Nghiên cứu thiết kế kết cấu tháp khoan trên giàn khoan tự nâng

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về giàn khoan tự nâng và tháp khoan

1.1.1. Tổng quan về các giàn khoan trên thế giới

1.1.2. Thân giàn khoan

1.1.3. Khối nhà ở và sân bay trực thăng

1.1.4. Chân giàn khoan

1.1.5. Hệ thống nâng hạ

1.1.6. Dầm chìa (hệ thống kết cấu đỡ sàn khoan và cụm thiết bị khoan)

1.1.7. Tháp khoan

1.2. Tình hình nghiên cứu lĩnh vực liên quan trong và ngoài nước

1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THÁP KHOAN TRÊN GIÀN KHOAN TỰ NÂNG

2.1. Tiêu chuẩn, quy phạm, hướng dẫn kỹ thuật thiết kế

2.2. Các chế độ hoạt động của giàn

2.3. Yêu cầu về hệ thống thiết bị, công nghệ trên tháp khoan (phương án công nghệ)

2.4. Xây dựng phương án kết cấu tháp khoan

2.5. Quy trình thiết kế, tính toán kết cấu tháp khoan

2.6. Lý thuyết tính toán, kiểm tra độ bền thanh

2.6.1. Thanh chịu kéo dọc trục

2.6.2. Thanh chịu nén dọc trục

2.6.2.1. Chiều dài tính toán của cột chịu nén dọc trục

2.6.2.2. Thiết kế thanh chịu nén đúng tâm theo ứng suất cho phép

2.6.3. Thanh chịu lực cắt

2.6.4. Thanh chịu uốn

2.6.5. Thanh chịu nén và uốn

2.6.6. Thanh chịu kéo và uốn

2.6.7. Chọn tiết diện các thanh trên tháp khoan

2.6.7.1. Chọn tiết diện thanh chịu nén

2.6.7.2. Chọn tiết diện thanh chịu kéo

3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU THÁP KHOAN

3.1. Phương pháp tính toán và giả định

3.2. Phần mềm ứng dụng

3.3. Tính toán tải trọng và tổ hợp tải trọng

3.3.1. Tải trọng bản thân

3.3.2. Tải trọng công nghệ

3.3.3. Tải trọng gió

3.3.4. Tải trọng động (Motion Load)

3.3.5. Tổ hợp tải trọng

3.4. Mô hình kết cấu tháp khoan trên phần mềm

3.5. Kết quả kiểm tra bền kết cấu tháp khoan

3.6. Đánh giá kết quả

4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, KIỂM TRA CHI TIẾT NÚT ĐIỂN HÌNH

4.1. Phương pháp tính toán và giả định

4.2. Lý thuyết tính toán, kiểm tra nút

4.3. Lý thuyết tính toán, kiểm tra bu lông

4.3.1. Tính toán bu lông chịu cắt

4.3.2. Tính toán bu lông chịu kéo

4.3.3. Bu lông chịu ép mặt

4.3.4. Thiết kế tấm bản mã

4.4. Yêu cầu về khoảng cách giữa các lỗ bu lông

4.4.1. Khoảng cách giữa các tâm bu lông

4.4.2. Khoảng cách từ trọng tâm bu lông đến biên của cấu kiện

4.5. Tính toán, kiểm tra nút

4.5.1. Tính toán, kiểm tra dạng nút chữ X

4.5.2. Kết quả kiểm tra nút

4.5.3. Tính toán, kiểm tra dạng nút chữ K

4.5.4. Kết quả kiểm tra nút

4.5.5. Đánh giá kết quả kiểm tra nút

4.6. Tính toán chi tiết bu lông

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

5.1. Các kết quả đạt được

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC A: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LỰC GIÓ TÁC DỤNG LÊN THÁP KHOAN TRONG CÁC TRƯỜNG 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

I. Tổng quan về giàn khoan tự nâng và tháp khoan

Giàn khoan tự nâng là một trong những loại giàn khoan phổ biến nhất hiện nay, đặc biệt là ở Việt Nam. Loại giàn khoan này có khả năng hoạt động hiệu quả trong vùng nước có độ sâu từ 150m trở xuống. Cấu trúc của giàn khoan tự nâng bao gồm nhiều bộ phận chính như thân giàn, chân giàn, hệ thống nâng hạ và tháp khoan. Tháp khoan đóng vai trò quan trọng trong việc nâng hạ các thiết bị khoan và đảm bảo an toàn trong quá trình khoan. Việc thiết kế tháp khoan cần phải tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt để đảm bảo khả năng chịu lực và an toàn trong quá trình hoạt động.

