BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ QUANG HÙNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÁP KHOAN TRÊN GIÀN KHOAN TỰ NÂNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 06520103 S K C0 0 4 8 7 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ QUANG HÙNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÁP KHOAN TRÊN GIÀN KHOAN TỰ NÂNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ QUANG HÙNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÁP KHOAN TRÊN GIÀN KHOAN TỰ NÂNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hƣớng dẫn khoa học: TS. VĂN HỮU THỊNH Tp.
Hồ Chí Minh, tháng 11/2015 LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Lê Quang Hùng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/04/1982 Nơi sinh: Hà Tĩnh Quê quán: Bùi Xá – Đức Thọ - Hà Tĩnh Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: A904, chung cƣ 21 tầng, Phƣờng 7, Tp Vũng Tàu Điện thoại cơ quan: 0643545701 Điện thoại nhà riêng: Fax: 0643512121 E-mail: hunglequang@pvshipyard. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2.
Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2000 đến 05/2005 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Ngành học: Tự động hóa xí nghiệp công nghiệp. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điều khiển cho biến tần ma trận. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Tháng 5/2005 tại Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Ngƣời hƣớng dẫn: TS.
Trần Trọng Minh III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2005-2007 Công ty One Stop System Kỹ sƣ thiết kế Công ty Cổ phần Chế tạo Giàn khoan Kỹ sƣ, Tổ trƣởng và hiện này là 2007 đến nay Dầu khí Phó phòng Phòng Thiết kế Trang 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2015 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Trang 2 LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng cảm ơn tới tập thể lãnh đạo, cán bộ, giảng viên của Trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là Bộ phận Sau đại học, Khoa Cơ khí Chế tạo máy đã chịu trách nhiệm trực tiếp tổ chức và đào tạo lớp cao học chuyên ngành Kỹ thuật cơ khí.
Để có đƣợc kết quả của luận văn cao học này, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Văn Hữu Thịnh, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, động viên khích lệ tôi trong quá trình làm luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo phòng Thiết kế, lãnh đạo Công ty - Công ty Cổ phần Chế tạo Giàn khoan Dầu khí, nơi tôi đang công tác đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về thời gian, cơ sở vật chất, phần mềm cũng nhƣ tài liệu để tôi hoàn thành khóa học và luận văn cao học. Tôi cũng xin cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp, và những ngƣời thân yêu trong gia đình đã giúp đỡ, động viên, khích lệ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn, trong đó đặc biệt là sự hỗ trợ, góp ý của các đồng nghiệp ThS.
Ngô Tuấn Dũng, KS. Đỗ Thanh Phƣơng, KS. Nguyễn Văn Quân, KS. Nguyễn Đông Anh.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn! Vũng Tàu, ngày 15 tháng 10 năm 2015 Học viên LÊ QUANG HÙNG Trang 3 TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu về tổng thể giàn khoan tự nâng, kết cấu, chức năng cấu tạo tháp khoan trên giàn khoan tự nâng, các thiết bị công nghệ, bố trí thiết bị công nghệ trên tháp khoan. Từ đó đề tài đề xuất các bƣớc (quy trình) tính toán, thiết kế tháp khoan trên giàn khoan tự nâng gồm việc hệ thống hóa yêu cầu về tiêu chuẩn, quy phạm, thiết lập tổ hợp tải trọng tác dụng lên tháp khoan và tính kiểm tra bền cho mô hình kết cấu tháp khoan. Quy trình đề ra này đƣợc áp dụng phân tích, tính toán thiết kế kết cấu tháp khoan theo yêu cầu vận hành của giàn khoan tự nâng Tam Đảo 05 bằng phần mềm Sesam của hãng DNV. Trang 4 ABSTRACT The thesis study overall of Jack Up, structure and function of derrick, technological equipment involve to derrick, derrick equipment arrangement, detail of equipment requirement and operation.
Base on that, the thesis propoes design, calculation and analysis procedure of derrick on Jack Up Rig. It includes summarizing code and standard, calculation combined load, carrying out strength analysis of derrick model. It applies the proposed calculation and analysis to carrying out strength analysis of derrick model by using Sesam software. Trang 5 MỤC LỤC 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .1 TỔNG QUAN VỀ GIÀN KHOAN TỰ NÂNG VÀ THÁP KHOAN .1 Tổng quan về các giàn khoan trên thế giới .2 Giàn khoan tự nâng .1 Thân giàn khoan.2 Khối nhà ở và sân bay trực thăng.3 Chân giàn khoan.4 Hệ thống nâng hạ .2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LĨNH VỰC LIÊN QUAN TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC .3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.
21 2 CHƢƠNG II: CƠ SỞ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THÁP KHOAN TRÊN GIÀN KHOAN TỰ NÂNG .1 TIÊU CHUẨN, QUY PHẠM, HƢỚNG DẪN KỸ THUẬT THIẾT KẾ. 22 CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA GIÀN .3 YÊU CẦU VỀ HỆ THỐNG THIẾT BỊ, CÔNG NGHỆ TRÊN THÁP KHOAN (PHƢƠNG ÁN CÔNG NGHỆ). 24 Đầu quay di động (Top Drive). 25 Hệ thống nâng hạ đầu quay di động, bộ khoan cụ.
