I. Mục tiêu, nhiệm vụ

Thu thập các tài liệu về các loại giàn khoan, tàu khoan để có được các đánh giá phục vụ công tác thiết kế, chế tạo giàn khoan địa chất biển nông.

II. Tổng quan về các loại giàn khoan trên biển, hồ, sông trên thế giới

Trên thế giới, hệ thống giàn hoạt động trên biển chủ yếu phục vụ cho công tác tìm kiếm, thăm dò, khai thác dầu khí, khoáng sản rắn và các mục đích quân sự. Tuy sử dụng cho đa mục đích, nhưng nhìn chung chúng đều có cấu tạo tương đối giống nhau (đối với từng kiểu cụ thể) và đều nhằm phục vụ hoạt động sinh hoạt và làm việc của người làm nhiệm vụ điều tra, khảo sát ở trên biển.

Ảnh minh họa

1. Các loại giàn khoan phục vụ khoan sâu

Giàn cố định: các giàn cố định thường được sử dụng chủ yếu cho các vùng nước nông với độ sâu cột nước không lớn và có điều kiện cố định bằng cọc hoặc bằng trọng lực hay các phương tiện khác. Giàn cố định có ưu thế là tính ổn định trong khi làm việc cao, phù hợp với vùng nước nông, tuy nhiên tính linh động của nó thì gần như bằng không.

Giàn tự nâng: Giàn tự nâng có rất nhiều ưu điểm so với các loại giàn khác như tính ổn định làm việc tốt, tương đối linh động và chiều sâu hoạt động của nó rất phù hợp với mực nước biển ở một số khu vực biển có trữ lượng dầu lớn trên thế giới như: Biển Bắc, Vịnh Mêhicô thuộc Mỹ hay Trung Đông. Tuy nhiên ngoài nhược điểm là bị hạn chế về độ sâu làm việc, thì yếu điểm lớn nhất của giàn tự nâng là nó phụ thuộc rất nhiều vào cấu tạo địa chất của đáy biển.

Giàn bán chìm: Các giàn bán chìm thường hoạt động phổ biến ở các vùng biển với chiều sâu của cột nước lớn hơn 200m (chiều sâu hoạt động lớn nhất hiện nay là 2.375m). Do các lợi thế về chiều sâu làm việc, khả năng độc lập tương đối với cấu tạo địa chất của nền đáy biển, tính ổn định tương đối trong các điều kiện biển không thuận lợi, cũng như khả năng di chuyển cao, giàn bán chìm được sử dụng rất nhiều cho các vùng biển nước sâu, có thời tiết không thuận lợi và đặc biệt là cho các mỏ dầu, khí được tìm thấy trong thời gian gần đây. Giàn bán chìm cũng có một nhược điểm là khi khai thác nó cần được neo giữ, mà hệ thống neo giữ thường chiếm một không gian rất lớn, nên có thể ảnh hưởng đến các phương tiện đi lại trên biển.

Giàn neo đứng: Giàn neo đứng được cố định xuống dưới đáy biển bởi các dây neo (thường được lắp ở các góc của giàn) thẳng đứng. Sự kéo thẳng của các dây neo này chủ yếu là do sức đẩy của nước. Do có cấu tạo tương tự như giàn bán chìm nên tính năng và hoạt động của giàn neo đứng cũng giống như của giàn bán chìm.

Cụm kết cấu đa năng: Giàn công nghệ và kho chứa nổi: Cấu tạo của nó là kết cấu dạng tàu cho nên tính linh động trong di chuyển của cụm FPSU này khá cao và chịu được các điều kiện sóng gió. Chính vì thế cụm công trình này thường được sử dụng cho các giếng khoan nhỏ, không đủ sản lượng để xây dựng giàn khai thác, nằm ở khu vực sóng gió và xa bờ.

2. Các loại giàn, tàu phục vụ khoan nông

Đối với công tác khoan nông (độ sâu vài chục mét) trên biển, trên hồ (chủ yếu để nghiên cứu địa chất công trình phục vụ lắp đặt giàn khoan) thì hầu hết sử dụng tàu khoan. Tàu khoan có cấu tạo (vỏ tàu) tương tự như các loại tàu khác, nhưng chúng có một khoảng hở rất lớn để đặt các thiết bị công nghệ (moon pool). Tàu khoan có thể được đóng mới hoặc được chuyển đổi, nâng cấp từ các dạng tàu khác. Một đặc tính rõ ràng của tàu khoan là khả năng cơ động cực kỳ cao, ngoài ra nó còn có thể mang theo một lượng hàng dự trữ lớn, tuy nhiên độ ổn định làm việc của tàu khoan thì kém hơn so với giàn bán chìm. Khi di chuyển đến vị trí định trước, tàu khoan sẽ được cố định tương đối so với đáy biển bằng phương pháp neo thông thường (conventional positioning) hoặc phương pháp cố định động. Ngoài ra, đối với khoan địa chất tại một số hồ, trên thế giới người ta sử dụng các dạng giàn khoan lắp ghép bằng boongton, phao nổi.

3. Tình hình sử dụng:

Theo con số thống kê của ODS-PETRO DATA & MARINETALK thì hiện nay trên thế giới có khoảng 6.500 công trình biển khác nhau phục vụ cho công nghiệp dầu khí. Tuy nhiên, con số thống kê cụ thể cho thấy, hiện nay trên thế giới có khoảng 1152 công trình biển đang hoạt động ở những mức độ và tình trạng khác nhau.

