiết kế với sự dữ trữ ổn định đủ để chịu được dòng lũ
gây ra thiệt hại cho bất kỳ khoang kín nước nào cùng với các lực gây lật gây ra bởi
sức gió 50 hải lý. Trạng thái nguy hiểm này giả định rằng tất cả các cửa đóng kín
nước được an toàn và thiệt hại của sự xâm nhập này không lan rộng vào bên trong
quá 1.524m tính từ mép ngoài hoặc phía đáy.
Khả năng của giàn đáp ứng những tiêu chuẩn này phụ thuộc vào giàn khoan
duy trì được lớp vỏ kín nước, việc giám sát và kiểm soát trọng lượng nước rẽ của
giàn và trọng tâm thẳng đứng dưới mức tối đa cho phép và duy trì một sống phẳng
(a even keel).
2.3.1.2. Các chế độ thay đổi khi giàn nổi
Chế độ di chuyển bình thường của giàn với các chân thiết lập ở vị trí cao nhất cho
phép bởi các điều kiện vận hành và các chân đế bị ngập. Các chân được nâng lên để
giàn có thể di chuyển với sức cản tối thiểu của nước. Tuy nhiên, nếu thời tiết ban
đầu xấu, các chân phải được hạ thấp hơn để nâng cao độ ổn định. Chế độ thay đổi
do thay đổi trong các điều kiện của biển hoặc thời tiết, phải được đảm bảo trước khi
các chuyển động của giàn vượt quá những giới hạn thiết kế của chân.
Chú ý: Trong mọi trường hợp, một sự thay đổi chế độ phải được hoàn tất trước khi
tốc độ gió đạt 70 hải lý. Những thay đổi chế độ trong thời tiết xấu có thể dẫn tới
ứng suất nguy hiểm trên các chân và thân giàn.
OIM sẽ thu được cập nhật thông tin dự báo thời tiết trước và trong khi di chuyển

với thời gian cho phép để thực hiện việc thay đổi chế độ hoạt động.
Chú ý:
1. Đối với các vị trí TOC từ 4.572m hoặc lớn hơn, các chân đế sẽ bị ngập để ngăn
các chân đế bị nổ.
2. Các chân không nên nâng lên hoặc hạ xuống khi giàn đang lai dắt. Thông báo
cho đội trưởng tàu kéo trước khi bắt đầu thay đổi một chế độ để việc lai dắt có thể
được tạm dừng và giàn khoan được đặt vào vị trí để giảm chuyển động của giàn.
3. Cần quan tâm đến độ sâu mực nước và các vật cản khác có thể khi hạ thấp các
chân.
4. OIM có thể lựa chọn để tiếp tục giữ đúng vị trí hoặc tiếp tục lai dắt giàn chỉ sau
khi hoàn thành việc thay đổi chế độ.
2.3.1.3. Những thao tác lai dắt khi giàn nổi
1. Cần lấy và đánh giá thông tin dự báo thời tiết trước khi di chuyển giàn. Giàn
khoan không nên được di chuyển nếu các điều kiện dự báo thời tiết cho thời gian di

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

23

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

chuyển là nghiêm trọng hơn so với khả năng chịu đựng của giàn. Thời gian di
chuyển sẽ là thời gian cần thiết để làm sau đây:
a. Đảm bảo tất cả các tải trọng boong.
b. Hạ giàn khoan xuống nước.

c. Sục bùn từng chân riêng biệt.
d. Lai dắt tới vị trí mới hoặc vị trí chờ.
e. Đặt giàn khoan vào vị trí.
f. Kích giàn lên khoảng tĩnh không 1.524m.
g. Dằn tải giàn khoan.
h. Quan sát dằn tải cuối cùng tối thiểu 3 tiếng.
i. Trút bỏ nước dằn tải.
j. Nâng giàn lên khoảng tĩnh không yêu cầu.
2. Trong hoạt động di chuyển giàn khoan, cần thiết và đánh giá thông tin dự báo
thời tiết hiện tại. OIM sẽ cho phép thời gian đủ để cấu hình lại giàn khoan trước khi
thời tiết thay đổi.
3. OIM sẽ tham khảo Sổ tay hướng dẫn di chuyển giàn để biết thêm thông tin về
những quy định khối hàng hoá lai dắt được yêu cầu cho lần di chuyển. OIM sẽ kiểm
tra để chắc chắn rằng khối hàng hoá lai dắt là như quy định trong sổ tay.
4. Giàn khoan không được lai dắt trong băng nổi. Giàn cũng không được di chuyển
khi tồn tại những điều kiện tích tụ băng hoặc tuyết.
5. OIM có trách nhiệm phải đảm bảo chắc chắn rằng độ chênh và độ nghiêng luôn
được duy trì trong giới hạn cho phép.

