Nghiên cứu tác động của môi trường địa từ ở việt nam

Một vấn đề được đặt ra là cần phải nghiên cứu tác động của môi trường từ lên hệ thống ống dẫn đầu khí, vì đất nước ta hiện nay đã bắt đầu xây dựng những ống dẫn đầu khí dài từ các dàn kh

LIÊN HIỆP CÁC HỘI KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VIỆT NAM

HỘI ĐỊA VẬT LÝ VIỆT NAM

BAO CAO TONG KET KET QUA

NGHIEN CUU KHOA HOC

NAM 2003 - 2004

DE TAI KHOA HOC & CONG NGHE CAP

LIEN HIEP CAC HOI KHOA HOC VA KY THUAT VIET NAM

Đề tài: “Nghiên cứu tác động của môi trường địa

Hội ĐVLVN Trgđài |Vậtlý Địa câu

6 |Đỗ Khang Ninh Ks GÐ Cty chế biến kinh |Tổng công ty Dầu

doanh sản phẩm khí |khí Việt Nam

7 |Nguyễn BinhNiệm |Ks Giám đốc Trungtâm |Tổng công ty điện

điều độ HTD QG lực Việt Nam

8 |D Boteler GS.Ts |Giám đốc IESS (Co NRC (Natural

quan vii try méi trudng | Resources Canada)

thé gidi)

MỤC LỤC

Một số thông tin tóm tắt về đề tài

I Phan mé dau: Xuất sứ và mục tiêu của đề tài

II Cơ sở lý thuyết và thực tiễn của phương pháp nghiên cứu, ghi đồng điện cảm ứng (GIC) tại hệ thống ống dẫn dầu khí

IL1 Co sé ly thuyét

IL.2 Phuong phap do ghi GIC trong 6ng dẫn

1I.3 Các thiết bị sử dụng

I4 Sơ đồ lắp đặt thiết bị ghi trên ống dẫn

IH Nội đung nghiên cứu và các kết quả thu được:

TI.1 Vấn đề thu thập số liệu

TH.2 Kết quả ghi điện thế ống - đất

TI.3 Một số kết quả phân tích thống kê

TII.3.1 Nhận định về sự tương quan giữa trường biến thiên từ

và dòng điện cảm ứng

HIL3.2 Tần suất xuất hiện điện thế ống - đất tại ống dẫn khí Ba Ria

1H.4 Tính toán mô hình GIC

II.5 Bão từ, dự báo bão từ

IV Kết luận và kiến nghị

Tat_beao_Ng Thu 03-04.doc

1- Tên đề tài:

“Nghiên cứu tác động của môi trường địa từ ở Việt Nam ”

2- Thuộc hướng khoa học và công nghệ:

Tài nguyên và môi trường

3 Thời gian thực hiện: 2 /háng

4- Cơ quan chủ trì:

Hội Địa vật lý Việt Nam

Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Hà nội,

Các cơ quan phối hợp chính:

- Tổng công ty dầu khí Việt Nam

- Tổng Công ty Điện lực Việt nam;

- Cơ quan nghiên cứu môi trường vũ trụ SERC Trường Đại học Kyushu, Nhật bản;

- Cơ quan vũ trụ môi trường thế giới IES, Canada

5- Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Hà Duyên Châu

6- Xuất xứ của đề tài (Tính thời sự, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn để

cần nghiên cứu) _

Chúng ta sống trong một môi trường từ rất đa dạng và phong phú Từ trường có

ở khắp nơi: trong lòng Trái đất, trên mặt đất, trong các khoáng từ, trong đất đá, trầm

tích, trong khí quyển, trong vũ trụ, và ngay cả trong bản thân chúng ta nữa Từ trường

đã là một thuộc tính của cuộc sống trên Trái đất.Trên thế giới, Môi Trường Địa Từ đã được biết đến từ rất lâu Từ khi các đài địa từ đầu tiên ra đời, cách đây hơn 150 năm, bảo đảm việc ghi liên tục các biến thiên theo thời gian của trường địa từ, việc nghiên cứu đã phát triển, và thu được nhiều kết quả tốt Các nhà địa từ học đã tìm ra được những bức tranh chung về trường địa từ cho toàn cầu, với những qui luật biến thiên rất

đa dạng Trong các bức tranh đó có tồn tại những vùng mà từ trường Trái đất đạt đến hàng trãm nghìn nT' (nano Tessla - đơn vị đo từ trường), trong khi đó có những vùng chỉ đạt đến 30000-40000 nT Biến thiên của chúng cũng rất đa dạng, đôi khi đạt đến

hàng nghìn nT Với những kết quả này, các nhà địa từ đã tìm ra được nhiều mỏ quí cho việc phát triển kinh tế Đồng thời kết hợp với các nhà sinh vật học, y học ., họ đã

tìm ra được những qui luật tác động trực tiếp của trường địa từ lên mọi mặt hoạt động của con người : Trước hết nó là môi trường cơ bản quyết định cho sự tồn tại của cuộc sống sinh vật trên Trái đất Nó tác động mạnh lên các cơ thể sống: sức khỏe con người, sự tăng trưởng của vật nuôi, cây trồng Nó có mối quan hệ mật thiết với môi trường truyền sóng viễn thông, với sự định hướng trong giao thông hàng không, hàng hải, với các thiên tai như lụt lội, hạn bán, động đất Cho đến nay, mạng lưới đài địa

từ thế giới đã lên đến 250 đài

Ở Việt nam, việc nghiên cứu trường địa từ đã được bắt đầu từ năm 1957 (năm

Vat ly Dia cầu lần thứ ]), khi đài địa từ đầu tiên của Việt nam ra đời tại Sapa Cho đến nay, mạng lưới đài địa từ quốc gia Việt nam đã bao gồm 4 đài phân bố gần khắp lãnh thổ: Sapa, Hà nội (ra đời từ 1964) ở phía Bắc, Đà lạt (từ 1981) và Bạc liêu (từ 1988) ở

phía Nam Các đài này cung cấp các giá trị trường địa từ trên lãnh thổ Việt nam liên

tục ngày đêm Các giá trị này có đủ độ chính xác cần thiết phục vụ cho nghiên cứu

Hơn thế nữa tại đài OMP (Observatoie Magnetique Planetaire - Đài địa từ hành tinh) Phú thuy, từ 1993 đã được trang bị máy ghi biến thiên từ hiện số GEOMAG do Pháp

sản xuất, kết quả của chương trình INTERMAGNET hợp tác giữa Trung tâm

KHTN&CNGG (nay là Viện khoa học và Kỹ thuật Việt Nam) và CNRS (Trung tâm nghiên cứu khoa học Quốc gia) Pháp Tương tự, tại đài Bạc Liêu, trong chương trình

hợp tác quốc tế giữa Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam và trường Đại học Kyushu, Nhật Bản, từ 1998 cũng đã được trang bị máy ghi từ hiện số với độ chính xác cao Từ 2003, đài Vật lý Địa cầu Đà Lạt cũng bắt đầu được trang bị máy ghi từ hiện

số GEOMAG của Pháp, giống như thiết bị ở Phú Thuy Những máy ghi từ hiện số này cung cấp các giá trị biến thiên của trường địa từ với độ chính xác lớn, rất hữu ích cho việc nghiên cứu

Với hệ thống đài trạm quan trắc như vậy, các nhà địa từ Việt nam đến nay đã xác định được một số đặc trưng của trường địa từ cho những thời kỳ trước đây Trong những năm vừa qua, các nhà địa từ học, cổ từ học, sinh vật học, y học, vật lý học cũng đã bắt đầu chú ý đến việc nghiên cứu tác động của trường địa từ lên cuộc sống

con người Đặc biệt trong những năm vừa qua, tại Viện Vật lý Địa cầu thuộc Viện khoa học và Công nghệ Việt Nam đã được thực hiện một đề tài nghiên cứu tác động của trường địa từ lên hệ thống truyền tải điện của Việt Nam Qua đề tài này, đã khẳng định tác động của trường địa từ lên hệ thống truyền tải điện: biến thiên từ và bão từ của trường này đã gây cảm ứng một hệ dòng điện cảm ứng (GIC) chạy qua dây trung

tính của máy biến áp vào hệ thống truyền tải Hệ thống máy ghi đặt tại các trạm biến

