Tìm hiểu giàn tự nâng

Tìm hiều giàn tự nâng
I.

Sơ lược
1) Khái niệm
Giàn tự nâng là: giàn khoan di động, loại giàn chìm,
nâng hạ chân đế không cần dùng phao.
2) Lịch sử:
Jack up đầu tiên được chế tạo năm 1954. Người thiết kế
Jack-up đầu tiên trên thế giới : Robert Gilmour
LeTourneau (1888-1969) đã thiết kế cho Zapata Oil
( công ty của George Herbert Walker Bush-tổng
thống thứ 41 của Mỹ)
Trong lịch sử đã xuất hiện 2 loại Jack up phổ biến nhất:
+ Loại có dùng tấm thép đặt trên đáy biển để đỡ gian
khoan
( Mat type )

Dạng này thường có 3 chân dạng ống trụ với đường kính
8-12ft. Khi giàn tới vị trí, nó nâng lên, tựa vào đáy biển
và do áp lực lên đáy biển nhẹ hơn, thường là nhỏ hơn
500-600 psf (pound per square foot), hệ thống nâng
thân chính lên mà không cần đặt tải giằng. Bethlehem
Steel Corp đóng mẫu này nhiều nhất vào khoảng 19501980.


Ưu điểm chính của chúng là chế tạo dễ dàng với giá
thành rẻ và không để lại dấu vết gì tại địa điểm khoan.
Tuy nhiên chúng có những nhược điển nhất định sau:
• Chúng rất dễ bị ảnh hưởng bởi các nhân tố trên đáy
biển ( đáy biển buộc phải bằng phẳng )

• Chúng di chuyển rất chậm do ống và thân chính rất
lớn và cần nhiều tàu kéo. Chân chống dễ bị mài
mòn bởi chân vịt.
• Hạn chế mở kho chứa.
• Dễ bị lật bởi sóng to và gió mạnh
• Chỉ đạt khoảng 250-275 ft là tối đa.
Do những nhược điểm trên mà gần như chúng đã đi vào
quên lãng
+ Loại chân đế độc lập ( Idependent-leg type) đa số các
giàn tự nâng đều thuộc loại này cho dù có rất nhiều
mẫu thiết kế khác nhau ( Ở Việt Nam hiện đang có 7
giàn tự nâng 4 của Vietsov, 3 của PVD, 2 chiếc đang
đóng mới- đều thuộc loại này )

Hiện nay trên thế giới có khoảng ( ) giàn tự nâng, số liệu
cập nhật ngày ( ) trong đó có ( %) đang hoạt động ( %)
đang được đóng mới và sửa chữa,hoán cải ( %) đang
trong quá trình chờ hợp đồng…
+ Ngoài ra có 1 số loại Jack up nhưng không phải là giàn
khoan, mà là Jack up lift boat.


Qua quá trinh dài phát triển và cải tiến hiện nay đã có 1
số giàn tự nâng có thể hoạt động ở mực nước sâu 500625 ft
Giàn tự nâng có các mục đích sử dụng sau:


Khoan thăm dò



Khoan khai thác



Sửa giếng



Cứu hộ



Vận chuyển



Thăm dò
(xem clip)

II.

Ưu điểm- nhược điểm
1) Ưu điểm
a) Chi phí đóng mới thấp
Điều này dễ thấy do kết cấu của Giàn tự nâng
tương đối đơn giản, không yêu cầu các kết cấu
kiểm soát sự ổn định khi vận hành như các loại
giàn bán chìm hay tàu khoan.
b) Dễ dàng cải tiến, nâng cấp

Việc nâng cấp hay cải tiến giàn khá dễ dàng như
việc tăng độ cao của chân giàn, thay các thiết bị
khoan, thiết bị nâng…
c) Di chuyển tương đối nhanh và ổn định
Di chuyển bằng tàu kéo ( thường là 3 tàu, tốc độ
tương đối nhanh )
(xem clip Một giàn khoan di động, di chuyển
qua eo biển Bosphorus ở vận tốc 5knot/m, tốc
độ gió 10kmp trong 8 giời tới biển đen.)
d) Chi phí khoan thấp
Việc này có được là do
+ cần ít người vận hành hơn
+ không tốn chi phí neo giữ
+ không cần thiết bị subsea khi khoan
2) Nhược điểm
a) Giới hạn chiều sâu nước


III.

Chiều sâu lớn nhất mà giàn tự nâng có thể đạt
được mới là khoảng 600ft
b) Phụ thuộc vào điều kiện đáy biển
Điều kiện đáy biển không tốt, có thể gây ra sự
cố, mất an toan trong quá trình nâng thả
c) Không chắc chắn, dễ xảy ra sự cố, chi phí đảm
bảo an toàn lớn hơn
Do kết cấu, giàn tự nâng không thể chống chịu
với điều kiện gió bão hay sóng biển quá lớn.
Điều kiện thời tiết cực đoan có thể gây hỏng

hoặc lật giàn khoan.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
1) Thân chính
Là 1 kết cấu có dạng bản vỏ, thường có cấu
tạo hình tam giác
Kết cấu vỏ bao gồm: Sàn trên, sàn dưới, sàn
trung gian, sàn thao tác, vách bao xung
quanh, các vách dọc bằng thép tấm và các kết
cấu dầm, xương gia cường

Thân chính chia làm nhiều khoang gồm:
 Buồng máy
 Buồng bơm bùn
 Buồng máy phụ
 Kho chưa dụng cụ và thiết bị
 Các két chứa DDK
 Các két nước dằn
 Các két nước sinh hoạt


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

Khối nhà ở trên giàn Tam Đảo 01
(chụp từ tháp khoan)
2)

Chân giàn
Chân giàn khoan được chế tạo bằng thép
cường độ cao có kết cấu kiểu thanh giằng được
liên kết với nhau.Chân giàn có thêm dạng
thanh răng cho quá trình nâng hạ, dùng cơ cấu
truyền bánh răng-thanh răng. Chân giàn có
khả năng chịu dòng chảy, chịu sức gió, chịu
sóng.


3)

Chân giàn khoan Tam Đảo 03
Cụm tháp khoan
Cụm tháp khoan là tổ hợp kết cấu-thiết bị quan
trọng nhất của các giàn khoan tự nâng. Cụm
tháp khoan gồm: Hệ thống dầm, kết cấu đỡ
sàn khoan, sàn khoan và các hệ thống trượt.
 Hệ thống trượt dầm có nhiệm vụ trượt
tháp khoan tới vị trí cần khoan (theo
phương dọc)
 Hệ thống trượt sàn khoan, có nhiệm vụ
trượt tháp khoan theo phương ngang
 Sàn khoan có nhiệm vụ nâng đỡ tháp
khoan và các vật tư, thiết bị phục vụ công
tác khoan
 Tháp khoan: phục vụ công tác khoan.
( các cơ cấu trượt đều sử dụng cơ cấu
truyền động cơ khí, bánh răng-thanh
răng, lực đẩy tới khoảng 120 tấn, tốc độ

trượt khoảng 2m/phút)


4)

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

bảo vệ an toàn khỏi việc lún không đều các
chân đế. Nếu đáy biển mềm và chứa sét thì
thường không phải tiến hành quá 7 lần, mất
khoảng từ 7-12 tiếng. Hệ thống bơm bơm nước
biển vào thùng chứa nước giằng, tăng trọng
lượng cho thân chính và đưa chân giàn vào đáy
biển. quá trình cứ tiếp tục như vậy cho tới khi
chân giàn không thể tiến sâu hơn nữa trong
đáy biển. quan niệm là để đưa chân đế trong 1
lần được dự đoán là sẽ gặp khó khăn. Tuy
nhiên thế hệ mới có những chiếc có khả năng
đặt tải trong 1 lần, với bộ nâng đủ mạnh để
nâng toàn bộ giàn với nước giằng trong 1 lần.
do đó chịu ảnh hưởng ít hơn từ thời tiết. qua
đó, có thể chấp nhận rằng giàn tự nâng dễ bị
phá hủy nhất trong quá trình nâng.
(kết thúc bằng việc xem clip và đặt câu hỏi)
*** bonus về sáng tạo về giàn tự nâng của Vietsov
PetroTimes) - Hằng năm, nhiều công trình
của ngành Dầu khí đã được tôn vinh về những
thành tích trong lao động sáng tạo, mà lực
lượng nòng cốt là thanh niên. Vừa qua, 2 công
trình của Đoàn TNCS Hồ Chí Minh Tập đoàn
Dầu khí Quốc gia Việt Nam đã được Trung
ương đoàn vinh danh tại Festival “sáng tạo
trẻ” toàn quốc lần thứ VI, năm 2013.
Tại giàn khoan Tam Đảo 02
Công trình “Mở rộng sàn CTU tăng giới hạn
khoan thăm dò cho giàn khoan Tam đảo 02”
của đoàn viên Lương Xuân Mạnh, Viện Nghiên

