Giàn Khoan Dầu Khí Là Gì? Phân Loại Và Cấu Tạo Cơ Bản

Giàn khoan dầu khí là công trình kỹ thuật chuyên dụng để khoan các giếng thăm dò và khai thác dầu thô cùng khí thiên nhiên. Tùy vào điều kiện địa hình, giàn khoan dầu khí có thể đặt trên đất liền hoặc ngoài khơi, với nhiều dạng thiết kế khác nhau từ giàn cố định, giàn tự nâng đến giàn bán chìm và tàu khoan. Cùng Gas South tìm hiểu phân loại, cấu tạo cơ bản và thực tế vận hành của giàn khoan dầu khí trên biển tại Việt Nam.

1. Giàn khoan dầu khí là gì? Vai trò trong thăm dò, khai thác dầu khí

Giàn khoan dầu khí là một cấu trúc mang theo thiết bị khoan chuyên dụng, dùng để khoan các giếng nhằm thăm dò, đánh giá trữ lượng và khai thác dầu thô cùng khí thiên nhiên từ các vỉa chứa sâu dưới lòng đất hoặc đáy biển [1]. Ngoài chức năng khoan, giàn thường tích hợp thêm khu vực xử lý sơ bộ dòng sản phẩm, hệ thống lưu trữ tạm và không gian sinh hoạt cho đội ngũ vận hành [1].

Trong chuỗi giá trị dầu khí, giàn khoan thuộc khâu thượng nguồn, tức công đoạn đầu tiên đưa dầu và khí từ dưới lòng đất lên bề mặt. Không có giàn khoan, toàn bộ các khâu sau đó - vận chuyển, xử lý, chế biến, nén hoặc hóa lỏng khí - đều không có nguyên liệu đầu vào. Chính vì vậy, giàn khoan dầu khí đóng vai trò nền tảng trong việc bảo đảm nguồn cung nhiên liệu cho sản xuất công nghiệp, phát điện và giao thông.

2. Phân loại giàn khoan dầu khí

Giàn khoan dầu khí được phân loại chủ yếu theo môi trường hoạt động: trên đất liền và ngoài biển. Mỗi nhóm có các biến thể thiết kế phù hợp với độ sâu nước, điều kiện thời tiết và mục đích sử dụng.

2.1. Giàn khoan trên đất liền

Giàn khoan trên đất liền là loại thiết bị khoan được lắp đặt tại các mỏ dầu khí nằm trong lục địa. Cấu trúc gồm tháp khoan, hệ thống nâng hạ cần khoan, bàn xoay và các bể tuần hoàn dung dịch khoan. Do không cần kết cấu chịu sóng gió hay hệ thống neo giữ phức tạp, giàn khoan đất liền có chi phí xây dựng và vận hành thấp hơn đáng kể so với giàn ngoài khơi [2].

Giàn khoan đất liền có thể được tháo lắp và di chuyển bằng xe tải đặc chủng giữa các vị trí giếng. Loại giàn này thường được dùng cho các mỏ dầu cạn hoặc các giếng thăm dò trong khu vực đã có hạ tầng giao thông.

2.2. Giàn khoan trên biển: giàn cố định, giàn tự nâng (jack-up), giàn bán chìm (semi-submersible), tàu khoan (drillship)

Giàn khoan dầu khí trên biển là nhóm phổ biến và đa dạng hơn, bao gồm bốn loại chính:

Giàn cố định (fixed platform): được xây dựng trên chân đế bằng thép hoặc bê tông cắm sâu vào đáy biển. Mặt bằng làm việc nằm phía trên, kết nối cố định với đáy biển nên không thể di chuyển. Giàn cố định phù hợp với vùng nước nông đến trung bình, thường dưới 300 m, và được thiết kế để khai thác dài hạn tại một vị trí [1].

Giàn tự nâng (jack-up rig): gồm một thân sà lan kèm theo các chân trụ có thể hạ xuống đáy biển để nâng toàn bộ sàn làm việc lên trên mặt nước. Khi cần di chuyển, chân trụ được kéo lên và giàn được kéo nổi đến vị trí mới. Giàn jack-up hoạt động hiệu quả ở vùng nước nông, độ sâu thường dưới 120 m, và là loại giàn di động phổ biến trong cả khoan thăm dò lẫn khai thác [2].