III. Các loại giàn khoan trên biển, hồ, sông tại Việt Nam

1. Khoan sâu: 04 giàn do Vietsovpetro đã đưa vào vận hành trong thời gian gần đây là: Đại Hùng, Tam Đảo, Cửu Long, Trident 09.

2. Khoan nông: Đối với công tác khoan nông (độ sâu vài chục mét) trên biển (chủ yếu để nghiên cứu địa chất công trình phục vụ lắp đặt giàn khoan) thì ngành dầu khí ở Việt Nam thường sử dụng tàu khoan. Một số loại như: Giàn khoan trên phao nổi; Giàn khoan tự nâng loại nhỏ; Khoan máy bãi triều.

IV. Đánh giá chung

Các loại giàn khoan sâu chủ yếu phục vụ cho ngành dầu khí, tính năng kỹ thuật, công nghệ sử dụng tương đương với các giàn khoan trên thế giới.

Hiện tại ở Việt Nam chưa có tàu khoan chuyên dụng, để thi công các công trình khoan nông các đơn vị (chủ yếu là ngành dầu khí) đều thuê tàu khoan của nước ngoài.

 Tại các vùng ven bờ, khi xây dựng các công trình biển như cầu cảng, các đơn vị trong nước chủ yếu sử dụng giàn phao nổi (bong tông hoặc thùng phi) để tiến hành khoan.

Hiện mới có giàn khoan tự nâng 86 đã được chế tạo trong nước (thi công cảng Cái Lân), tuy nhiên giàn này chỉ khoan ở độ sâu <11,5m và dùng chân cắm xuống đáy biển để cố định giàn. Đồng thời giàn này không có tính cơ động; việc di chuyển đến các vùng biển khác đòi hỏi tàu kéo lớn hoặc chở bằng tàu lớn, nên chi phí rất cao.

V. Kết Luận

Qua tổng hợp thu thập tài liệu chúng tôi có một số kết luận sau:

1. Đối với các công trình thực hiện ở vùng nước sâu (hàng trăm mét) và khoan sâu (hàng nghìn mét), thường sử dụng giàn khoan rất hiện đại, kích thước lớn (kích thước cho cả ba chiều dài x rộng x cao có thể lên đến hàng trăm mét), giá thành rất cao (có thể lên đến hàng trăm triệu đô la Mỹ). Ví dụ như một số giàn đã và đang sử dụng trong công nghiệp dầu khí: Giàn cố định (Fixed Platform); Giàn tự nâng (Jack Up Platform); Giàn bán chìm (Semi Submersible Platform); Giàn neo đứng (TLP or Spar); Cụm kết cấu đa năng: Nổi, Sản xuất và Kho chứa (Floating Production & Storage Units, FPSU).

2. Đối với các công trình khoan máy bãi triều đã thi công ở Việt Nam đạt hiệu quả rất cao, nhưng chỉ khoan ở đới độ sâu tối đa là 0,5m nước.

3. Các công trình khoan trên sông, vịnh,…phục vụ nghiên cứu địa chất công trình ở Việt Nam cũng được áp dụng hai phương pháp:

Phương pháp giàn tự nâng loại nhỏ: đây cũng là giàn hiện đại, kích thước giàn 21 x 7,5 x 1,5m, giá thành cao.

Phương pháp giàn trên phao nổi, đây là phương pháp đơn giản, giá thành thấp, dễ vận hành, nhưng đôi khi còn quá sơ sài chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và an toàn lao động. Chính vì vậy cần phải nâng cấp thêm từ mô hình kiểu này để thiết kế, chế tạo kiểu gian khoan trên phao nổi bảo đảm yêu cầu kỹ thuật cũng như an toàn lao động, thiết bị, hiệu quả làm việc.

Lời cảm ơn

Nghiên cứu này được thực hiện dưới sự hỗ trợ của nhòm chuyên gia nghiên cứu Thuộc đề tài: KHCN cấp Bộ “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, ứng dụng thử nghiệm bộ giàn khoan địa chất biển nông”.

Tài liệu tham khảo

1. Nguyễn Tiến Khiêm, 2005. Báo cáo tổng kết đề tài KHCN “Cơ sở khoa học cho việc xây dựng và khai thác công trình biển di động trên vùng biển Việt Nam” (mã số KC.09-13). Lưu trữ Bộ KHCN;

2. Trần Minh Quang, 2006. Công trình biển. Nhà xuất bản Giao thông vận tải;

3. Vũ Trường Sơn, Lê Anh Thắng và nnk, 2002. Báo cáo kết quả thực hiện dự án hợp tác quốc tế với công ty Timah. Lưu trữ Trung tâm Địa chất và Khoáng sản biển;

4. Hideki Miura. Shallow marine drilling project for high-resolution reconstruction of East Antarctic Ice and Southern Ocean history during the late Quaternary (The Fourth International Polar Year Japanese Proposal on Research Program);

5. J. Wang, S. Berg, Y.H. Luo, A. Sablok and L. Finn. Structural Design of the Truss Spar- An Overview. Proceedings of the Eleventh (2001) blternational Offshore and Polar Engineering Conference Stavanger, Norway, June 17-22, 2001;

6. Ocean Drilling Program - Final technical report 1983-2007;

7. Lake and marine drilling planning and operations manual.

ThS. ĐÀO MẠNH HỒNG, ThS. NGUYỄN THỊ THU HƯƠNG

Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội