Vật liệu hàn chuyên biệt cho ngành Dầu khí

Böhler Welding cung cấp các loại vật liệu hàn chất lượng cao với hàm lượng hydro thấp, phù hợp cho:

- Hàn thép cường độ cao dùng trong các giàn khoan hoặc cần cẩu ngoài khơi.

- Hợp kim chống ăn mòn sử dụng trong các ứng dụng xử lý trên bề mặt và dưới đáy biển.

- Que hàn hợp kim thấp dùng cho thiết bị kiểm soát áp suất.

Ngoài hàn kết nối, chúng tôi còn có thế mạnh trong công nghệ phủ bề mặt (cladding) với:

- Dây hàn gốc nickel chất lượng cao cho quy trình GTAW nóng dây.

- Giải pháp tiên tiến nhất trong hàn phủ bằng dải hàn điện xỉ (Electroslag strip cladding).

Dầu khí vẫn đóng vai trò quan trọng trong mô hình cung cấp năng lượng toàn cầu trong tương lai. Tuy nhiên, sự xuất hiện của các nguồn dầu khí phi truyền thống sẽ làm thay đổi đáng kể cách thức khai thác và xử lý.

Phân khúc Dầu khí Thượng nguồn (Upstream) đề cập đến hoạt động tìm kiếm dầu thô và khí tự nhiên, tiếp theo là khai thác và sản xuất. Phân khúc này còn được gọi là khảo sát và khai thác (E&P – Exploration and Production), bao gồm:

- Tìm kiếm các mỏ dầu khí tiềm năng dưới lòng đất hoặc dưới đáy biển.

- Khoan giếng thăm dò.

- Khoan và vận hành các giếng sản xuất để đưa dầu thô và/hoặc khí tự nhiên lên mặt đất.

Phân khúc Dầu khí Hạ nguồn (Downstream) đề cập đến quá trình xử lý và tinh chế dầu thô, khí từ cả nguồn truyền thống và phi truyền thống. Phân khúc này bao gồm:

- Nhà máy lọc dầu.

- Nhà máy xử lý khí tự nhiên.

- Quy trình hóa dầu (olefin và aromatic).

- Nhà máy sản xuất methanol.

Tập đoàn voestalpine Böhler Welding cung cấp các giải pháp hàn sử dụng que hàn chất lượng cao cho hoạt động an toàn, hiệu quả và tối ưu chi phí trong các nhà máy và thiết bị thuộc chuỗi giá trị thượng nguồn, trung nguồn và hạ nguồn trên toàn thế giới.

Những sản phẩm này được sản xuất và phân phối thông qua hệ thống khu vực gồm nhà máy, bộ phận phát triển kỹ thuật, bán hàng và hỗ trợ, với các thương hiệu nổi tiếng toàn cầu.

Cấu trúc Giàn khoan Cố định và Nổi
Giàn khoan Jack-up – Tổng quan

- Thân giàn (Hull):
Là kết cấu kín nước có nhiệm vụ nâng đỡ các thiết bị, hệ thống và nhân sự cần thiết cho quá trình vận hành. Khi nổi, thân giàn đảm bảo lực nổi và chịu tải trọng của các chân giàn, đế chân (spud cans) và toàn bộ thiết bị phía trên. Giàn khoan loại này vận hành ở các vị trí cố định, với mực nước khoảng 150 mét và độ sâu khoan vượt quá 10.000 mét.

- Chân giàn và đế chân:
Là kết cấu thép chịu lực chính khi giàn ở chế độ nâng cao, đảm bảo ổn định và chống chịu tải trọng ngang. Spud cans (đế chân) có vai trò tăng diện tích chịu tải. Các chân giàn có thể kéo dài tới 150 mét hoặc rút gọn hoàn toàn lên trên mặt nước khi di chuyển giàn.

- Giàn công tác mở rộng (Cantilever):
Là phần mở rộng có sàn khoan và tháp khoan, giúp kết nối tới các giàn cố định trong hệ thống khai thác đồng bộ.

Hệ thống Trên mặt (Surface Systems)

- Ngoài khơi:
Bao gồm giàn cố định hoặc giàn nổi, được chế tạo tại các xưởng đóng giàn hoặc nhà máy chuyên dụng. Dùng cho hoạt động khoan thăm dò, khai thác, xử lý và vận chuyển hydrocarbon, liên kết với đáy biển thông qua hệ thống SURF.

