các vấn đề trong việc thi công tuyên ống

Tàu biển là phương tiện chủ yếu vận chuyển các sản phẩm dầu khí,... Vận tải xăng dầu là việc vận chuyển dầu mỏ và các chất dẫn xuất như xăng dầu (xăng). Xăng dầu được vận chuyển đường sắt, xe tải, tàu chở dầu, và thông qua các đường ống dẫn. Phương pháp nào được sử dụng để di chuyển các sản phẩm dầu này thực sự phụ thuộc vào số lượng dầu mà nó đang di chuyển và nơi họ đang di chuyển nó đến. Vấn đề lớn nhất với việc di chuyển dầu này là ô nhiễm, và các nguy cơ tràn dầu. Dầu mỏ rất khó khăn để làm sạch và rất độc đối với động vật sống.

MỤC LỤC

SỐ LIỆU DẦU BÀI 5

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỎ BẠCH HỔ 5

I.GIỚI THIỆU CHUNG 5

1.Tình hình khai thác dầu khí hiện nay 5

2.Các loại đường ống 5

2.1 Theo vùng sử dụng 6

2.2 Theo vị trí lắp đặt 6

2.3 Theo cấu tạo 6

2.4 Theo chất vận chuyển 6

3.Cấu tạo đường ống 6

3.1 Cấu tạo ống ngầm 6

3.2 Cấu tạo ống đứng 7

II.TỔNG QUAN VỀ MỎ BẠCH HỔ 7

1.Công nghệ khai dầu khí ở mỏ BẠCH HỔ: 7

1.1.Giai đoạn1: Thượng nguồn 8

1.2 Giai đoạn 2: Trung nguồn 8

1.3.Giai đoạn 3: Hạ nguồn 8

2 Giới thiệu các công trình khái thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ 9

2.1 Dàn khoan cố định MSP 10

2.2 Giàn nhẹ BK 11

2.3 Dàn công nghệ trung tâm CPT2 11

2.4 Hệ thống trạm rót dầu không bến UBN 12

2.5 Hệ thống đường ống 12

2.6 Giàn nén khí trung tâm CCP 13

2.7 Trạm nén khí nhỏ (MKS) 14

III.GIỚI THIỆU TUYẾN ỐNG THIẾT KẾ 15

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TUYẾN ỐNG 16

I SỐ LIỆU ĐẦU VÀO 16

1.Số liệu sóng 16

2 Số liệu dòng chảy 16

3 Các thông số về độ sâu nước, biên độ triều, nước dâng, chiều dày hà bám và nhiệt độ chất vận chuyển 16

3.Địa chất công trình 17

4.Các thông số khác 17

5 Mác vật liệu 17

6 Số liệu về tuyến ống 17

7.Yêu cầu đề bài 18

II TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN ĐƯỜNG ỐNG CHỊU ÁP LỰC TRONG 18

1.Công thức tính toán 18

2 Tính toán 21

2.2.Trong điều kiện vận hành 24

3 Kết luận 25

III KIỂM TRA ỔN ĐỊNH ĐÀN HỒI ĐƯỜNG ỐNG THEO DNV 2000 25

1 Kiểm tra mất ổn định cục bộ của tuyến ống 25

1.1.Hiện tượng 25

1.2.Tính toán kiểm tra 25

1.3.Kết luận 28

2 Kiểm tra điều kiện mất ổn định lan truyền của tuyến ống 28

2.1.Hiện tượng 28

2.2.Tính toán kiểm tra 28

2.3.Kết luận 29

3 Kết luận 29

IV TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA ĐƯỜNG ỐNG DƯỚI DÁY BIỂN 1 Hiện tượng 29

