(Luận văn thạc sĩ) thiết kế đồ gá phục vụ công tác chế tạo, vận chuyển và hạ thủy cọc chân đế giàn PQP HT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VIỆT LINH

THIẾT KẾ ÐỒ GÁ PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHẾ TẠO, VẬN
CHUYỂN VÀ HẠ THỦY CỌC CHÂN ÐẾ GIÀN PQP HT

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

S K C0 0 4 9 1 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VIỆT LINH

THIẾT KẾ ĐỒ GÁ PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHẾ TẠO, VẬN
CHUYỂN VÀ HẠ THỦY CỌC CHÂN ĐẾ GIÀN PQP HT

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VIỆT LINH

THIẾT KẾ ĐỒ GÁ PHỤC VỤ CÔNG TÁC CHẾ TẠO, VẬN
CHUYỂN VÀ HẠ THỦY CỌC CHÂN ĐẾ GIÀN PQP HT

NGÀNH: KÝ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS LÊ HIẾU GIANG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2015


QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Nguyễn Việt Linh

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 29/06/1985

Nơi sinh: Hải Phòng

Quê quán: Cấp Tiến, Tiên Lãng, Hải Phòng

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 242 Nguyễn Hữu Cảnh, Phường Thắng
Nhất, Tp Vũng Tàu.
Điện thoại cơ quan: (064) 3571 614

Điện thoại nhà riêng:

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học phổ thông:
Thời gian đào tạo từ 09/2000 đến 09/2003
Nơi học (trường, thành phố): THPT Kiến An, Quận Kiến An – Hải Phịng
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 09/2003 đến 09/2008

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội
Ngành học: Công nghệ chế tạo máy
Tên đồ án, luận án hoặc mơn thi tốt nghiệp: Tính tốn thiết kế quy trình cơng
nghệ chế tạo hộp giảm tốc bộ truyền bánh răng thẳng và nghiêng.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Tháng 6 năm 2008 tại
Đại học Bách Khoa Hà Nội

Người hướng dẫn: PGS. TS Tăng Huy
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:

i


Thời gian

Nơi công tác

Từ tháng 9
năm 2003 tới Công ty CP Xây lắp Dầu khí tháng 3 năm Miền Nam Alpha-ECC
2011

Cơng việc đảm nhiệm
Kỹ sư cơ khí.
Giám sát chế tạo.
Kỹ sư kiểm tra chất lượng.
Phụ trách công trường dự án chế
tạo cọc Tê Giác Trắng H01,
H04, FPSO.

- Điều phối viên dự án
- Kỹ sư dự án
- Phụ trách kỹ thuật, thương mại
Từ tháng 3
các gói dự án chế tạo, vận
năm 2011 tới Công ty CP Cảng Dịch vụ Dầu
chuyển, hạ thủy hàng siêu

tháng 8 năm khí Tổng hợp Phú Mỹ
trường siêu trọng. Dự án HSTD,
2015
Biển Đông 1 PQP HT, Air
Cooling Double Module, Nghi
Son Project…
- Kỹ sư cơ khí
Từ tháng 8
Chi nhánh Tổng Công ty PTSC, - Điều phối viên dự án.
năm 2015 tới
Ban Xây dựng
- Dự án xây dựng nhà máy
nay
NPK/NH3 Phú Mỹ

ii


LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2015
Ký tên và ghi rõ họ tên

iii


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu theo chương trình Đào tạo Sau đại học
của khoa Cơ Khí trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, luận
văn là một minh chứng rõ ràng nhất cho những kiến thức và kinh nghiệm mà tác giả
đã tích lũy được. Qua thời gian làm luận văn, tác giả đã học hỏi được rất nhiều điều
hữu ích từ việc áp dụng lý thuyết vào việc thực hiện một nghiên cứu thực tế, học
thêm được các kỹ năng về trình bày, diễn đạt và giao tiếp.
Trước tiên tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới các Q thầy cơ trong Khoa
Cơ Khí, những người đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm cũng như những
kỹ năng bổ ích trong suốt thời gian tác giả được học tập tại Khoa. Tác giả cũng xin
chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Hiếu Giang, người đã tận tình hướng dẫn, định
hướng và đưa ra những nhận xét, góp ý, lời động viên giúp tác giả hoàn thành luận
văn một cách tốt nhất.
Bên cạnh đó, xin được bày tỏ lịng cám ơn chân thành tới Ban Giám đốc Cơng ty,
Ban Dự Án, Phòng Kỹ thuật cũng như các Đơn vị nhà thầu phụ đã tận tình hỗ trợ,
cung cấp tài liệu và những kinh nghiệm quý báu trong quá trình làm luận văn của
tác giả.
Sau cùng tác giả xin gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới gia đình và bạn bè những người
đã cổ vũ, giúp đỡ và đồng hành cùng tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn
này.
Một lần nữa tác giả xin chân thành cám ơn tất cả mọi người đã giúp tác giả hoàn
thành luận văn. Chúc mọi người sức khỏe, hạnh phúc, thành cơng trong cơng việc
và cuộc sống!.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015
Người thực hiện luận văn
Nguyễn Việt Linh