- Trên bờ:
Bao gồm các gói khoan, hệ thống khoan và đầu giếng. Vật liệu sử dụng tương tự như các hạng mục dưới biển, sẽ được nêu chi tiết hơn ở phần sau.

Cấu trúc Giàn cố định (Fixed Platforms)
Giàn cố định (Fixed Platforms)

Các giàn cố định thường được xây dựng từ các kết cấu ống thép (ống và tấm), bố trí theo dạng khung giằng với các điểm giao nhau (nút) và được cố định xuống đáy biển bằng cọc đóng hoặc khung định vị (template). Loại giàn này thường được sử dụng ở vùng nước có độ sâu dưới 100 mét. Đây là nền tảng cho các kết cấu thượng tầng, phục vụ việc sinh hoạt, khai thác và xử lý dầu khí, thường được kết nối với hệ thống dưới biển.

Các bộ phận chính của giàn cố định:
1. Kết cấu chân giàn (Jacket Structure)
Cọc, khung giằng và ống kết cấu:
Gia công theo nhiều đường kính và độ dày khác nhau, tùy thuộc vào cấp thép và yêu cầu thiết kế.

Nút giao (Nodes):
Là các điểm giao nhau giữa các thành phần kết cấu ống.

Đế chịu tải (Mud mats):
Phân bố tải trọng đều xuống đáy biển, chủ yếu chế tạo bằng tấm thép.

Mác thép điển hình:
DIN StE355 (StE36), DIN T StE420 (TT StE43), API 2Y Gr 50 & 60

2. Kết cấu sàn (Deck Structure)
Là khung chính chứa các module chức năng khác nhau.

Được chế tạo từ các dầm thép, kết cấu ống và nút nối dạng không gian.

Mác thép sử dụng phổ biến:
DIN StE355 (StE36), DIN T StE420 (TT StE43), API 2Y Gr 50 & 60
(được sử dụng trong nhiều độ dày và đường kính khác nhau)

3. Thượng tầng và các module (Topside and Modules)
Tùy thuộc vào kích thước và thiết kế giàn, thượng tầng bao gồm nhiều module chức năng như:

Tiện ích (điện, nước)

Khu sinh hoạt

Khoan / khai thác

Xử lý

Vận chuyển (bãi đỗ trực thăng – helideck)

Vật liệu điển hình sử dụng bao gồm:

Thép carbon: kết cấu chịu lực, ống dẫn quy trình

Thép không gỉ Austenitic và Duplex

Hợp kim Nickel và Đồng: sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao hoặc yêu cầu chống ăn mòn cao

Mác thép tiêu biểu:
DIN StE355 (StE36), DIN T StE420 (TT StE43), API 2Y Gr 50 & 60

Cấu trúc Giàn nổi (Floating Structures)
Tổng quan
Các giàn nổi được xây dựng dựa trên kết cấu thân nổi (hull) với hệ thống dằn nước (ballast). Chúng được thi công theo kỹ thuật đóng tàu, trong một số trường hợp bắt đầu từ khung thân tàu hoặc kết cấu pontoon, và được thiết kế riêng biệt cho từng loại công trình.

Các ứng dụng bao gồm:

Khoan thăm dò (drilling),

Xử lý (processing),

Lưu trữ (storage),

Và chuyển tải (offloading) đến tàu vận chuyển nhỏ hơn hoặc qua đường ống.

Những kết cấu này liên kết với đáy biển thông qua hệ thống SURF.

Thân giàn và kết cấu pontoon
Tương tự như phần mô tả ở giàn cố định, nhưng chú trọng hơn vào tấm thép kết cấu (structural plate). Các gân tăng cứng (stiffeners) và dầm chịu lực (girders) thường được chế tạo từ thép carbon hoặc thép hợp kim cường độ cao (HSLA).

👉 Do đó, các loại vật liệu hàn (que hàn, dây hàn) đã mô tả ở phần trước đều phù hợp để thi công các hệ thống nổi này.

Các dạng kết cấu nổi tiêu biểu:
FPSO (Floating Production Storage Offloading):
Tàu nổi vừa khai thác, xử lý, lưu trữ và chuyển tải dầu khí ngoài khơi.

Floating LNG (FLNG):
Giàn nổi chuyên xử lý và hóa lỏng khí tự nhiên.