2 Trình tự tính toán 30

2.1 Lựa chọn lý thuyết sóng tính toán 30

2.2 Tính toán các đặc trưng sóng 31

2.4 Tính toán vận tốc sóng và dòng chảy 33

3.1 Các thông số đầu vào 33

3.2 Kết quả tính toán 34

3.2.1 Khi tuyến ống hợp với hướng bắc môt góc α =180 0 34

3.2.2 Khi tuyến ống hợp với hướng bắc môt góc α =135 0 35

3.2.3 Khi tuyến ống hợp với hướng bắc môt góc α =270 0 35

4 Kết luận 36

V XÁC ĐỊNH NHỊP TREO CHO PHÉP ĐỐI VỚI TUYẾN ỐNG 36

1 Hiện tượng 36

2.Các bài toán tính nhịp treo cho phép 37

2.1 Bài toán động:( Bài toán cộng hưởng dòng xoáy) 37

2.1.1.Điều kiện để không xảy ra hiện tượng cộng hưởng là 37

2.1.3.Xác định tần số dao động riêng của ống 39

2.1.4.Xác định nhịp treo theo bài toán cộng hưởng dòng xoáy 39

2.1.5 Kết luận 41

2.2 Bài toán tĩnh 41

2.2.1.Bài toán bền do tải trọng tĩnh khi tuyến ống qua hố lõm 41

3 Bài toán qua đỉnh lồi 45

4.Kết luận 45

VI BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG 46

1 Tổng quan về chống ăn mòn cho tuyến ống 46

1.1 Vai trò của chống ăn mòn trong thiết kế công trình đường ống biển 46

1.2 Môi trường gây ăn mòn đường ống 46

2 Các phương pháp chống ăn mòn cho tuyến ống 47

2.1 Chống ăn mòn ngoài ống 47

2.1.1 Chống ăn mòn bị động 47

2.1.2 Chống ăn mòn bị động 49

2.1.3 Phương pháp bảo vệ kết hợp 49

3 Phương án chống ăn mòn cho tuyến ống dẫn nước ép vỉa BK1-BK5 50

3.1 Chống ăn mòn trong lòng ống 50

3.2 Chống ăn mòn ngoài ống 50

3.2.1 Thiết kế lớp sơn phủ chống ăn mòn 50

3.2.2 Thiết kế bảo vệ chống ăn mòn điện hoá 50

3.2.2.1 Nguyên lý chống ăn mòn điện hoá 50

3.2.2.2 Tính toán, thiết kế hệ thống anode hy sinh 52

3.2.2.2.1 Cơ sở tính toán 52

3.2.2.2.2 Thiết kế các thông số hệ thống Anode 55

3.2.2.2.3 Thiết kế, bố trí chi tiết Anode 57

CHƯƠNG 3 : THI CÔNG TUYẾN ỐNG 58

I TỔNG QUAN VỀ THI CÔNG TUYẾN ỐNG BIỂN 58

1 Mục đích thi công đường ống biển 58

-Lựa chọn ra phương án thi công thích hợp nhất để vừa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cũng như giá trị kinh tế… 58

2 Các phương pháp thi công đường ống biển 58

3 Giới thiệu các phương pháp thi công đường ống hiện đang được áp dụng 58

3.1 Phương pháp thi công bằng xà lan thả ống( Lay – Barge Methode) 58

3.1.1 Phân loại 59

3.1.2 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo 59

3.1.3 Ưu nhược điểm của phương pháp 59

3.1.3.1 Ưu điểm 59

3.1.3.2 Nhược điểm 60

3.1.4 Phạm vi áp dụng 60

3.2 Phương pháp thi công bằng xà lan có trống cuộn( Reel – Barge Methode) 60

3.2.1 Ưu điểm 61

3.2.2 Nhược điểm 61

3.2.3 Phạm vi áp dụng 62

3.3 Phương pháp thi công kéo ống 62

3.3.1 Thi công bằng phương pháp kéo ống trên mặt nước 62

3.3.1.1 Ưu điểm 62

3.3.1.2 Nhược điểm 62

3.3.1.3 Phạm vi áp dụng 63

3.3.2 Phương pháp kéo ống sát mặt( Below surface Tow) 63

3.3.2.2 Nhược điểm 63

3.3.2.3 Phạm vi áp dụng 64

3.3.3 Phương pháp thi công kéo ống sát đáy biển( off Bottom Tow) 64

3.3.3.1 Ưu điểm 64

3.3.3.2 Nhược điểm 64

3.3.3.3 Phạm vi áp dụng 64

II PHƯƠNG ÁN THI CÔNG TUYẾN ỐNG DẪN NƯỚC ÉP VỈA TỪ BK1 SANG BK5 65

1 phương án thi công 65

III TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN ỐNG KHI THI CÔNG LẮP ĐẶT ỐNG 65

1 Tính toán độ bền khi thi công thả ống 65

1.1 Mô hình tổng quát của bài toán thi công thả ống 66

1.1.1 Đoạn cong lồi 66

1.1.2 Đoạn cong lõm 66

2 Tính toán độ bền của tuyến ống khi thi công lắp đặt 66

2.1 Tính toán đoạn cong lồi 66

2.2 Tính toán đoạn cong lõm 68

2.2.1 Các phương pháp giải đoạn cong lõm 68

2.2.2 Phương pháp dầm tuyến tính 68

2.3 Kết luận 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC 1 : TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VỊ TRÍ TUYẾN ỐNG 73

2 Tính toán các thông số của sóngvà vậ tốc sóng dòng chảy hiệu quả và tính khối lượng yêu cầu 74

2.1 Lựa chọn lý thuyết sóng tính toán 74

PHỤ LỤC 2 : TÍNH ỔN ĐỊNH ĐOẠN CONG LÕM 79

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC

VIỆN XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH BIỂN ĐƯỜNG ỐNG-BỂ CHỨA

Chiều dày (m)

Đường kính (mm)

áp suất

Pd (at)

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỎ BẠCH HỔ

I.GIỚI THIỆU CHUNG

1.Tình hình khai thác dầu khí hiện nay

Nhu cầu tiêu thụ sản phẩm dầu khí tăng nhanh kéo theo đó là các dự án khai thác dầu khí trên biển Trên thế giới các tuyến ống đã được xây dựng trên vịnh Mêxico, biển Bắc, Địa Trung Hải, Australia, Đông Nam A, Mỹ La Tinh với quy mô, độ sâu nước lớn, kích thước đường ống tăng cùng khoa học kỹ thuật phát triển đi kèm công trình đường ống từ đó phát triển theo rất nhanh Điển hình là các thiết bị thi công thả ống, công nghệ gia tải cho ống, công nghệ nối ống v.v

Tại Việt Nam, tuyến ống đầu tiên được lắp đặt bởi xí nghiệp liên doanh VietsovPetro khi xây dựng mỏ Bạch Hổ Đến nay, trên thềm lục địa nước ta