iv


TĨM TẮT

Trong ngành cơng nghiệp nặng nói chung và ngành Dầu khí nói riêng, cơng việc
vận chuyển và hạ thủy các cấu kiện siêu trường siêu trọng đóng một vai trò rất quan
trọng, ảnh hưởng trực tiếp tới tiến độ cũng như chi phí của các cơng trình. Để thực
hiện việc vận chuyển được an toàn hiệu quả các hệ thống đồ gá kết cấu được thiết
kế sao cho phù hợp với từng điều kiện và hoàn cảnh cụ thể mỗi dự án. Luận văn này
tập trung vào việc thiết kế thay thế các vật liệu mác cao của hệ thống đồ gá hạ thủy
cọc chân đế dự án PQP HT bằng các vật liệu mác thấp hơn nhằm tiết giảm chi phí
chế tạo, đồng thời kiểm tra một số chi tiết có trạng thái làm việc nguy hiểm, chịu
biến dạng lớn trong quá trình làm việc. Nhằm phục vụ tính tốn bằng phương pháp
phần tử hữu hạn, các kết cấu được thiết kế từng chi tiết riêng biệt. Sau đó, việc phân
tích kết cấu được thực hiện trên các phần mềm tính tốn SAP và ANSYS
WORKBENCH với tải trọng tác dụng là khối lượng bản thân đồ gá và khối lượng
bản thân kiện hàng.

v


ABSTRACT
In industrial sector, particularly in Oil and gas field, transportation and load out
contributes a very important portion, it directly affect on the schedule as well as the
project cost. In order to guarantee safety and efficiency of loading out work, the
load out structures have been studied and designed for every single project. This
study focus on reduce existing steel grade of PQP HT load out frame to reduce the
manufacturing cost but remain the safety and efficiency. This studying also checks
the member strength whose shape is observed to be deformed during its working.
Aiming to accomplish the analysis by FEM methodology, the objects of structure
are designed and modeled one by one. Afterward, the stress analysises of structure
parts are accomplished with SAP and ANSYS WORKBENCH considering the self
weight of load out structure and self weight of cargoes.

vi


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. LÊ HIẾU GIANG

Cán bộ chấm nhận xét 1:……………………………………………………………

Cán bộ chấm nhận xét 2:…………………………………………………………….

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ trước
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT,
Ngày .... tháng .... năm .....

vii


MỤC LỤC
Trang tựa
Quyết định giao đề tài

TRANG

Lý lịch khoa học .......................................................................................................... i
Lời cam đoan ............................................................................................................. iii
Lời cảm ơn ................................................................................................................. iv

Tóm tẳt ........................................................................................................................ v
Mục lục .................................................................................................................... viii
Danh sách các chữ viết tắt ........................................................................................ xii
Danh sách các bảng biểu ......................................................................................... xiii
Danh sách các hình .................................................................................................. xiv
Chƣơng 1 TỔNG QUAN .......................................................................................... 1
1.1. Lý do hình thành đề tài .................................................................................. 1
1.2. Ý nghĩa khoa học của đề tài .......................................................................... 2
1.3. Ý nghĩa thực tế .............................................................................................. 3
1.4. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 3
1.5. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 3
1.6. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 4
1.7. Kế hoạch thực hiện ........................................................................................ 4
1.8. Giới thiệu về dự án Biển Đông 1................................................................... 5
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 7
2.1. Khái qt về tính tốn vận chuyển trong ngành cơng trình biển .................. 7
2.1.1. Các nội dung nghiên cứu về bài toán vận chuyển .................................. 7
2.1.2. Chuyển động và tính ổn định của sà lan ................................................. 8
2.2. Phương pháp phần tử hữu hạn ..................................................................... 11
2.2.1. Khái niệm .............................................................................................. 12
2.2.2. Lịch sử phát triển .................................................................................. 12
2.2.3. Nội dung................................................................................................ 13
2.2.4. Các dạng phần tử .................................................................................. 15

viii


2.2.5. Phần tử quy chiếu, phần tử thực ........................................................... 16
2.2.6. Lực, chuyển vị, biến dạng, ứng suất ..................................................... 18
2.2.7. Nguyên lý cực tiểu hóa thế năng tồn phần .......................................... 19