1.1 Cấu trúc và chức năng của tháp khoan

Tháp khoan là một kết cấu chịu lực, có nhiệm vụ nâng hạ các thiết bị khoan và cung cấp không gian công nghệ cần thiết cho quá trình khoan. Tháp khoan thường được phân loại thành hai loại chính: tháp chữ A và tháp bốn chân. Tháp chữ A có thiết kế gọn nhẹ, dễ dàng tháo lắp, phù hợp cho các giàn khoan trên đất liền. Trong khi đó, tháp bốn chân có độ cứng vững cao, thường được sử dụng trên các giàn khoan biển. Việc lựa chọn loại tháp khoan phù hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và an toàn của quá trình khoan.

1.2 Tình hình nghiên cứu và phát triển tháp khoan

Nghiên cứu và phát triển tháp khoan gắn liền với sự tiến bộ của công nghệ khoan và chế tạo giàn khoan. Trong những năm gần đây, xu hướng chuyển dịch công nghệ từ các nước phát triển sang các nước đang phát triển đã tạo ra sự cạnh tranh mạnh mẽ trong ngành chế tạo giàn khoan. Các công ty chế tạo giàn khoan tại Trung Quốc, Hàn Quốc và Việt Nam đang ngày càng khẳng định vị thế của mình trên thị trường quốc tế. Việc tối ưu hóa thiết kế tháp khoan nhằm tăng khả năng chịu tải trọng và giảm khối lượng là một trong những mục tiêu quan trọng trong nghiên cứu hiện nay.

II. Cơ sở tính toán và thiết kế tháp khoan

Thiết kế tháp khoan trên giàn khoan tự nâng cần phải tuân thủ các tiêu chuẩn và quy phạm kỹ thuật nghiêm ngặt. Quy trình thiết kế bao gồm việc xác định các yêu cầu về hệ thống thiết bị, công nghệ trên tháp khoan, cũng như các chế độ hoạt động của giàn khoan. Việc tính toán tải trọng tác động lên tháp khoan là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình khoan. Các yếu tố như tải trọng bản thân, tải trọng công nghệ, tải trọng gió và tải trọng động cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình thiết kế.

2.1 Tiêu chuẩn và quy phạm thiết kế

Các tiêu chuẩn thiết kế tháp khoan bao gồm các quy định về vật liệu, kết cấu và an toàn trong quá trình hoạt động. Việc áp dụng các tiêu chuẩn này không chỉ giúp đảm bảo an toàn cho giàn khoan mà còn tối ưu hóa chi phí và thời gian thi công. Các tiêu chuẩn quốc tế như API, DNV và AISC thường được sử dụng trong thiết kế tháp khoan. Sự tuân thủ các tiêu chuẩn này là điều kiện tiên quyết để đảm bảo chất lượng và độ bền của tháp khoan trong suốt quá trình hoạt động.

2.2 Quy trình tính toán và kiểm tra độ bền

Quy trình tính toán tháp khoan bao gồm việc xác định các tải trọng tác động, tính toán tổ hợp tải trọng và kiểm tra độ bền của các thanh chịu lực. Việc sử dụng phần mềm phân tích kết cấu như Sesam giúp tối ưu hóa quá trình tính toán và đảm bảo độ chính xác cao. Các kết quả kiểm tra độ bền sẽ cung cấp thông tin quan trọng để điều chỉnh thiết kế, đảm bảo tháp khoan có khả năng chịu lực tốt nhất trong các điều kiện hoạt động khác nhau.

III. Kết quả và đánh giá

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc thiết kế tháp khoan trên giàn khoan tự nâng cần phải được thực hiện một cách bài bản và khoa học. Các phương pháp tính toán hiện đại kết hợp với việc áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế đã giúp nâng cao chất lượng thiết kế tháp khoan. Đánh giá kết quả cho thấy tháp khoan được thiết kế có khả năng chịu tải tốt, đáp ứng được các yêu cầu khắt khe trong quá trình khoan. Việc áp dụng quy trình thiết kế này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống giàn khoan.

3.1 Đánh giá kết quả thiết kế

Kết quả thiết kế tháp khoan cho thấy khả năng chịu lực và độ bền của tháp đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật. Các mô hình tính toán cho thấy tháp khoan có thể hoạt động ổn định trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Việc kiểm tra độ bền của các thanh chịu lực cho thấy các thanh này đều đạt yêu cầu về ứng suất cho phép, đảm bảo an toàn trong quá trình hoạt động.

3.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa thiết kế tháp khoan nhằm giảm khối lượng và chi phí chế tạo. Đồng thời, nghiên cứu sẽ mở rộng sang việc áp dụng các vật liệu mới có khả năng chịu lực tốt hơn, nhằm nâng cao hiệu quả và độ bền của tháp khoan. Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới trong thiết kế tháp khoan sẽ góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành công nghiệp chế tạo giàn khoan.

Luận văn thạc sĩ HCMUTE về thiết kế kết cấu tháp khoan trên giàn khoan tự nâng