Đồ án tính toán lắp đặt tuyến ống dẫn nước ép vỉa từ dàn MSP4 đến dàn MSP8

Đồ án tính toán lắp đặt tuyến ống dẫn nước ép vỉa từ dàn MSP4 đến dàn MSP8

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay đối với nhiều quốc gia, dầu khí đã trở thành nguồn tài nguyên

thiên nhiên mang tính chiến lược cực kì quan trọng, nó có thể làm xoaychuyển và làm khởi sắc nền kinh tế của một quốc gia, đặc biệt là đối với nềnkinh tế đang phát triển của Việt Nam Liên doanh dầu khí VietsovPetro là mộtthành phần rất quan trọng trong nền công nghiệp đó Công nghệ khai thác, thugom và vận chuyển dầu khí tại các mỏ Bạch Hổ, mỏ Rồng…của xí nghiệpđang được tiến hành tốt, tuy nhiên vẫn còn một số vấn đề tồn tại cần giảiquyết

Hiện nay phần lớn các giếng khai thác đều cạn kiệt nguồn năng lượng vỉa

Do đó người ta thường có những tác động nhân tạo lên vỉa dầu nhằm duy trìnăng lượng vỉa, cho phép duy trì áp suất gần bằng áp suất ban đầu để đạt được

hệ số khai thác k lớn nhất, trong đó có phương pháp bơm ép nước vào vỉa.

Từ những phân tích ở trên và được sự đồng ý của Bộ môn, cùng với mongmuốn của em nhằm sử dụng có hiệu quả các đường ống phục vụ cho công táckhai thác nên em đã chọn đề tài “Tính toán lắp đặt tuyến ống dẫn nước ép vỉa

từ dàn MSP4 đến dàn MSP8” Đồ án được cấu tạo gồm 6 chương:

Chương 1 Tổng quan về công nghệ khai thác dầu khí

Chương 2 Kiểm tra độ bền của đường ống

Chương 3 Kiểm tra ổn định vị trí của đường ống

Chương 4 Tìm nhịp treo tối đa

Chương 5 Lựa chọn phương án thi công tuyến ống

Chương 6 Tính toán thi công, an toàn lao động và bảo vệ môi trường

Trong quá trình thực tập và viết đồ án được sự giúp đỡ của bác Lê BiênThùy XN Khai thác dầu khí VietsovPetro, với các tài liệu tham khảo và kiếnthức bổ sung trong quá trình thực tập tốt nghiệp Đặt biệt với sự chỉ dẫn tậntình của Thạc sĩ Nguyễn Văn Thịnh, em đã thực hiện được quyển đồ án này.Mặc dù bản thân có rất nhiều cố gắng nhưng thực tế và kiến thức còn rấtnhiều hạn chế cho nên cuốn đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót về nộidung và hình thức.Vì vậy em rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn.Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Mỏ -Địa chất đã dạy dỗ em trong thời gian em học tại trường Đặc biệt là các thầytrong bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình và hơn nữa là Thầy Nguyễn VănThịnh đã giúp đỡ em trong việc hoàn thành cuốn đồ án này.

Hà Nội, ngày 4 tháng 6 năm 2010

Sinh viên

Nguyễn Văn Hùng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG ỐNG VÀ CÔNG TRÌNH PHỤC VỤ

KHAI THÁC DẦU KHÍ 1.1 Khái quát về đường ống

Ngày nay trong một số nghành sản xuất công nghiệp, đường ống và bểchứa được sử dụng rộng rãi ở nhiều phạm vi khác nhau Nó có tác dụng quantrọng trong việc vận chuyển và cất giữ các sản phẩm công nghiệpmà thiếu nóthì quá trình tự động hóa của một số nghành công nghiệp sẽ gặp khó khănthậm chí không thực hiện được Đường ống bể chứa có nhiều loại khác nhau

do đó chúng phải được thiết kế, chế tạo, lắp ráp trên cơ sở có căn cứ kỹ thuật,đảm bảo cho hệ thống làm việc an toàn, liên tục và đạt hiệu quả cao trong sửdụng

Đối với nghành Dầu Khí việc vận chuyển các sản phẩm từ miệng giếngđến các điểm cất chứa sản phẩm được thực hiện bằng đường ống vận chuyển.Mọi tuyến ống phải được tính toán thiết kế cẩn thận trên cơ sở tính toán bền,nhiệt và tính toán công nghệ, đảm bảo cho quá trình vận hành được an toànmột tuyến ống bao gồm các đoạn đầu nối và phụ kiện kèm theo

Toàn bộ quá trình thu gom được bắt đầu từ miệng giếng đến các trạmchứa,suất sản phẩm thương mại Hệ thống thu gom có các nhiệm vụ:

1.Tập hợp sản phẩm từ các giếng riêng rẽ, từ các khu vực trong mỏ lạivới nhau, đó là nhiệm vụ thu gom

2 Đo lường chính xác về số lượng và chất lượng của các thành phầntrong sản phẩm khai thác theo các mục đích khác nhau

3 Xử lý chất lưu khai thác thành các sản phẩm thô thương mại

Chất lưu khai thác còn gọi là chất lỏng giếng, khai thác lên là một hỗnhợp dầu - khí - nước, bùn cát Trong đó còn có các hóa chất không phù hợpvới yêu cầu vận chuyển và chế biến như CO2 , H2O, các loại muối hòa tanhoặc không tan Nên việc thu gom phải bảo đảm tách các pha trước hết là táchkhí, ách nước, tách muối hòa tan hoặc không hòa tan; sau đó mỗi pha phảitiếp tục được xử lý

* Công dụng của ống:

Tuyến ống dùng vận chuyển dầu và các sản phẩm khác thường có đườngkính 100 ÷ 1400 mm với áp lực từ 12 ÷ 100 daN/cm2 được gọi là đường ốngdẫn chính có các chức năng sau:

- Dùng vận chuyển khí thiên nhiên và nhân tạo từ nơi sản suất đến nơitiêu thụ

- Dùng vận chuyển dầu và sản phẩm dầu từ nơi khai thác đến nơi tiêu thụ(các kho chứa, nhà máy chế biến, các trạm cung cấp, các nhà máy xínghiệp…)

Dầu và khí sau khi khai thác sẽ được vận chuyển qua hệ thống đường ốngtới các trạm xử lý, sau đó được chuyển tới các trạm cất chứa Các phầnchuyển tiếp đi qua chướng ngại vật thiên nhiên và nhân tạo Dọc theo tuyếnống người ta cho lắp đặt các thiết bị truyền dẫn tín hiệu, các trạm bảo vệ, cácthiết bị chống ăn mòn điện hóa … ngoài ra dọc theo các tuyến ống dẫn khíngười ta cho lắp đặt thêm các trạm nén khí, phân phối khí khoảng cách 120 ÷

tự chảy chuyển động thực hiện nhờ trọng lực, gây ra bởi chênh lệch cao trình

ở hai đầu ống Lúc đó nếu dầu và khí chuyển động riêng rẽ, đường ống đượcxem là tự chảy tự do hoặc không áp, còn lúc không có pha khí được xem là tựchảy có áp Ống chia ra loại cao áp (lơn hơn 60 kG/cm2 ), loại thấp áp (bé hơn16at) và loại trung bình

4 Theo nhiệt độ chất chuyển tải ta chia ra ống lạnh (≤ 0oC), ống nhiệt

(> 50o C) và ống bình thường.