áp Hoà Bình, Phú Lâm, Pleicu đã cho cường độ, tần suất hiện của hệ thống đòng điện này, đem lại một tập hợp đữ liệu vô cùng quí giá về giá trị GIC chạy trong hệ thống truyền tải điện Việt Nam Trong những năm tới đây, việc tiếp tục theo dõi sự tác động này còn vô cùng cần thiết vì chu trình hoạt động của Mặt trời vẫn còn đang ở thời kỳ hoạt động mạnh Một vấn đề được đặt ra là cần phải nghiên cứu tác động của môi

trường từ lên hệ thống ống dẫn đầu khí, vì đất nước ta hiện nay đã bắt đầu xây dựng

những ống dẫn đầu khí dài từ các dàn khoan ngoài khơi đưa vào đất liền, cũng như ống dẫn trên đất liên đưa dầu khí đi các nhà máy, các trung tâm công nghiệp mà môi

trường từ, bão từ có thể gây ra những dòng điện cảm ứng hàng trăm ampe chạy trong

ống gây ăn mòn ống, gây tác hại nhanh chóng đến hệ thống ống dẫn này Do vậy, việc để tài được đặt ra là vô cùng cần thiết cho việc nghiên cứu bảo vệ hệ thống ống

dẫn dầu khíkhỏi tác hại gây ra do bão từ, biến thiên từ

7 Mục tiêu của đề tài

Đề tài được đặt ra để nghiên cứu tác động của trường địa từ, cu thể là bão từ ,

biến thiên từ đối với một trong các công trình lớn do con người xây dựng nên ở Việt

Nam, cụ thể là hệ thống ống dẫn dâu khí ở Việt Nam: Ghi và xác định được điện thế ống - đất khi xuất hiện đòng điện cảm ứng (GIC) chạy trong hệ thống ống dẫn dầu khí của Việt Nam; Nghiên cứu qui luật tác động của biến thiên từ, bão từ lên sự xuất hiện các dòng điện GIC (mối tương quan giữa biến thiên từ và GIC, cụ thể điện thế

ống - đất ) để có thể dự báo xuất hiện của GIC mạnh; - Phối hợp với Tổng công ty dầu

Txt_bcao_Ng Thu 03-04.doe

8 Tóm tắt phương pháp nghiên cứu

- Đặt thiết bị ghi tác động của trường địa từ lên ống dẫn đầu khí

- Dùng phương pháp xác suất thống kê để nghiên cứu các đặc trưng thống kê của đồng điện cảm ứng

9- Nội dung nghiên cứu dự kiến thực hiện trong năm 2003 - 2004 :

1 Nghiên cứu thống kê bão từ trên lãnh thổ Việt Nam theo số liệu hệ thống đài

trạm địa từ Việt Nam (các đài Phú Thuy, Đà Lạt và Bạc Liêu);

2 Tìm hiểu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm của phương pháp nghiên cứu GIC

trong ống dẫn dầu khí;

3 Xây dựng công nghệ ghi GIC (điện thế ống đất) trong ống dẫn dầu khí;

4 Ứng dụng công nghệ đã nghiên cứu để lắp đặt vào hệ thống ống dẫn khí Bà Rịa — Vũng Tàu để thu thập số liệu GIC (điện thế ống - đất) trong năm 2004;

10 Tiến độ công việc đã thực hiện và kết quả đã đạt được trong 2 năm 2003 -

2004:

1° Thực hiện một chuyến công tác với chuyên gia Pháp Daniel Gilbert tại các Đài địa từ trong toàn quốc vào tháng 2-4/2003 (Sapa, Phú Thuy, Đà Lạt, Bạc Liêu) để

kiểm tra hoạt động của các máy ghi từ đang hoạt động trong khuôn khổ của đề tài,

xác định đường cơ sở, nghiên cứu bão từ;

2° Thực hiện một chuyến công tác 1 tháng, từ 31/7 — 1/9/2003 lắp đặt thành

công máy ghi từ biến thiên hiện số có độ chính xác cao tại Trạm Vật lý Địa cầu Đà

Lạt nhằm nâng cao chất lượng thu thập số liệu biến thiên từ và bão từ;

3° Thực hiện hội thảo về tác động của bão từ đối với hệ thống ống dẫn dầu khí

Việt Nam tại Tổng công ty dầu khí Việt Nam tháng 1/2004;

4° Thực hiện chuyến công tác tại Bà Rịa - Vũng Tàu 9-1 1/1/2004 làm việc với

Tổng công ty đầu khí và khảo sát khả năng lắp đặt thiết bị ghi GIC chạy trong ống

dẫn dầu khí;

5" Thực hiện chuyến công tác tại Bà Rịa - Vũng Tàu từ 17 — 27/4/2004 để lắp đặt thiết bị ghi điện thế ống-đất gây ra GIC chạy trong ống;

6° Tiến hành phân tích thống kê điện thế ống - đất của ống;

7° Những kết quả thu được của đề tài đã được báo cáo tại Hội thảo quốc tế về

địa từ tại Chulalonkorn, Bangkok, Tháo Lan tháng 1/2004, cũng như tại Hội thảo quốc tế về địa từ tại Jakarta, Indonexia vào cuối năm 2004 và đã được đánh giá cao;

~ 8° Thống kê được danh sách bão từ trên lãnh thổ Việt Nam trong 2 năm 2003

- 2004

9° Thực hiện liên tục việc dự báo bão từ và cung cấp thường xuyên các dự báo

về những trận bão từ mạnh có khả năng gây ra dòng điện cảm ứng mạnh chạy qua các trạm biến áp cho Tổng công ty điện lực cũng như Tổng công ty dâu khí để có những biện pháp xử lý chống ăn mòn hữu hiệu

Txt_bcao_Ng Thu 03-04.doc

11 Kết quả giao nộp

- Danh sách bão từ ở Việt Nam theo số liệu các đài trạm địa từ Việt Nam 2003

— 2004;

- Dữ liệu về điện thế ống - đất từ ống dẫn khí thu được tại Bà Rịa — Vũng Tàu;

- Kết quả nghiên cứu thống kê về điện thế ống - đất từ ống dẫn khí Bà Rịa -

Vũng Tàu

- Báo cáo tóm tắt kết quả

- Báo cáo tổng kết

12 Quyết toán kinh phí của đề tài

Tổng kinh phí thực hiện để tài: 140 triệu đồng:

- Năm 2003: 60 triệu đồng;

- Năm 2004: 80 triệu đồng

Txt_bcao_Ng Thu 03-04.dọc

Từ trường Trái đất, một trường vật lý tự nhiên luôn luôn tồn tại xung

quanh chúng ta, ở mọi chốn, mọi nơi, thường xuyên tác động lên mọi mặt hoạt

động của chúng ta ở bất cứ thời điểm nào Nó biến đổi liên tục theo thời gian, liên quan chặt chẽ với sự hoạt động của Mặt Trời Hoạt động của Mặt trời gây

ra nhiều tác động đến đời sống mọợi mặt của con người, trong đó có việc gây ra dòng điện cảm ứng GIC gây ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống công

nghệ đo con người xây dựng nên

Trái đất của chúng ta tự quay xung quanh mình, đồng thời cũng quay xung quanh Mặt trời Khi trên Mặt trời xây ra hiện tượng bùng nổ sắc cầu, một

lượng khổng lỗ các hạt tích điện được phóng ra trong không gian, gọi là gió

Mat trời Phần dòng hạt này chuyển động về phía Trái Đất sẽ nén ép các đường

sức từ trường, làm cường độ từ trường quan sát được trên bề mặt Trái Đất thay

đổi đột ngột Tương tác giữa các hạt tích điện của plasma Mặt Trời và trường từ của Trái Đất sẽ gây ra những quá trình vật lý hoá học cực kỳ phức tạp, sẽ làm