đã có hàng ngàn kilômet đường ống các loại, trong đó có cả đường ống mềm

và các đường ống có kích thước lớn đưa khí vào bờ với chiều dài lên đến vài trăm kilômet

Hiện nay chúng ta đang xây dựng nhà máy lọc dầu Dung Quất để chế biến dầu thô thành các sản phẩm thiết yếu phục vụ một phần nhu cầu tiêu dùng và các sản phẩm dầu mỏ cũng như khí đốt Vì vậy ngành dầu khí của nước ta đang đẩy mạnh tiến trình khai thác thu gom các sản phẩm để đưa vào chế biến phục vụ nhu cầu thiết yếu của đất nước

2.Các loại đường ống

Có nhiều cách phân loại đường ống khác nhau

3.1 Cấu tạo ống ngầm

-Ống thép là bộ phận chính của đường ống chế tạo sẳn dài 6m đến 12m Vật liệu làm thép ống là loại có khả năng chống ăn mòn tốt, phổ biến là hợp kim C-Mn Theo công nghệ chế tạo mà ống thép có thể chia thành thép đúc hay ống thép hàn, trong đó thép đúc có độ an toàn cao hơn

Lớp chống ăn mòn: Lớp chống ăn mòn ngoài ống theo nguyên tắc sơn phủ, thường chiều dày khoảng 5mm Các loại sơn phủ hay sử dụng là sơn có gốc epoxi hay nhựa đường

-Lớp bê tông gia tải: Chiều dày 4cm-10cm có tác dụng tăng trọng lượng để đảm bảo ổn định vị trí cho đường ống (Trọng lượng riêng

trường hợp, người ta không dùng vỏ bê tông gia tải mà dùng khối gia tải cục

bộ vít xoắn để cố định đường ống dưới đáy biển

-Mối nối: Các đoạn nối ống được nối lại bằng mối hàn Chất lượng mối hàn là vấn đề hết sức quan trọng khi thi công đường ống Ngoài ra, khi đầu

nối đường ống ngầm với ống đứng hoặc sửa chữa đường ống, một số mối nối khác có thể sử dụng mặt bích, hoặc nối cơ khí

-Protector (hay anode hy sinh) là thiết bị chống ăn mòn điện hoá được gắn cố định trên ống Protector nhiều hình dạng khác nhau phổ biến là dạng bán khuyên có chiều dày phù hợp với lớp bê tông gia tải

3.2 Cấu tạo ống đứng

-Ống đứng được đặt trong vùng chụi tác động ăn mòn và tải trọng lớn

do môi trường biển gây ra.Do vậy ống đứng thường có chiều dày lớn hơn chiều dày ống ngầm việc chống ăn mòn cũng được chú ý hơn bằng phương pháp đặt ống trong ống hay bọc ăn mòn bằng cao su ống đứng được cố định vào khối chân đế nên không cần gia tải

Một số công trình gần đây ứng dụng công nghệ ống mềm Đường ống mềm được là từ nhiều lớp vật liệu sợi thép, chất dẻo, có độ bền cao đồng thời mềm dẻo nên thuận lợi khi thi công Tuy nhiên hạn chế đường kính ống củng như giá thành cao hơn nhiều so với ống cứng thông thường

II.TỔNG QUAN VỀ MỎ BẠCH HỔ

Mỏ Bạch Hổ là mỏ lớn nhất Việt Nam và cũng là mỏ Việt Nam trực tiếp khai thác Mỏ nằm ở phía nam thềm lục địa Việt Nam nằm trong lô 09 -1 thuộc bể trầm tích Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120 km do Xí nghiệp liên doanh dầu khí VietsoPetro khai thác Tháng 6 năm 1986 dòng dầu khí đầu tiên được khai thác trong tầng trầm tích Mioxen của mỏ Bạch Hổ Năm

1987 phát hiện dầu khí trong tầng trầm tích Oligoxen và đặc biệt năm 1988 phát hiện dầu khí trong tầng đá móng Granite nứt nẻ Tổng trữ lượng dầu khí

đồng hành của mo Bạch Hổ được đưa vào sử dụng cho các công trình cảu nhà máy Bà Rịa từ tháng 5 năm 1995 và cho nhà máy Phú Mỹ 2,1 từ tháng 2 năm

1997 và tương lai là các khu công nghiệp của Vũng Tàu như Vedan, Kidwell…

1.Công nghệ khai dầu khí ở mỏ BẠCH HỔ:

mỏ Bạch Hổ nói riêng đều phải trai qua ba công đoạn sau đây:

Giai đoạn 1: Giai đoạn 2: -Khai thác

Giai đoạn 3: -Phân phối

1.1.Giai đoạn1: Thượng nguồn

Là giai đoạn khảo sát và thăm dò dầu khí, bằng các phương pháp kỹ thuật người ta có thể xác định được chính xác nơi nào có dầu và trữ lượng là bao nhiêu Từ đó người ta đi đến quyết định có khai thác hay không, nếu trữ lượng

đủ lớn để khai thác thì tai đó các công trình khai thác dầu khí như các hệ thống dàn khoan và hệ thống đường ống sẽ được xây dựng