5 Theo chức năng ta chia ra ống xả (từ miệng giếng tới bình tách đo), ốnggom dầu, gom khí, gom nước và ống dẫn dầu thương mại

6 Theo sơ đồ thủy lực, ống được xem là đơn giản nếu không phân nhánh

và đường kính không thay đổi và ống phức tạp

7 Theo mức độ ăn mòn của chất chuyển tải ta phân ra ống cho môi trường

ăn mòn, ít ăn mòn và ăn mòn cao

* Vật liệu chế tạo ống:

Trong công nghiệp dầu khí, theo vật liệu ta chia ra ống cứng và ống mềm

- Ống cứng được chế tạo từ thép cacbon, thép không gỉ, thép hợp kim.Ngoài ra còn tùy theo yêu cầu đặt biệt, ta có thể dùng các loại vật liệu khácnhư gang, kim loại màu, ống phi kim: bê tông cốt thép, thủy tinh sứ gốm…ống mềm chế tạo từ chất dẻo, cao su, sợi kim loại…

- Ống thép chiếm tỷ lệ cao nhất Thép ống có yêu cầu nhất định về tính

cơ lý và về thành phần hóa học, nhất là hàm lượng lưu huỳnh và phốt phocùng với các tạp chất khác Thông thường người ta sử dụng thép hợp kimthấp, chịu gia công nhiệt và có thể được thường hóa

- Đối với các môi trường ăn mòn, ta phải sử dụng loại thép chịu ăn mòncao và thành phần hóa học cũng đòi hỏi khắt khe hơn

Theo tiêu chuẩn API, các loại thép thông thường mác 40 ÷ 100 kG/mm2

có giới hạn chảy cực tiểu 28 ÷ 72 kG/mm2 và cực đại từ 56 ÷ 98 kG/mm2 vàbền kéo tối thiểu từ 42 ÷ 88 kG/mm2 hàm lượng phốt pho cực đại 0,04 ÷0,11% , lưu huỳnh từ 0,06 ÷ 0,065%

Với thép chịu ăn mòn, thành phần cực đại của các nguyên tố như bảng 1.1Bảng 1.1 Thành phần % của thép chịu ăn mòn

Loại thép Cmax Mnmax Mo Ni,Cr,Cu P S Si

giới hạn chảy thấp nhất 67 ÷ 120134 kG/mm2 và cao nhất 77 ÷126134kG/mm2, giới hạn kéo 77÷ 134 kG/mm2 hàm lượng cacbon thấp hơn0,45% , mangan 1,3 ÷ 1,7% , Si 0,15 ÷ 0,3% được tôi, giam và thường hóa.Các loại thép bền cao thường dòn, không phù hợp với khí hậu nóng lạnh độtngột và khó gia công cắt gọt.

Căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật, chế tạo, lắp ráp ống được chia ra làm 5 loại

I ÷ V theo điều kiện áp suất nhiệt độ và 5 nhóm A, B, C, D, E theo tính chấtmôi trường (bảng 1.2)

Để chế tạo ống, người ta dùng hai công nghệ chủ yếu là cán và hàn, cábiệt có thể đúc Ống thép cán trực tiếp thường có chất lượng không cao dochiều dày không đều và có độ ôval lớn Ống hàn thường chế tạo từ thép tấmtheo chất lượng kỹ thuật hàn thẳng để có chất lượng cao hơn thường dùng kỹthuật hàn xoắn ốc Bảng 1-3 cho thấy các đặt tính ống công nghệ của Nga vàphương pháp chế tạo

Trong các hệ thống phân phối khí, người ta thường dùng các vật liệu nhưsắt đúc, thép, polyetylen, polyamide và đồng Sắt đúc không dùng cho ống có

áp lực trên 200 KPa, ống thép thường dùng cho trường hợp áp lực rất cao;ống polyetylen ngày càng được phổ cập nhất là hệ thống phân phối, chế tạotheo công nghệ polymer hóa etylen, có tỷ trọng từ 0,91 ÷ 0,96, có thể xem làmột vật liệu nhớt - dẻo Có hai loại phổ biến cho ống dẫn khí là PE-80 (tới ápsuất 420 KPa) và PE-100 (tới 700 KPa) So với ống thép thì ống polyetylenbền với hóa chất, không bị ăn mòn, dễ vận chuyển và kinh tế, nhưng khôngchịu được áp lực cao và khi nhiệt độ tăng thì độ bền giảm Ống polyamit cótính chất tương tự như ống PE nhưng có giới hạn chảy, giới hạn bền, độ cứng

và mật độ cao hơn, việc ghép nối không dùng phương pháp hàn mà chỉ dán.Đồng là một loại vật liệu tuổi thọ cao, dễ sử dụng song rất đắt tiền nên chỉdùng cho các mạng phân phối trong nhà, không dùng cho các ống dẫn chính

Bảng 1-2 Phân loại ống theo điều kiện đặc biệt

Nhóm Môi trường

Loại

Áp suất làm việc ( kG/cm 2 )

Nhiệt độ chất chuyển tải( o C)

Áp suất làm việc (kG/cm 2 )

Nhiệt độ chất chuyển tải( o C)

Áp suất làm việc (kG/cm 2 )

Nhiệt độ chất chuyển tải( o C)

Áp suất làm việc (kG/cm 2 )

Nhiệt độ chất chuyển tải( o C)

Áp suất làm việc (kG/cm 2 )

Nhiệt độ chất chuyển tải( o C )

>250+350÷700

Đến 25

>25÷ 64

150÷350250÷350

16÷25

-Đến 16

150÷250

-

-

-C Hơi nước qua nhiệt >39 Đến 450 >22÷39 >330÷450 >16÷22 >250÷350 Đến 16 >150÷250 -

-D Nước nóng và hơi

nước bão hòa. >80 >+115 >38÷ 90 >115 >16÷39 >115 Đến 16 >15 -

-E a/Khí không cháy

>16

540÷700

Mọi ápsuất

-Bảng 1.3 Đặc tính ống thép công nghệ do Nga sản xuất

Bề dàyống (mm)

Chiềudài (mm)

10 Ống thép liền gia công

nguội và gia công

cố định mà thay đổi theo thời gian với một khoảng cách nhất định Chẳng hạn

từ miệng giếng ngầm (trên đáy biển) tới các dàn khai thác kiểu nổi, dẫn chấtlưu từ ống cố định trên đáy biển lên tàu dầu hoặc chuyển từ tàu nọ sang tàukia Ngoài ra, ống mềm còn dùng làm ống nâng, ống kiểm soát miệng giếngngầm

Ống mềm trên các hệ thống khai thác trên biển có hai loại chính, khácnhau về mật độ phù hợp với hai điều kiện nổi trên mặt nước và chìm xuốngđáy biển

Đường ống mềm có hai phần là các đầu nối bằng kim loại và phần thânống Đầu ống liên kết với thân nhờ keo dán chuyên dụng