cho các hạt tích điện này chuyển động cuộn xoáy trong từ quyển thành hệ dòng

điện xung quanh Trái đất Ngoài ra, do bức xạ Mặt trời và sự ion hoá cũng như

nhiều quá trình lý hoá khác trong tầng điện ly đã tạo ra các hệ dòng điện Sq, Sd

Chính các dòng chạy trong tầng điện ly này cũng sẽ gây nên các nhiễu loạn từ ở

vùng xích đạo với biên độ rất lớn Theo nguyên lý cảm ứng điện từ của Faraday, khi có một trường từ bên ngoài biến đổi theo thời gian, sé xuất hiện một trường địa điện cảm ứng trong môi trường dẫn điện nhiều lớp của cấu trúc Trái đất Thế điện động cảm ứng này, khi có tồn tại một điều kiện nào đó, ví dụ khi có tồn tại một hệ thống dẫn điện dài, ví dụ hệ thống ống dẫn dầu khí, sẽ gây

ra đòng điện cảm ứng chạy trong các hệ thống thiết bị này, gọi là dòng điện

cảm ứng GIC (Geomagnetically Induced Currents) Trong những năm Mặt Trời

hoạt động mạnh, bão từ xuất hiện thường xuyên và biên độ bão có thể đạt tới giá trị rất lớn tới vài trăm hoặc hàng ngàn nT nhất là trong vùng cực và vùng xích đạo Dòng điện cảm ứng đi kèm với những hiện tượng này sẽ rất lớn có thể gây nên những tác hại không thể lường trước được nếu không có các biện pháp phòng ngừa kịp thời Trong giai đoạn phát triển kinh tế của đất nước Việt Nam

hiện nay, chúng ta đang tiến hành sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất

nước Do vậy việc phát triển các hệ thống truyền tải điện cao áp, các hệ thống ống dẫn dầu khí là một điều tất yếu Nhưng khi đặt ra việc xây dựng các hệ

thống công nghệ này, các thiết bị vô cùng tính vi, hiện đại phục vụ cho việc xây dựng này lại vô cùng nhạy cảm với bão từ chính vì vậy trong những năm

gần đây, để bảo vệ cho hệ thống truyền tải điện của Việt Nam, Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia đã giao cho Viện Vật Lý Địa cầu thực hiện đề tài “Nghiên cứu tác động của biến thiên từ và bão từ lên hệ thống truyền tải điện của Việt Nam” Qua việc thực hiện để tài này đã ghi được dòng điện cảm ứng chạy qua các máy biến áp của hệ thống truyền tải điện 500 kV - 220

kV, thu được tập hợp dữ liệu rất quí giá về dòng điện này qua các đường dây

trung tính của các máy biến áp, từ đây đã thu được những thông tin rất quí giá

vẻ độ dẫn điện biểu kiến của đất đá vùng các hệ thống truyền tải điện chạy qua Tập hợp dữ liệu này chứng tô tác động trực tiếp của biến thiên và bão từ lên hệ thống truyền tải điện của chúng ta, trong đó cường độ của dòng điện cảm ứng đôi khi đạt đến giá trị đến hơn 10 Ampe, có khả năng gây ra rối loạn trong hoạt động của hệ thống rơ le bảo vệ của hệ thống truyền tải điện Các kết quả ‘thu được của đề tài đã được thông báo thường xuyên Hiên tục cho Tổng công ty điện lực Việt Nam, góp phần hạn chế những rủi ro có thể xảy ra cho hệ thống truyền

tải điện, nhất là khi có bão từ xảy ra

Một vấn để được đặt ra là ngoài tác động lên các hệ thống truyền tải điện, từ trường Trái đất còn tác động lên các hệ thống ống dẫn dầu khí trên biển hoặc trên đất liền Trên thế giới, vấn để này đã được đặt ra từ lâu Ví dụ tại

Canada, trong thời gian trận bão từ 6/4/2000 điện thế ghỉ được trên ống dẫn dầu

đã vượt ra khỏi vùng an toàn Tại ống dẫn dầu dài 1300km ở Alaska (Mỹ),

trong trận bão từ ngày 4/8/1978 đã ghi được đòng điện cảm ứng hơn 100 Ampe

chảy trong ống dẫn dầu, và những trận bão từ ngày 20 — 30/12/1999 đã gây ra liên tục các xung của dòng điện cảm ứng đến 20 — 40 Ampe chạy trong ống Tại Phần Lan, trận bão từ nhỏ ngày 18/2/1999 cũng gây dòng điện cảm ứng hơn

10 Ampe qua ống dẫn dầu dài 400 km Ngoài ra việc nghiên cứu tác động của bão từ lên hệ thống ống dẫn đầu khí cũng đã và đang được thực hiện tại nhiều

nước khác trên thế giới như Na Uy, Thuy Điển, Kênya (châu Phi) Những

nghiên cứu này đã góp phần vào việc bảo vệ ống dẫn dầu khí khỏi tác hại của bão từ Ở Việt Nam, từ trước đến nay, vấn đề này không được đặt ra vì chúng ta chưa có một hệ thống ống dẫn như vậy Hiện nay, do sự phát triển đầu khí của Việt Nam chúng ta, một hệ thống ống dẫn dầu khí dài hơn 400 km đã được xây

dựng trên vùng biển phía Nam nước ta Ngoài ra, nhiều hệ thống ống dẫn khí

khác cũng đang đang được tiếp tục được xây dựng Do cấu trúc của mình, trong

các hệ thống ống dẫn này sẽ xuất hiện các đòng điện cảm ứng (GIC - Geomagnetically Induced Curents) gây ra do sự biến thiên từ trường Trái đất, nhất là do bão từ gây ra, với cường độ có khi đến hàng trăm ampe, có thể gây ra việc ăn mòn thành ống, gây tác hại nhanh chóng đến hệ thống ống dẫn này Do vậy việc nghiên cứu hệ thống dòng điện cảm ứng này là một việc làm vô cùng cấp thiết để có thể bảo vệ được hệ thống ống dẫn dầu khí cho chúng ta, một

trong những hệ thống công nghệ có tầm quan trọng đặc biệt trong sự phát triển

kinh tế của đất nước ta hiện nay, nhất là, như chúng ta đã biết, hệ thống ống dẫn dầu khí lại nằm trong lãnh thổ phía Nam nước ta, mà vùng này lại nằm dưới

khu vực có xích đạo địa từ chạy qua, nên chịu tác động rất lớn của biến thiên

Txt_beao_Ng Thu 03-04.doc

dòng điên cảm ứng (GIC) tai hê thống ống dẫn dầu khí

TI1 Cơ sở lý thuyết

Các ống dẫn được sử dụng rộng rãi để vận chuyển khí, dầu hoặc nước từ

nguồn đến các nhà máy xử lý và người tiêu thụ Sự hư hỏng của ống sẽ gây tổn thất rất lớn, không những do sự tốn kém khi thay thế , mà còn do sự phá hủy

môi trường xung quanh, đe dọa cuộc sống con người

Để vận chuyển một khối lượng lớn chất khí hoặc lỏng trong lòng đất

hoặc đưới nước (từ các mỏ dầu khí ngoài khơi), hay ngay cả trên mặt đất, các

ống dẫn được chế tạo từ thép để có thể chịu được áp suất cao Do vậy, sự hư

hong gây ra cho ống không những chỉ do sự rạn nứt, vỡ do các quá trình cơ học

mà còn do sự ăn mòn thép của ống Để ngăn chặn sự ăn mòn này, vỏ ống bằng thép được phủ bằng một lớp cách điện và nối với một dụng cụ đặc biệt, gọi là thiết bị “bảo vệ catốt” (cathodic protection)

Trong lớp phủ ngoài của ống dẫn có những lễ rất nhỏ không thể phát hiện được do ống đẫn thường được chôn dưới đất hoặc đặt dưới nước Qua

những lỗ này, vỏ thép có thể tiếp xúc được với đất, nước hoặc không khí ẩm và

sẽ là đối tượng của sự ăn mòn

Phản ứng điện hóa này có thể ngăn chặn được bằng cách giữ cho ống dẫn

là âm (catốt) đối với đất xung quanh (anốt) Việc này có thể thực hiện được

bằng cách nối một đầu âm của một nguồn điện DC với ống và đầu đương với

thiết bị anốt đặt trong đất (Hình 1(a)), sao cho dòng điện (b) chạy từ anốt (a)

vào ống (c) (đây chính là lý do tại sao phương pháp được gọi là “bảo vệ catốt”)