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


CTU (Conductor Tensioner Unit) hay còn được
gọi là sàn CTU. Cấu tạo sàn CTU của giàn Tam
Đảo 02 gồm hai sàn chính: Sàn cố định được
liên kết với vách tàu bằng khớp bản lề và
thanh treo. Sàn di động có thể trượt trên giàn
cố định để tăng vị trí khoan thăm dò của giàn.

Thi công hạng mục cửa nhận nước Nhà máy
Nhiệt điện Vũng Áng 1
Nhược điểm của sàn CTU có thể nhận thấy:
chiều dài của giàn Tam Đảo-02 có thể khoan
được các giếng xa 22,7m nhưng với khả năng
sàn CTU này chỉ khoan được các giếng xa nhất
là 10,527m. Do thời tiết và hệ thống định vị,
việc di dời giàn tự nâng là một thiết bị nổi
nặng gần hai chục ngàn tấn vào đúng chính
xác đến 1m là rất khó khăn. Thực tế khi đã vào
đúng tọa độ, chống chân lên lấy cân bằng lại
giàn thì sai số lên đến trên dưới 1m. Lúc này
việc hạ lại giàn để lấy lại tọa độ chính xác là

hầu như không thể. Vì vậy việc tăng khả năng
vươn xa cho CTU để có thể khoan đúng tọa độ
hoặc di dời vào đúng giếng để khoan là rất cần
thiết. Chính về vấn đề này, tác giả đã đưa ra
giải pháp nối dài dầm của sàn CTU để mở rộng


giới hạn khoan thăm dò của giàn mà không
ảnh hưởng tới kết cấu ban đầu của sàn CTU.
Giải pháp được đưa ra là thiết kế dầm nối dài
cho sàn di động. Dầm nối dài phải đáp ứng
được yêu cầu thực tiễn và đảm bảo khả năng
làm việc an toàn trong quá trình khoan. Dầm
nối dài được tổ hợp từ thép tấm có bề dày lớn
nhất là 40mm. Với dầm nối dài này, sàn khoan
thăm dò của giàn Tam Đảo 02 có thể khoan
thêm một dãy giếng nữa theo tiêu chuẩn an
toàn của Vietsovpetro. Có thể thấy hiệu quả
kinh tế rất rõ từ sáng tạo này. Không cần phải
dịch giàn để khoan giếng khoan hoặc khoan
các giếng đã có kết cấu định vị đầu giếng
ngầm (Sub-sea template) mà vẫn thi công
được ở những vị trí xa hơn. Từ đó khắc phục
những tốn kém do công việc dịch giàn. Mở
rộng giới hạn khoan thăm dò cho giàn Tam
Đảo 02 từ 6,98m đến 13m. Từ đó tăng khả
năng cho việc di chuyển vào đúng vị trí giếng
khoan.
Sau khi áp dụng sáng kiến này sẽ tiết kiệm chi
phí cho 5 ngày di chuyển giàn để đưa giàn vào

vị trí mới là 774.230USD. Tiết kiệm chi phí
thuê tàu lặn, kéo, rải neo… là 333.360USD.
Như vậy tổng số tiền tiết kiệm trong thời gian
5 ngày di dời giàn là 1.107.590USD. Ngoài ra,
sáng kiến này đã góp phần quan trọng để giàn
Thỏ Trắng được đưa vào hoạt động vào ngày
29/6/2013 vượt kế hoạch 15 ngày và góp phần
chặn đà suy giảm sản lượng dầu khai thác của
Vietsovpetro trong năm 2013.
Sản phẩm “Mở rộng sàn CTU tăng giới hạn
khoan thăm dò cho giàn Tam Đảo 02” đã thể
hiện được tính sáng tạo, tinh thần dám nghĩ,
dám làm của thế hệ trẻ Vietsovpetro. Sáng
kiến này có thể được áp dụng cho các giàn có
kết cấu sàn CTU tương tự như giàn Tam Đảo
02 (ví dụ: giàn Tam Đảo 01, Tam Đảo 03...) khi


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