Giàn bán chìm (semi-submersible rig): có kết cấu dạng phao ngầm ở phần dưới mặt nước và sàn làm việc phía trên. Phần phao ngầm giúp giàn ổn định trước sóng gió, trong khi hệ thống neo hoặc chân vịt định vị động lực học giữ giàn tại vị trí cố định. Giàn bán chìm có thể hoạt động ở vùng nước sâu từ vài trăm đến trên 3.000 m, phù hợp cho khoan thăm dò tại các khu vực biển sâu [3].

Tàu khoan (drillship): là tàu có thân giống tàu biển thông thường nhưng được trang bị đầy đủ thiết bị khoan tại giữa tàu cùng hệ thống định vị động. Tàu khoan có khả năng tự di chuyển trên biển với tốc độ cao hơn so với các loại giàn nổi khác, phù hợp cho khoan thăm dò ở các vùng biển sâu và xa bờ [2].

Giàn khoan dầu khí trên biển chính

3. Cấu tạo cơ bản của giàn khoan dầu khí trên biển

Dù khác nhau về thiết kế, các giàn khoan dầu khí trên biển đều có ba nhóm hệ thống cốt lõi: hệ thống tháp khoan và thiết bị khoan, hệ thống định vị và neo giữ, cùng khu vực vận hành và sinh hoạt.

3.1. Hệ thống tháp khoan, thiết bị khoan

Tháp khoan là cấu trúc dạng tháp cao đặt trên sàn giàn, dùng để nâng hạ cần khoan và các đoạn ống khoan vào giếng. Bên dưới tháp là bàn xoay hoặc hệ thống top drive truyền mô-men xoắn cho chuỗi cần khoan. Đi kèm là hệ thống bơm tuần hoàn dung dịch khoan, giúp làm mát mũi khoan, đưa mùn khoan lên bề mặt và duy trì áp suất vỉa [2].

Ngoài ra, đầu giếng trên đáy biển được trang bị thiết bị chống phun (Blowout Preventer - BOP), có chức năng kiểm soát áp suất trong giếng và ngăn ngừa hiện tượng phun trào dầu khí ngoài kiểm soát [1].

3.2. Hệ thống định vị, neo giữ

Với giàn cố định, chân đế cắm sâu vào đáy biển đóng vai trò vừa chịu tải trọng vừa giữ vị trí. Với các giàn nổi như bán chìm và tàu khoan, hai phương pháp định vị phổ biến là hệ thống neo dây chằng và hệ thống định vị động (Dynamic Positioning - DP) [3]. Hệ thống neo sử dụng các sợi cáp thép hoặc chuỗi xích gắn vào mỏ neo trên đáy biển. Hệ thống DP dùng các chân vịt lái điều khiển bằng máy tính, liên tục điều chỉnh vị trí giàn dựa trên tín hiệu vệ tinh và cảm biến, giúp giàn đứng yên ngay cả trong điều kiện dòng chảy và gió mạnh.

3.3. Khu vực vận hành, sinh hoạt cho nhân sự

Giàn khoan dầu khí trên biển hoạt động như một công trình khép kín giữa biển, nơi đội ngũ nhân sự làm việc và sinh hoạt liên tục trong các ca kéo dài nhiều tuần. Khu vực sinh hoạt thường gồm phòng ở, phòng ăn, phòng y tế, phòng điều khiển trung tâm và sân bay trực thăng để tiếp nhận nhân sự cũng như vật tư. Hệ thống an toàn bao gồm xuồng cứu sinh, hệ thống phòng cháy chữa cháy và thiết bị phát hiện rò rỉ khí [1].

4. Giàn khoan dầu khí trên biển tại Việt Nam

4.1. Khu vực khai thác chính: bể Cửu Long, bể Nam Côn Sơn

Hoạt động khai thác dầu khí ngoài khơi Việt Nam tập trung tại hai bể trầm tích lớn ở thềm lục địa phía Nam.

Bể Cửu Long nằm ngoài khơi khu vực Vũng Tàu - Bình Thuận, là bể sản xuất dầu thô lớn với hơn 20 năm khai thác thương mại [4]. Tại đây đã hình thành hệ thống công trình biển gồm giàn khai thác cố định, giàn đầu giếng, giàn công nghệ trung tâm, giàn nén khí, tàu chứa xuất dầu cùng mạng lưới đường ống ngầm kết nối liên mỏ [4]. Độ sâu nước tại bể Cửu Long tương đối nông, phù hợp với giàn cố định và giàn tự nâng.

Bể Nam Côn Sơn có diện tích gần 100.000 km², nằm ở phía Đông - Đông Nam, với độ sâu nước thay đổi lớn từ vài chục mét ở phía Tây đến trên 1.000 m ở phía Đông [5]. Bể này cung cấp phần lớn sản lượng khí thiên nhiên cho hệ thống đường ống dẫn khí về các nhà máy điện và nhà máy xử lý khí trong khu vực kinh tế trọng điểm phía Nam.

Ngoài hai bể trên, các bể trầm tích khác như Sông Hồng, Malay - Thổ Chu, Phú Khánh cũng đang được thăm dò ở các mức độ khác nhau.

4.2. Loại giàn phổ biến theo đặc điểm vùng biển Việt Nam

Phần lớn các mỏ dầu khí đang khai thác tại Việt Nam nằm trong vùng nước nông đến trung bình, vì vậy hai loại giàn khoan dầu khí phổ biến là giàn cố định và giàn tự nâng. Giàn cố định được sử dụng cho khai thác dài hạn tại các mỏ đã xác định trữ lượng thương mại. Giàn tự nâng được dùng cho cả khoan thăm dò và khoan phát triển mỏ, nhờ khả năng di chuyển linh hoạt giữa các vị trí giếng.

Giàn bán chìm cũng được triển khai tại giàn khoan dầu khí Việt Nam cho các hoạt động khoan ở khu vực nước sâu hơn thuộc bể Nam Côn Sơn. Tàu khoan hiện chưa được sử dụng phổ biến do đa số khu vực khai thác nằm trên thềm lục địa với độ sâu nước chưa yêu cầu loại thiết bị này, tuy nhiên có thể được cân nhắc khi hoạt động thăm dò mở rộng sang các vùng nước sâu hơn [6].

Giàn tự nâng là loại giàn khoan dầu khí trên biển phổ biến tại vùng nước nông của Việt Nam

5. Từ giàn khoan đến nguồn khí thiên nhiên: mối liên hệ với CNG, LNG

Giàn khoan dầu khí là điểm bắt đầu của chuỗi cung ứng nhiên liệu khí. Dầu thô và khí đồng hành được khai thác tại giàn, sau đó khí được tách, nén và vận chuyển bằng đường ống về nhà máy xử lý khí trên bờ [7]. Tại đây, dòng khí thô được làm sạch và tách thành khí khô, LPG và condensate.

Khí khô sau xử lý chính là nguyên liệu đầu vào cho hai dòng sản phẩm khí thiên nhiên phục vụ công nghiệp và giao thông:

CNG (khí thiên nhiên nén): khí khô được nén ở áp suất 200-250 barg vào bình chứa chuyên dụng để vận chuyển bằng xe bồn đến các nhà máy và trạm nạp nhiên liệu cho xe buýt, xe tải [7].

LNG (khí thiên nhiên hóa lỏng): khí khô được làm lạnh sâu xuống khoảng -162°C để chuyển sang thể lỏng, giảm thể tích khoảng 600 lần, phục vụ vận chuyển đường dài và cấp khí cho các khu công nghiệp chưa có đường ống [8].

Gas South đảm nhận phần cuối của chuỗi này: tiếp nhận khí thiên nhiên đã qua xử lý, nén hoặc hóa lỏng, vận chuyển và cấp trực tiếp tại cơ sở khách hàng. Với hơn 26 năm kinh nghiệm cung cấp nhiên liệu khí và việc sở hữu đồng thời 03 loại giấy phép thương nhân kinh doanh LPG, CNG và LNG [9], Gas South có thể tư vấn giải pháp nhiên liệu trọn bộ phù hợp với đặc thù từng nhà máy.

Giàn khoan dầu khí là công trình thượng nguồn đưa dầu thô và khí thiên nhiên từ các vỉa chứa sâu dưới đáy biển hoặc lòng đất lên bề mặt, bao gồm bốn loại chính trên biển: giàn cố định, giàn tự nâng, giàn bán chìm và tàu khoan. Tại Việt Nam, giàn cố định và giàn tự nâng là hai dạng phổ biến do phần lớn mỏ nằm trong vùng nước nông. Từ giàn khoan dầu khí Việt Nam, dòng khí đồng hành và khí thiên nhiên được đưa về bờ, xử lý và trở thành nguyên liệu cho CNG, LNG và LPG phục vụ sản xuất công nghiệp, phát điện và giao thông.

Trụ sở chính: Lầu 4, PetroVietnam Tower, Số 1-5 Lê Duẩn, Phường Sài Gòn, TP. Hồ Chí Minh
Hotline: 028.3910.0108 - 028.3910.0324
Email: lienhe@pgs.com.vn
Fanpage: https://www.facebook.com/GasSouthJSC
OA Zalo: https://zalo.me/gassouth18006776