Hệ thống bảo vệ giữ cho điện thế của ống đối với đất nằm trong vùng an toàn từ -0.85V đến -1.35V

Từ trường biến thiên theo thời gian sẽ làm cảm ứng ra các dòng điện, cũng biến thiên theo thời gian, chạy trong các vật dẫn Sự biến thiên của từ trường Trái đất làm cảm ứng ra các dòng điện chạy trong các ống dẫn đầu khí

dài và môi trường đất xung quanh Những dòng điện biến đổi theo thời gian

này, gọi là “đồng điện đất (telua)” trong từ vựng công nghiệp ống dẫn, tạo nên

sự đao động về điện thế trong hệ thống điều chỉnh bảo vệ ca tốt của ống dẫn và

làm cho nó khó duy trì được thế hiệu ống - đất trong phạm vi an toàn Trong

thời gian có bão từ, những biến thiên này có thể khá lớn, đủ để giữ cho hệ thống

ống dẫn nằm trong vùng không được bảo vệ trong một khoảng thời gian nào đó,

có thể làm giảm tuổi thọ của ống Để làm ví dụ, trận bão từ ngày 6-7 tháng 4

năm 2000 được trình bày trên Hình 2 Phần trên của hình chỉ ra biến thiên từ tại Đài địa từ Ottawa, Canada, phần dưới chỉ ra hiêu điện thế ống - đất trên một ống dẫn ở Canada, ghỉ được trong cùng thời gian Có thể thấy trong thời gian

bão từ, hiệu điện thế vượt ra khỏi phạm vi an toàn (Safe Region), sang vùng

không an toàn (Ủnsafe Region) Điều này làm tăng khả năng ăn mòn thành

ống

Geomagnetic Field Magnetic Storm

2.6 Sonik lonthnnatierbebestibekerberhbnknsketnta tt top fe a be a Ù sỉ

Tàt_bcao Nạ Thu 03-04.doc

il

đòng điện lại, nhưng cho phép khí hoặc dầu chảy qua Tất cá những nét đặc trưng của ống đẫn vừa nêu ra làm cho hệ thống ống dẫn chịu tác động của biến thiên từ theo một cách phức tạp hơn Hình 3 chỉ ra một ví dụ về việc ghi điện

Hình 3 Tác động của cấu trúc ống lên việc ghi điện thế ống-đất

thế tại những điểm thử (test points) khác nhau trên cùng một ống dẫn.Phần trên của hình trình bày điện thế ống-đất ở phần của ống đã hoạt động suốt ngày liên tục không dừng, còn phần dưới chỉ ra sự gia tăng của điện thế ống-đất trong nửa

ngày sau, khi một chiếc bích (Flange) gần với điểm thử đã được đưa vào hoạt

động Như vậy có thể thấy rằng khi lắp bích vào, sự thể hiện của điện thế ống -

đất khác hẳn so với trường hợp khi không có bích

11.2, Phương pháp đo ghỉ GIC trong ống dẫn

Có 3 phương pháp được sử dụng nhiều nhất để xác định dòng điện cảm

ứng chạy trong ống dẫn :

+ Phương pháp thế hiệu ống - đất (Pipe-to-ground method ): đo hiệu số giữa điện thế ở điểm nối đất và điện thế cần thiết để chống đỡ sự chồng chất các

dòng điện ở điểm tiếp xúc của ống Đo đồng thời điện trở giữa 2 điểm này cho

phép xác định đòng điện chảy ra ngoài ống gây ra ăn mòn

+ Phương pháp lắp “sun” (Shunt method): GIC được đo qua một điện trở

rất thấp (10 €) đã biết nối với ống tại 2 điểm cách nhau vài trăm mét.Đo đồng thời điện trở giữa các điểm tiếp xúc sẽ xác định được GIC chính xác với giả thiết rằng không có điểm nối đất nào của ống giữa các điểm tiếp xúc của sun

+ Phương pháp gradien trường (Pipe-Field-Gradient Method): sử dụng biểu thức trường từ xung quanh ống dẫn từ dinh luat Biot-Savart: I = 12(dB/dr)/200 (I: dòng điện (A); r: khoảng cách (m); đB/dr : gradien (nT/m).ĐÐo

2 giá trị của Z bằng 2 từ kế ở các khoảng cách khoảng LÖm và 50m tính từ trục ống dẫn để xác định AB và điểm, từ đây sẽ xác định được I

Thường thường trên thế giới người ta dùng 2 phương pháp đầu, còn phương pháp thứ 3 là phương pháp gián tiếp Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi sử dụng phương pháp đầu tiên để thực hiện việc ghi điện thế ống - đất

II.3 Các thiết bị sử dụng

Để ghi điện thế ống - đất tại ống dẫn khí chạy trong khu vực Bà Rịa -

Vũng Tàu, chúng tôi đã đặt một hệ máy gồm các thiết bị sau:

- Điện cực;

- Dây dẫn bọc kim chống nhiễu để truyền tín hiệu từ đường ống vào máy

ghi;

- Bộ chuyển đổi ADC - 16 và phần mềm kèm theo;

- Máy vi tính để ghi số liệu;

với một số thông số kỹ thuật của các thiết bị như sau:

1 Điện cực

Điện cực được làm từ vật liệu inox, là một cọc dài 1,5m, đường kính

7cm, được cắm sâu vào đất, ở phía trên được hàn chắc với dây dẫn tín hiệu

2 Bộ chuyển đổi ADC - 16

Đây là bộ phận chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số, được nối vào cổng máy in của máy vi tính với các thông số kỹ thuật sau:

- Độ phân giải: giữa 8 và 16 bits

- Số cổng tín hiệu tương tự vào: 8 đầu đơn hoặc 4 đầu kép đo hiệu thế

- Khoảng điện thế lối ra +5V va 2,5 V

- Độ chính xác là 0,1 %

- Độ tuyến tính 0,003 % (Cực đại)

- Khoảng thế lối vào +2,5 V

- Thế vào cực đại + 30V,

~ - Khoảng điện trở đầu vào 1M

- Dải nhiệt độ làm việc từ O tới 70°C

- Hệ số nhiệt độ: +33 ppm/°C

- Đầu nối lối vào: kiểu giắc cắm 25 chân

- Đầu nối lối ra: kiểu giấc cắm 9 chân để nối vào cổng một máy tính cá

nhân

- Phần mềm kèm theo: Phần mềm kèm theo bộ biến đổi ADC-16 có tên

là PICO của hãng PICO Technology Ltd được đặt trong ổ C của máy tính cá

nhân Đây là phần mềm có thể cài đặt trong DOS hoặc trong Windows

3 Máy tính xách tay để ghi số liệu

Dùng một máy tính xách tay có một ổ CD-W cho phép ghi số liệu từ ổ

cứng sang một đĩa CD khi cân lưu trữ các số liệu lau đài trên các ổ CD

4 Các dây dẫn và phụ tùng kèm theo

Dây nối chống nhiễu từ điện cực và các bích của ống dẫn đến bộ biến đổi

ADC dài khoảng 250 m

II.4 Sơ đồ hoạt động của hệ thống máy ghỉ điện thế ống - đất

Các thiết bị nói trên được lấp đặt theo sơ đồ trình bày trên Hình 4 VỊ trí

điểm đặt thiết bị là trên một phần đoạn ống dẫn khí khô và 3 ống dẫn khí lỏng

đi từ Nhà máy xử lý khí (Gas Processing Plan) Long Hải trên bờ biển Vũng

Tàu đến Phước Hoà (cách Long Hải 15 km và cách Phước Hoà 16km) Cáp

dẫn tín hiệu gồm 6 đây dẫn nối từ: đường ống dẫn khí khô từ Long Hải (1), đường ống dẫn khí khô đi Phú Mỹ (2), 3 đường ống dẫn khí lỏng đi Phú Mỹ ((3), (4, (5)), và dây dẫn nối với điện cực (6) Các dây dẫn này sẽ đưa tín hiệu vào bộ chuyển đổi ADC và ghi vào máy tính Các đầu nối được xiết chặt theo dây đã được thiết kế từ trước ở các test point và mặt bích (Hình 5)