Spar Systems:
Kết cấu hình trụ nổi sâu, được giữ cố định bởi hệ thống neo mềm, dùng cho môi trường nước sâu và siêu sâu.

Vật liệu hàn điển hình cho các cấu trúc giàn
Dưới đây là các loại que hàn và dây hàn phổ biến được sử dụng cho các bộ phận chính như thân giàn, chân giàn, chân vịt (spud can), module công nghệ, và hệ thống mooring.

Bảng 1: Vật liệu hàn điển hình cho giàn Jack-up

Bảng 2: Vật liệu hàn điển hình cho Jacket, Sàn (Deck), Hull và Modules

Vật liệu hàn cho hệ thống neo, modules và hợp kim đặc biệt

⚓ Hệ thống Neo (Mooring Systems)
Hệ thống neo bao gồm:

Dây neo (mooring line)

Mỏ neo (anchor)

Các thiết bị kết nối

Chức năng chính là giữ vị trí của tàu hoặc giàn khoan nổi trong mọi độ sâu. Hệ thống neo phổ biến nhất hiện nay là cọc hút chân không (suction piles) – các ống thép lớn được hút chìm xuống đáy biển nhờ bơm hút nước bên trong.

🔹 Vật liệu: chủ yếu sử dụng thép carbon hoặc thép hợp kim như trong các kết cấu jacket, và áp dụng những loại vật liệu hàn tương tự đã liệt kê ở Bảng 2.

🧩 Modules và cấu trúc phụ trợ
Sử dụng vật liệu từ carbon steel đến hợp kim cao cấp. Các yêu cầu cơ bản:

Chịu áp suất cao

Chống ăn mòn nước biển và hóa chất

Chịu nhiệt độ cao

Vật liệu hàn cho phủ bề mặt (Cladding)
Phủ bề mặt (cladding) là một giải pháp kỹ thuật hiệu quả về chi phí để bảo vệ các thiết bị trong môi trường nhiệt độ – áp suất cao và ăn mòn nghiêm trọng (như thiết bị dưới đáy biển, BOP, giếng khoan, đường ống...). Giải pháp này sử dụng lớp phủ hợp kim chống ăn mòn lên nền thép carbon hoặc thép hợp kim thấp.

🔩 Các ứng dụng chính của phủ bề mặt:
Thiết bị chế biến trên bờ và ngoài khơi (land/subsea modules)

Thiết bị áp lực, bồn chứa, ống dẫn, phụ kiện

Lớp phủ hàn CRA (Corrosion Resistant Alloy)

🔧 Giải pháp cladding điển hình của Böhler Welding:

Cladding trên tấm CRA bọc (roll-bonded plate):
Sử dụng quy trình SAW/ESW với tốc độ đắp cao, kết hợp các loại vật liệu và flux chuyên dụng của Böhler.

💡 Lưu ý:
Toàn bộ các vật liệu cladding này đều được sử dụng phổ biến cho:

Hệ thống SURF

Ống đứng (risers), manifold

Thiết bị dưới đáy biển (subsea modules)

Liên kết vật liệu nền (Joining) và ví dụ điển hình
Phần này tổng hợp các loại vật liệu nền phổ biến (base material) được sử dụng trong ngành dầu khí thượng nguồn, cùng với các giải pháp vật liệu hàn khuyến nghị tương ứng – phân theo nhóm hợp kim, quy trình hàn và chuẩn AWS.

Hệ thống SURF & Xử lý Dưới biển (Subsea Processing)
🌊 SURF: Subsea Umbilicals, Risers and Flowlines
Bất kể hệ thống thượng nguồn ngoài khơi nào được sử dụng – cố định hay nổi – đều có thành phần SURF như một phần trong hệ thống khai thác tổng thể. Đây được xem là phân khúc phát triển nhanh nhất trong ngành xây dựng dầu khí ngoài khơi.

🔩 Các thành phần chính:
✅ Cây giếng dưới biển (Subsea Trees)
Gắn trực tiếp vào miệng giếng đã hoàn thiện.

Kiểm soát và theo dõi dòng chảy từ giếng dầu/gas dưới biển.

Cũng quản lý dòng chất lỏng hoặc khí được bơm ngược vào giếng.

Hoạt động tại độ sâu từ vùng nông đến siêu sâu – có thể tới 3.500 mét.