26 Nhóm thiết bị hỗ trợ lắp dựng cần khoan .4 Nhóm các sàn thao tác và thiết bị phụ trợ khác .4 XÂY DỰNG PHƢƠNG ÁN KẾT CẤU THÁP KHOAN .5 QUY TRÌNH THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN KẾT CẤU THÁP KHOAN .6 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN, KIỂM TRA ĐỘ BỀN THANH.1 Thanh chịu kéo dọc trục .2 Thanh chịu nén dọc trục .1 Chiều dài tính toán của cột chịu nén dọc trục .2 Thiết kế thanh chịu nén đúng tâm theo ứng suất cho phép .3 Thanh chịu lực cắt .4 Thanh chịu uốn .5 Thanh chịu nén và uốn.6 Thanh chịu kéo và uốn.7 CHỌN TIẾT DIỆN CÁC THANH TRÊN THÁP KHOAN .1 Chọn tiết diện thanh chịu nén .2 Chọn tiết diện thanh chịu kéo. 49 3 CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÁP KHOAN. 50 PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ GIẢ ĐỊNH. 50 PHẦN MỀM ỨNG DỤNG .4 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG VÀ TỔ HỢP TẢI TRỌNG .1 Tải trọng bản thân .2 Tải trọng công nghệ.
53 Tải trọng gió .4 Tải trọng động (Motion Load) .5 Tổ hợp tải trọng .5 MÔ HÌNH KẾT CẤU THÁP KHOAN TRÊN PHẦN MỀM .6 KẾT QUẢ KIỂM TRA BỀN KẾT CẤU THÁP KHOAN .7 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ. 68 4 CHƢƠNG IV: TÍNH TOÁN, KIỂM TRA CHI TIẾT NÚT ĐIỂN HÌNH 69 PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ GIẢ ĐỊNH. 69 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN, KIỂM TRA NÚT .3 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN, KIỂM TRA BU LÔNG .1 Tính toán bu lông chịu cắt .2 Tính toán bu lông chịu kéo .3 Bu lông chịu ép mặt .4 Thiết kế tấm bản mã. 72 Yêu cầu về khoảng cách giữa các lỗ bu lông .1 Khoảng cách giữa các tâm bu lông.2 Khoảng cách từ trọng tâm bu lông đến biên của cấu kiện.
73 TÍNH TOÁN, KIỂM TRA NÚT. 74 Tính toán, kiểm tra dạng nút chữ X .2 Kết quả kiểm tra nút. 77 Tính toán, kiểm tra dạng nút chữ K .2 Kết quả kiểm tra nút .3 Đánh giá kết quả kiểm tra nút .5 TÍNH TOÁN CHI TIẾT BU LÔNG. 82 5 CHƢƠNG V: KẾT LUẬN.
CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA LUẬN VĂN. 84 6 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 86 7 PHỤ LỤC TÍNH TOÁN PHỤ LỤC A: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LỰC GIÓ TÁC DỤNG LÊN THÁP KHOAN TRONG CÁC TRƢỜNG HỢP PHỤ LỤC B: KẾT QUẢ KIỂM TRA BỀN THANH KẾT CẤU THÁP KHOAN PHỤ LỤC C: MÔ TẢ QUÁ TRÌNH MÔ HÌNH TRÊN PHẦN MỀM SESAM Trang 8 KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA Ký hiệu/viết tắt/thuật ngữ Minh giải ký hiệu, viết tắt và thuật ngữ 1.
Ký hiệu & chữ viết tắt Đăng kiểm hàng hải Mỹ /American Bureau of ABS Shipping Quy định kĩ thuật thiết kế kết cấu thép theo phƣơng pháp ứng suất cho phép và phƣơng pháp AISC thiết kế dẻo / American Institute of Steel Construction Hiệp hội về vật liệu và quy định kiểm tra vật liệu ASTM Mỹ / American Society for Testing and Materials API Viện dầu khí Mỹ / American Petroleum Institute DNV Đăng kiểm Nauy / Det Norske Veritas Giàn khoan di động / Mobile Offshore Drilling MODU Unit Phần mềm phân tích kết cấu/Structural Analysis SACS Computer System Phần mềm phân tích kết cấu, ổn định công trình SESAM của Đăng kiểm DNV Giàn khoan tự nâng Tam Đảo 05 / Tam Đảo 05 Tam Đảo 05 Jack Up UC (Unity chec) = [Ứng suất]/[Ứng suất cho UC phép] 2. Thuật ngữ & định nghĩa Giàn khoan cắm ba chân xuống đáy biển, nâng Chế độ vận hành khoan thân giàn khoan lên khỏi mặt nƣớc, cố định vị trí (Drilling Operation) thân giàn khoan so với chân giàn khoan và thực hiện công tác khoan Trang 9 Ký hiệu/viết tắt/thuật ngữ Minh giải ký hiệu, viết tắt và thuật ngữ Giàn khoan cắm ba chân xuống đáy biển, nâng Chế độ chống ống thân giàn khoan lên khỏi mặt nƣớc, cố định vị trí (Casing Operation) thân giàn khoan so với chân giàn khoan và thực hiện công tác chống ống Chế độ di chuyển hải trình ngắn Di chuyển nội mỏ, khoảng cách ngắn, bằng tàu (Field tow) kéo Di chuyển khoảng cách dài, thƣờng bằng xà lan Chế độ di chuyển hải trình dài và đƣợc tính toán có khả năng chịu đƣợc tải (Ocean tow) trọng môi trƣờng sóng gió ở trạng thái bão cực hạn Trạng thái bão cực đại là trạng thái mà trong đó Bão cực hạn giàn chịu tải trọng môi trƣờng thiết kế lớn nhất (Severe storm condition) và giàn ngừng vận hành. Giàn có thể nổi hoặc dựa trên đáy biển. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Chiều dài tính toán của cột chịu nén dọc trục.
46 Bảng 3-1: Tổng hợp tải trọng loại 1. 52 Bảng 3-2: Hệ số chiều cao Ch. 56 Bảng 3-3: Hệ số hình dạng Cs. 56 Bảng 3-4: Tải trọng gió tác dụng lên tháp khoan trong các trƣờng hợp .