Hình 5 Nối dây dẫn tín hiệu

Tài_bcao_Ng Thu 03-04.doc

Hình 4 Sơ đô lắp đặt các thiết bị ghi điện thế ống đất tại một số điểm trên đường ống

dẫn khí lỏng và khí khô trong khu vực Trạm phân phối khí Bà Rịa

15

1.1 Công tác thu thập số liệu

Công tác thu thập số liệu cho đề tài được thực hiện cho 2 mảng số liệu:

số liệu về từ trường Trái đất và số liệu về điện thế ống - đất Trong năm 2003 -

2004, trong khuôn khổ của để tài, việc thu thập số liệu địa từ được thực hiện

trên 4 đài trạm địa từ là Sapa, Phú Thuy, Đà Lạt và Bạc Liêu , còn số liệu điện thế ống - đất được thực hiện tại Trạm phân phối khí Bà Rịa thuộc tỉnh Bà Rịa —

Vũng Tàu Vị trí của các đài trạm này được trình bày trên Hình 6

Việc thu thập số liệu địa từ (biến thiên từ, bão từ .) phục vụ cho đề tài

được thực hiện trên 3 đài, trong đó 2 đài Phú Thuy và Bạc Liêu là có các thiết bị

ghi từ hiện số có độ chính xác cao do Pháp và Nhật Bản viện trợ trong các

chương trình hợp tác nghiên cứu Những đài này cho các số liệu chính xác rất

quí giá để nghiên cứu biến thiên cũng như bão từ phục vụ cho nghiên cứu cũng

như ứng dụng thực tiễn Trên Hinh 7 1a dai OMP (Observatoire Magnétique Planétaire) Hà Nội, hiện nay là một đài thành viên trong hệ thống các đài INTERMAGNET quốc tế, với số liệu được trao đổi hàng ngày với cộng đồng khoa học thế giới, với độ chính xác rất cao (độ phân giải đến 0,InT), theo dạng

chuẩn format quốc tế

Hình 7 Đài Vật lý Địa cầu Phú Thuy

Txt_beao_Ng Thu 03-04 doe

16

Txt_beao_Ng Thu 03-04.doc

DAI TRAM DIA TU VIET NAM

và ống dẫn khí bể Nam Côn Sơn;

(M: Đài trạm địa từ Việt Nam)

17

Nội Hình 8 là màn hình thiết bị ghi từ hiện số của hệ thống từ kế GEOMAG

do Pháp sản xuất (cùng loại với tất cả các thiết bị đặt trong hệ thống IMTERMAGNET quốc tế)

Hình ö Thiết bị ghi từ ENO

Vi được nằm trong mạng lưới đài địa từ hành tỉnh quốc tế, nên các hệ thống thiết bị được thường xuyên cải tiến, nâng cấp, khắc phục những khiếm

khuyết cũng như tăng độ ổn định hoạt động của chúng cũng như tăng cao độ chính xác Trong năm 2003, một đoàn cán bộ chuyên gia Pháp từ Viện Vật lý Địa cầu Paris đã sang Việt Nam công tác tại các đài địa từ Phú Thuy, Sapa và

Đà Lạt để lắp đặt thiết bị mới nâng cao chất lượng cho việc khảo sát số liệu địa

từ Trên Hình 9 là hình ảnh các chuyên gia Pháp và các cán bộ Việt Nam đang lắp hệ thống thiết bị ghi mới (ENO) thay thế hoàn toàn máy ghi cũ đo bị ảnh hưởng của bão từ (Khi có bão từ xảy ra thì các đường ghi bị mất số liệu do

xung của bão từ) tháng 7/2003 tại Phú Thuy

Tại trạm Vật lý Địa cầu Đà Lạt (Hình 10), từ trước đến năm 2003 vẫn

dùng thiết bị ghi từ quang cơ, giấy ảnh MBC do Liên Xô (cũ) cung cấp từ đầu

những năm tám mươi, có độ chính xác rất thấp Do vậy để tăng cường độ

chính xác của các số liệu khảo sát, trong để án tăng cường trang thiết bị cho hệ

thống đài trạm Vật lý Địa cầu, Trung tâm KHTN&CNGQG đã cấp kinh phí cho Viện Vật lý Địa cầu để mua một máy ghi từ hiện số trang bị cho Đà Lạt Vào tháng 8/2003, đoàn cán bộ của Pháp, sau khi hoàn thành việc lắp đặt bộ máy

Hình 9 Các chuyên gia Pháp và cán bộ Việt Nam đang lắp thay máy ghi ENO ở Phú Thuy tháng 8/2003

ghi từ mới ENO cho trạm Phú Thuy đã vào Đà Lạt (Hình 10) để lắp đặt các

thiết bị ghi từ hiện số mới, GEOMAG và bộ ghi ENO giống như các thiết bị đã

lấp cho đài OMP Phú Thuy cũng như các đài địa từ hành tinh khác trên thế giới Trên Hình 77 là hình ảnh các chuyên gia Pháp cũng như các cán bộ Việt Nam

đang lắp đặt các hệ thống thiết bị này tại đài địa từ Đà Lạt Cũng giống như đài

Phú Thuy, tại đây cũng được lắp hệ thống pin Mặt trời để cung cấp năng lượng

điện cho các thiết bị (Hình 12)

Txt_beuo_Ng Thu 03-04.doc

19

Txt_beao_Ng Thu 03-04.doe

20

Hình 12 Các tấm pin Mặt trời lắp tại Trạm Vật lý Địa cầu Đà Lạt

Việc lắp đặt máy ghi từ hiện số tại Đà Lạt đã được hoàn thành vào ngày

19/8/2003 Trên Hình 12a là một giản đồ từ thu được tại Đà Lạt vào ngày

20/8/2003 Để so sánh, trên Hình !2b được trình bày giản đồ từ thu được tại

đài Bạc Liêu vào cùng ngày Có thể thấy rằng các đường đi của các thành phần

trường là gần như nhau, chỉ có giá trị trường của các thành phần trường là khác nhau Điều này chứng tỏ máy ghi từ hiện số ở Đà Lạt đã được lắp đặt và vận

hành tốt Để tham khảo, trên Hình 12c được đưa thêm giản đồ từ trạm Phú

Thuy cùng ngày

GIAN DO TU / MAGNETOGRAMME

SIAN ĐD TỦ / MASNETOGRAMME

Ta tee EL We Fee Fa “4 ame RE PUR Fis wee

Đối với đài địa từ Sapa, đài Vật lý Địa cầu lâu đời nhất của Việt Nam, ra đời từ năm 1957, năm Vật lý Địa cầu lần thứ nhất, hiện vẫn còn đang sử dụng những máy ghi từ quang, cơ ghi giấy ảnh MBC do Liên Xô (cũ) cung cấp từ cách đây gần 50 năm (từ năm Vật lý Địa cầu quôca tế 1957), hiện nay hệ

thống răng cưa bị mòn nhiều, độ chính xác rất thấp Vào tháng 8/2004, đoàn chuyên gia Pháp đã đến trạm tìm hiểu khả năng thay thế bộ máy naỳ bằng máy ghi từ hiện số Trên Ởin 13 là hình ảnh chuyên gia Pháp đang làm việc tại đài Vật lý Địa cầu Sapa, cùng với các cán bộ của đài

Hình 13 Các chuyên gia Pháp đang làm việc với các cán bộ của đài về

khả năng lắp đặt máy ghi từ hiện số tại Sapa Vào đâu năm 2003, Viện Vật lý Địa câu Hà Nội, hợp tác với Viện Vật lý