2.2.8. Trình tự phân tích bài tốn theo PPPTHH. ........................................... 20
2.2.9. Sơ đồ tính tốn bằng PPPTHH ............................................................. 22
2.3. Cơ sở thiết kế ............................................................................................... 24
2.3.1. Phạm vi Luận văn ................................................................................. 24
2.3.2. Phần mềm sử dụng ................................................................................ 24
2.3.3. Quy trình phân tích ............................................................................... 25
2.4. Tiêu chuẩn áp dụng và tài liệu tham khảo ................................................... 25
2.4.1. Tiêu chuẩn áp dụng ............................................................................... 25
2.4.2. Tài liệu công nghệ khác ........................................................................ 26
Chƣơng 3 SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ MƠ HÌNH TÍNH TỐN ......................... 27
3.1. Số liệu thiết kế: ............................................................................................ 27
3.1.1. Số liệu về kết cấu cọc chân đế BD1 ..................................................... 27
3.1.2. Số liệu về sà lan POSH GIANT I ......................................................... 27
3.1.3. Số liệu môi trường ................................................................................ 27
3.1.4. Đặc trưng vật liệu.................................................................................. 28
3.2. Mơ hình tính tốn ........................................................................................ 29
3.2.1. Cơ sở lý thuyết ...................................................................................... 29
3.2.2. Bố trí các dầm hạ thủy trong quá trình chế tạo trên bãi ........................ 30
3.2.3. Phương án thay đổi vật liệu .................................................................. 33
3.2.4. Trường hợp tải trọng ............................................................................. 34
3.2.5. Thiết bị sử dụng phân tích .................................................................... 34
Chƣơng 4 KIỂM TRA KẾT CẤU BẰNG PHẦN MỀM SAP 2014 ................... 35
4.1. Trình tự phân tích kết cấu bằng SAP 2014 ................................................. 35
4.2. Xây dựng mơ hình kết cấu .......................................................................... 36
4.3. Khai báo đặc trưng vật liệu ......................................................................... 37
4.4. Khai báo đặc trưng hình học ....................................................................... 38

ix

4.5. Gán đặc trưng hình học cho các phần tử ..................................................... 39
4.6. Định nghĩa các tải trọng .............................................................................. 39
4.7. Khai báo điều kiện biên ............................................................................... 40
4.8. Chọn thông số cho q trình giải................................................................. 40
4.9. Thực hiện giải bài tốn ................................................................................ 40
4.10. Xem và xuất kết quả .................................................................................... 41
4.10.1. Chuyển vị .............................................................................................. 41
4.10.2. Moment uốn .......................................................................................... 42
4.10.3. Lực cắt .................................................................................................. 44
4.10.4. Kiểm tra kết cấu theo tiêu chuẩn AISC-ASD89 ................................... 45
4.11. Kết luận chương 4 ....................................................................................... 46
Chƣơng 5 KIỂM TRA MÔ HÌNH BẰNG ANSYS WORKBENCH ................. 47
5.1. Trình tự phân tích bằng Ansys Workbench................................................. 47
5.2. Chọn hệ thống phân tích .............................................................................. 47
5.3. Thiết lập thông số vật liệu ........................................................................... 48
5.3.1. Thép ASTM A36 .................................................................................. 48
5.3.2. Thép API 2W GR50 ............................................................................. 48
5.4. Xây dựng mơ hình hình học ........................................................................ 49
5.4.1. Xây dựng mơ hình trong mơi trường Autocad 2010 ............................ 49
5.4.2. Xây dựng mơ hình trong mơi trường Ansys Workbench ..................... 50
5.5. Thiết lập mơ hình phần tử hữu hạn – Chia lưới .......................................... 52
5.5.1. Thiết lập tiếp xúc giữa các chi tiết ........................................................ 52
5.5.2. Kiểm soát việc tạo lưới ......................................................................... 52
5.5.3. Thống kê kết quả tạo lưới ..................................................................... 55
5.6. Thiết lập các điều kiện biên của bài toán .................................................... 55
5.7. Giải bài toán ................................................................................................ 56
5.8. Xem kết quả và xử lý................................................................................... 57
5.8.1. Kết quả giải mơ hình theo thiết kế ban đầu .......................................... 57
5.8.2. Kết quả điều chỉnh mơ hình thiết kế lần 1 ............................................ 62