1.2 Giai đoạn 2: Trung nguồn

Ở giai đoạn này các sản phẩm sẽ được khai thác và vận chuyển đến những nơi sử lý như các dàn trung tâm, các dàn công nghệ,hoặc chúng được đưa đến các bể chứa thông qua hệ thống đường ống ở giai đoạn khai thác nó sẽ được phân thành hai thời kỳ khai thác khác nhau đó là:

-Thời kỳ khai thác sơ cấp là thời kỳ đầu khi mà áp lực ở giếng là đủ lớn

để đẩy sản phẩm dầu khí lên đến nơi chế biến

-Thời kỳ khai thác thứ cấp là thời kỳ mà giếng không còn đủ áp lực để đẩy sản phẩm dầu khí đến nơi chế biến Nhưng trữ lượng của nó vẫn còn khá lớn có thể vẫn tiếp tục khai thác được Khi đó người ta sử dụng công nghệ bơm nước ép vỉa với áp lực đủ mạnh xuống giếng để tiếp tục khai thác

1.3.Giai đoạn 3: Hạ nguồn

-ở giai đoạn này các sản phẩm dầu mỏ sau khi đã được chế biến nó sẽ được

đưa đến nhưng trung tâm tiêu thụ như những trạm dót dầu không bến hoặc là nhứng cảng dầu nhờ hệ thống đường ống

2 Giới thiệu các công trình khái thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ

SƠ ĐỒ XÂY DỰNG HỆ THỐNG CÁC CÔNG TRÌNH KHAI THÁC DẦU

KHÍ Ở MỎ BẠCH HỔ HIỆN NAY

Để phục vụ cho khoan thăn dò và khai thác dầu khí ngoài biển ở mỏ Bạch Hổ, Xí nghiệp liên doanh VietsoPetro đã xây dựng ở đây một hệ thống các công trình bao gồm: Dàn công nghệ trung tâm CTP, dàn khoan cố định MSP, dàn nhẹ BK, trạm rót dầu không bến UBN, các tuyến đường ống nội

mỏ

- Một dàn công nghệ trung tâm CPT2 đã được dử dụng

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

- 09 dàn BK: BK1, BK2, BK3, BK4, BK5, BK6, BK7, BK8, BK9

- 3 trạm rót dầu không bến UNB1,UNB 2, UNB 4

- Dàn nén khí lớn, dàn nén khí nhỏ, dàn bơm nước, dàn ép vỉa, dàn người

ở, các cầu dẫn…

Ngoài ra mỏ Bạch Hổ còn có hệ thống đường ống bao gồm:

- 24 tuyến ống dẫn dầu với tổng chiều dài 77.72682 km

- 18 tuyến ống dẫn Gaslift với tổng chiều dài 38.729 km

- 18 tuyến ống dẫn hỗn hợp dầu, khí với tổng chiều dài 42.899 km

Tổng chiều dài toàn bộ tuyến ống ngầm tại mỏ Bạch Hổ tính đến năm 2000

là 196.70082 km

Hiện nay, Xí nghiệp liên doanh VietsoPetro đang cải tạo các dàn MSP trước đó và lắp đặt thêm các thiết bị khai thác, xây dựng và lắp đặt thêm các thiết bị khai thác, xây dựng thêm một số dàn nhẹ

2.1 Dàn khoan cố định MSP

Giàn khoan cố định MSP là dàn khoan cố định Trên dàn cốt trí tháp khoan di động có khả năng khoan ở nhiều giêng khoan Về mặt công nghệ, MSP có thể khoan, khai thác và xử lý Hệ thống công nghệ trên dàn cho phép đảm nhiệm nhiều công tác, từ xử lý sơ bộ sản phẩm dầu khí cho đến tách lọc sản phẩm dầu thương phẩm, xử lý sơ bộ khí đồng hành Mức độ xử lý tuỳ thuộc vào hệ thống thiết bị trên từng dàn Sản phẩm dầu khí được xử lý trên MSP có thể là từ các giếng khoan của nó hoặc được thu gom từ dàn nhẹ BK

Về mặt cấu tạo dàn khoan gồm có phần móng cứng, khối chân đế và phần kết cấu thượng tầng Chân đế gồm hai khối nối với nhau bắng sàn chịu lực (MSF) ở phía trên và cố định xuống đáy biển bằng các cọc Khối chân đế

là kết cấu thép không gian là từ thép ống Thượng tầng có cấu trúc modul được lắp ghép trên sàn chịu lực

Mỗi chân đế có 8 ống chính (đường kính 812.8x20.6) Phần dưới của chân đế ở từng cọc trụ chính có 2 ống dẫn hướng cho cọc phụ

Các phần tử cấu thành mạng Panel và ống giằng ngang của chân đế là

từ các ống có đường kính 426x12mm đến 720x16 mm Những chỗ tiếp giáp với đáy biển cọc chính và cọc phụ được trang thiết bị bơm trám xi măng

kiện thi công ngoài biển nên kết cấu này chia làm 3 phần riêng biệt, 2 trong số

đó đặt hẳn lên các trụ đỡ còn phần tử thứ 3 chịu lực dùng đỉng suất đặt các thùng chứa cới các chức năng khác nhau cần thiết cho quy trình công nghệ thực hiện trên dàn

tất cả 16 cọc chính và 32 cọc phụ

Kết cầu thượng tầng cảu MSP đưcợ thực hiện theo thiết kế 16716 của trung tâm thiết kế Corall (Liên Xô cũ) gồm những Block và modul riêng được chia làm 2 tầng và được trang bị những thiết bị công nghệ cần thiết Thành phần của kết cấu thượng tầng gồm có tổ hợp khoan khai thác, năng lượng và khu nhà ở