Hình 2.3: Hình ảnh lai dắt giàn khoan trong chế độ nổi
Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

24

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53


Trường Đại Học Mỏ Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

2.3.1.4. Những khuyến cáo chung khi vận hành nổi
* Khi giàn khoan di chuyển ngoài biển
1. Đảm bảo rằng những khuyến cáo chung về hoạt động nổi đã được tuân thủ. Các
chân phải được hạ thấp hơn nữa và những chuẩn bị khác được thực hiện để đáp ứng
những yêu cầu ổn định cho di chuyển trong vùng đại dương.
2. KG của giàn sẽ được tính toán lại để đảm bảo KG trong giới hạn cho phép di
chuyển trong vùng đại dương.
3. OIM sẽ cập nhật hàng ngày về dự báo thời tiết trước và trong khi di chuyển để có
thời gian cho phép chuẩn bị giàn đối phó với các cơn bão.
4. Thông báo cho đội trưởng tàu kéo để điều chỉnh giàn vào vị trí lai dắt tốt nhất
trước các điều kiện bão sắp tới để giảm thiểu chuyển động của giàn do sóng biển.
5. OIM sẽ đảm bảo giàn khoan được an toàn và các hàng lỏng (loose items) được
bảo quản đúng cách.
6. OIM cần nhận thấy rằng những cơn gió vượt quá 100 hải lý hoặc các vung biển
bất thường có thể gây cho giàn những chuyển động vượt quá các giới hạn thiết kế
của giàn, và giàn khoan có thể có nguy cơ bị chìm hoặc lật úp. Nếu cơn bão sắp tới
có khả năng gây ra những nguy cơ này, OIM nên lập kế hoạch cho việc sơ tán và
rời khỏi giàn khoan. Điều quan trọng là kế hoạch đó phải được thực hiện sớm để có
đủ thời gian sơ tán.
* Khi giàn khoan gặp bão lớn
1. Đảm bảo rằng những khuyến cáo chung về hoạt động nổi đã được tuân thủ.
2. Việc hạ thấp các chân sẽ thường làm hạ thấp VCG của giàn và giảm momen gây
lật gây ra bởi những lực gió tác động lên phần trên cùng của chân giàn. Tuy nhiên,
KG phải được tính toán và so sánh xấp xỉ với đường cong KG cho phép.
3. Thông báo cho đội trưởng tàu kéo để điều chỉnh giàn vào vị trí lai dắt tốt nhất để
đối phó với các điều kiện bão giúp giảm thiểu chuyển động của giàn do sóng biển.
4. Kiểm tra lại những tính toán phân bố trọng lượng và KG. Xem lại KG ở đường
cong KG tối đa cho phép để chắc chắn nó trong pham vi cho phép.
5. OIM nên nhận ra rằng các cơn gió vượt quá 100 hải lý hoặc sóng biển bất thường

có thể gây cho giàn những chuyển động vượt quá các giới hạn thiết kế, và giàn có
thể có nguy co bị chìm hoặc lật úp. Nếu cơn bão sắp tới có khả năng gây ra những
nguy cơ này, OIM nên lập kế hoạch cho việc sơ tán và rời khỏi giàn khoan. Điều
quan trọng là kế hoạch đó phải được thực hiện sớm để có đủ thời gian sơ tán.

Sinh viên: Nguyễn Đình Thắng

25

Lớp Thiết Bị Dầu Khí- K53