download

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
VIỆN XD CT BIỂN & DẦU KHÍ THIẾT MINH TÍNH TOÁN
THIẾT KẾ KỸ THUẬT HT NEO GIÀN KHOAN KHAI THÁC BÁN CHÌM TẠI MỎ ĐẠI HÙNG 110m NƯỚC

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong trường Đại Học Xây Dựng, đặc
biệt là các Thầy , Cô trong Viện Xây Dựng Công Trình Biển đã tận tình truyền đạt
kiến thức trong thời gian Em học tập tại trường. Với vốn kiến thức được tiếp thu
trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu đồ án tốt
nghiệp mà còn là hành trang quí báu để Em bước vào đời một cách vững chắc và
tự tin.

Để hoàn thành đồ án này, Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Phạm Hiền Hậu,
Người đã tận tình hướng dẫn Em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp.

Có được thành quả như hôm này thì Con cũng thầm biết ơn Bố, Mẹ. Người đã
sinh Con ra nuôi Con khôn lớn tạo mọi điều kiện tốt nhất để cho Con học tập.

Mình cũng cảm ơn tất cả các bạn đặc biệt là các bạn trong lớp 52CB1, đã cùng
chơi cùng học cùng giúp đỡ mình trong suốt thời gian qua.

Cuối cùng, Em xin kính chúc quý Thầy, Cô và gia đình, bạn bè dồi dào sức khỏe
và thành công trong sự nghiệp cao quý.

Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Hồ Văn Thìn

SVTH : HỒ VĂN THÌN GVHD : TS.PHẠM HIỀN HẬU
1
MSSV:815152


TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trong đồ án tốt nghiệp này Em đã đi sâu vào tính toán bằng các công thức gần
đúng để thiết kế kỹ thuật hệ thống neo giàn khoan, khai thác bán chìm. Phần đầu
Em xin giới thiệu tổng quát về trữ lượng và tốc độ khai thác dầu khí trên thế giới
nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Ngoài ra Em xin giới thiệu một cách khái quát
về ưu, nhược điểm và khả năng hoạt động của các loại CTB Mềm ( đặc biệt là
CTB.Bán Chìm), Cũng như tìm hiểu về mỏ ĐH nơi có giàn khoan bán chìm mà em
đang tính toán thiết kế kỹ thuật hệ thống dây neo. Tiếp đó, Em sẽ trình bày một
cách chi tiết về sự tác động của môi trường lên công trình từ đó chọn hướng đặt
công trình. Cách tính tải trọng và tổ hợp tải trọng truyền lên hệ thống dây neo từ đó
thiết kế dây neo: Tính độ dịch chuyển đầu dây neo theo phương ngang và phương
đứng của công trình từ đó cho ra các đồ thị đánh giá độ cứng dây neo, để kiểm tra
sự dịch chuyển lớn nhất của công trình. Tiếp theo là bài toán kiểm tra bền của dây
neo thông qua tính toán lực căng cực đại của dây và kiểm tra hệ số an toàn. Cuối
cùng tính toán lựa chọn hệ neo, quy trình thi công và công tác an toàn trong lao
động.

2
MSSV:815152


MỤC LỤC
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN ................................................................................................................... 9
1.1 Trữ lượng và nhu cầu khai thác dầu khí vùng nước sâu trên thế giới và ở Việt Nam . ................ 9
1.1.1 Trữ lượng và nhu cầu khai thác dầu trên thế giới. ........................................................................ 9
1.1.2. Kế hoạch khai thác và trữ lượng dầu khí ở Việt Nam . ............................................................. 9
1.2. So sánh sự khác nhau giữa CTB mềm và CTB cố định . ......................................................... 11
1.3. Các giải pháp lựa chọn CTB ở các độ sâu nước khác nhau . .................................................... 12
1.4. Số lượng và vị trí các loại CTB mềm . .................................................................................... 14
1.5. Tìm hiểu về mỏ và giàn khoan khai thác bán chìm Đại Hùng _01. .......................................... 16
1.5.1. Giới thiệu mỏ Đại Hùng ................................................................................................. 16
1.5.1.1. Vị trí mỏ . ................................................................................................................ 16
1.5.1.2. Quy hoạch mỏ . ...................................................................................................... 16
1.5.2. Mô tả chung của quá trình hoạt động giàn khoan bán chìm FPU_DH1............................ 17
1.6. Mục tiêu nghiên cứu đồ án . ..................................................................................................... 19
1.6.1. Lý do nghiên cứu đồ án . ................................................................................................... 19
1.6.2. Bố cục đồ án . .................................................................................................................. 20
CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ............................................................................... 21
2.1. Cơ sở lý thuyết dùng cho phương pháp mô hình hóa bằng chương trình tính. .......................... 21
2.1.1. Đặt bài toán hàm thế vận tốc của chất lỏng xung quanh công trình . ............................... 21
2.1.2. Bài toán nhiễu xạ bức xạ - bức xạ bậc nhất . ................................................................... 21
2.1.2.1. Hàm thế bậc nhất của sóng tới Ф ........................................................................ 22
2.1.2.2. Hàm thế nhiễu loạn bậc nhất Фp(1) ........................................................................... 22
2.1.3. Bài toán nhiễu xạ - bức xạ bậc hai .................................................................................. 22
2.1.3.1. Hàm thế bậc hai của sóng tới ФI(2) . ......................................................................... 23
2.1.3.2. Hàm thế nhiễu loạn bậc hai ФP(2) . ........................................................................... 23
2.1.4. Lực thủy động . .............................................................................................................. 23
2.1.4.1. Lực thủy động bậc nhất . ......................................................................................... 24
2.1.4.2. Lực thủy động bậc hai . ........................................................................................... 25
2.1.4.3. Lực bậc 2 của sóng tần số thấp . ............................................................................. 25
2.1.5 Lực trôi dạt chậm tác dụng lên kết cấu nổi neo giữ . ....................................................... 26
2.2. Cơ sở lý thuyết tính bằng công thức gần đúng theo cách lập bảng Excel. ................................ 28

3
MSSV:815152


2.2.1. Lập sơ đồ khối các bước tính toán . ................................................................................. 28
2.2.2. Các tải trọng tác động lên công trình . ............................................................................. 30
2.2.2.1. Tải trọng gió . ......................................................................................................... 30
2.2.2.2. Tải trọng dòng chảy . .............................................................................................. 32
2.2.2.3. Tải trọng sóng . ....................................................................................................... 32
2.2.3. Phân phối lực căng trong dây neo . ................................................................................. 34
2.2.4. Bài toán một cặp dây . .................................................................................................... 35
2.2.5. Tính toán dây neo đơn . .................................................................................................. 35
2.2.6. Hệ số an toàn đối với hệ thống neo . ............................................................................... 41
CHƯƠNG III : SỐ LIỆU THIẾT KẾ. .................................................................................................... 42
1.1 Số liệu môi trường ................................................................................................................. 42
3.2. Số liệu công trình . ................................................................................................................. 43
3.3. Số liệu địa chất . ..................................................................................................................... 45
CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NEO . ................................................................................. 46
4.1. Tính các tải trọng môi trường tác động lên công trình . ........................................................... 46
4.1.1. Tải trọng gió . ................................................................................................................. 46
4.1.2. Tải trọng dòng chảy . ..................................................................................................... 48
4.1.3 Tác động của sóng (Lực trôi dạt ) ................................................................................... 49
4.2. Tổng hợp các tải trọng tác dụng lên công trình ...................................................................... 49
4.3. Chọn phương án neo giữ công trình nổi . ................................................................................ 50
4.4. Tính lực tác dụng lên 1 dây neo đơn . ..................................................................................... 52
4.5. Tính toán cho 1 cặp dây neo . ................................................................................................ 52
4.6. Kiểm tra hệ số an toàn của dây neo . ....................................................................................... 60
4.7. Kiểm tra chuyển vị tối đa của công trình . ............................................................................... 61
4.8. Tính toán cọc . ...................................................................................................................... 61
CHƯƠNG V : QUY TRÌNH THI CÔNG . ............................................................................................ 72
5.1 Công tác chuẩn bị . ................................................................................................................. 72
5.2. Quy trình thi công . ................................................................................................................ 72
5.2.1. Giai đoạn 1: Bố trí các cấu kiện trên sàn của tàu cẩu Trường Sa. ..................................... 73
5.2.2. Giai đoạn 2: Vân hành tàu Trường Sa đến vị trí và lắp ráp công trình. ............................. 75
5.2.3. Giai đoạn 3 : giải phóng mặt bằng. .................................................................................. 84