2.2 Giàn nhẹ BK

do tàu khoan tự nâng thực hiện Dàn BK có các thiết bị công nghệ ở mức tối thiểu để đo lưu lượng và tách nước sơ bộ Sản phẩm từ BK sẽ được dẫn bằng đường ống về MSP hoặc dàn công nghệ trung tâm để xử lý Trên dàn không

có người ở

- Về mặt kết cấu, phần chân đế giàn BK là kết cấu giàn khung thép không gian có một mặt thẳng đứng, được cấu tạo từ thép ống có đường kính khác nhau Chân đế có 4 ống chính Hệ thống móng cọc gồm 4 cọc chính đường kính 720x20mm và 8 cọc phụ,

Thượng tầng có dân bay trực thăng, các thiết bị công nghệ, mày phát điện

2.3 Dàn công nghệ trung tâm CPT2

Tổ hợp dàn công nghệ trung tâm gồm có:

- Giàn công nghệ

- Giàn mini số 2 – BK

Chức năng chính của CTP là:

- Thu gom tách lọc các sản phẩm từ các giếng ở dàn nhẹ BK và các dàn MSP ở vòm trung tâm và vòm Nam mỏ Bạch Hổ và các mỏ khác

- Xử lý dầu thô thành dầu thương phẩm và bơm đến các trạm rót dầu không bến UNB1,UNB 2, UNB 3, UNB 4

Vị trí của dàn công nghệ trung tâm được xác định bởi các KCĐ hiện có

và kết cấu bên trên của CPT2 vẫn được sử dụng để khai thác giếng khoan đến tầng phong hoá tạm thời

2.4 Hệ thống trạm rót dầu không bến UBN

Dầu thô từ các giàn MSP, BK về dàn CTP để xử lý thành dầu thương phẩm sau đó chúng được bơm đến các tàu trở dầu Nhờ các trạm rót dầu không bến UBN các thiết bị chuyên để tiếp nhận dầu

- 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 kiêu tháp

- Khối chứa và chuyển hoá sản phẩm (chất khử nhũ và kìm hãm ăn mòn)

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

hệ thống tín hiệu báo hiệu sự cố và phòng cháy đảm bảo vận hành hữu hiệu hệ thống tiếp dầu

2.5 Hệ thống đường ống

Hệ thống hiện có được hình thành theo từng giai đoạn theo mức độ thăm

dò và tương ứng với việc phát triển xây dựng mỏ

Đến nay, bm đã có hơn 200km đường ống Các ống chính được sử dụng

để xây dựng là những ống có đường kính ngoài 253x16mm và D219x12mm Được xác định theo GOST 9731-74 và được luyện theo GOST 1050-74

Các giải pháp chính trong thiết kế đường ống ngầm

không ngừng sản phẩm từng giếng khoan với chi phí thấp nhất về vật tư và năng lượng Chi phí vật tư xác định bởi tổng chiều dài đường ống, đường kính ống và chiều dai ống Chi phí năng lượng được xác định bơi áp suất cần thiết

để bơm vận chuyển để đảm bảo vận chuyển không ngừng cần phải có đường ống dự phòng và hệ thống đường ống khép kín Trong trường hợp cần thiết đường ống dự phòn còn cho phép tăng lưu lượng cận chuyển của hệ thống

nhiệt độ 1000c

- Do khả năng kỹ thuật của Xí nghiệp liên doanh VietsoPetro và chiều dài của các tuyến ống không lớn nên việc sử dụng vùi ống là không kinh tế

Sự ổn định của đường ống ngầm dưới đáy biển nhờ trọng lượng bản thân của ống

epoxi và gắn các Protector

ngầm trong thời gian hiện nay cũng như nhiệt độ thực tế của sản phẩm trong

đó đường ống ngầm không được bọc cách nhiệt

ống dùng để xây phần tuyến Khi đặt ống đứng vào kết cấu để đứng cố định được thì dùng nẹp cứng và nửa cứng

của máy bơm ly tâm (đối với dầu), áp suất bình tách khí (đối với khí) và áp suất của vỉa (đối với hỗn hợp dầu khí) Chính vì vậy việc xác định khả năng vận chuyển của tuyến ống giữa vai trò quan trọng

- Các số liệu ban đầu của ống được xác định theo độ nhớt cực đại của nhũ tương, nước dầum hay hỗn hợp khí với khả năng vận chuyển được

kế phù hợp với sức chịu tảI của trạm rót dầu không bến

thu gom từ các dàn cố định đến các trạm nén khí không cần sử dụng máy nén khí Các khí ở cấp lọc liên tiếp theo được nén tới 16 và đưa vào hệ thống thu gom khí

2.6 Giàn nén khí trung tâm CCP

CPP là bộ phận cơ bản trong hệ thống vận chuyển khí ở mỏ Bạch Hổ và đưa khí đồng hành vào bờ