Được thiết kế theo các tiêu chí: độ sâu, nhiệt độ, áp suất, lưu lượng.

✅ Đầu giếng (Wellhead)
Là thiết bị ở miệng giếng, kiểm soát áp suất nơi dầu khí thoát ra khỏi mặt đất.

✅ Thiết bị chống phun (Blowout Preventer – BOP)
Gắn tại đầu giếng, ngăn ngừa hiện tượng phun trào trong quá trình khoan và khai thác.

🧵 Risers – Ống đứng
Là ống dẫn truyền vật liệu giữa đáy biển và hệ thống xử lý/khoan trên mặt nước.

Có nhiều loại: riser gắn cứng, riser dạng ống kéo (pull-tube), riser dạng xích thép (steel catenary), riser chịu căng đỉnh (top-tensioned), riser linh hoạt (flexible risers), và riser khoan.

Riser khoan kết nối giàn khoan và BOP, đảm bảo bùn khoan không thoát ra ngoài môi trường biển.

🔌 Umbilicals – Cáp tích hợp điều khiển dưới biển
Truyền tín hiệu, điện, thủy lực và hóa chất từ giàn nổi đến hệ thống dưới đáy biển.

Là “đường sống” của hệ thống subsea, nối giữa:

Cây giếng

Manifold

Van jumper

Bộ điều khiển

🧪 Xử lý dưới biển (Subsea Processing)
Thiết bị xử lý đặt trực tiếp trên đáy biển thay vì trên giàn nổi.

Tăng hiệu suất thu hồi ở các mỏ trưởng thành hoặc biên cận.

Giảm rủi ro do điều kiện khắc nghiệt trên mặt biển (sóng lớn, gió mạnh).

Cho phép xử lý ngay tại chỗ – tiết kiệm chi phí và tăng độ ổn định.
Vật liệu chế tạo ống, phụ kiện và lớp phủ CRA trong hệ thống SURF
🔩 Vật liệu ống, rèn và phụ kiện dùng trong hệ thống SURF
✅ Thép Carbon và Thép hợp kim cường độ cao (HSLA)
Ví dụ: API X65/X70, EN 10208-2 Grades L210 – L555MB, AISI 4130/F22

Ứng dụng: khung đỡ, giàn nâng, manifold, đầu giếng, BOP, đầu nối, van…

Yêu cầu: đảm bảo độ bền cơ học, khả năng chịu áp và tính hàn tốt.

✅ Thép không gỉ Austenitic, Martensitic, Duplex (22Cr) và Super Duplex (25Cr)
Ví dụ: UNS S31603, N08904, S41500, S31803, S32760

Ứng dụng:

Bộ trao đổi nhiệt

Hệ thống chữa cháy

Hệ thống nước xử lý / khử mặn

Ống subsea, vessel áp suất

Riser tube, piping manifold, đường ống Christmas tree

Đường thủy lực subsea

✅ Hợp kim Nickel (Ni-Cr-Mo và Ni-Cu)
Ví dụ: UNS N06625, N08825, N06059, N10276

Ứng dụng:

Phụ kiện hợp kim

Cladding cho CRA

Đường ống subsea / riser

Môi trường ăn mòn nước biển, nhiệt độ cao

🔧 Giải pháp lớp phủ CRA (Corrosion Resistant Alloy Cladding)
✅ Tăng cường sử dụng thép carbon và HSLA, phủ CRA để tiết kiệm chi phí
Giải pháp kỹ thuật kinh tế trong môi trường subsea và deepwater

Giúp:

Tăng khả năng chống ăn mòn

Giảm chi phí vật liệu

Giữ được độ bền cơ học của vật liệu nền

✅ Giải pháp phủ CRA của Böhler bao gồm:
Dây hàn (solid wire) và dây lõi thuốc (flux-cored wire)

Dải hàn cho phủ điện xỉ (strip cladding for SAW/ESW)

Lớp phủ bằng cobalt cho môi trường khắc nghiệt

🧱 Các loại hợp kim phủ phổ biến:
Austenitic, Super Austenitic

Duplex 22Cr, Super Duplex 25Cr

Nickel base: Inconel, Hastelloy

Đồng, Cobalt base

👉 Các sản phẩm chi tiết có thể được tư vấn bởi kỹ sư ứng dụng của Böhler tại từng khu vực.