x


5.8.3. Kết quả điều chỉnh mơ hình thiết kế lần 2 ............................................ 67
5.9. Kết luận chương 5 ....................................................................................... 72
Chƣơng 6 HIỆU QUẢ PHÂN TÍCH SAP VÀ WORKBENCH ......................... 73
Chƣơng 7 KẾT LUẬN ........................................................................................... 75
7.1. Những điểm đã đạt được của luận văn ........................................................ 75
7.2. Những điểm còn hạn chế ............................................................................. 76
7.3. Hướng mở rộng đề tài ................................................................................. 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 78
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 79

xi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ABS: America Bureau of Shipping
API: Americain Petroleum Institute
AISC: American Institute of Steel Construction
ASD: Allowable Stress Desgin
DNV: Det Norske Veritas
AWS: American Welding Society
ASTM: American Society for Testing and Materials
EEMUA: Engineering Equipment and Materials Users’ Association
PTHH: Phương pháp phần tử hữu hạn
LOSF: Load out support frame (Đồ gá vận chuyển và hạ thủy)
BĐ 1: Dự án Biển Đơng 1
SAP: Phần mềm tính tốn kết cấu SAP

ANSYS WORKBENCH: Phần mềm phân tích Ansys workbench

xii


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế và kiểm tra

25

Bảng 2.2: Các tài liệu công nghệ khác

26

Bảng 3.1: Phân loại các loại thép kết cấu sử dụng trong dự án BĐ1

28

Bảng 3.2: Các loại thép sử dụng thiết kế hệ thống dầm hạ thủy

29

Bảng 3.3: Tọa độ bố trí các LOSF trước khi hạ thủy và sau khi đặt trên sà lan

30

Bảng 3.4: Phương án sử dụng vật liệu hiện tại

33

Bảng 3.5: Phương án sử dụng vận liệu thay thế

33

Bảng 5.1: Bảng thông tin điều chỉnh thiết kế lần 1

63

Bảng 5.2: Bảng phương án điều chỉnh thiết kế lần 2

67

Bảng 5.3: Bảng thống kê các chỉ tiêu và kết quả điều chỉnh thiết kế

71

Bảng 5.4: Bảng thống kê các thay đổi về mặt hình học và vật liệu

71

Bảng 6.1 Bảng so sánh hiệu quả phân tích giữa SAP và Ansys Workbench

73

xiii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Hình ảnh chế tạo cọc chân đế giàn khoan trên hệ thống đồ gá

2

Hình 1.2: Sơ đồ quy hoạch mỏ dự án Biển Đơng 1

5

Hình 1.3: Vị trí địa lý xây dựng dự án Biển Đơng 1

6

Hình 2.1: Đường đặc tính trạng thái chưa lật

10

Hình 2.2: Đường đặc tính trạng thái lật

11

Hình 2.3: Sự giao nhau giữa các phần tử (biên giới)

14

Hình 2.4: Phần tử một chiều

15

Hình 2.5: Phần tử 2 chiều

15

Hình 2.6: Phần tử 3 chiều

15

Hình 2.7: Phần tử lăng trụ

16

Hình 2.8: Hình chiếu các phần tử theo các phương khác nhau.

16

Hình 2.9: Phần tử 1 chiều.

17

Hình 2.10: Phần tử 2 chiều.

17

Hình 2.11: Phần tử 3 chiều.

18

Hình 2.12: Các phần tử 3 chiều - 6 mặt.