- Công trình đứng tách riêng trong khu vực của dàn công nghệ trung tâm (CTP2) thuộc phía nam mỏ và có liên quan công nghệ với CTP2 Thông qua dàn ống đứng bằng cẩu nổi

* Công dụng:

- Nén khí đồng hành tại mỏ Bạch Hổ đảm bảo lưu lượng và áp suất khí đưa vào bờ tiêu thụ 12.5 Mpa đến hệ thống gaslift và các nhu cầu cho bản thân

Trạm nén khí trung tâm bao gồm hệ thống nén khí áp lực cao (Pbx = 1.0 Mpa)

công nghệ với MSP4 thông qua OBI cầu nối

* Công dụng:

- Nén khí đồng hành khu vực bắc mỏ Bạch Hổ đảm bảo việc chuyển khí đến hệ thống gaslift cho sử dụng bản thân và trong trường hợp cần thiết đưa vào bờ

3 Những yêu cầu đối với việc thiết kế và quy hoạch hệ thống khai thác mỏ Thiết kế xây dựng khu mỏ khai thác dầu khí cần được xem như là một

tổ hợp công nghệ đồng nhất đảm bảo thu nhận được sản phẩm có chất lượng đạt yêu cầu với chi phí cho thu gom khai thác, xử lý và vận chuyển là thấp nhất

* Hệ thống này bao gồm các quy trình công nghệ

- Thu gom, vận chuyển sản phẩm từ các giếng khai thác

công nghệ

- Tách các sản phẩm của giếng

- Tính toán khí theo hướng dẫn

* Những yêu cầu cơ bản để thiết kế và khai thác hệ thống thu gom bao gồm

hình, địa vật của vùng mỏ và các tính chất lý hoá của sản phẩm các giếng khai thác

- Phương pháp khai thác được lựa chọn nhằm đảm bảo chỉ tiêu thiết kế , khai thác mỏ

- Các thiết bị công nghệ (bơm nén khí, đo, tách) phải có khả năng hóa cải được

- Các hệ thống thu gom cần phải có khả năng cho phép tiến hành nhanh chóng và kinh tế công việc hoà cải, xây dựng lại hay thay đổi hình dạng những phần riêng biệt, đồng thời thay đổi các thông số quy trình công nghệ cho phù hợp với các điều kiện thay đổi với quy trình khai thác

- Các hệ thống thu gom cần phải cho phép tiến hành hiệu qủa chống các

sự cố mà không phải sửa chữa đáng kể

một số đường ống công nghệ ở những giai đoạn khai thác khác nhau mà thiết

kế ống chính với hệ số n=1.5 theo công suất thiết kế Đường ống của hệ thống thu gom cần có những đoạn dự bị, những đường vòng khép kín để thay đổi dòng đi theo hướng khác

III.GIỚI THIỆU TUYẾN ỐNG THIẾT KẾ

Tuyến ống thiết kế lá tuyến ông dẫn nước ép vỉa từ giàn nhẹ BK1 sang giàn nhẹ BK5 nằm trong khu vực của mỏ Bạch Hổ với các thông số sau:

-Chiều dài tuyến ống là L = 1875 m

-Đường kính ống D = 356 mm

-Độ sâu nước khu vực tuyến ống đi qua d0 = 52 m

hà bám là 10.5 cm

-Vật liệu làm ống là X46 có SMTS = 434 Mpa, SMYS = 317 Mpa -Tuyến ống đặt ở nơi có địa chất là đất sét có sức kháng cắt 6.84 kPa,

hệ số ma sát là 0.3

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TUYẾN ỐNG

I SỐ LIỆU ĐẦU VÀO

Bảng 2 Các thông số về độ sâu nước, biên độ triều, nước dâng,

chiều dày hàbám và nhiệt độ chất vận chuyển

Hà bám (cm) 4.5 7.0 5.5 8.4 3.0 6.2 9.4 10.5 12 7.7 Nhiệt độ (

+ Sai số chiều dày do chế tạo: -5% - 10%

Đường kính (mm)

Số liệu tuyến ống

Số liệu sóng, dòng chảy

Số liệu tuyến, vật liệu, địa chất và hiệu chỉnh số liệu sóng dòng

chảy của mỗi nhóm như sau:

sóng (m)

Dòng chảy (m/s)

II TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN ĐƯỜNG ỐNG CHỊU ÁP LỰC TRONG

Theo DNV, Submarine pipeline systems 2000

1.Công thức tính toán

- Theo DnV2000 độ bền của ống chịu áp lực được kiểm tra bởi công

thức 5.14:

m SC

b e li

t P P P

γ

γ

) (1

≤

* Các đại lượng trong công thức 5.14 được xác đinh theo DnV như sau:

- γm: Là hệ an toàn theo cấp được lấy theo bảng 5-4

- Pli: Áp lực cục bộ trong điều kiện có sự cố tại điểm tính toán

Pli = Pinc + ρcont.g.h = Pd.γinc + ρcont.g.h

- Pd: Là áp lực thiết kế Pd=310(at)

- γinc: Là hệ số áp lực sự cố Theo DnV 2000 γinc=1.05÷1.10 Ở đồ án này

ta lấy γinc=1.10 cho tất cả các trường hợp

điểm quy ước xác đinh Pd, không liên quan đến mực nước

ρcont=1025kG/m3 ( mật độ của nước biển)