Mặt cắt của thân ống mềm cứng từ ngoài vào trong thường có các lớp:lớp vỏ polyurethane, lớp vải, lớp lim loại – cao su, lớp sợi, lớp cao su, lớp dâykim loại, lớp dây sợi thứ hai và lớp lưới kim loại – cao xốp

1.2 Các loại công trình sử dụng cho việc khai thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ

Để phục vụ cho công tác khoan thăm dò, khai thác và vận chuyển dầukhí ngoài biển ở mỏ Bạch Hổ, xí nghiệp liên doanh VietSovPetro đã xây dựngnhiều giàn khoan biển và một số công trình khác Hiện nay tại Mỏ Bạch Hổ

có hệ thống đường ống và các giàn như sau:

- 10 giàn MSP (MSP 1;3;4;5;6;7;8;9;10;11)

- 2 giàn công nghệ trung tâm CTP-2;CTK-3

- 10 giàn BK (BK 1;2;3;4;5;6;7;8;9;10)

- 3 tàu chứa dầu (FSO-1,2,3/ Chí Linh, Chi Lăng và Ba Vì)

Ngoài ra còn có các giàn nén khí (Complete gas compressor station),giàn bơm nước ép vỉa (Water injection platform) và 3 giàn khoan tự nâng(Jack up)

1.2.1 Hệ thống các giàn thép cố định

Giàn thép cố định là loại công trình được sử dụng phổ biến nhất hiện naytrong ngành công nghiệp khai thác dầu khí hiện nay Công nghệ xây dựng loạicông trình này đã trải qua một thời gian dài từ loại kết cấu Jacket lớn nhất thếgiới hiện nay là giàn Bullwinkle được xây dựng bởi hãng Shell tại vịnhMexico ở vùng nước sâu 1615 ft (492 m) nặng 56000 T Kết cấu nhỏ ở vùngnước sâu đến các công trình ngoại cỡ xây dựng ở biển bắc và vùng vịnhMexico

Hiện tại ở vùng mỏ Bạch Hổ hầu hết sử dụng các loại dàn kết cấu Jacket

để phục vụ cho hoạt động khai thác dầu khí

* Giàn khoan cố định MSP:

Về cấu tạo, giàn MSP gồm có 3 phần chính là: phần móng, khối chân đế

và kết cấu thượng tầng Chân đế gồm 2 khối nối với nhau bằng sàn chịu lực(MSF) ở phía trên và cố định xuống đáy biển bằng các cọc Khối chân đế làkết cấu Jacket, thượng tầng có cấu trúc module được lắp ghép lên trên sànchịu lực

Mỗi chân đế có 8 ống chính có đường kính 812.8 x 20.6 mm, phần dướicủa chân đế ở từng cọc trụ chính có 2 ống dẫn hướng cho các cọc phụ

Các phần tử cấu thành mạng panel và ống giằng ngang chân đế làm từcác ống có đường kính từ 426 x 12 mm đến 720 x 16 mm Ở những chỗ tiếpgiáp giữa đáy biển với cọc chính và cọc phụ được bơm trám bằng cement.Module sàn chịu lực (MSF) là các dầm thép tổ hợp Do điều kiện thicông ngoài biển kết cấu này được chia làm 3 phần riêng biệt Một phần liênkết hai phần kia thành 1 sàn chịu lực thống nhất Phần không gian trống giữacác dầm của module chịu lực dùng để đặt các thùng chứa với các chức năngkhác nhau phục vụ cho các quy trình công nghệ thực hiện ở trên dàn.

Móng khối chân đế là các cọc thép ống có đường kính 720 x 20 mm Cáccọc được đóng gồm 16 cọc chính và 32 cọc phụ

Kết cấu thượng tầng của giàn MSP được thực hiện theo thiết kế số 16716của trung tâm thiết kế Corall (U.S.S.R) bao gồm những block và module riêng

rẽ được chia làm 2 tầng và được trang bị các thiết bị cần thiết phục vụ cho yêucầu công nghệ ở trên giàn Thành phần chính của kết cấu thượng tầng gồm có

tổ hợp khoan khai thác, năng lượng và nhà ở

Gồm KCĐ có kết cấu hệ thanh được cố định xuống đáy biển bằng cáccọc KCĐ dạng thanh không gian làm từ các thép ống, xung quanh chân đế có

4 cọc trụ đỡ các ống chính (D = 812 x 20.6 mm)

Kết cấu thượng tầng:

Gồm những block và những module riêng rẽ làm thành 1 tầng và đượctrang bị những thiết bị công nghệ cần thiết đảm bảo cho hoạt động công nghệkhoan khi Jack-up cập vào khoan và chỗ ở cho người ra sửa chữa, vận hành

* Giàn khoan nhẹ BK

Giàn BK là loại giàn thép có kết cấu dạng jacket loại nhỏ nhẹ ở trênkhông có tháp khoan, không có người ở Công tác khoan được thực hiện bằnggiàn jack up Các thiết bị trên giàn BK được trang bị ở mức tối thiểu để có thểphục vụ cho việc đo lưu lượng và tách nước sơ bộ Sản phẩm khai thác từgiàn BK sẽ được dẫn qua hệ thống đường ống về giàn MSP hoặc giàn côngnghệ trung tâm để xử lý

Giàn khoan cố định BK là một trong những kết cấu chính của thiết kếxây dựng mỏ Giàn cố định BK có chức năng là giàn đầu giếng, sử dụng choJack-up cập vào để khoan khai thác Hiện nay trên mỏ đã sử dụng các giàn cố

định số 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11, giàn cố định số 14, 15 đang trong giaiđoạn xây dựng.

Về mặt cấu tạo giàn gồm phần móng khối chân đế và kết cấu thượngtầng

* Giàn công nghệ trung tâm

Hình 1.2 Giàn công nghệ trung tâm CTP-2

Giàn công nghệ trung tâm là tổ hợp các thiết bị công nghệ vừa và nhỏthành một cụm tổ hợp công nghệ phục vụ cho công tác khai thác và sơ chếsản phẩm dầu & khí khai thác được tại mỏ Giàn công nghệ trung tâm baogồm các bộ phận sau:

 Giàn công nghệ

 Giàn nhẹ BK

 Hệ thống các cầu dẫn nối các giàn với nhau

 Cần đuốc (Fakel) và các đường ống tựa trên các block chân đế

Chức năng chính của giàn công nghệ trung tâm là:

- Thu gom tách lọc các sản phẩm từ các giàn BK, giàn MSP

- Xử lý dầu thô thành dầu thương phẩm và bơm đến các trạm UBN

- Xử lý nước thải đảm bảo điều kiện vệ sinh môi trường theo tiêu chuẩnquốc tế rồi thải xuống biển

- Xử lý sơ bộ khí đồng hành và dẫn chúng vào các trạm nén khí

- Hệ thống các giàn nén khí

Bao gồm các trạm nén khí áp lực cao và thấp có chức năng nén khí đồnghành để đưa vào bờ và phục vụ công nghệ gaslift

- Hệ thống các giàn bơm nước ép vỉa (WIP)

Bao gồm các trạm bơm nước áp lực cao nhiều cấp có chức năng đưanước xuống các giếng để phục vụ công nghệ khoan khai thác