18

Hình 2.13: Sơ đồ khối chương trình tính tốn theo phương pháp PTHH

23

Hình 3.1: Mơ hình tổ hợp cụm cọc trong q trình thi cơng trên bãi chế tạo

30

Hình 3.2: Mơ hình cụm cọc sau khi chế tạo xong và tại vị trí đặt trên sà lan

30

Hình 3.3: Mặt bằng vị trí các cụm cọc trên sà lan vận chuyển

31

Hình 3.4: Hình chiếu đứng dầm hạ thủy LOSF

31

Hình 3.5: Chế tạo dầm hạ thủy và cọc ngồi thực tế

32

Hình 3.6: Chi tiết gân tăng cứng đỡ cọc ngoài thực tế

32

Hình 3.7: Vận chuyển và hạ thủy ống cọc trên thực tế

32

Hình 4.1: Trình tự phân tích kết cấu bằng SAP 2014

35

Hình 4.2: Mơ hình kết cấu dạng khung và nút trong mơi trường SAP 2014

36

Hình 4.3: Mơ hình sau khi gán các thuộc tính hình học cho các phần tử

36

Hình 4.4: Khai báo vật liệu ASTM A36 trong SAP

37

Hình 4.5: Khai báo vật liệu API 2W GR50 trong SAP

37

xiv


Hình 4.6: Khai báo đặc trưng hình học các tiết diện trong SAP

38

Hình 4.7: Mơ hình kết cấu sau khi gán các thuộc tính hình học cho các phần tử

39

Hình 4.8: Khai báo tổ hợp tải trọng trong SAP

39

Hình 4.9: Khai báo điều kiện biên trong SAP

40

Hình 4.10: Kết quả chuyển vị khi tính bằng SAP

41

Hình 4.11: Chuyển vị của LOSF8 khi tính bằng SAP

41

Hình 4.12: Mơ men uốn theo trục 3-3 của cọc

42

Hình 4.13: Mơ men uốn theo trục 3-3 của khung LOSF8

43

Hình 4.14: Mơ men theo trục 2-2 của khung dầm LOSF8

43

Hình 4.15: Lực cắt theo trục 2-2 của khung dầm LOSF8

44

Hình 4.16: Lực cắt theo trục 3-3 của khung dầm LOSF8

44

Hình 4.17: Thiết lập thơng số kiểm tra theo tiêu chuẩn AISC-ASD89

45

Hình 4.18: Hệ số an tồn của các chi tiết kiểm tra theo tiêu chuẩn AISC-ASD89 45
Hình 5.1: Trình tự phân tích bằng Ansys Workbench