4
MSSV:815152


CHƯƠNG VI : CÔNG TÁC AN TOÀN LAO ĐỘNG . ......................................................................... 85
KẾT LUẬN........................................................................................................................................... 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO. .................................................................................................................... 88
PHỤ LỤC ............................................................................................................................................. 89

5
MSSV:815152


BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT

VN Việt Nam
FPSO Floating Production - Storage - Offloading Units
TLP Tension Leg Platform
CTB Công Trình Biển
ĐH Đại Hùng
CT Công Trình
HT Hệ Thống
FPU Một cụm khai thác nổi
PT Phương Trình
FSO Tàu Chứa Dầu
CALM Phao Nổi
QĐ Quần Đảo

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hình ảnh các bể trầm tích dầu khí trên thềm lục địa VN
Hình 1.2 các loại CTB được sử dụng
Hình 1.3 Các giải pháp chọn CTB
So sánh tương đối về giá thành các loại CTB khi tăng độ sâu
Hình 1.4 nước,gồm CTB cố định - Trụ mềm - TLP (A.Bernard, GEP,
France, 1997).
Phân phối số lượng các loại CTB mềm đang được sử dụng tại
Hình 1.5
các vùng biển khác nhau, tới thời điểm tháng 3/2010.
Mô hình và tỉ lệ các loại công trình biển mềm (tại thời điểm:
Hình 1.6
3/2010)
Hình 1.7 Vị trí mỏ Đại Hùng.
Hình 1.8 Sơ đồ quy hoạch mỏ Đại Hùng
Hình 1.9 Giàn khoan bán chìm FPU-DH1 mỏ Đại Hùng
Lực trôi dạt tác dụng lên kết cấu neo giữ theo lý thuyết trường
Hình 2.1
trung gian
Hình 2.2 Các bước thiết kế dây neo theo phương pháp gần đúng

6
MSSV:815152


Hình 2.3 Các tải trọng tác động lên công trình.
Hình 2.4 Thể hiện mối liên hệ giữa các Lực
Hình 2.5 Sự làm việc của 1cặp dây neo đối xứng
Hình 2.6 Chiều dài đường dây neo
Hình 2.7 Trường hợp điểm A dịch chuyển sang phải
Hình 2.8 Trường hợp điểm A dịch chuyển sang trái
Trường hợp điểm A dịch chuyển xuống dưới theo phương
Hình 2.9
thẳng đứng
Trường hợp điểm A dịch chuyển lên trên theo phương thẳng
Hình 2.10
đứng.
Hình 3.1 Bố trí hướng của công trình
Hình 3.2 Mặt chiếu đứng của giàn khai thác bán chìm
Hình 4.1 Các phương án neo giữ
Hình 4.2 Bài toán 1 dây neo đơn
Hình 4.3 Dây neo dịch chuyển sang trái
Hình 4.4 Dây neo dịch chuyển sang phải
Hình 4.5 Đồ thị thể hiện sự dịch chuyển theo phương ngang của dây neo
Hình 4.6 Phản ứng của 1 cặp dây đối xứng
Đồ thị thể hiện độ dịch chuyển theo phương ngang của 1 cặp
Hình 4.7
dây
Hình 4.8 Dây neo dịch chuyển lên theo phương đứng
Hình 4.9 Dây neo dịch chuyển xuống theo phương đứng
Hình 4.10 Độ dịch chuyển theo phương đứng của 1 dây neo
Hình 4.11 Độ dịch chuyển theo phương đứng của 1 cặp dây neo
Hình 4.12 Dây bi căng hoàn toàn
Hình 4.13 Sơ đồ chịu tải của cọc chịu nén trong đất
Hình 4.14 Mặt đứng neo cọc
Hình 4.15 Tải trọng ngang tác dụng lên cọc
Hình 5.1 Chuẩn bị đóng cọc
Hình 5.2 Thao tác đóng cọc
Hình 5.3 Quy cách rải xích
Hình 5.4 Mặt bằng bố trí xích của giàn

7
MSSV:815152


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1 So sánh công trình biển mềm với công trình biển cố định
Bảng 2 So sánh ưu nhược điểm của 3 trường
Bảng 3 Thông số môi trường
Bảng 4 Số liệu về giàn Đại Hùng_01
Bảng 5 Đặc trưng cơ lý các lớp đất tại vị trí xấy dựng công trình
Bảng 6 Kết quả tính toán tải trọng
Bảng 7 Hệ số C1 ,C2, C3.
Bảng 8 Các thiết bị và vật tư bố trí trên sàn tàu Trường Sa

8
MSSV:815152


CHƯƠNG I : TỔNG QUAN
1.1 Trữ lượng và nhu cầu khai thác dầu khí vùng nước sâu trên thế giới và ở Việt
Nam .
1.1.1 Trữ lượng và nhu cầu khai thác dầu trên thế giới.
Trữ lượng dầu thế giới hiện nay có khoảng 140 tỷ tấn dầu, 135 nghìn tỷ m3
khí và trữ lượng này phân bố không đều ở các khu vực khác nhau trên thế giới,
nhiều nhất là khu vực Trung Đông chiếm : 50%, còn Châu Á chiếm: 5,5%.
Sản lượng khai thác dầu khí của toàn thế giới là 3260 triệu tấn/năm , khu vực
khai thác nhiều nhất là Trung Đông chiếm : 30%. Đặc biệt nước Mỹ với sản lượng
khai thác là 389 triệu tấn dầu mỗi năm chiếm 11.9% sản lượng dầu thế giới.
Các nước đang khai thác và có tiềm năng dầu khí biển sâu điển hình là ở các
khu vực Vịnh Mexico (GoM), Tây Phi, Brazil và đặc biệt gần đây là ở khu vực
Đông Nam Á.
Các nước Khu vực ASEAN (Brunei, Campuchia, Trung Quốc, Indonesia,
Malaysia, Thái Lan, Myanmar, Philippines và Việt Nam), trong năm 2005 đã thực
hiện 237 thăm dò và đánh giá (trong đó VN-14, Inđô – 61- nhiều nhất), với 20
giếng có độ sâu nước trên 300 m, với nhận xét rất lạc quan về tiềm năng vùng nước
sâu ở khu vực; Malaysia đã triển khai dự án nước cực sâu đầu tiên ở độ sâu nước
từ 1305 - 1876 m. Indonesia đang khai thác các mỏ ở vùng nước sâu và cực sâu
Makassar Strait rất hiệu quả với các CTB nổi, như dàn neo đứngTLP tại mỏ West
Seno ở độ sâu nước 3350 ft. Ấn Độ với diện tích TLĐ 3,14 triệu km2, mới thăm dò
và khai thác 18% diện tích TLĐ, còn bỏ trống 82% là vùng nước sâu, Chính phủ
đang mở rộng đầu tư của nước ngoài để khai thác vùng nước sâu.

1.1.2. Kế hoạch khai thác và trữ lượng dầu khí ở Việt Nam .
Giai đoạn 2011 – 2020 , tập đoàn dầu khí quốc qia Việt Nam phấn đấu gia tăng
trữ lượng 38 – 46 triệu tấn quy dầu / năm, trong đó : trong nước 25- 30 triệu tấn /năm
nước ngoài 13 – 16 triệu tấn/năm.khai thác dầu khí đến năm 2015 đạt 33 triệu tấn quy
dầu/năm ( trong đó trong nước 29 triệu tấn nước ngoài 6 triệu tấn. đến 2020 đạt 42 -44
triệu tấn quy dầu/năm trong đó trong nước 30 – 31 triệu tấn nước ngoài 12 – 13 triệu tấn.