Địa cầu Paris, Pháp (ông Daniel Gilbert), đã thực hiện một đợt khảo sát từ

trường Trái đất trên toàn lãnh thổ Việt Nam, đo từ chuẩn trong mạng lưới điểm

đo lặp của Việt Nam (Hình 14)

cả các đài địa từ của Việt Nam trên toàn quốc để kiểm tra hoạt động của các

trạm, xác định đường cơ sở cho các máy ghi tir (Hinh 15) Nhin chung,

Hình 15 Đo từ tại đài xích đạo từ Bạc Liêu tháng 4/2003

trong thời gian để tài thực hiện, các đài địa từ hoạt động tốt, cho số liệu ổn

định, phục vụ tốt cho việc thực hiện đề tài trong nghiên cứu bão từ, biến thiên

từ

Ống dẫn khí Việt Nam vùng bể Nam Côn Sơn dài khoảng 370km từ Lan

Tây — Lan Đỏ vào đến đất liên (Hình 16), đi vào nhà máy xử lý khí Long Hải, sau đó đi đến Trạm phân phối khí Bà Rịa, từ đây đi tiếp tục đến nhà máy điện

Bà Rịa và nhà máy điện Phú Mỹ (Hình 17) Về việc thu thập số liệu điện thế

ống - đất, để nghiên cứu tác động của biến thiên từ, bão từ lên hệ thống ống dẫn dầu khí, vào tháng 12/2003, chúng tôi đã tiến hành khảo sát vị trí đặt thiết

bị trên đường ống Chúng tôi đã chọn đoạn đường ống chạy qua Trạm phân phối khí Bà Rịa (in 78), nằm cách Long Hải 15km và Phú Mỹ 28km Trên

Hình 19 là hình ảnh cán bộ thực hiện đề tài đang khảo sát vị trí trên đường ống

trong trạm này để lắp đặt thiết bị ghi

25

Hình 18 Trạm phân phối khí Bà Rịa, nơi lắp đặt các thiết bị ghi điện thế ống -

đất trên ống dẫn khí khô và lỏng chạy từ biển vào

Hình 19 Khảo sát và lắp đặt thiết bị ghi trên đường ống

Dưới đây là một số thông tin ký thuật về đường ống này:

-_ Đường ống dẫn khí khô:

+ Đường kính: 16”? (406,4mm);

+ Vật liệu của ống: Thép đúc, dày từ 10 — 15 mm

+ Lớp vỏ chống ăn mòn : Men bằng than nhựa đường, dày 3-4mm

+ Lớp vỏ bên ngoài: Bê tông, dày từ 25 —75mm, mật độ 3044kg/mˆ

+ Chôn sâu: 1.1— 3.0 m (ngoài biển: 0.4-0.6m)

+ Nhiệt độ khí: 45°C

+ Ap suất làm việc cực đại: 54 bar

+ Khí: Khô, bao gồm chủ yếu là methane (75 %), Ethane (12%), Propane (7%) và một số loại khí khác nữa với tỷ lệ rất nhỏ

- Đường ống dẫn khí lông:

Đường ống dẫn khí lỏng là một hệ thống gồm 3 ống song song với đường

kính nhỏ hơn, cũng là kim loại nhưng với lớp bọc là polyethylene Các thông số

kỹ thuật là như sau:

+ Vật liệu của ống: Thép đúc, dày 7.1 mm

+ Lớp vỏ chống ăn mòn : chất liệu polyethylene, dày 3mm

+ Lớp vỏ bên ngoài: Bê tông, dày từ 7.1mm, mật độ 3044kg/m?

+ Chôn sâu: 1.1 — 3.0 m (ngoài biển: 0.4-0.6m)

+ Áp suất làm việc cực đại: — 54 bar

+ Khí: lỏng, bao gồm chủ yếu là methane (75 %), Ethane (12%), Propane (6%) và một số loại khí khác nữa với tỷ lệ rất nhỏ

Sau khi lấp đặt, hệ thống thiết bị đã hoạt động tốt, cho số liệu điện thế Ong - dat chinh xdc Trén Hinh 20 1a vi du một giản đồ thu được cho ngày

11/08/2004 Trên hình này, trục ngang là thời gian tính bằng giờ UT, trục đứng

thể hiện điện thế ống-đất tính bằng vôn cho 5 đường ống khác nhau, trong đó

(1), (2) là các đường ống dẫn khí khô, còn (3), (4) và (5) chỉ các đường ống dẫn khí lỏng, theo các ký hiệu đã trình bày trong Hình 4 Trên hình này, có thể thấy rằng 4 đồ thị (2), (3), (4), (5) có dáng dấp gần như nhau: các xung điện thế đều vào những thời điểm như nhau, có biên độ gần như nhau Điều này là do các đồ

thị này biểu thị điện thế ống - đất phần từ Bà Rịa đi Phước Hoà, gây ra do hệ

dòng điện cảm ứng trong lòng đất chạy trong khu vực này, trong khi đó đồ thị (1) biểu diễn điện thế ống-đất gây ra do hệ dòng điện cảm ứng chạy trong khu vực từ Bà Rịa đi đến Long Hải, theo chiều ngược lại

Hình 20 Ví dụ giản đô điện thế ống-đất thu được tại Bà Rịa ngày 11/8/2004

IH.2 Kết quả ghi điện thế ống-đất tại Bà Rịa

Việc ghi số liệu đã được tiến hành từ tháng 7/2004, liên tục cho đến nay

Các kết quả ghi cho năm 2004 được trình bày trong phần Phụ l¿c 1 đi kèm với

báo cáo Trên mỗi trang được trình bày 5 đường ghi điện thế ống-đất cho 5

đường ống tại trạm phân phối khí Bà Rịa Trên mỗi đồ thị, trục đứng biểu diễn điện thế ống - đất, tính bằng vôn, trục ngang biểu diễn thời gian tính theo giờ UT.Cơ sở đữ liệu dòng điện cảm ứng này không những phục vụ thực tiễn cho việc dự báo khả năng tác động của bão từ đối với hệ thống ống dẫn đầu khí, mà còn là nguồn tư liệu quí giá trong việc nghiên cứu độ dẫn, cấu trúc vỏ Trái đất, phục vụ cho công tác tìm kiếm, thăm đò khoáng sản có ích, dầu khí

Trên Hình 27 là ví dụ về một ngày từ yên tĩnh ghi tại Bạc Liêu, ngày

30/4/2004, Hình 22 là điện thế ống-đất ghi được tại ống dẫn dầu khí Bà Rịa

cho cùng ngày Trên Hình 21, trục ngang chỉ thời gian, tinh bang gid UT (Universal Time), từ 0h đến 24h, trục đứng chỉ các thành phần độ từ thiên D

(tính bằng độ), Thành phần nằm ngang H (tính bằng nT) và Thành phần thẳng

đứng Z (cũng tính bằng nT) Có thể thấy rằng trong ngày trường yên fĩnh này

Bac Lieu (Vietnam)

Lat: 900" ‘Long: 0.0" Gey: 5.0m 1 Ưng Tế TT BCL TT" —r—r—

Hinh 27 Ví dụ một ngày từ yên tinh ghi tai Bac Liéu (ngay 30/4/2004)

biến thiên từ tại Phú Thụy ngày 30/04/2004

Hình 22 Biến thiên điện thế ống - đất tại trạm Bà Rịa

Txt_beao_Ng Thu 03-04 doc

30

(ngày 30/4/2004), đường phi của các thành phần trường là khá đêu đặn, trơn

tru, ít biến đổi Sự đều đặn, trơn tru này cũng được thể hiện trên đồ thị điện thế

ống-đất (1), (2), (3) (4), (5) trên Hình 22 Các giá trị của điện thế ống-đất có giá trị trung bình khoảng 1,25V

Trên Hình 23 được trình bày một ví dụ về 2 ngày trường nhiễu loạn: bão

từ ngày 7-8/11/2004 Có thể thấy rằng trong thời gian có bão từ, các biến thiên

với các chu kỳ khác nhau đã chồng lên dáng đi ngày đêm của các thành phần trường Đường đi của các thành phần trường bị chồng lên rất nhiều xung với

biên độ khác nhau

Close Print Eny Data Range

Phu Thuy-Vietnam (VNCSTAPGI

iced Long : 105.9* Sota PHU

Hình 23 Ví dụ bão từ ghi tại Phú Thuy (ngày 7-8/11/2004)