Hình 1.3 Giàn công nghệ trung tâm CTK-3

1.2.2 Hệ thống trạm rót dầu không bến

Dầu thô từ các giàn MSP, BK, CTP được xử lý và vận chuyển tới các tàuchở dầu nhờ 3 trạm rót dầu không bến Hiện tại ở vùng mỏ Bạch Hổ có cáctrạm rót dầu không bến sau đang được sử dụng:

- Trạm UBN-1 (Chí Linh) nằm ở vòm nam của mỏ gồm có tàu chứatrọng tải 150000 tấn có khả năng tiếp nhận tối đa 10000 tấn/ngày đêm, nhậndầu từ MSP1và CTP2, BK2, có hệ thống ống mềm để tiếp nhận dầu, hệ thốngvan ngầm, hệ thống neo, hệ thống xuất dầu bằng phương pháp nối tiếp

- Trạm UBN- 2 (Chi Lăng) nằm ở vòm phía bắc của mỏ Bạch Hổ tương

tự như trạm UBN-1 chỉ khác là công suất xử lý dầu thô là 15 000 tấn/ngàyđêm, hàm lượng nước trong dầu ở cửa vào của thiết bị nhận dầu là 20%

- Trạm UBN- 3 (Ba Vì), có tính năng tương tự UBN-2

Hình 1.4 Trạm rót dầu không bến VSP-01

Về mặt cấu tạo, trạm UBN chủ yếu có các bộ phận sau:

 Bể trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng (dầu - dầu)

 Bể trao đổi nhiệt dạng tấm phẳng (dầu - nước)

Hệ thống khử nước bằng điện có khối đốt nóng và phân li

 Hệ thống phân li kiểu tháp.

 Khối chứa và chuyển hoá sản phẩm (chất khử nhũ và kìm hãm ănmòn)

Ngoài ra trạm còn có các thiết bị đo và kiểm tra cần thiết, hệ thống van

áp lực, hệ thống tín hiệu báo sự cố và phòng cháy đảm bảo cho trạm vận hànhmột cách an toàn hiệu quả

1.3 Nước ép vỉa, các đặt tính và yêu cầu cơ bản

1.3.1 Giới thiệu chung về nước ép vỉa

Việt Nam là quốc gia đầu tiên trên thế giới thăm dò và khai thác thànhcông các mỏ dầu trong thân đá móng nứt nẻ Gần 90% sản lượng dầu khaithác của Việt Nam là từ các mỏ ở dạng này Làm thế nào để hoàn thiện giảipháp nâng hệ số thu hồi dầu từ 43% lên 50% - 60%

Hầu hết chuyên gia đều thống nhất, thân dầu trong đá móng nứt nẻ là mộtthân dầu có cấu trúc địa chất phức tạp, tính bất đồng nhất cao, đặc biệt là cáctính chất thủy động lực học Điều này đòi hỏi phải có sự tiếp cận đặc biệt vàphù hợp trong công tác nghiên cứu thân dầu này Trong số những giải phápđược đề cập thì giải pháp điều chỉnh chế độ khai thác và bơm ép nước mộtcách tối ưu và có thể áp dụng để duy trì áp suất vỉa đối với các thân dầu, cùngvới việc sử dụng hệ thống gas-lift Bản chất của giải pháp trên là thiết lập chế

độ khai thác dầu và bơm ép hợp lý nhất như mạng lưới của từng giếng, ápsuất bơm, thời gian bơm ép nước

Đó là một trong những giải pháp nhân tạo tác động lên vỉa dầu nhằmmục đích duy trì năng lượng vỉa cho phép duy trì Pv gần bằng Pv ban đầunhằm đạt được hệ số khai thác k lớn nhất

Trong thực tế dựa vào điều kiện của từng vỉa như tính chất thủy động,hình dạng vỉa, chế độ khai thác mà người ta bố trí hệ thống các giếng bơm épsao cho hợp lý nhất Trong đó có các cách bố trí sau đây:

- Bơm ép nước ngoài vành đai vùng chứa dầu:

Các giếng bơm ép nằm ở chu vi phía ngoài vùng chứa dầu cách ranhgiới dầu nước 800-1500m

Tổn thất năng lượng trong quá trình bơm ép lớn (do nước bơm ép phải

đi một đoạn đường dài)

Tận dụng được tối đa tác dụng của nước bơm ép (Các giếng khoan ởgần vành đai khai thác trước, lần lượt các giếng khoan bên trong khai thác saukhi giếng bên ngoài ngập nước được chuyển thành giếng bơm ép)

Có hiệu quả cao đối với vỉa có mối liên thông thủy động tốt (có độthấm tốt, thành tạo từ cát sỏi đồng nhất); dầu có độ nhớt không cao

Hiệu quả không cao đối với vỉa không đồng nhất, có những phá hủy kiếntạo

Dầu có độ nhớt cao (nước vượt qua dầu) dẫn đến hậu quả: giếng khaithác bị ngập nước, dầu đọng lại trong vỉa

- Bơm ép trên vành đai chứa dầu:

Các giếng bơm ép được bố trí ngay trên ranh giới dầu-nước

Hệ thống này được áp dụng với vỉa có kích thước nhỏ, mối liên hệthủy động giữa dầu và đất đá xung quanh vỉa dầu kém

Tuy nhiên nó có ưu điểm là tác động nhanh chống lên vỉa, ít tổn haotrong quá trình bơm ép, nhược điểm là dễ hình thành lưỡi nước làm giảm hệ

số quét dẫn đến dầu tồn đọng trong vỉa, giếng khai thác dễ ngập nước

- Bơm ép trong vành đai vùng chứa dầu:

Các giếng bơm ép được bố trí bên trong vùng chứa dầu

Hệ thống bơm ép này được áp dụng khi biết rõ ràng điều kiện, thôngtin địa chất của vỉa và diện tích của vỉa phải lớn

1.3.2 Xử lý nước ép vỉa

Với các mỏ khai thác ngoài biển thì việc sử dụng nước biển làm nước ép

là thuận lợi và kinh tế nhất Tuy vậy yêu cầu nghiêm ngặt theo tiêu chuẩnquốc tế hiện tại, nước phải được xử lý đạt các yêu cầu như sau:

- Về tạp chất cơ học nhỏ hơn 10ppm, 98% các hạt có kích thước ≥ 2µm và96% hạt có kích thước ≥ 1µm phải được tách bỏ

- Về thành phần hóa học thì lượng ôxi hòa tan < 15ppm, hàm lượng clocòn lại < 600ppm

- Tốc độ ăn mòn kim loại < 0,01 mm/năm với độ pH = 4,5 ÷ 8,5

* Tính chất của nước biển

Những tính chất ảnh hưởng đến chất lượng nước ép bao gồm hà lượng chấtrắn lơ lửng, hàm lượng vi sinh, thành phần hóa học và khả năng ăn mòn.

- Chất rắn lơ lửng là một hỗn hợp phức tạp gồm chủ yếu là vật liệu hữu cơ(các vi sinh vật sống hoặc đã chết) và phụ thêm các hạt rắn vô cơ như bùn,sét Các khảo sát mỏ Bạch hổ cho thấy nước biển có hàm lượng chất rắn lơlửng tới 1 mg/lít với khoảng 10000 hạt trên 2µm trong 0,5 ml nước Phần lớncác hạt có kích thước bé hơn 10µm không thể lắng nhờ trọng lực mà được giữ

ở trạng thái lơ lửng như chất keo do lực hút và đẩy của các ion Để có thể táchchúng ở bầu lọc cần phải phá hủy hệ keo, làm kết dính các hạt bé thành hạtlớn

- Thành phần vi sinh:

+ Nước biển chứa một tập hợp chất phức tạp các vi sinh có chu kỳ sốngkhác nhau, có nhiều cách để phân loại Song nói chung có thể chia ra sinh vậtphù du, sinh vật bơi và vi khuẩn

+ Thuật ngữ phù du chỉ các sinh vật sống trong nước; có thể là thực vậtđiển hình là các loài tảo, có chiều dài bé hơn 1 µm đến vài mm; có thể là độngvật có chiều dài từ 20µm đến 20 cm, ta cần phải loại bỏ để tránh lấp nhét cáctầng chứa

* Thành phần hóa học: nước biển là một dung dịch của các chất rắn hòa tan

và không hòa tan Các nguyên tố có trong nước ở dạng ion tích điện Bảngnêu kết quả phân tích nước biển Đông

Bảng 1.4 Thành phần hóa học trung bình của nước biển Đông vùng thềm lục

địa phía Nam Việt Nam

- Dung dịch của các ion ở trạng thái cân bằng, trạng thái sẽ bị phá vỡ khi

có tác động về vật lý hoặc hóa học, có thể làm cho muối kết tủa và dẫn đến sự

lấp bít thiết bị cũng như tầng chứa Điển hình cho sự lắng đọng khi thay đổitính chất vật lý của nước là carbonate canxi.

- Độ pH của nước biển bị chi phối bởi rất nhiều yếu tố chẳng hạn như sựcân bằng giữa carbonate HCO32- và dioxit carbon CO2 Khi tăng nhiệt độ vàgiảm áp suất, CO2 sẽ được giải phóng thì carbonate sẽ kết tủa Các lắng đọng

sẽ tạo rắc rối cho hệ thống xử lý cũng như vỉa dầu Tuy ta có thể loại trừchúng bằng xử lý axit song biện pháp hữu hiệu là dùng các chất hãm để ngănngừa kết tủa

- Sử dụng kết quả phân tích thành phần hóa học của nước, ta tính toán 4chỉ số lắng đọng: Carbonate canxi, sulphat canxi, sulphat bari va sulphatstronti cho nước bơm ép ở nhiệt độ cụ thể

- Các chỉ số lắng đọng là sự chênh lệch giữa độ hòa tan của các lắngđọng muối trong các điều kiện nhiệt động đặt biệt và độ hòa tan trong cácđiều kiện đó

- Chỉ số lắng đọng dương chỉ ra khả năng lắng đọng có thể (trên bão hòa)còn chỉ số âm cho thấy không có khả năng lắng (dưới bão hoà) trong các điềukiện nhiệt động đặc biệt

- Sự lắng đọng được dự báo là carbonate canxi do tăng nhiệt độ nướcbiển và sự trộn lẫn nước biển với nước vỉa Còn các chỉ số sulphat bari, stroni

và canxi thì không cần dự báo

Việc cung cấp hóa chất hãm được áp dụng cho hệ thống nước ép để ngăn sựlắng đọng của carbonate canxi do sự gia tăng nhiệt độ nước ép khi ép vào vỉa

* Sự ăn mòn

- Nước biển là chất lỏng ăn mòn do có hòa tan rắn và khí Tính ăn mòncủa nước xuất hiện bởi các quá trình vật lý và hóa học nhất định Những trạm

ép nước cần dùng các hợp kim đặt biệt ở dòng vào của cột tách khí

- Đa số các kim loại trong hệ thống tồn tại dưới dạng ô xit và muối Để cókim loại nguyên chất cần tiêu tốn một năng lượng đáng kể Trong tự nhiênkim loại có xu hướng mạnh mẽ giải phóng năng lượng này để chuyển quatrạng thái ổn định nhất của chúng và việc giả phóng năng lượng này xảy ratrong quá trình ăn mòn Giá trị năng lượng này xảy ra trong kim loại khônggiống nhau nên xu hướng ăn mòn cũng khác nhau, đánh giá qua điện thế half-

cell, giá trị tuyệt đối chi phối bởi các thành phần nước, nhiệt độ, tốc độ nướcchảy qua kim loại và yếu tố khác.

- Ăn mòn là một môi trường điện vì vậy cần có anot, catot và môi trườngdẫn điện

- Thành phần nước biển chi phối rất lớn đến sự ăn mòn vì nó chi phối đến

sự dẫn điện, độ axit và sự hòa tan của khí

- Sự hiện diện của khí hòa tan trong nước như ôxi, CO2, H2S sẽ làm chotốc độ ăn mòn tăng nhanh Riêng ôxi có tác dụng thúc đẩy các phản ứng ởcatot

2H+ + 2e → H2

O2 + 2H2O → 4OH

- Phản ứng của ôxi với hydro sẽ tiêu hao các điện tử và đẩy nhanh phảnứng chung, ngoài ra ôxi còn làm cho Fe2+ thành Fe3+ tạo ra kết tủa Đa số ionkim loại hòa tan thay thế ion kết tủa và quá trình ăn mòn gia tăng

- CO2 hòa tan trong nước tạo ra axit carbonic, làm giảm độ pH, làm tăngtốc độ ăn mòn, bản thân CO2 không ăn mòn như ôxi nhưng tạo ra các vết rỗ.Tuy vậy, hàm lượng CO2 trong nước biển rất thấp nên tác dụng ăn mòn của

nó không đáng kể

- H2S có độ hòa tan lớn và là một axit yếu, nó gây ra sự rỗ và tố độ giatăng khi hiện diện cả CO2, H2S không có trong nước ép nhưng có thể là sảnphẩm trao đổi của vi khuẩn khử sulphat

- Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng ăn mòn là nhiệt độ, áp suất, tốc độdòng và sự xâm thực Hàm lượng cân bằng của CO2 và H2S phụ thuộc vào độ

pH (bảng 1.5) Nếu ph < 5, các sulphit tồn tại dạng H2S, còn khi pH tăng lênthì H2S bị ôxi hóa thành HS- và S2+ Vì thế khi cần phải loại bỏ H2S ta phảigiảm độ pH

Bảng 1.5 Hàm lượng cân bằng của H2S và CO2

- Ngoài ra, cần lựa chọn vật liệu phù hợp cho các thiết bị ẩm ướt bởi cóôxi hòa tan, chẳng hạn thép không rỉ, hợp kim đồng – niken, thép Molop đen,ống phi kim loại, thép tấm carbon…

- Trong điều kiện bình thường, ôxi hòa tan cân bằng với khí quyển Khiôxi trong không khí thay đổi do bất kỳ nguyên nhân nào thì lượng ôxi hòa tantrong nước cũng thay đổi để giữ cân bằng Khi ôxi trong không khí giảm thìôxi nước sẽ được tách vào không khí Quá trình này được gọi là chuyển vịhoặc chuyển khối

- Độ hòa tan của khí trong nước tuân theo định luật Henry Đó là độ hòatan của khí tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của khí trên nước Áp suất riêngphần của khí trong hỗn hợp là áp suất khí tạo ra nếu nó chiếm toàn bộ thểtích

- Mức hòa tan của ôxi tăng cùng với nhiệt độ và độ muối

- Nếu tách ôxi ra khỏi không khí thì ôxi sẽ tách khỏi nước nghĩa là phảigiảm áp suất riêng phần của ôxi

* Các loại hóa chất xử lý nước bơm ép:

- Clo:

+ được sử dụng như một chất diệt khuẩn và kế theo là chất trợ lọc.Trước hết clo có tác dụng diệt vi khuẩn háo khí có phổ biến trong nước và cácsinh vật phù du Các vi khuẩn háo khí gồm loại tạo ôxit sắt, tạo bùn… , tiêuthụ ôxi trong các lớp lắng đọng, đẩy nhanh quá trình ăn mòn Sự tiêu diệt cácsinh vật phù du làm cho bộ lọc vận hành tốt hơn

+ Sự hiện diện của clo ở giai đoạn lọc có tác dụng rất tốt Cơ chế củaquá trình chưa được sáng tỏ, có thể là tác dụng giảm tải cho môi trường lọckhi hút các hạt rắn tích điện trái dấu

- Chất trợ lọc:

+ Bao gồm chất điện phân polyelectrolyte và sulphat sắt, có tác dụng tănghiệu quả lọc các hạt rắn lơ lửng (< 10µm) Chúng giúp cho việc phá vỡ keo vàđông tụ tới kích thước bị bẫy trong đệm lọc mà không quá lớn để lưu lại trênmặt đệm.

+ Cả hai hóa chất được sử dụng để đạt tới mức độ tách cao nhất Sulphatsắt được dùng như một chất keo tụ, kích thước lớn của các ion dương Fe3+được tạo ra sự mất ổn định hệ thống keo và các hạt rắn nhỏ sẽ bị bẫy bởihyđroxit sắt kết tủa

+ Chất điện phân polyelectrolyte là các phân tử chuỗi dài thường làpolyamin hoặc polyacryamit, trong dung dịch sẽ tạo ra các ion dương được sửdụng như một chất keo tụ thứ cấp và chất trợ lọc Khi dùng với hàm lượngthích hợp, nó sẽ cân bằng điện tích kích thích làm cho hệ thống keo mất ổnđịnh và bị đông tụ và bị đông tụ Một điểm của chuỗi hyđrocarbon dài sẽ tấncông hạt nhỏ bởi lực tĩnh điện hoặc tấn công các hạt khác Đây là quá trìnhbao vây hoặc kết nối các hạt

- Chất khử ôxi:

+ Hóa phẩm thương mại cho mục đích này là các dioxit sulphua hoặcsulphit Trong đó bi sulphit amôn NH4HSO3 là thông dụng nhất khi xử lýnước biển vì nó ổn định với khí quyển, dung dịch không hấp thu ôxi từ khôngkhí

Phản ứng xảy ra như sau:

2NH4HSO3 + O2 → (NH4)2SO4 + H2SO4 Cóứ 1 ppm ôxi hòa tan cần 6,2 ppm bi sulphit amôn

Ngoài ra, NH4HSO3 còn phản ứng với các hóa chất ôxi hóa khác như Cl

Cl2 + 2NH4HSO3 + H2O → (NH4)2SO4 + 2HCl Với mức còn lại trong tháp chân không ở giai đoạn hai là 0,5 mg/lít cần bổsung 1,4 mg/lít

- Chất ức chế cặn kết tủa

+ Nước có thể tạo cặn do bản thân hoặc khi trộn với nước vỉa Nước biểnrất dễ kết tủa tạo cặn carbonate canxi khi nhiệt độ và áp suất giảm Tại mỏBạch Hổ, khi hai loại nước trộn lẫn nhau, hiện tượng này khá nghiêm trọng

do kết tủa sulphat, bari và stront nhất là ở giai đoạn mở các giếng mới, khi épnước lần đầu tiếp cận với nước vỉa

+ Chất ức chế cặn có nhiều loại theo nhiều cơ chế khác nhau gồm:

Cơ chế cô lập: Chúng bao bọc một trong các thành phần có thể kếttủa, chẳng hạn như chất E.D.T.A hình thành các phân tử lớn kiểu như có thểvuốt để tóm các ion canxi, ngăn chặn sự kết tủa carbonate hoặc sulphat canxi

Cơ chế phân tán: Làm phân tán các kết tủa đã hình thành, có thể dùng

để làm sạch các hệ thống bị kết tủa song có nguy cơ tạo hệ keo có thể lớp bịttầng chứa

Ngăn trở phát triển của tinh thể: Gồm các chất phosphat, polimer.Với các chất này, các tinh thể được bọc bởi các hạt rắn mịn lơ lửng, ngănchúng tăng trưởng hoặc liên kết với các tinh thể khác

Cơ chế giới hạn: Khả năng của một số chất ức chế duy trì các thànhphần tạo cặn trong dung dịch với hàm lượng rất thấp Đó là photphat hữu cơhoặc polimer

- Chất ức chế ăn mòn

Hiện tượng ăn mòn được hạn chế bởi quá trình tác khí Nếu nước đượctách khí hoàn toàn thì tốc độ ăn mòn khoảng 1 ÷ 2 mm trong một năm vàkhông cần dùng đến chất ức chế Khi cần thiết, ta dùng các hợp chất amin,chúng tạo ra các màng rất mỏng không thấm, không tẩm ướt trên mặt kim loại

có tác dụng như một tấm chắn Tuy vậy, khi sử dụng cần hết sức lưu ý Vì nếuliều lượng dư thừa sẽ gây cản trở cho bầu lọc và hấp thụ lên thành giếng Bảnthân chúng có tác dụng với các nước có tính ôxi hóa cao và đồng thời với việcgiảm tốc độ ăn mòn thì hiện tượng tạo rỗ lại gia tăng

- Chất diệt khuẩn

+ Trong nước biển chủ yếu chứa các vi khuẩn háo khí, như vi khuẩn ôxihóa sắt, một số loại tạo bùn và các loại ôxi hóa hydrocarbon Sự tăng trưởngcủa vi khuẩn được hạn chế bằng clo, tách khí và các phụ gia ở đầu vào Tuyvậy, các vi khuẩn háo khí như loại khử sulphat và tạo bùn sau khi tách ôxi vàclo ở tháp chân không, cần phải bổ sung chất diệt khuẩn hữu cơ, bơm định kỳvào đường ra ở đáy tháp Các chất này được lựa chon theo các tính năng: tốc

độ diệt khuẩn kỵ khí và háo khí, khả năng xâm nhập vào các màng mỏng bềmặt vì các vi khuẩn có thể phát triển trên bề mặt kim loại, nơi chúng ta quantâm nhất

+ Các hóa chất thường dùng là gluteraldehyd và cocodiamin Cơ chếphản ứng là phức hợp có thể phân loại như sau:

Các chất tấn công vào vách tế bào, màng là cổng chính vào tế bào, điềuchỉnh sự trao đổi thực phẩm nuôi sống tế bào và chất thải Khi màng này bịphá hủy thì tế bào sẽ chết Các chất có tác dụng này bao gồm clo vàhexacloruaphenol

Các chất tấn công và các phân tử của tế bào, gây ra sự động tụ cácprotein của chúng, điển hình aldehit và một vài loại dẫn xuất của phenol + Do tính đa dạng và mật độ của các vi sinh nên không có một hóa chấtriêng lẻ nào có hiệu quả tổng hợp Mặt khác, vi khuẩn có thể hồi phục vànhờn thuốc nên phải sử dụng các chất diệt khuẩn theo các đơn pha chế khácnhau

+ Một số chất diệt khuẩn có chứa hoạt chất bề mặt hỗ trợ việc tách bóccác màng sinh học nên nếu đưa vào đường vào tháp chân không có thể tạo bọtgây cản trở cho việc tách ôxi vì vậy phải cấp vào đường ra

+ Thông thường, liều lượng cho mỗi chất là 100 ÷ 200 ppm, một đến haituần thì bơm 4 ÷ 6 giờ, và từ 1÷ 4 tuần thì lại thay đổi hóa chất

+ Nhiều khi cần phải cấp chất diệt khuẩn vào tháp chân không thì chấtnày phải là chất không tạo bọt như glutaraldehyde Nếu là chất tạo bọt thì phảikèm theo chất chống bọt

1.3.3 Các đặt tính và yêu cầu cơ bản của nước ép vỉa

* Nước bơm ép và một số đặt tính cơ bản:

- Nước mặt ao hồ

 Bão hòa oxy

 Tính ăn mòn thay đổi theo thành phần nước.

 Chứa các loại vi khuẩn, tảo

 Chứa nhiều tạp chất lơ lửng-Muối sunfat kết tủa

 Có khả năng tạo lớp cặn trong vỉa

 Chứa tạp chất hữu cơ và hạt rắn lơ lửng

 Chứa vi khuẩn háo khí và vi khuẩn khử sunfat

 Chứa khí H2S, CO2 và các nhân tố ăn mòn khác

 Chứa các chất rắn, đôi khi có cả dầu mỏ

 Chứa vi khuẩn khử sunfat

 Có khả năng tạo kết tủa, tạo lớp cặn trong vỉa

* Các yêu cầu cơ bản của nước bơm ép:

- Nước sạch, không chứa thành phần mang tính ăn mòn như:

- Không chứa các chất rắn không tan, và các tạp chất hữu cơ (côn trùng,

vi khuẩn, rong biển …)

- Tương thích với các chất lưu trong vỉa Không các tác dụng làm trương

nở sét

- Nước vỉa phải không có thành phần dầu để hình thành nhũ tương, làmgiảm độ linh động của nước bơm ép.

Đối với mỏ Bạch Hổ yêu cầu của nước bơm ép như sau:

- Tạp chất cơ học < 0,1 mg/lit

- Lượng oxy hòa tan < 0,015 mg/lit (15ppm)

- Hàm lượng Clo rua (Cl) < 0,6 mg/lit

- Độ đục của nước < 0,15 (JTU)

Ngoài ra còn phải có các yêu cầu :

- Ổn định về mặt hóa học (không thực hiện phản ứng hóa học tạo ra chấtlắng đọng và ăn mòn)

- Có khả năng quyết dầu cao → tăng hệ số k

- Không hoặc ít làm giảm độ tiếp nhận của giếng bơm ép (từ 0 ÷ 5%)

1.4 Giới thiệu đoạn đường ống tính toán

1.4.1 Đặc trưng ống

Đoạn đường ống tính toán là đoạn ống dẫn nước ép vỉa từ giàn MSP4đến giàn MSP8 có chiều dài là 1054 m, đường kính ống là 273 mm bề dày 18

mm, áp lực vận hành là 188 at

1.4.2 Các số liệu ban đầu phục vụ tính toán kiểm tra

* Số liệu địa chất, địa hình

- Độ dốc bãi biển: i = 0

- Nền đất đáy biển: Cát hạt mịn có cỡ hạt d50 = 0.125 mm

- Hệ số ma sát giữa nền đất và đường ống:  = 0.7

- Mặt nền đất tốt, ổn định

* Số liệu môi trường

- Số liệu thủy văn

- Độ sâu nước thấp nhất: d0 = 50 + 3 = 53 m

- Biên độ triều : 1.5 m

- Chiều cao nước dâng : 0.8 m

- Trọng lượng riêng của nước biển: 1025 kG/m3

 SMTS = 530 MPa = 5300 kG/cm2

 Chiều dày dự trữ ăn mòn: tcorr = 4 mm

 Sai số do chế tạo, do không đủ số liệu nên lấy tfab = 5%t

 Trọng lượng riêng của nước biển: 1025 kG/m3

 Áp suất trong đường ống: Po

tk = 188 at =188 kG/cm2

CHƯƠNG 2 KIỂM TRA ĐỘ BỀN CỦA ĐƯỜNG ỐNG 2.1 Tính toán độ bền của đường ống chịu áp lực trong lớn nhất

Ở trạng thái kiểm tra hoặc khai thác đường ống đều phải chịu những áplực trong do dòng nước vận chuyển trong ống gây nên Theo qui phạm DnV-Rules for submarine pipeline systems 1996, ta kiểm tra độ bền của ống ở haitrạng thái :

2.1.2 Kiểm tra thi công (thử áp lực)

 Pli : áp lực tính toán lên đường ống

 Pe : áp lực thuỷ tĩnh min lên đường ống

 ks , ku : hệ số tra bảng 2.1 phụ thuộc cấp an toàn

 D : đường kính ngoài của ống

 t : bề dày của ống

 SMTS : cường độ chịu kéo nhỏ nhất

 SMYS : cường độ chảy dẻo nhỏ nhất

Suy ra: ( Pli – Pe ) D2t t = ( 213,08 – 5,4235 ) 273 2.1717,1,1 = 1553,78kG/cm2.

ku.SMTS = 0,84.5300 = 4452 kG/cm2

ks.SMYS = 0,96.4481 = 4608 kG/cm2

Vậy đường ống đủ khả năng chịu áp lực trong trong trạng thái thử áp lực.

2.1.2 Kiểm tra ở trạng thái vận hành

t = tnom - tfab - tcorr = 18 – 0,9 – 4 = 13,1 mm

Khả năng chịu áp lực trong của đường ống

 Pli : áp lực tính toán lên đường ống

 Pe : áp lực thuỷ tĩnh min lên đường ống

 ks , ku : hệ số tra bảng 2.1 phụ thuộc cấp an toàn

 D : đường kính ngoài của ống

 t : bề dày của ống

 SMTS : cường độ chịu kéo nhỏ nhất

 SMYS : cường độ chảy dẻo nhỏ nhất

( Pli – Pe ) D2t t = ( 202,87 – 5,4235 ) 273 2.1313,1,1 = 1958,64kG/cm2.

- Sự mất ổn định cục bộ gây ra các tình trạng tắc đường ống dẫn đếngiảm lưu lượng trong quá trình vận chuyển vật liệu, làm cho áp lực trong phân

bố không đồng đều trên tiết diện đường ống, cũng như trên toàn chiều dàiđường ống, nó là yếu tố chính để khởi đầu cho sự mất ổn định lan truyền,trong quá trình vận hành cũng như thi công đường ống mất ổn định thườngxảy ra lúc thi công vừa thả ống xuống, lúc này ống chưa có áp lực trong vàtrong trường hợp vận hành rồi nhưng với một lí do nào đó (chẳng hạn như sự

cố làm áp lực trong không có, trong trường hợp sữa chữa mà người ta khôngcho vật liệu đi qua…)

2.2.1 Kiểm tra ở trạng thái thi công (thử áp lực)

Điều kiện để ống không bị mất ổn định cục bộ là:

Pemax

R c P

 1 ,





D

t E

 Pc : áp lực ngoài tới hạn gây mất ổn định cục bộ

 t : chiều dày ống t = tnom = 1,8 cm

 D : đường kính ống D = 27,3 cm

 SMYS: ứng suất chảy nhỏ nhất của thép SMYS = 4480 kG/cm2

 E : môđun đàn hồi của thép E = 2,1.106 kG/cm2

 Pemax : áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất lên đường ống

Thay số ta được các giá trị :

Pel=

2

3 6

3 , 0 1

) 273

18 (

10 1 , 2 2



= 1322,93 kG/cm2

Pp=2 4480 27318 = 590,77 kG/cm2

 1 ,

1 = 1879,1.1,,7224 = 644,956 kG/cm2

Vậy đường ống không bị mất ổn định cục bộ.

2.2.2 Kiểm tra ở trạng thái khai thác (vận hành)

Điều kiện để ống không bị mất ổn định cục bộ là:

Pemax

R c P

 1 ,





D

t E

 Pc : áp lực ngoài tới hạn gây mất ổn định cục bộ

 t : chiều dày ống t = tnom - tcorr = 18 - 4 = 14 mm

 D : đường kính ống D= 27,3 cm

 SMYS: ứng suất chảy nhỏ nhất của thép SMYS = 4480 kG/cm2

 E : môđun đàn hồi của thép E = 2,1.106 kG/cm2

 Pemax : áp lực thuỷ tĩnh lớn nhất lên đường ống

Thay số ta được các giá trị :

Pel= 622,45

3 , 0 1

) 273

14 (

10 1 , 2 2

2

3 6





kG/cm2

Pp= 459 , 49

273

14 4480

 1 ,

1 = 1535,1.1,,9724 = 392,94 kG/cm2

Vậy đường ống không bị mất ổn định cục bộ.

2.3 Kiểm tra bài toán mất ổn định lan truyền

- Trên một tuyến ống, khi xuất hiện một điểm bị mất ổn định cục bộ thì

sự mất ổn định đó có thể lan truyền dọc theo chiều dài tuyến ống được gọi làhiện tượng mất ổn định lan truyền

- Vì vậy để xảy ra hiện tượng mất ổn định lan truyền thì áp lực lantruyền phải lớn hơn áp lực gây mất ổn định cục bộ, nếu trong trường hợpđường ống có sự cố bị bóp méo thì để đường ống không bị mất ổn định lantruyền thì áp lực lan truyền phải lớn hơn áp lực ngoài tác dụng vào đườngống

- Để chống hiện tượng lan truyền người ta thường làm tăng chiều dày tcủa đường ống, dùng các thiết bị ngăn chặn mất ổn định lan truyền trên tiếtdiện ống (hàn các “nhẫn” trên tuyến ống)

2.3.1 Kiểm tra ở trạng thái thi công (thử áp lực)

- Điều kiện để ống không bị mất ổn định lan truyền:

Ppr > Pemax (2.15)

Theo DnV - OS - F101:

Ppr

5 , 2

.

26  



D

t SMYS (2.16)

Trong đó:

 Ppr : áp lực gây mất ổn định lan truyền

 SMYS: ứng suất chảy nhỏ nhất của thép SMYS = 4480 kG/cm2

 t = tnom = 18 mm.

 D : đường kính ngoài của ống

Thay các giá trị vào công thức ta được:

Kiểm tra: Ppr > Pemax

Vậy đường ống không bị mất ổn định lan truyền.

2.3.2 Kiểm tra ở trạng thái khai thác (vận hành)

- Điều kiện để ống không bị mất ổn định lan truyền:

Ppr > Pemax (2.17)

Theo DNV - OS - F101 :

Ppr

5 , 2

.

26  



D

t SMYS (2.18)

Trong đó:

 Ppr : áp lực gây mất ổn định lan truyền

 SMYS : ứng suất chảy nhỏ nhất của thép SMYS = 4480 kG/cm2

 t = tnom - tcorr = 18 - 4 = 14 mm

 D : đường kính ngoài của ống

Thay các giá trị vào công thức ta được:

CHƯƠNG 3 KIỂM TRA ỔN ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA ĐƯỜNG ỐNG 3.1 Mục đích của bài toán kiểm tra ổn định vị trí

Trong quá trình vận hành, đường ống luôn chịu tác động của lực môitrường ở điều kiện đáy biển (sóng, dòng chảy đáy của sóng và dòng chảy, sựvận chuyển của các dòng cát hay dòng bùn, đặc biệt là lực đẩy nổi) Nhữngtác động này làm cho đường ống có xu hướng bị dịch chuyển dưới đáy biển,hiện tượng này có thể phá huỷ đường ống gây ra những thiệt hại không nhỏ

về kinh tế và ô nhiễm môi trường Do đó việc tính toán ổn định vị trí là nhiệm

vụ quan trọng trong thiết kế đường ống, nhằm tìm ra được trọng lượng yêucầu của ống để ống ổn định dưới đáy biển trong suốt thời gian vận hành

Nếu không được vùi thì trong đời sống công trình, đường ống có thể bịdịch chuyển do các tác động bên ngoài như lực tác động do sóng dòng chảy,các hiện tượng xói lở đất nền tạo nhịp treo gây ra dao động, các sự cố do neođậu tàu thuyền …

Trọng lượng đường ống phải đủ khả năng giữ ống không dịch chuyểnquá nhiều có thể gây phá huỷ hệ thống đường ống Trong khuôn khổ đồ ánnày ta chỉ kiểm tra và thiết kế gia tải cho đường ống (nếu cần thiết ) khi chịutác động tải trọng sóng và dòng chảy (hình 3.1)

Hình 3.1 Các lực tác dụng lên ống tại đáy biển

x gT

d

(3.1)

9 81 9 , 9 0.0073

0 , 7

2

x gT

 Us Trong đó :

 α : góc hợp bởi hưóng sóng và trục ống

+ Tra đồ thị (hình 3.3) xác định được tỷ số :

p

u T

* Xác định vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc với trụcống

Theo công thức sau:

} )]

1 ln(

* ) 1 {[(

* ) 1 ln(

o

r r

D

Z

D D

Z Z

Z U

U

(3.5)

Trong đó :