9
MSSV:815152


Tiềm năng dầu khí ở vùng biển VN

Việt Nam - nước sản xuất dầu lớn đứng thứ 3 trong khối các nước Đông
Nam Châu Á. Nguồn trữ lượng dầu khí chủ yếu trên thềm lục địa VN, điển hình là
7 Bể trầm tích gồm Sông Hồng, Phú Khánh, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay-Thổ
Chu, Hoàng Sa và Trường Sa. (Hình 1.1).

Hình 1.1: Hình ảnh các bể trầm tích dầu khí trên thềm lục địa VN

Các số liệu nghiên cứu mới đây tại 3 Bể trầm tích dầu khí cho kết quả như
sau:

+ Bể Phú Khánh: Diện tích 95.000 km2, Độ sâu nước từ trên 200m đến trên
1000m, xa hơn nữa lên tới 2500m, trữ lượng: 509 triệu tấn dầu quy đổi;

+ Bể Tư Chính - Vũng Mây & Tây Nam QĐ. Trường Sa: Diện tích 93.000
km2

Độ sâu nước từ 200m trở lên, Trữ lượng: 750 triệu tấn dầu quy đổi;

10
MSSV:815152


+ Khu vực thềm lục địa Tây Nam & vùng chồng lấn: Diện tích 90.000 km2,
là vùng nước nông (độ sâu dưới 100 m), Trữ lượng 394 triệu tấn dầu quy
đổi.

1.2. So sánh sự khác nhau giữa CTB mềm và CTB cố định .

Bảng 1 : So sánh công trình biển mềm với công trình biển cố định
CTB MỀM CTB CỐ ĐỊNH
-Công trình biển mềm: gồm công trình -Công trình biển cố định: gồm loại
dạng trụ mềm và các công trình dạng kết móng cọc và móng trọng lực.
cấu nổi có neo.

- Đối với “vùng nước sâu đến cực sâu”, -Loại công trình biển cố định chủ yếu sử
có độ sâu nước trên 400 m, các loại dụng cho “vùng nước nông”, vì khi ra
công trình biển mềm được chế tạo thay nước sâu, trọng lượng kết cấu tăng
thế cho các CTBCĐ đó là CTB dạng trụ nhanh kéo theo tăng nhanh giá thành
mềm, công trình bán chìm, công trình CTB. Mặt khác, về thi công sẽ gặp trở
neo đứng TLP, và các loại bể chứa kiểu ngại như phải dùng cẩu rất lớn (Jacket
SPAR, FPSO. Vậy CTB mềm cho phép Bullwinkle, 412m, ở vùng nước sâu,
lựa chọn loại kết cấu thích hợp khi ra nặng 70 000 tấn, kể cả cọc), hoặc phải
vùng nước sâu. Khả năng ứng dụng chia jacket thành một số khối nhỏ và
rộng rãi từ vùng nước nông tới vùng dựng lắp tại mỏ.
nước sâu.
-CTB cố định: có các tần số dao động
-CTB mềm : (như Trụ mềm và CT bán riêng lớn (chu kỳ nhỏ ) .
chìm): có các tần số dao động riêng nhỏ
(chu kỳ lớn). -D/L<0,2 => PT Morison ( D : đường
kính vật thể / chiều rộng ; L: chiều dài
-D/L> 0,2 =>BT nhiễu xạ , bức xạ (D sóng )
:đường kính vật thể / chiều rộng ; L:
chiều dài sóng )
Nhận xét : tính toán CTB mềm phức tạp hơn CTB cố định vì :
-Liên kết công trình với nền đất là liên kết mềm nên bài toán động lực học tổng
quát là bài toán phi tuyến.
-Vì CTB mềm có kích thức lớn nên việc xác định tải trọng môi trường biển ( sóng ,
gió , dòng chảy ) lên công trình phức tạp hơn. Cần sử dụng lý thuyết sóng nhiễu xạ,
bức xạ

11
MSSV:815152


1, 2) công trình biển cố định; 3) công trình trụ mềm; 4, 5) giàn neo đứng TLP; 6) trụ nổi Spar ;
7,8) giàn bán chìm ; 9) bể chứa nổi FPSO; 10) công trình biển cố định.

Hình 1.2: các loại CTB được sử dụng

1.3. Các giải pháp lựa chọn CTB ở các độ sâu nước khác nhau .

Hình 1.3: Các giải pháp chọn CTB

12
MSSV:815152


Từ đồ thị trên cho chúng ta chọn được các loại CTB để xây dựng và lắp đặt tại vị
trí đặt ra. Và thực tế các loại CTB đã được xây dựng ở các độ sâu nước khác nhau
trên thế giới từ đó người ta tổng kết lại bằng một bảng đồ thị khác về giá thành các
loại CTB ứng với độ sâu nước tăng.

Hình 1.4: So sánh tương đối về giá thành các loại CTB khi tăng độ sâu nước,

gồm CTB cố định - Trụ mềm - TLP (A.Bernard, GEP, France, 1997).

 Nhận xét : nhìn vào ( Hình 1.4) ta thấy công trình biển cố định có giá thành
thấp khi độ sâu nước dưới 200m nước, nhưng ở vùng nước sâu thì giá thành
tăng nhanh. Còn công trình biển mềm thì giá thành cao khi ở vùng nước
nông nhưng càng ra xa độ sâu nước lớn thì giá thành không tăng nhiều như
công trình cố định. Vì vậy ở vùng nước sâu thì nên dùng công trình biển
mềm .
 Ở Việt Nam hầu hết các mỏ đều đang khai thác ở vùng nước nông nên các
công trình chủ yếu là cố định còn ở vị trí nước sâu Việt Nam chưa khai thác
được nên số lượng công trình biển mềm còn hạn chế. Trong tương lai gần
khi các mỏ giàn bờ nước nông đã khai thác hết, ta sẻ tiếp cận ra các mỏ vùng
nước sâu.

13
MSSV:815152


1.4. Số lượng và vị trí các loại CTB mềm .

Hình 1.5: Phân phối số lượng các loại CTB mềm đang được sử dụng tại các vùng
biển khác nhau, tới thời điểm tháng 3/2010.

Tại thời điểm tháng 3/2010 thì trên thế giới có 262 công trình và chia theo tỷ
lệ sau:

14
MSSV:815152


Hình 1.6 : Mô hình và tỉ lệ các loại công trình biển mềm (tại thời điểm: 3/2010)

Nhận xét: Loại Bể chứa nổi (FPSO) chiểm ưu thế tuyệt đối khi ra biển sâu và
cực sâu (65%), tiếp theo là loại Giàn bán chìm (17%), Giàn neo đứng TLP (9,5),
rồi đến Trụ nổi Spar (6,5%).

 Từ những khả năng là khoan và khai thác dầu của các công trình biển mềm
nói chung và công trình bán chìm nói riêng cũng như có 1 giá thành không

15
MSSV:815152


cao so với công trình cố định khi hoạt động ở vùng nước sâu như đã chứng
minh ở trên. Thì sau đây em sẽ tìm hiểu về mỏ Đại Hùng , nơi mà em thiết
kết, tính toán hệ thống dây neo của giàn khoan bán chìm FPU_DH1.
1.5. Tìm hiểu về mỏ và giàn khoan khai thác bán chìm Đại Hùng _01.
1.5.1. Giới thiệu mỏ Đại Hùng .
1.5.1.1. Vị trí mỏ .

Hình 1.7: Vị trí mỏ Đại Hùng.