Trên Hình 24 là đồ thị các giá trị điện thế ống - đất ghi được cho ngày

bão từ này tại 5 đường ống dầu — khí tại Bà Rịa Có thể thấy rằng trong ngày bão từ này, trên đường phông chung đã xuất hiện nhiều xung của điện thế ống- đất, nhiều khi đạt đến giá trị -1,8V, vượt quá giá trị an toàn của điện thế cho phép về giá trị tuyệt đối là -1,3V Những giá trị này sẽ gây ra các phản ứng ăn

mòn rất mạnh, có thể gây ra sự hư hỏng của thành ống

biến thiên từ tại Phú Thụy ngày 7-8/11/2004

IH.3 Kết quả phân tích thống kê số liệu thu được

Dưới đây là một số kết quả nghiên cứu thống kê các dữ liệu về dòng điện cảm ứng GIC thu được

IH.3.1 Nhận định về sự tương quan giữa trường biến thiên từ và dòng điện cảm ứng

Trên Hình 22jƒ là ví dụ minh hoạ về biến thiên của từ trường (đạo hàm

thành phần H ghi được tại đài địa từ OMP Phú Thuy và điện thế ống-đất ghi

được tại các ống dẫn dầu khí tại Bà Rịa trong ngày 30/4/2004, một ngày từ trường yên tĩnh #inh 24 minh hoạ các trường này cho ngày 7-8/11/2004, ngày xảy ra bão từ lớn Qua các hình này có thể thấy rằng trong ngày từ yên tĩnh, giá trị đạo hàm đH/dt (#ïình 22./) không bị biến đổi nhiều, các xung của đạo hàm

có biên độ rất nhỏ (trung bình chỉ khoảng < 2nT/phút) Điều này cũng thể hiện trên đồ thị của điện thế ống-đất thu được trên tất cả các ống dẫn dầu khí (Hình

22.a,b,c,d,e) Đối với ngày có bão từ, đạo hàm dH/dt biến đổi khá mạnh, đạt

mạnh nhất đến giá trị 30nT/phút Tương ứng với sự biến đổi mạnh này, điện thế

ống - đất ghi được biểu diễn trên /7ình 24 cũng thể hiện những giá trị tuyệt đối

rất lớn: đến -1,8V (trong khi đó giá trị trung bình chỉ là -1,25V) Sự tương quan

của các hiện tượng này là khá lớn, nhất là đối với những ngày có bão từ Để đánh giá định lượng sự tương quan này chúng tôi đã sử dựng công thức:

trong dé (dH/dt), va U; 14 dao ham thành phần H của trường địa từ và điện thế

ống - đất của ống dẫn ở thời điểm ¡ một cách tương ứng; N là độ đài chuỗi số liệu lấy tương quan, ở đây chúng tôi lấy N là số số liệu từng phút một trong l

ngày, như vậy N=1440; (4/4) và U là giá trị trung bình của (đH/d) và U

trong khoảng tính tương quan:

(GH Tdi) =)" (a 1d), w= Igy

iz} N i=l

Giá trị hệ số tương quan thường là rất lớn, nhất là đối với những ngày bão

từ, còn đối với những ngày từ yên tĩnh thì nhỏ hơn Hệ số tương quan giữa 2 trường đối với ngày từ yên tĩnh 30/4/2004 trong ví dụ minh họa ở Hình 22 đạt

giá trị 0,46, đối với ngày bão từ 7-8/11/2004 trong ví dụ minh hoạ ở Hình

1524 đạt giá trị 0.95

Trên Hình 25 là sơ đồ biểu diễn tần suất xuất hiện điện thế ống - đất cho đường ống dẫn khí (1) chạy từ bờ biển Long Hải vào Bà Rịa, và đường ống dẫn

khí (2) chạy từ Bà Rịa đến Phước Hoà Trục đứng biểu diễn số lần xuất hiện điện thế ống-đất các giá tri dién thé 0.8, 0.9, 1.8 Vôn (thang lo ga rit), trục

ngang chỉ các khoảng điện thế (0.8-0.9, ,1.7-1.8vôn, tính theo giá trị tuyệt

Có thể nhận thấy giá trị điện thế ống-đất U nhỏ (<1,3V) chiếm phần lớn Tuy vậy những giá trị U>1.3V cũng không phải là ít Có nhiều giá trị đạt đến

1.7, 1.8V (tính giá trị tuyệt đối) Những giá trị lớn như vậy thường chỉ xuất

hiện khi có bão từ Giá trị tuyệt đối lớn nhất điện thế ống-đất ghi được tại các ống là 1.8V

Có thể thấy rằng đối với đường ống (1) (đường ống đi từ bờ biển Long

Hải vào), các giá trị 1,3V < U < 1,4V đạt đến hàng trăm nghìn, các giá trị 1.4

< U< 1.5V đạt đến hàng trăm, một số giá trị đạt đến 1.5 < U < 1.6V Đối với đường ống (2), đường ống chạy từ Bà Rịa đi đến Phước Hải và nhà máy điện

Phú Mỹ, các giá trị U cao nhiều hơn nhiều: ngoài các giá trị 1,3V< U <1,4V lên đến hàng trăm nghìn như đối với ống (1), các giá trị 1.4 < U < 1.5V đạt đến hàng nghìn (trong khi đó đối với ống (1) chỉ là hàng trăm), các giá trị 1.5

< U< 1.6V đạt đến vài ba trăm (trong khi đó đối với ống (1) chỉ một số ít) Hơn thế nữa, trong ống (2) còn vài ba chục giá trị 1.6 < U < 1.7V, và nhất là

hàng chục giá trị 1.7 < U < 1.8V Như vậy có thể thấy rằng do cấu trúc của

đường ống, cũng như do cấu trúc độ dẫn vùng đường ống đi qua, điện thế ống- đất sẽ khác nhau cho các đường ống khác nhau

Chúng tôi cũng đã tính tần suất xuất hiện U cho các đường ống (3), (4),

(5) Giống như hình đáng của các đồ thị điện thế ống-đất biểu diễn trên Hình

20, sơ đồ biểu diễn tân suất xuất hiện U cho các đường ống này cũng gần

tương tự như đồ thị cho đường ống 2 trên Hình 2%

Qua các đồ thị, ta có nhận xét chung nhất là mặc dù bão từ là hiện tượng

chung toàn cần, nhưng dòng điện cảm ứng xuất hiện tại mỗi vùng, mỗi nơi, theo thời gian khác nhau là khác nhau, cả về cường độ, biên độ cũng như dạng

biến đổi

IH.3.3 Mối tương quan giữa điện thế ống-đất của các ống dẫn khác

nhau

Để khảo sát mối tương quan giữa điện thế ống-đất của các ống dẫn khác

nhau, chúng tôi đã biểu diễn các sơ đô sự phụ thuộc của điện thế ống-đất của

các ống khác nhau Sự phụ thuộc này được trình bày trên Hình 26.(b),(c) Trên các hình này, các trục được biểu diễn điện thế ống-đất của các đường ống (1) va (2) (đối với hình (b)), các đường ống (2), (3) (đối với hình (d) Có thể thấy rang các điểm được nằm theo xu hướng những đường thẳng Điều này chỉ ra rằng có tồn tại một mối liên hệ rất tốt giữa điện thế ống-đất của các ống dẫn khác nhau

Txt_beuo_Ng Thu 03-04.doc

35

Hình 26 Mối liên hệ giữa điện thế ống-đất của các ống khác nhau

IH.4 Tính toán mô hình điện thế ống - đất

Chúng tôi sẽ trình bày sơ lược về phương pháp tính lý thuyết mô hình

điện thế ống đất từ số liệu biến thiên từ và cấu trúc của hệ thống ống dẫn đầu khí Việc tính toán lý thuyết dòng điện cảm ứng do biến thiên từ GIC trong một

hệ thống ống dẫn dầu khí (hoặc một mạng lưới vật dẫn bất kỳ dưới đất, ví dụ hệ thống truyền tải điện) được bắt đầu trước hết bằng cách tính điện trường theo phương nằm ngang tạo ra trên bề mặt Trái Đất trong một biến thiên từ khi vắng mặt hệ thống vật dẫn với giả thiết sự biến thiên trường điện từ sơ cấp là sóng

phẳng truyền theo phương thẳng đứng xuống đưới, Trái Đất là nửa không gian

đồng nhất với độ dẫn không đổi

Sử dụng hệ toạ độ vuông góc, tường điện E, có thể viết

t, u: Bién thoi gian

Mo : DO tit tham trong chan khong

œ : Độ dẫn điện biểu kiến của Trái Đất

Một biểu diễn tương tự đối với thành phần điện trường theo phương X

được tính theo đạo hàm trường từ theo phương Y nhưng đổi dấu trước tích phân Dưới đây chúng ta dùng các ký hiệu E=E,„ B=P, và g=g,

