Các giàn khoan chịu đựng sự va đậïp của sóng biển như thế nào?

Biển cả mênh mông tiềm ẩn vô số nguồn năng lượng dầu mỏ và kho báu về khoáng sản, khai thác biển đã trở thành một lĩnh vực rất quan trọng để phát triển kỹ thuật mới tiên tiến. Giàn khoan trên biển là một khu vực nền tảng để tiến hành tác nghiệp trên biển. Nó đứng sừng sững trên mặt biển, thông thường có mặt boong rộng hàng ngàn mét vuông, bên trên có các loại thiết bị cơ giới cỡ lớn, như cần cẩu cỡ lớn, giếng khoan cao, các máy khai thác quặng, ngoài ra còn có nhiều buồng chứa máy móc và nhà ở sinh sống của nhân viên công tác.

Có nhiều người cho rằng, bên dưới giàn khoan nhất định phải xây dựng vững chắc vào lớp nham thạch ở dưới đáy biển, nếu không làm sao nó có thể đứng thẳng ổn định trên mặt biển đầy sóng gió như vậy?

Sự thực, thì giàn khoan trên mặt biển có rất nhiều loại, phương thức cố định của chúng không giống nhau. Loại giàn khoan kiểu sà lan ra đời sớm nhất vào năm 1937, trên sà lan lắp đặt các thiết bị khoan giếng, khi tác nghiệp, cho sà lan "ngồi" trên đáy biển, nhưng không phải toàn bộ thân sà lan đều chìm xuống nước, sau khi khai thác xong, cả sà lan và thiết bị đều nổi lên, rồi di chuyển sang vị trí giếng khoan khác. Rõ ràng là giàn khoan này chỉ có thể tác nghiệp ở nơi nước nông. Về sau xuất hiện loại giàn khoan kiểu chìm nổi, nó do các trụ đứng chống đỡ ở đáy biển, thiết bị khoan có thể chìm nổi lên xuống, do đó có thể thích ứng với việc khoan thăm dò ở biển sâu từ vài mét đến vài chục mét. Còn giàn khoan kiểu nổi, thực tế là một loại tàu đặc biệt, nó hoàn toàn dựa vào neo tàu cỡ lớn để cố định vị trí (về sau lại phát triển thành định vị bằng động lực). Tuy nhiên, loại giàn khoan hoàn toàn nổi bập bềnh trên mặt biển này không đủ khả năng tiến hành tác nghiệp có hiệu quả ở trên mặt biển ngoài khơi xa có gió mạnh, thời tiết dễ thay đổi, rất dễ ngừng việc do ảnh hưởng của sóng gió.

Để khắc phục nhược điểm về chịu sóng gió kém của các loại giàn khoan trước kia, tự nhiên người ta nghĩ đến việc xây dựng giàn khoan cố định ở trên biển. Năm 1947, ở vịnh Mêhicô đã xây dựng thành công giàn khoan kiểu cố định có giá ống dẫn bằng thép đầu tiên trên thế giới. Giàn khoan kiểu cố định tuy có ổn định tốt, nhưng hao tốn vật tư rất lớn, vật liệu dùng đến cũng nhiều kinh khủng. Hiện nay giàn khoan kết cấu thép kiểu cố định lớn nhất, xây dựng với độ sâu 312 m dưới biển, nặng đến 59.000 tấn, chi phí đến 275 triệu USD; còn giàn khoan bằng bê tông cốt thép lớn nhất có tổng chiều cao đến 271 m, tổng trọng lượng là 36,7 vạn tấn, xây tốn gần 2 tỷ USD. Hơn nữa, loại giàn khoan này được cố định ở một địa điểm khoan thăm dò, hiệu suất sử dụng bị hạn chế. Ngoài ra, giàn khoan kiểu cố định nếu muốn tiến càng sâu hơn xuống đáy biển, thì lượng tiêu hao vật tư và vốn sẽ tăng gấp bội.

Vậy thì có kiểu giàn khoan tốt hơn, vừa có tính năng chống gió, lại có thể di chuyển địa điểm thăm dò để nâng cao hiệu suất sử dụng không? ánh mắt của các nhà thiết kế giàn khoan lại quay lại với kiểu giàn khoan di động, và đã chế tạo loại giàn khoan kiểu nửa ngầm có tính năng rất ưu việt. Ưu điểm lớn nhất của giàn khoan kiểu nửa ngầm là tính ổn định tốt. Nó do nhiều trụ đứng đỡ mặt giàn khoan to lớn lên khỏi mặt nước, các trụ đứng dài xuyên sâu vào trong nước biển, ở phía dưới có một hòm lớn có sức nổi rất lớn, thông qua việc điều tiết dung lượng nước biển ở trong hòm để khống chế mức độ lặn sâu của giàn khoan, cách này hết sức giống như nguyên lý của tàu ngầm. Do độ dao động của nước biển ở vị trí độ sâu của hòm nổi tương đối nhỏ, mà ảnh hưởng của sóng biển có lực đập tương đối lớn ở bộ phận gần mặt biển đối với trụ đứng lại tương đối bị hạn chế, nên tính ổn định của giàn khoan kiểu nửa ngầm rất tốt, đủ để chịu được sức gió lớn cấp 12 trở lên và sóng biển cao 20-30 m.

Đi đôi với việc phát triển không ngừng của kỹ thuật giàn khoan trên biển, lại xuất hiện một loại giàn khoan mới kiểu chân đế sức căng. Loại giàn khoan này dựa trên cơ sở giàn khoan kiểu nửa ngầm, lợi dụng kết cấu chân đế sức căng vốn có đặc biệt của nó, neo cố định tạm thời giàn khoan vào móng ở đáy biển, đồng thời phát huy tối đa đặc điểm về tính chịu kéo tốt của cấu kiện thẳng đứng chế tạo bằng thép, do đó đã hạn chế tốt hơn khuynh hướng trôi dạt theo chiều ngang của giàn khoan, có thể khoan thăm dò trên biển sâu gần 1000 m.

Có thể dự kiến rằng sự phát triển không ngừng của giàn khoan trên biển sẽ cống hiến càng lớn hơn cho sự nghiệp khai thác biển của loài người.