1.5.1.2. Quy hoạch mỏ .

Mỏ Đại Hùng - giai đoạn II do PVEP Đại Hùng trực tiếp quản lý, điều hành có
tổng giá trị 57 triệu USD. Các hạng mục chính bao gồm: 02 đường ống mềm
(flexible flowline) 3 inch có chiều dài mỗi đường khoảng 2,2 km (bao gồm cả phần
động - dynamic riser) và các phụ kiện đi kèm từ giếng ngầm đa thân DH-6P&7P về
giàn FPU-DH1 qua phao trung gian mạn trước (FWD MDB); 01 đường điều khiển
(umbilical) có chiều dài khoảng 2,2 km (bao gồm cả phần động) và các phụ kiện đi

16
MSSV:815152


kèm từ giếng ngầm đa thân DH-6P&7P về giàn FPU-DH1 qua phao trung gian
mạn trước (FWD MDB); 01 đường cáp ngầm (submarine cable) có chiều dài
khoảng 6,0 km (bao gồm cả phần động) và các phụ kiện đi kèm từ giàn đầu giếng
WHP-DH2 về giàn FPU-DH1 qua phao trung gian mạn sau AFT MDB; 02 đường
ống dẫn (flexible flowline) 6 inch có chiều dài mỗi đường khoảng 4,8 km (bao
gồm cả phần động - dynamic riser) và các phụ kiện đi kèm từ giàn đầu giếng
WHP-DH2 về giàn FPU-DH1 qua phao trung gian mạn sau (AFT MDB); bao gồm
cả phần thiết kế sơ bộ (FEED) cho đoạn tĩnh (static portion); 02 đường ống dẫn
(flexible flowline) 6 inch có chiều dài mỗi đường khoảng 2,3 km (bao gồm cả phần
động) và các phụ kiện đi kèm giàn FPU-DH1 đến phao CALM qua phao trung gian
mạn phải (Starboard MDB); Hạng mục này bao gồm cả việc tháo dỡ và neo giữ
tuyến 02 đường ống mềm cũ trên bề mặt đáy biển trong khu vực mỏ Đại Hùng.

Hình 1.8 : Sơ đồ quy hoạch mỏ Đại Hùng

1.5.2. Mô tả chung của quá trình hoạt động giàn khoan bán chìm FPU_DH1.

Giàn Đại Hùng 01 được xây dựng vào 1975 theo yêu cầu của Bộ Năng lượng
Anh, có dạng một giàn khoan di động với tên ban đầu là Deepsea Saga.
Tới năm 1984, do yêu cầu liên quan đến khoan khai thác được loại bỏ, giàn
được chuyển mục đích làm giàn cố định trong vùng Argy II/Duncan block 30/24
và đổi tên thành Deepsea Pioneer.

17
MSSV:815152


Năm 1994 việc sửa chữa lại Deepsea Pioneer bao gồm việc nâng cấp hệ thống
neo, thay thế hệ thống thủy lực kiểm soát giếng ngầm, đại tu và sửa chữa các thiết
bị hiện hữu và lắp đặt các thiết bị tiện ích, cung cấp hơi đốt. Vào thời điểm này
giàn được đổi tên thành Đại Hùng-01 (DH-01) và thuộc quyền sở hữu của BHPP.
Năm 1997, BHPP đã chuyển quyền sở hữu mỏ cho Petronas Carigali.
Xí nghiệp Liên doanh VIETSOPETRO nhận mỏ từ Petronas Carigali vào tháng
02/1999.
Phương tiện sử dụng cho khai thác dầu khí là một cụm khai thác nổi (FPU) được
nối tới sáu giếng ngầm bằng các đường ống mềm. Thường năm giếng dung cho
khai thác, một giếng dung cho ép nước.
FPU của mỏ Đại Hùng được đăng ký tên Đại Hùng 01 (DH-01).
Ba giếng đầu tiên ( DH-1P, DH-2P, DH-3P) nằm thành một cụm ở dưới FPU,
trong đó DH-2P đã được chuyển thành một giếng ép nước vào tháng 7/1995. Ba
giếng còn lại ( DH-4P, DH-4X, DH-5P) là những giếng ở xa hơn. Những giếng này
được đặt cách FPU theo thứ tự là 1895m, 2165m, 2251m, và được phục vụ nhờ
một tàu công tác riêng biệt.
Các giếng ngầm được thiết kế với tuổi thọ 15 năm.
Giàn Đại Hùng 01 như đã mô tả ở trên là 1 giàn bán chìm thiết kế kiểu Aker H-3.
Giàn đã được sủa đổi từ cấu hình của Biển Bắc để phù hợp với các yêu cầu của
vùng mỏ Đại Hùng, nơi mà nó được neo vĩnh viễn cho đến nay.
Tuy nhiên việc cải biến của hệ thống FPU đã được cố gắng giảm thiểu tối đa.
Chúng chủ yếu được tập trung vào hệ thống neo, thẩm định lại kết cấu, những kết
nối của các đường ống ngầm và trung tâm với kết cấu, lọai bỏ các phương tiện
nâng bằng gas, thiết kế và xây dựng lại các thiết bị thu gom đầu vào, và một số cải
biến các thiết bị đốt khí và xuất dầu để điều tiết tốc độ khai thác.
Dầu và khí có thế được khai thác từ giếng ngầm hoàn thiện qua tám ống dẫn
75mm NB (hai ống cho mỗi giếng) tới DH1-FPU.
Dầu thô được xử lý ổn định trên DH1-FPU sau đó dẫn vào kho chứa nổi hoặc tàu
chứa dầu thô (FSO) liên kết nối tiếp nhau qua phao neo ( CALM).

18
MSSV:815152


Dầu thô có thể được chuyển tới phao nổi (CALM) qua 2 ống ngầm chuyên dụng
150mm NB, và sau đó từ phao nổi chuyển đến tàu chứa FSO bằng một ống nổi
150mm NB.
Phần lớn khí thu được bị đốt cháy, do DH1 không được trang bị những thiết bị
nâng chạy bằng khí.
Tốc độ khai thác hiện giờ xấp xỉ là 11.000 thùng/ ngày.

Hình 1.9: Giàn khoan bán chìm FPU-DH1 mỏ Đại Hùng

1.6. Mục tiêu nghiên cứu đồ án .
1.6.1. Lý do nghiên cứu đồ án .

Nhiệm vụ cấp bách hiện nay được đặt ra cho chúng ta là: Phải tiếp cận nhanh
chóng các kỹ thuật và công nghệ thiết kế, xây dựng các công trình biển ở độ sâu
nước 200 m và lớn hơn để đáp ứng nhu cầu khai thác tài nguyên dầu khí nước sâu
trên thềm lục địa VN.

Mặt khác em thấy các lợi ích đã được chứng minh từ các giàn khoan bán chìm
khác đang hoạt động trên kháp thế giới là :

Ưu điểm về kỹ thuật : thay thế hệ thống đường ống ngầm để vận chuyển dầu tới
nơi xuất ;

19
MSSV:815152


Lợi ích kinh tế: các mỏ khai thác xa bờ ; các mỏ qui mô nhỏ => giải pháp : tái sứ
dụng ; khai thác sớm ;

Lợi ích chính trị: không phụ thuộc vào các hệ thống lắp đặt trên bờ, nơi mà chịu
sự giám sát của các nhà cầm quyền địa phương tại các nước có chế độ chính trị
không ổn định.

Đáp ứng được nhiệm vụ trên thì giàn khoan, khai thác bán chìm là một trong
nhưng công trình biển mềm đáp ứng tốt yêu cầu đặt ra.

Vậy nên được sự hướng dẫn của T.S. Phạm Hiền Hậu thì em đã nghiên cứu và
thiết kế kỹ thuật hệ thống neo giàn khoan, khai thác bán chìm tại mỏ Đại Hùng
110m nước.

1.6.2. Bố cục đồ án .

Nội dung đồ án được trình bày trong các chương sau .

 Chương I : tổng quan .
 Chương II: số liệu thiết kế .
 Chương III: cơ sơ lý thuyết tính toán .
 Chương IV: tính toán hệ thống neo.
 Chương V: quy trình thi công.
 Chương VI: công tác an toàn lao động.
 Để tính toán toán thiết kế kỹ thuật hệ thống neo giàn khoan, khai thác bán chìm Đại
Hùng_01. Em đã sử dụng công thức gần đúng để tính toán và thiết kế .