Đạo hàm theo thời gian của các thành phần trường từ từ chuỗi số liệu rời rạc dc viết bằng biểu thức sau:

sữ)=B,—B„

B, là giá trị trường từ tại thời điểm t„ và

t <t<1, Với việc tinh dao ham nhu vay, E(t;) được viết lại dưới dạng:

Vé mat ly thuyét thì M phải bằng -© Nhưng thực tế cho thấy khi lấy

M=100 (nghĩa là lấy giá trị trường biến thiên từ bắt đầu từ 100' trước thời điểm

a,b : Hệ số phụ thuộc vào cấu trúc mạng lưới ống đẫn và

điện trở suất của ống

c : Hệ số được cộng thêm để phù hợp với kết quả đo

thực nghiệm

Dùng phương pháp bình phương tối thiểu sẽ xác định được các tham số

a, b và c cũng như ơ để làm phù hợp điện thế ống - đất cảm ứng lý thuyết với

điện thế ống - đất cảm ứng quan sát được

Từ cơ sở phương pháp đã nêu chúng tôi đã tiến hành tính điện thế ống-

đất trên cơ sở số liệu ghi biến thiên từ của trạm địa từ Bạc Liêu (mỗi phút một

giá trị) Hình 27 trình bày điện thế ống-đất tính được cho khoảng thời gian 17- 21hUT ngày 07/11/2004 theo số liệu biến thiên từ của Bạc Liêu với giả thiết độ

dẫn điện của Trái Đất là 2,9 10 @'m', Giá trị này là cùng bậc với giá trị độ dẫn điện biểu kiến thu được từ việc tính toán theo số liệu biến thiên từ cho vùng Pleiku trong chương trình nghiên cứu tác động của bão từ đối với hệ thống truyền tải điện 500-220kV mà Viện Vật lý Địa cầu đã thực hiện trước đây là

1,4.10 @1m'!, Trên hình vẽ cũng trình bày điện thế ống - đất ghi được tại Bà

Rịa trong khoảng thời gian tương ứng Sự tương tự khá tốt giữa đường cong biểu thị điện thế ống - đất cảm ứng tính toán lý thuyết và thực tế ghi được chứng tỏ quá trình tính toán đã đạt được độ chính xác cần thiết Điều này cũng

chứng tỏ khi có bão từ (7/11/2004 là ngày có bão từ), hiện tượng cảm ứng Faraday đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra GIC

Các tính toán đã tiến hành cho thấy điện thế ống - đất cảm ứng tính toán

được với mô hình sóng phẳng và Trái Đất đồng nhất với độ dẫn không đổi khá

phù hợp với điện thế ống - đất cảm ứng đo được trong khoảng thời gian đã nêu

Chúng tôi chưa thể tính được mô hình đúng cho khoảng thời gian dài hơn,

chẳng hạn như cả ngày đêm Điều này có thể do nhiều nguyên nhân Trước hết

có thể là đối với các dao động chu kỳ dài, các giả thiết đã nêu chưa phù hợp Để giải quyết vấn đề này sẽ phải đưa vào một mô hình độ dẫn của vỏ Trái Đất phức

tạp hơn (chẳng hạn độ dẫn biến đổi theo độ sâu), hoặc các mô hình nguồn phức

tạp hơn

—— (đường xanh nét liền): GIC thực tế ghi được /

womens (đường đỏ nét đứt): GIC tỉnhd toán lý thuyết); K=6, ø=2.9.10^@m

IH.5 Về khả năng đóng góp của hệ dòng chảy biển Đông vào GIC Vào tháng 8/2001, tại Liên Hội nghị IAGA - IASPEI 2001 tại Hà Nội,

chúng tôi đã tổ chức một Hội nghị bàn tròn, mời các chuyên gia đầu ngành về

nghiên cứu GIC từ các nước Canada, Anh, Phần Lan, Nga, Nhật Bản tham gia Tại đây, các nhà khoa học đã đưa ra khả năng tác động của hệ đòng chảy biển Đông, gây ra các trường điện cảm ứng tác động lên các hệ thống công nghệ như

hệ thống truyền tải điện, hệ thống ống dẫn dầu khí của Việt Nam do lãnh thổ

Việt Nam trải rộng dọc theo bờ biển theo phương kinh tuyến Để xem xét khả

năng này, chúng tôi đã tiến hành tính toán sơ bộ điện trường gây ra do hệ thống

đòng chảy ở Biển Đông vào vùng nghiên cứu, nơi có hệ thống ống dẫn dầu khí

Vấn đề nghiên cứu này có thể trình bày sơ lược như sau:

Chúng ta biết rằng, khi từ thông chạy qua một vật dẫn bị thay đổi, sẽ làm xuất hiện một điện trường cảm ứng có xu hướng chống lại sự thay đổi từ thông

đó Sự thay đổi từ thông này có thể thực hiện được bằng 2 cách Cách thứ nhất

điện trường cảm ứng bằng định luật Faraday “thuần tuý”, nghĩa là:

ở đây trường biến thiên địa từ Z làm thay đối từ thông trong vật dẫn và tạo ra điện trường cảm ứng #/ Dấu (-) chỉ ra rằng điện trường này có xu hướng chống

lại sự biến đổi từ thông gây ra do B

Trong cách thứ 2, vật dẫn (nước biển) chuyển động trong từ trường

không đổi Ö (các thành phân của từ trường Trái đất, nhất là thành phần thẳng

đứng Z) với tốc độ y sẽ làm thay đổi từ thông chạy trong vật dẫn, kết quả sẽ làm xuất hiện điện trường E theo công thức:

E=-vxB

Dấu (-) cũng có ý nghĩa tương tự như ở trên

Lãnh thổ Việt Nam là một đải hẹp chạy dài theo biển Đông Biển Đông

lại có các hệ thống dong chảy khá mạnh Trên #?n 27 là hệ dòng chảy trong mùa hè (Theo Báo cáo tổng kết đề tài KC-09-02 “Xây dựng tập bản đồ những

đặc trưng cơ bản và điều kiện tự nhiên và môi trường vùng biển Việt Nam và kế

cận”, do GS.TS Bùi Công Quế làm chủ nhiệm, Hà Nội, tháng 7-2005) Ta có thể thấy có nhiều hệ dòng khác nhau, trong đó có 2 hệ dòng chính, một hệ ở vùng giữa biển Đông có dòng chảy cực đại khoảng 25 cm/s, còn hệ ở vùng biển

Nam Trung bộ và Bắc Nam bộ, gần vùng biển Ninh Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa

- Vũng Tàu có cực đại khoảng 35 cm/s Trén Hinh 28 1a hé dòng chảy trong

mùa Đông Ở đây hệ dòng chảy ở vùng biển Nam Trung bộ và Bắc Nam bộ có

cực đại lên tới 130 cm/s Với thành phần Z của từ trường khoảng độ 4000nT

như ở vùng Bà Rịa - Vũng Tàu, hệ dòng chảy với tốc độ này có thể gây ra

trường điện với độ lớn 2mV/km, rất nhỏ so với điện trường gây ra do bão từ, với

độ lớn lên đến hàng trăm mV/km Điều này khẳng định tác động của hệ đòng chảy biển Đông vào việc gây ra dòng điện cảm ứng trong hệ thống ống dẫn đầu khí ở Bà Rịa - Vũng Tầu là nhỏ, không đáng kể