47

Hình 5.2: Vật liệu A36 và cụm chi tiết được gán vật liệu thép A36

48

Hình 5.3: Vật liệu API 2W GR50 và cụm chi tiết được gán

49

Hình 5.4: Xây dựng mơ hình hình học 3D trong mơi trường Autocad

49

Hình 5.5: Xây dựng mơ hình hình học trong Geometry của Ansys Workbench

51

Hình 5.6: Xây dựng vùng tiếp xúc giữa các chi tiết trong Ansys Workbench

52

Hình 5.7: Thiết lập các thơng số tạo lưới

53

Hình 5.8: Kích thước tạo lưới chi tiết cọc chân đế

53

Hình 5.9: Kích thước tạo lưới chi tiết gân tăng cứng đỡ ống cọc

54

Hình 5.10: Kết quả tạo lưới cụm chi tiết LOSF

54

Hình 5.11: Kết quả tạo lưới tồn cụm mơ hình

55

Hình 5.12: Đặt các ràng buộc và điều kiện cho bài tốn

56

Hình 5.13: Ứng suất tương đương của hệ sau khi giải

57

Hình 5.14: Ứng suất tương đương trên các chi tiết

58

Hình 5.15: Chuyển vị của hệ với tỷ lệ thực

60

Hình 5.16: Chuyển vị của hệ với tỷ lệ 37 lần

60

xv


Hình 5.17: Chuyển vị của LOSF8

61

Hình 5.18: Hệ số an tồn trên cụm chi tiết LOSF8

61

Hình 5.19: Ứng suất của các chi tiết sau khi giải mơ hình

64

Hình 5.20: Ứng suất của các chi tiết sau khi điều chỉnh mô hình

65

Hình 5.21: Chuyển vị sau khi điều chỉnh mơ hình lần 1

65

Hình 5.22: Hệ số an tồn của hệ sau khi điều chỉnh lần 1

66

Hình 5.23: Ứng suất tương đương sau khi thay đổi thiết kế lần 2

68

Hình 5.24: Chuyển vị tổng của hệ thống sau điều chỉnh lần 2

69

Hình 5.25: Hệ số an toàn của hệ sau khi điều chỉnh thiết kế lần 2

70

xvi


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1. Lý do hình thành đề tài
Hiện nay ngành Dầu khí đang trở thành 1 ngành mũi nhọn trong nền kinh tế
Việt Nam, ngồi việc tìm kiếm và khai thác nguồn tài nguyên dầu thô suất
khẩu, chúng ta cũng đang đầu tư phát triển các công nghệ chế biến dầu thơ
thành các loại thành phẩm có giá trị cao cũng như tận dụng triệt để các sản
phẩm khai thác. Do nhu cầu tìm kiếm và khai thác đang ngày một tăng, số
lượng các giàn khoan, khai thác và xử lý khí cũng tăng theo. Từ việc chỉ hợp
tác, đóng góp lao động cơ bản, đến mua cơng nghệ chế tạo các sản phẩm
giàn khoan có sẵn ở nước ngoài, hiện nay chúng ta đã dần dần tiếp cận công
nghệ, triển khai công tác thiết kế, thi công chế tạo các loại giàn khoan lớn,
nhỏ không những tại Việt Nam mà còn phát triển ra thị trường thế giới như
Bruney, các nước ở khu vực châu phi, châu Mỹ Latinh.
Trong các công tác chế tạo giàn khoan, công việc chế tạo trong bờ chiếm vai
trò quan trọng, giàn được chia làm các module nhỏ, thường là 3 phần: khối
thượng tần (topside), khối chân đế (jacket), và cọc chân đế jacket. Sau đó các
module này được vận chuyển từ bãi chế tạo trong đất liền lên sà lan hoặc tàu
vận chuyển, sau đó mang ra vị trí đặt giàn ngồi biển để tiến hành tổ hợp các
module, hình thành sản phẩm cuối cùng.
Cùng với sự phát triển của phương pháp thi công module, sự ra đời và phát
triển của các phương tiện vận chuyển tiên tiến, phương pháp hạ thủy (Load
out) ngày càng diễn ra thuận lợi, an toàn và hiệu quả hơn. Trong dự án Biển
Đông 1 xây dựng giàn xử lý trung tâm đầu tiên của Việt Nam, giàn PQP Hải
Thạch cũng được chia thành các module, trong đó phần cọc chân đế Jacket
pile được chế tạo, vận chuyển và hạ thủy với tổng khối lượng 4.500 tấn trên

1

tổng số 12 cọc. Việc nghiên cứu và “Thiết kế đồ gá phục vụ việc chế tạo, vận
chuyển và hạ thủy cọc chân đế giàn PQP HT” có ý nghĩa lớn trong việc đảm
bảo tiến độ công việc, đảm bảo an tồn và chất lượng cơng trình. Bộ đồ gá sử
dụng trong cơng tác hạ thủy có thể được sử dụng lại đối với các loại cọc chân
đế của các dự án khác, do tính chất tiêu chuẩn của các loại cọc chân để.
Trong quá trình chế tạo và đưa vào sử dụng bộ đồ gá cho các dự án trước đó,
bộ đồ gá đã thể hiện nhiều ưu điểm tốt, tuy nhiên một số chi tiết trong đồ gá
có dấu hiệu bị biến dạng, đặc biệt là các chi tiết gân tăng cứng đỡ ống cọc.
Nhằm tăng tính an tồn và tiết kiệm chi phí, u cầu về việc nghiên cứu
nhằm cải tiến thiết kế và tiết kiệm chi phí nguyên vật liệu (thay đổi cấp vật
liệu) cũng đang là một vấn đề cấp bách cần giải quyết của các đơn vị trong
ngành xây lắp dầu khí.

Hình 1.1: Hình ảnh chế tạo cọc chân đế giàn khoan trên hệ thống đồ gá

1.2. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Áp dụng cơng nghệ và máy tính trong việc lập mơ hình thiết kế, phân tích,
kiểm tra điều kiện và dự tính khả năng làm việc của kết cấu thơng qua dữ
liệu khảo sát các yếu tố thực địa nhằm giảm thiểu thời gian thiết kế, tối ưu
hóa thiết kế và tiết kiệm chi phí chế tạo.