20
MSSV:815152


CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
2.1. Cơ sở lý thuyết dùng cho phương pháp mô hình hóa bằng chương trình tính.

Hiện tượng sóng nhiễu xạ và sóng bức xạ .

- Sóng nhiễu xạ là khi công trình không chuyển động nhưng có trường sóng
tới đập vào công trình .
- Sóng bức xạ là khi không có sóng tới tác động vào công trình môi trường
nước lặng nhưng do kích thước công trình lớn nên khi công trình di chuyển
tạo ra sóng. Trong thực tế là tổng hợp của cả hai bài toán sóng nhiễu xạ cộng
bức xạ.
2.1.1. Đặt bài toán hàm thế vận tốc của chất lỏng xung quanh công trình .

Công trình nổi có neo giữ là vật thể khối lớn, do đó hàm thế vận tốc của chất
lỏng xung quanh công trình dao động được tìm dưới dạng sau :

( x, y, z, t )   i ( x, y, z, t )   d ( x, y, z, t )   R ( x, y, z, t )

 ( u i  u d  u R )  e  i t (2.1)

trong đó:

 i  u i e  it  hàm thế vận tốc của sóng tới ;

 d  u d e  it  hàm thế vận tốc của sóng nhiễu xạ ;

 R  u R e  it  hàm thế vận tốc của sóng bức xạ ;

u i , u d , u R  tương ứng là biên độ của hàm thế sóng tới, sóng nhiễu xạ
và sóng bức xạ (chỉ phụ thuộc vào toạ độ x, y, z) ;

 - tần số góc của sóng tới ; t - biến thời gian ; i   1 - số phức

2.1.2. Bài toán nhiễu xạ bức xạ - bức xạ bậc nhất .
Hàm thế bậc nhất được chia thành các thành phần sau :

21
MSSV:815152


Ф(1) = ФI(1) + ФP(1) = ФI(1) + Фd(1) + Фr(1) (2.2)
Hàm thế vận tốc được hợp thành bởi:

- Một hàm thế của sóng tới ФI thể hiện trạng thái biển cách xa vật thể ;

- Một hàm thế nhiễu xạ Фd thể hiện dòng chảy thế xung quanh vật thể được
giữ cố định trong môi trường sóng tới;

- Một hàm thế bức xạ Фr thể hiện dòng chảy sinh ra bởi chuyển động của vật
thể trong môi trường nước lặng, không có sóng tới.

2.1.2.1. Hàm thế bậc nhất của sóng tới Ф

Hàm thế của sóng tới được đưa ra bởi một chuỗi các hàm thế cấu thành :

  a g  chkchkz  h)  sin k ( x cos 
(
 

I 
 (1)    Ij  e
(1) -i  j t j

h
j
j j  y sin  j )   j t   j  (2.3)
j 1 j 1 j j

2.1.2.2. Hàm thế nhiễu loạn bậc nhất Фp(1)
Фp(1)  hàm biên độ phức của hàm thế, là một hàm dừng điều hòa, có dạng :

P D R 
 (1) ( M , t )   (1)   (1)   P ( M )  e -it
(1)
 (2.4)
Trong đó, hàm thế bức xạ còn được phân chia bởi sự chồng tuyến tính của 6
hàm thế, tương ứng với 6 bậc tự do của chuyển động của vật thể :
6 6

R Rj
(1)

 (1)    (1)     i x j  Rj  e -it  (2.5)
j 1 j 1


Trong đó xj là thành phần thứ j của chuyển động x của vật thể.

2.1.3. Bài toán nhiễu xạ - bức xạ bậc hai .

Chúng ta cũng có thể phân chia hàm thế bậc 2 :
2 (

 ( 2 )   (I2)   (P2 )   (I2 )  ( (D )   (R2) )    I( 2 )   D2)   R2 )  e
(
  i p , mt
(2.6)
Trong đó : p,m 2 ) là các tần số cao (+) hoặc thấp (-) của bài toán bậc 2 ;

 là các tần số của bài toán bậc nhất của sóng song sắc.

22
MSSV:815152


Sau đây ta sẽ nghiên cứu lần lượt từng hàm thế trong phương trình (2.6).

2.1.3.1. Hàm thế bậc hai của sóng tới ФI(2) .
Hàm thế bậc hai của sóng tới được coi là điều hòa phụ thuộc thời gian, có
dạng tổng quát sau:
 2 (2) 
 (2)    nI  e -int 
I (2.7)
 n 0 

2.1.3.2. Hàm thế nhiễu loạn bậc hai ФP(2) .

Đối với sóng tiền định (sóng đều),ФΠ(2) được chia làm 2 thành phần : 1 phần
không phụ thuộc vào thời gian t, không cần nghiên cứu, và 1 thành phần nhiễu, dao
động với tần số :

P
(2)

 (2) (M , t )  P0 ( M )   P ( M )  e -2it
(2)
 (2.8)

Фp(2)( M,τ) = ФD(2) + ФR(2) (2.9)

Trong đó :  (2) là hàm thế bức xạ bậc 2, phải thỏa mãn hệ phương trình tương tự
R

như trường hợp bậc 1, chỉ có tần số là khác.
Фp(2) ( M,τ) hàm thế nhiễu xạ bậc 2, được phân tích thành 2 thành phần :

 (2)   (2)   (2)
D DL DF (2.10)

 (2) - Hàm thế liên quan trực tiếp đến bài toán bậc 1, đáp ứng điều kiện không
DL

đồng nhất trên bề mặt tự do ;

 (2) - Hàm thế tự do, đáp ứng điều kiện đồng nhất trên bề mặt tự do.
DF

2.1.4. Lực thủy động .

Lực thủy động biểu diễn dưới dạng ma trận :
(1) (2)
 FH     PH   N  dS    FH    2  FH 
Sc ( 2.11)

Trong đó PH là áp lực của lực thủy động ;

23
MSSV:815152


FH (1) là ma trận của lực thủy động bậc nhất;
FH ( 2) là ma trận của lực thủy động hai.
2.1.4.1. Lực thủy động bậc nhất .
Lực thủy động bậc nhất được tính như sau:
(1)
FH (1)      N dS (2.12)
t

Lực này bao gồm các lực gây ra bởi sóng tới (lực Froude – Krilov) [FHI], các lực
nhiễu xạ [FHD] và lực bức xạ [FR], như trong lý thuyết thế năng đã nghiên cứu
trong mục trước:
FH (1)  FHI (1)  FHD (1)  FR (1)  Fex (1)  FR (1) (2.13)

 Lực Froude - Krilov
Các lực Froude - Krilov FHI (1) được tính bởi :

 I(1)
FHI 
(1)
    N dS (2.14)
Sco
t

Từ pt (2.14) ta thấy FHI (1) phụ thuộc vào hàm thế  I(1) , tức là chỉ phụ thuộc vào
sóng tới.

 Lực nhiễu xạ FHD (1)
- Lực nhiễu xạ bậc nhất FHD (1) được tính như sau:
1
 (D )
FHD  (1)

  FHD   e
(1)  iwt
   t
 N dS (2.15)
Sco

 Lực bức xạ FR (1)
- Lực bức xạ bậc nhất FR (1) được tính như sau :

 R1)
(
6  6
FR 
(1)
    NdS      ² x j  Rj )  e it N dS    Fij
(1
(i  1  6) (2.16)
Sco
t  j 1 Sco  j 1

24
MSSV:815152


Fij    ( Rj) )  N i dS  ² x j cos t       ( Rj) )  N i dS  x j sin t 
(1 (1
(2.17)
Sco Sco

Trong đó ( Rj) ) và ( Rj) ) là các phần thực và phần ảo của hàm thế ФRj.
(1 (1

2.1.4.2. Lực thủy động bậc hai .
 Lực thủy động bậc hai gây ra bởi sóng song sắc (bichromatic)
Lực thủy động bậc hai được tính như sau:
FH ( 2)  Fex1 ( 2)  Fex2 ( 2)  FR ( 2) (2.18)

Fex1 ( 2) là phần thứ nhất của lực tác động bậc hai, chỉ phụ thuộc vào hàm thế
bậc nhất.
Fex2 ( 2) là phần thứ hai của lực tác động bậc hai, phụ thuộc vào hàm thế bậc
hai của sóng tới và của sóng nhiễu xạ:

Lực bức xạ bậc hai FR ( 2) :
FR ( 2)  m  ( 2)  B  x ( 2)   (1   2 )²m  i(1   2 )B   x 
x  (2.19)
Trong đó m và B  tương ứng là các ma trận khối lượng nước kèm và ma trận cản .

2.1.4.3. Lực bậc 2 của sóng tần số thấp .
Lực này đạt được bởi việc tích phân của áp lực thủy động bậc 2 trên phần
ngập nước của vật thể.

Tổng lực tác động bậc hai tần số thấp như sau:


Fex (t) ( 2)   TF (1 , 2 )a1 a 2 e
  i (1  2 ) t
 (2.20)

  a1a 2 F ( 2) (1 ,  2 )  e
  i (1 2 ) t
 avec F
( 2)
(1 ,  2 )  Fex21) (1 ,  2 )  Fex22) (1 ,  2 )
( (

với TF = F(2) là hàm truyền bậc 2 (QTF) của lực tần số thấp bậc 2.

 Công thức tính gần đúng của Newman và Pinkster

- Công thức tính gần đúng của Newman (1974) :
Chỉ lấy số hạng đầu tiên F0(2) của chuỗi khi  tiến đến 

25
MSSV:815152


Lực trôi dạt chậm :
F (2)- (1 ,  2 )  Fd(2) (1   2 ) (2.21)

- Công thức tính gần đúng của Pinkster (1975) :
1   2
F (2)- (1 ,  2 )  Fd(2) ( ) (2.22)
2

- Công thức tính gần đúng khác của Newman:
F (2)- (1 , 2 )  Fd (1 )  Fd (2 )  signe( Fd ) (2.23)

2.1.5 Lực trôi dạt chậm tác dụng lên kết cấu nổi neo giữ .

Hình 2.1: Lực trôi dạt tác dụng lên kết cấu neo giữ theo lý thuyết trường trung gian

Lực trôi dạt tính theo lý thuyết trường gần là lực tác dụng lên bề mặt vật thể nên
hội tụ 6 thành phần lực (nghĩa là :chỉ tính lực ở bề mặt vật thể, nếu có vật thể khác
hoạt động bên cạnh thì không tính được sự ảnh hưởng của nó sinh ra) ; Lực trôi dạt
tính theo trường xa là các thành phần lực chỉ tác dụng trên mặt phẳng x0y nên chỉ
hội tụ 3 thành phần lực ( F , F , F ) (nghĩa là chỉ tính được sự ảnh hưởng của
các lực trong mặt phẳng ngang chứ không tính được các lực theo chiều sâu mớn
nước ); Lực trôi dạt tính theo trường trung gian ( Hình 2.1) là việc ta mô hình hóa
cách tính bằng cách đặt vật thể đó trong 1 vùng nước tính toán có chiều rộng, chiều
dài và độ sâu bể đủ lớn để các vật thể hoạt động ngoài phạm vi của bể sẽ không
ảnh hưởng tới vật cần tính, lúc đó lực tác dụng lên vật thể sẽ bao gồm cả lực tác

26
MSSV:815152


dụng lên khắp bề mặt vật thể và cả lực tác dụng lên cả mặt phẳng x0y (nghĩa là :
tính được cả sự ảnh hưởng theo chiều sâu mớn nước và cả sự ảnh hưởng của các
vật thể hoạt động xung quanh). Nên khắc phục hết các nhược điểm và phát huy tốt
ưu điểm của trường gần và trường xa.

Bảng 2 : So sánh ưu nhược điểm của 3 trường

Lý thuyết trường
Lý thuyết trường gần của Lý thuyết trường xa
trung gian của X.B.
Pinkster của Maruo-Newman
Chen
-Dạng thực có 6 thành -Có thể lùi xa tới vô -Hội tụ nhanh, độ
phần lực theo các hướng cùng bề mặt kiểm tra
chính xác cao trong
chuyển động để thực hiện cách tính
-Có thể dung cho trường giải tích. các tính toán số ;
hợp tương tác nhiều vật -Độ chính xác cao,hội -Tính được lực đối
thể. tụ nhanh,độ ổn định với từng vật thể riêng
cao hơn so với phương
rẽ khi có nhiều vật thể
pháp trường gần.
- Đây là phương pháp nổi cùng tương tác ;
tính lực trôi dạt chậm -Phương pháp này
trong chương trình tính được cả 6 thành
Hydrostar mà kết quả phần của lực trôi dạt
Ưu được sử dụng trong
điểm chương trình tính -Áp dụng cho cả
ARIANE3D xác định trường hợp vật thể
phản ứng động của hệ thẳng đứng hoặc
dây neo FPSO không thẳng đứng với
bề mặt tự do ;
-Dạng của bề mặt
kiểm tra thườnng là
bất kỳ, nó có thể được
sinh lưới phân tử một
cách tự động.

-Độ chính xác không cao -Chỉ tính được 3 thành -Chưa có phần mềm
Nhược
-Độ hội tụ của kết quả ứng dụng, để tính dây
điểm phần lực trôi dạt
chậm neo từ kết qur tính lực

27
MSSV:815152


ngang ; trôi dạt theo phương
pháp trường trung
-Không tính được lực
gian.
bậc 2 tần số thấp dạng
đầy đủ full QTF cho
sóng không đều (sóng
song sắc), mà lực này
là quan trọng đối với
vùng nước nông.
-Không tính được
trường hợp lực trôi dạt
cho từng vật thể riêng
biệt, đối với trường
hợp nhiều vật thể cùng
tương tác.

2.2. Cơ sở lý thuyết tính bằng công thức gần đúng theo cách lập bảng Excel.
2.2.1. Lập sơ đồ khối các bước tính toán .

28
MSSV:815152


Số liệu thiết kế

Tính toán các tải trọng môi trường lên vật thể nổi

Tổ hợp tải trọng.(theo phương x )

Chọn phương án hệ thống neo( số lượng dây,vị trí đặt dây)

Quy tải trọng môi trường về đầu dây

Xác định lực tác dụng lên được 1 cặp dây.

Tính cho 1 dây đơn.

Xác định phương trình đường dây neo.

Xác định chiều dài dây neo.

Dịch chuyển sang phải
Khi dây neo dịch chuyển theo phương ngang
Dịch chuyển sang trái
Khi dây neo dịch chuyển theo phương đứng Dịch chuyển lên

Dịch chuyển xuống

Kiểm tra an toàn dây neo.

Kiểm tra độ dich chuyển Max

Thiết kế cho cặp dây

Thiết kế cho hệ thống dây

Hình 2.2 : các bước thiết kế dây neo theo phương pháp gần đúng

29
MSSV:815152


2.2.2. Các tải trọng tác động lên công trình .

Hình 2.3 : Các tải trọng tác động lên công trình.

2.2.2.1. Tải trọng gió .

Lực gió tác dụng lên phần tử kết cấu có hình dạng đơn giản được xác định theo
công thức sau :

1 2
Fw   C    A  Vtz (2.24)
2
trong đó:

 - khối lượng riêng của không khí (   1,225 kg / m3 đối với không khí
khô)

A- diện tích hình chiếu bề mặt hứng gió của phần tử kết cấu lên mặt phẳng
vuông góc với hướng gió thổi;

Vtz- vận tốc gió trung bình trong khoảng thời gian t ở độ cao z tính từ mặt
nước biển trung bình ;

Giá trị của vận tốc gió trung bình theo thời gian ở độ cao z tính từ mặt nước
tĩnh (SWL) của biển được xác định theo công thức sau :

30
MSSV:815152


V = α. V . (2.25)

trong đó :

Vtz  vận tốc gió trung bình trong khoảng thời gian t ở độ cao z mét ;

z  độ cao (mét) tính từ mặt nước biển ;

V1  vận tốc gió trung bình trong khoảng thời gian 1h ở độ cao
10 mét so với mặt nước biển ;

  số mũ, phụ thuộc thời gian tính toán vận tốc gió trung bình;

 - hệ số gió giật.
C - hệ số cản, phụ thuộc vào số Reynolds ( R e ) , hình dạng mặt cắt hứng gió
và chiều dài của phần tử kết cấu;

D.Vtz
Hệ số Reynolds: Re  (2.26)


với D - kích thước đặc trưng của bề mặt hứng gió của phần tử kết cấu (với ống
tròn D là đường kính ống)

 - hệ số nhớt động học của không khí   1,46.10 5 ( m 2 / s) ở nhiệt độ
t o  15 o C .
Các phần tử nằm kề nhau trong cùng một mặt phẳng song song với hướng
gió thổi.

Lực gió được xác định theo công thức sau :

Fw 2  Fw . (2.27)
trong đó:

 - hệ số che khuất

Fw - lực gió tác động lên phần tử đầu tiên.

31
MSSV:815152


2.2.2.2. Tải trọng dòng chảy .

Lực dòng chảy tác dụng lên kết cấu dạng khối lớn được tính theo công thức
sau :

1
Fc = .. Vc2 (3.10-3.Am + 1,2.Ap) (2.28)
2
trong đó:

Am - tổng diện tích bề mặt ướt của kết cấu nổi

Ap - diện tích phần hình chiếu của Am lên mặt phẳng vuông góc với
hướng của dòng chảy.

Fc - lực dòng chảy đặt tại trọng tâm phần diện tích bề mặt phần tử kết cấu
nằm trong nước.

 - khối lượng riêng của nước

Vc - vận tốc dòng chảy tại trọng tâm của diện tích hình chiếu mặt ướt
của kết cấu lên mặt phẳng vuông góc với hướng của dòng chảy.

Trong công thức trên :

Fc1 = 1/2.. Vc2 (3.10-3.Am)  lực cản bề mặt (liên quan đến ma sát
trên bề mặt ướt của kết cấu nổi song song với hướng dòng chảy)

Fc2 = 1/2.. Vc2 (1,2.Ap)  lực cản hình dáng (liên quan đến lực tác
dụng lên bề mặt ướt của kết cấu nổi vuông góc với hướng dòng chảy)

2.2.2.3. Tải trọng sóng .

Công trình nổi có chu kỳ dao động riêng lớn, nên rất cần quan tâm tới miền
tần số thấp. Khi tải trọng sóng là không đổi theo thời gian cần phải tính toán lực
trôi dạt do sóng tác động lên công trình.

Lực tần số thấp được thể hiện như sau :

32
MSSV:815152


Hình 2.4 : Thể hiện mối liên hệ giữa các Lực

Kết quả nghiên cứu cho thấy:

 Lực trôi dạt tỷ lệ với bình phương chiều cao sóng H

 Khi chiều cao sóng H không đổi, nếu chu kỳ sóng giảm thì lực trôi
dạt tăng lên.

Qui phạm API đưa ra phương pháp đơn giản tính lực trôi dạt trung bình đối
với tàu biển và dàn khoan bán chìm sau đây.

 Lực trôi dạt trung bình tác dụng lên cột dàn khoan bán chìm:

F = CdeD2(Hs/Ts)2, (N) (2.29)

trong đó:

Cde- hệ số trôi dạt trung bình : Cde=1175 (N.s2/m4)

D- đường kính cột: (m)

 - phép tính tổng chỉ tính đối với hàng cột đối diện sóng, không tính với
hàng cột che khuất. ( Trong đồ án này đối với FPU_DH01, chỉ tính với hàng cột có
2 cột lớn đầu tiên )

 Lực trôi dạt tác dụng lên ponton

Fdọc=0,13.CdeB2LHs2, (N) (2.30)

33
MSSV:815152


trong đó: Cde phụ thuộc vào Ts và

Th=0,6(L)1/2 (2.31)

2.2.3. Phân phối lực căng trong dây neo .

Các giả thiết của bài toán:

- Kết cấu nổi được neo với số lượng dây neo: chẵn, đối xứng

- Tải trọng tổng cộng của môi trường biển lên kết cấu trùng với một mặt
phẳng dây

- Khi chịu tải trọng ngang, cặp dây neo vẫn coi như trong một mặt phẳng sau
khi dịch chuyển.

- Bỏ qua lực tác động trực tiếp của các yếu tố môi trường biển (sóng, dòng
chảy) lên dây neo;

- Bỏ qua biến dạng đàn hồi của dây khi chịu lực;

Các giả thiết này tương đương với việc coi lực ngang tác dụng lên mọi điểm
trên chiều dài dây neo là như nhau.

Giải gần đúng:

- Quy đổi tải trọng môi trường tác dụng lên dây thành tải trọng tác dụng lên
từng cặp dây (có hệ số quy đổi).

- Chuyển vị của kết cấu nổi là bé để cho phép giả thiết phương của các cặp
dây là không thay đổi.

- Khi đó, lực tổng cộng do môi trường tác dụng lên kết cấu nổi được xác
định theo công thức sau:

N
RT  R (2.32)
4

trong đó: R T - lực tổng cộng do môi trường tác dụng lên kết cấu nổi

34
MSSV:815152


R - phản lực của 1 cặp dây neo trùng với phương tác dụng của lực

N - số lượng đường dây neo .

2.2.4. Bài toán một cặp dây .

- Bài toán 1 cặp dây: Với F1: dây 1 căng, dây 2 chùng

Với F2: dây 1 chùng, dây 2 căng

=> Xét dây 1 chịu tải trọng F1, sau đó chuyển về bài toán 1 dây (do tính chất đối
xứng)

Hình 2.5: Sự làm việc của 1cặp dây neo đối xứng

2.2.5. Tính toán dây neo đơn .
 Chiều dài tối thiểu dây neo :

2 To
L min  d 1 (2.33)
qd

d - khoảng cách từ đáy biển đến lỗ luồn neo/dây neo hoặc điểm liên kết đầu
dây neo với kết cấu nổi.

L min - chiều dài tối thiểu của dây neo

T = TA : lực căng của dây neo tại vị trí liên kết dây neo với kết cấu nổi

To- lực ngang tác dụng trong dây neo.

35
MSSV:815152


L â =L +D ữ ữ (D ữ ữ : là chiều dài an toàn của dây neo )
VA TA

MNT A
TO

d
in
Lm
d

B

D X

Hình 2.6 : Chiều dài đường dây neo

 Phương trình đường dây neo là :
To q
xA  Arch( d  1)
q To (2.34)

 Điểm A di chuyển theo phương nằm ngang:
Z Xn
X1
Ao A1 An

Z1
d
A1
Z
ZB1

B
x
B1 x1
XB1 XAo

XA1

Hình 2.7 : Trường hợp điểm A dịch chuyển sang phải

36
MSSV:815152


 Điểm A dịch chuyển sang bên phải

Dịch sang phải : X > 0, để kết cấu dịch chuyển sang các vị trí khác nhau thì ta sẽ
tạo các lực tác dụng lên kết cấu là khác nhau. Bằng công thức :

(R + T ự ă ướ ).a = H ( trong đó ta chọn: a > 1) (2.35)

Giả định các giá trị : Z

Tính Z =Z +d ; (2.36)

. .
L = ( +Z ) (2.37)

Dùng các giá trị L vừa tính được L ; Z ; q thay vào ta có :
( )
H = .( − Z ) (2.38)

( )
Kiểm tra : ΔH % = . 100 < 0.01 (2.39)

Nếu(2.39) thỏa mãn thì Z chọn là hợp lý ứng với đó ta xác định được ; ;

Xác định hoành độ của điểm Bi :

= .Arsh( . ( - ) (2.40)

Xác định hoành độ điểm Ai:

= . ℎ( + 1) (2.41)

Xác định hoành độ :

ΔX = X -(X +X ) (2.42)

Trạng thái dây căng hoàn toàn xảy ra khi: x n  L2  d 2  x A 0
0 (2.43)

 Điểm A dịch chuyển sang bên trái.