- g: là gia tốc trọng trường g = 9.81(m/s2)

- Pe: Là áp lực ngoài ( Trong trường hợp này tính với Pmin) được xác định theo công thức:

- h: là chiều cao mực nước thấp nhất :

f x D

ƒy : Ứng suất chảy dẻo của vật liệu ống

- SMTS : Ứng suất kéo nhỏ nhất của thép ống

Được tra trong bảng 12-4 tương ứng với thép API X46

- αU: Là hệ số cường độ vật liệu lấy trong điều kiện thông thường αU =

0.96

ta coi như vật liệu làm việc đẳng hướng) αA = 1

- x: Chiều dày t1hoặc t2 (Tuỳ vào các trường hợp làm việc cụ thể của

* Tính các hệ số đặc trưng của vật liệu

Các giá trị được tính trong bảng sau

SMYS

(KG/cm2)

SMTS (KG/cm2)

ftemp ((KG/cm2)

fy(KG/cm2)

fu (KG/cm2)

Để biết được đoạn đường ống ta đang thiết kế thuộc loại cấp an toàn

nào, chủ yếu dựa vào vị trí đoạn ống và chất vận chuyển bên trong Ta xác

định cấp an toàn từ các bảng 2-1, bảng 2-2, bảng 2-3 và bảng 2-4

Đối với đồ án đang thiết kế, chất vận chuyển là chất lỏng Thuộc loại

chất không cháy Nó thuộc nhóm A trong bảng 2-1

phải tính cho cả 2 vùng riêng rẽ

của con người Căn cứ vào mức độ phân tích về rủi ro có thể xẩy ra mà vùng

2 được tính kéo dài ra khỏi dàn đoạn bao nhiêu Trong đồ án đang thiết kế

Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người lớn, ảnh hưởng tới môi trường nghiêm trọng, rất ảnh hưởng đối với kinh tế hoặc hậu quả chính trị Thường phân loại cho trạng thái vận hành đối với vùng bên ngoài dàn

Cao

Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người lớn, ảnh hưởng tới môi trường nghiêm trọng, hậu quả to lớn đối với kinh tế hoặc chính trị Thường phân loại cho trạng thái vận hành đối với vùng 2

* Phân loại cấp an toàn :

Lắp đặt Vận hành

Vùng1 Vùng2 Vùng1 Vùng2 Thấp

1,046

Thấp 1,046

Thấp 1,04

Trung Bình 1,14

Từ công thức kiểm tra:

m SC

b e li

t P P P

γ

γ .

) (1

≤

3

2 2 1

1

y f t D

2.1 Trong điều kiện thử áp lực tại nhà máy P e = 0

Trong trạng thái thử áp lực, áp lực được thử cao hơn áp lực thiết kế,

phụ thuộc cấp an toàn khi vận hành

=> x ≥ 0.05423D =19.31 (mm)

Chiều dày ống t1 = t – tfab - tcorr

1.2.Tính toán kiểm tra

SC m

c e

P P

γ

γ 1 1

- Pe: Là áp lực ngoài lớn nhất Trong trường hợp này phải tính với h là

độ sâu nước lớn nhất: h = d0 + d1 + d2 + η.Hmax

(

t

D f P P P P P P

Trong đồ án này ta lấy f0 = 0.005

- t2:Chiều dày tính toán của ống, không tính đến sai số do chế tạo

-Đối với trường hợp thi công thử áp lực: t2 = t

-Đối với các trường khác : t2 = t - tcorr

Pel = 2

3 2

1

) ( 2ν

−D

t E

+ E=2.1x106kG/cm2: Là môdun biến dạng đàn hồi của vật liệu

ở đây ta đang kiểm tra cho các đoạn ống liền αfab = 1,00

Sau khi tính toán được kết quả của Pel, Pp trong các trường hợp ta dùng tính Pc và so sánh điều kiện ở công thức (5-22)

Kết quả tính toán Pc theo công thức (5-18) bài toán giải phương trình bậc

ba ta lấy ngiệm sau dùng để kiểm tra:

Pc3 – Pel*Pc2 –(Pp2 +Pel*Pp*f0*D/t2)*Pc+Pel*Pp2 = 0

Cùng với các hệ số được lấy ở bài toán kiểm tra áp lực trong ta dùng kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ theo công thức (5-22)

Kết quả kiểm tra

Pe =6,07 kG/cm2

SC m c

P

γ

γ 1 1

1.3.Kết luận

Với chiều dày ống t = 24 (mm) ống không bị mất ổn định cục bộ

2 Kiểm tra điều kiện mất ổn định lan truyền của tuyến ống

2.1.Hiện tượng

Là hiện tượng xảy ra khi áp lực ngoài lớn hơn áp lực trong ống.Khi đó ,trong ống sẽ xuất hiện ứng suất vòng mang dấu âm.Nếu ứng suất vòng đủ lớn làm cho ống bị bóp méo , dẫn đến mất ổn định cục bộ của tuyến ống

2.2.Tính toán kiểm tra

theo công thức ở mục 510 quy phạm DnV_2000

.