2


1.3. Ý nghĩa thực tế
Giải quyết bài toán thực tế về thiết kế bộ đồ gá chế tạo, vận chuyển và hạ
thủy cọc PQP HT, kiểm tra các chi tiết có dấu hiệu nguy hiểm, đề xuất
phương án thay đổi thiết kế, hoặc thay đổi vật tư nhằm tăng tính an toàn và
tiết kiệm.
Bộ đồ gá được sử dụng rộng rãi không chỉ đối với dự án Biển Đông 1 mà cịn

có tính tái sử dụng cao đối với các dự án có quy mơ tương tự khác do đường
kính cọc của các giàn khoan đã được tiêu chuẩn hóa .
1.4. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng mơ hình 3D dựa trên bản vẽ thiết kế chế tạo chi tiết cung cấp
bởi nhà thiết kế.
- Kiểm tra độ bền kết cấu và độ an toàn cho phương án thay đổi cấp vật liệu
cho một số chi tiết trong cụm chi tiết dầm hạ thủy, đặc biệt là các chi tiết
dầm đỡ, tiết diện phi tiêu chuẩn.
- Kiểm tra các thông số phân tích của mơ hình so với các thơng số đo đạc
trên mơ hình thực tế như độ võng, độ biến dạng…
- Kiểm tra một số chi tiết có dấu hiệu nguy hiểm trên thực tế làm việc thông
qua việc phân tích mơ hình.
- Đưa ra các khuyến nghị về thay đổi thiết kế cần thiết. Đưa ra khuyến nghị
thay đổi mác vật liệu nhưng vẫn đảm bảo được điều kiện an toàn khi làm
việc.
1.5. Đối tƣợng nghiên cứu
- Đồ gá chế tạo, vận chuyển và hạ thủy cọc chân đế giàn PQP HT.

3


- Đối tượng áp dụng: 12 cọc chân đế chiều dài 135 m, đường kính 2,134 m,
khối lượng thiết kế khoảng 400 tấn/cọc.
1.6. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Thiết lập mô hình hình học, mơ tả các mối liên hệ và điều kiện làm việc
thực tế thông qua các khảo sát dữ liệu đầu vào bằng phần mềm máy tính.
Thơng qua các kết quả phân tích của máy tính, thực hiện công việc xem
xét đánh giá kết quả và đưa ra các kết luận cần thiết.
- Mơ hình được tính tốn, đánh giá, đưa ra các kết luận, khuyến nghị và sau
khi được phê duyệt sẽ được đưa vào thực hiện chế tạo, xây lắp và kiểm tra

không phá hủy (NDT).
1.7. Kế hoạch thực hiện
 Giai đoạn 1: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, thu thập các dữ liệu đầu vào
- Xác định mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của đề tài.
- Nghiên cứu bản vẽ chi tiết, nghiên cứu các yêu cầu, tiêu chuẩn, quy phạm,
quy trình của dự án.
- Khảo sát, ghi chép các số liệu thực địa.
- Nghiên cứu các phần mềm hỗ trợ tính tốn thiết kế.
 Giai đoạn 2. Hồn thiện Luận văn tốt nghiệp
- Lập mơ hình hình học mơ phỏng kết cấu làm việc thực tế.
- Lựa chọn phần mềm tính tốn và tiến hành giải mơ hình.
- Đọc kết quả và đánh giá, đưa ra các khuyến nghị.
- Hoàn thiện Luận văn phần thuyết minh.

4


- Làm các thủ tục bảo vệ và tiến hành bảo vệ Luận văn.
1.8. Giới thiệu về dự án Biển Đông 1
Dự án Biển Đông 1 bao gồm 2 dự án khai thác gas và khí đồng hành Hải
Thạch và Mộc Tinh thuộc Blocks 05.2 và 05.3 nằm về phía bắc bờ biển Việt
Nam 340 km. Dự án bao gồm:
- 01 giàn đầu giếng Mộc Tinh (WHP-MT1).
- 01 giàn đầu giếng Hải Thạch (WHP-HT).
- 01 Giàn trung tâm Hải Thạch (PQP-HT).
- 01 ống dẫn từ WHP-MT1 sang WHP-HT.
- 01 ống dẫn gas từ WHP-HT nối tiếp với hệ thống ống dẫn từ Nam Côn
Sơn.
- Hệ thống ống dẫn gas và khí từ WHP-HT đến FSO.

- Hệ thống cáp quang, cáp điện từ WHP-HT đến WHP-MT1.

Hình 1.2: Sơ đồ quy hoạch mỏ dự án Biển Đông 1

5