37
MSSV:815152


Hình 2.8 : Trường hợp điểm A dịch chuyển sang trái

Dịch chuyển trái : X< 0, để kết cấu dịch chuyển sang trái ở các vị trí khác nhau
thì ta điều chỉnh các lực khác nhau lên kết cấu theo công thức sau :

(R + T ự ă ướ ).a =H ( trong đó lấy < 1) (2.44)

Ta tính : X = Arch( . d + 1) (2.45)

L = sh( .X ) (2.46)

X =L -L (2.47)

ΔX =X - X - XB-i. (2.48)

Hoành độ của điểm B  n sẽ là : x B  n  L 0  d , và điểm A dịch chuyển đi một
đoạn là : x  n  x A 0  (L 0  d) . (2.49)

 Điểm A di chuyển theo phương thẳng đứng
 Xét điểm Ao di chuyển xuống phía dưới:

38
MSSV:815152


Hình 2.9. : Trường hợp điểm A dịch chuyển xuống dưới theo phương thẳng đứng

Ta chọn : Z-i = 0.0 ; -1 ; -2….. đến Z-n= Zmax = L0 - xA0 = L-n. (2.50)

Ta tính ZA-i = ZA0 – Z-i . (2.51)

XA-i = .Arch(ZA-i. + 1) (2.52)

Xác định được XA-i . Và L-i được xác định theo công thức sau:

L-i = .sh( .XA-i) (2.53)

Lực tác dụng lên dây neo theo phương đứng tại điểm A-i : V-i = L-i.q (2.54)

Vậy độ dịch chuyển là : ΔZ-i = ZA0 – ZA-i . (2.55)

 Xét điểm Ao di chuyển lên phía trên :

39
MSSV:815152


Hình 2.10 : Trường hợp điểm A dịch chuyển lên trên theo phương thẳng đứng.

- Xét điểm A0 di chuyển đến A1 . Để giải quyết bài toán kéo dài dây neo đến
điểm B1 có  B 1  0 bằng cách chọn L 1  L o .

Xác định XAi:

XAi = .Arsh( .Li) (2.56)

Xác định tung độ tại Ai :

ZAi = .(ch( .XAi) – 1) (2.57)

Ta tính : XBi = XAi – XA0 (2.58)

ZBi = .(ch( .XBi) – 1) (2.59)

Vi = Li.q (2.60)

Xác định độ dịch chuyển của điểm A :

ΔZi = ZAi – ZBi – d (2.61)

Dây căng hoàn toàn khi : ZAn = (L − X ) (2.62)

40
MSSV:815152


Từ ZAn ta tính XAn ; Ln

XAn = .Arch( .ZAn + 1) (2.63)

Ln = .sh( .XAn) (2.64)

Ta tính được Ln tại vị trí dây căng hoàn toàn rồi tính Vn = Ln.q (2.65)

Từ XAn ; Ln ta tính được XBn ; ZBn ;

Rồi ta tính : ΔZn =ZAn – ZBn – d . (2.66)

2.2.6. Hệ số an toàn đối với hệ thống neo .

Sau khi đã xác định được lực căng cực đại Tmax trong dây neo, việc lựa chọn
kích thước dây phụ thuộc vào hệ số an toàn được chọn.

Hệ số an toàn của dây neo được xác định bởi biểu thức sau:

Hệ số an toàn sẽ là: K= (2.67)

trong đó: T - lực đứt tối thiểu của dây neo hoặc lực giữ tối thiểu của neo;

T - lực tác dụng lên dây neo hoặc neo khi làm việc.

T= H + (qL ) (2.68)

Hệ số an toàn K phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ điều kiện khai thác: điều kiện bình thường, điều kiện cực trị và điều
kiện sự cố khi có 1 dây neo bị đứt.

+ loại neo và thời gian neo đậu công trình.

41
MSSV:815152


CHƯƠNG III : SỐ LIỆU THIẾT KẾ.
1.1 Số liệu môi trường .
Từ số liệu đề bài ta thấy: tốc độ gió, vận tốc dòng chảy, chu kỳ và chiều cao
sóng ở hướng Đông Bắc (NE) có xác suất xuất hiện nhiều, cường độ lớn nên ta tính
các tải trọng sóng, gió, dòng chảy tác động lên công trình theo hướng Đông Bắc
(NE).(các hướng: N, NE, E, SE, S, SW, W, NW của sóng; gió; dòng chảy đều lệch
nhau 450).
Bảng 3 :Thông số môi trường

GIÓ
DÒNG CHẢY MẶT
(tốc độ gió ở độ cao SÓNG
10m so với mực nước (m/s)
biển 1phút )V10(m/s)

Hs(m) Tz (s)
Hướng : ( ChiÒu cao sãng) ( Chu kú sãng )
38.0 2.28
NE
9.1 11.3

Do công trình biển nổi có kích thước phần công trình nổi rất lớn so với kích
thước dây neo, khi tính toán tải trọng dòng chảy, sóng ta bỏ qua tác dụng lực môi
trường lên dây neo mà chỉ tính tải trọng môi trường tác dụng lên vật thể nổi nên ta
chỉ lấy số liệu để thiết kế tính toán là dòng chảy mặt tác dụng lên giàn.

42
MSSV:815152


Hình 3.1 : Bố trí hướng của công trình.
3.2. Số liệu công trình .
 Kích thước của phần công trình nổi:

43
MSSV:815152


Hình 3.2. Mặt chiếu đứng của giàn khai thác bán chìm.

Bảng 4 : Số liệu về giàn Đại Hùng_01

Số liệu của Đại Hùng_01: loại AKER H-3

Độ sâu nước : d 110 m

Mớn nước lớn nhất 21.34 m

Mớn nước nhỏ nhất 19,5m
Chiều dài 68.55 m
Chiều rộng 67.36 m
Cao độ sàn chính 36.60 m
Cao độ sàn trên 39.6 m
Chiều rộng sàn chính 60,92 m
Chiều dài sàn chính 68,6 m
Phần tử Số lượng Kích thước
Trụ lớn 4 D = 7.92 (m)
Trụ bé 4 D = 5.79 (m)
L = 108.2 (m)
Ponton 2 B = 10.98 (m)
H = 6.71 (m)

44
MSSV:815152


3.3. Số liệu địa chất .

B¶ng5: §Æc trng c¬ lý çc líp ®Êt t¹i vÞ trÝ x©y dùng c«ng tr×nh.

Tªn líp ®Êt
Çc th«ng sè
Líp ®Êt 1 Líp ®Êt 2 Líp ®Êt 3

¸ çt dÎo ¸ çt dÎo sÐt nöa
1 M« t¶ líp ®Êt
mÒm chÆt cøng
§é s©u ®¸y líp ®Êt
2 (tÝnh tõ ®¸y biÓn trë h1=5 h2=19 h3=∞
xuèng)
3 §é Èm (%) 27,3 22,6 24,4
4 Giíi h¹n ch¶y LL 32,2 31,7 41,9
5 Giíi h¹n dÎo PL 17,6 18,6 21,2
6 ChØ sè ch¶y LI 14,6 13,1 20,7
7 §é sÖt PI 0,66 0,31 0,15
8 Khèi lîng  (g/cm3) 2 2,03 2,01
9 Tû träng (g/cm3) 2,75 2,74 2,78
10 HÖ sè rçng e 0,75 0,65 0,72
11 Lùc dÝnh c (kN/m2) 43 51 67
Cêng ®é kh¸ng nÐn
12 25 75 150
kh«ng tho¸t níc
13 Gãc ma s¸t trong  14 22 25

45
MSSV:815152

download

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

Similaire à download

Similaire à download (20)

download