pr e

m SC

P P

Các đại lượng còn lại giải thích như mục 1 ở trên

Ppr=125.69 (kG/cm2) Ppr=101.12 (kG/cm2)

kiểm tra điều kiện ổn định cục bộ theo công thức (trang39 TCDnV_2000)

IV TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA ĐƯỜNG ỐNG DƯỚI DÁY BIỂN

1 Hiện tượng

Ống sau khi được dải xuống biển theo tuyến thiết kế có thể bị dịch chuyển dưới tác động của sóng, dòng chảy, Gây mất ổn định vị trí và có thể dẫn đến bị hư hỏng, do đó phải kiểm tra điều kiện ổn định của ống trong cả trạng thái lắp đặt và trong trạng thái khai thác

Ống bị mất ổn định là do các lực thuỷ động

- FD- Là lực cản vận tốc

- FI- Là lực cản gia tốc

- FL- Là lực nâng

-FD; FI; FL được xác định như sau:

5

Thực hiện tính toán lực thuỷ động đôi với hướng sóng ta được:

Trọng lượng yêu cầu của đường ống được xác định theo công thức sau:

os sin

L D I s

100

năm

Tỷ số d/ g.T2 0.008 0.005 0.007 0.004 0.007 0.007 0.006 0.008

0.074 0.086 0.080 0.088 0.098 0.076 0.078 0.088

10

năm

Tỷ số H/ g.T2

0.007 0.005 0.006 0.006 0.005 0.005 0.007 0.006Theo kết quả tra theo đồ thị 3.5 trang 36 (Offshore Pipeline Design, Analysis, and Methods) Tất cả các hướng sóng đều phải tính theo lý thuyết sóng Stock 2 Theo yêu cầu đồ án ta tính theo lý thuyết sóng Stock 5

+Vận tốc:

.

) ( 1

d k Shn

d z k n Ch G k

R3 = 6.U3 – 3.U1 U2 + 3.V1.V2 – – 3.U1 U4 - 3.V1.V4

R4 = 8.U4 – 2.U22 + 2.V22– 4.U1 U3+ 4.V1.V3

R5 = 10.U5– 5.U1 U4 – 5.U2 U3 + 5.V1.V4 + 5.V2.V3

) (

)]

( [

d k n Sh

d z k n Ch G

=

) (

)]

( [

d k n Sh

d z k n Sh G

Tần số vòng ω:

2.4 Tính toán vận tốc sóng và dòng chảy

(thực hiện trong chương trình Excel)

2.5 Tính toán vận tốc sóng và dòng chảy hiệu quả

0 0

R e =

υ = 0,929.10-6

2.7 Tính toán các hệ số C D , C L , C M

Design, Analysis, and Methods)

3 Kết quả tính toán, kiểm tra

do đó.Do đó ta cũng phải tính ổn định cho đường ống theo 2 trường hợp riêng Với chú ý: do vận tốc hiệu quả và hệ số Reynolds phụ thuộc vào D do

đó ở mỗi trường hợp phải tính riêng các đặc trưng

3.1 Các thông số đầu vào

* Số liệu về tuyến ống :

-Chiều dài tuyến ống L = 1875 m

-Ở trạng thái lắp đặt ống chưa có hà bám và ăn mòn

-Khi tuyến ống được xây dựng tuyến ống sẽ không là một đường thẳng

mà có dạng đường cong không đều do vậy trong giới hạn của đồ án này ta

chia ra làm 3 vùng để tính toán và kiểm tra ổn định vị rtí của tuyến ống

3.2.1 Khi vùng 1 của tuyến ống hợp với hướng bắc môt góc α =180 0

-Kết quả tính toán kiểm tra bài toán ổn định vị trí theo các hướng sóng

và dòng chảy tương ứng với trường hợp tuyến ống hợp với hướng bắc môt

SW 28.01 50.59

Theo kết quả tính toán thì ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí mà ta

không phải bọc bê tông

* Nhận xét :

Hướng W là hướng có áp lực sóng và dòng chảy lên tuyến ống là lớn

nhất

3.2.2 Khi vùng 2 tuyến ống hợp với hướng bắc môt góc α =135 0

-Kết quả tính toán kiểm tra bài toán ổn định vị trí theo các hướng sóng

và dòng chảy tương ứng với trường hợp tuyến ống hợp với hướng bắc môt

Theo kết quả tính toán thì ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí mà ta

không phải bọc bê tông

-Kết quả tính toán kiểm tra bài toán ổn định vị trí theo các hướng sóng

và dòng chảy tương ứng với trường hợp tuyến ống hợp với hướng bắc môt

Theo kết quả tính toán thì ống đảm bảo điều kiện ổn định vị trí mà ta

không phải bọc bê tông

* Nhận xét :

Hướng N là hướng có áp lực sóng và dòng chảy lên tuyến ống là lớn

nhất

4 Kết luận

-Tuyến ống thoả mãn bài toán ổn định vị trí mà ta không cần bọc thêm

bê tông cho tuyến ống

-Trong tính toán ta thấy hướng N là hướng có áp lực sóng và dòng chảy

lên tuyến ống là lớn nhất

V XÁC ĐỊNH NHỊP TREO CHO PHÉP ĐỐI VỚI TUYẾN ỐNG

1 Hiện tượng

Nhịp treo là hiện tượng đoạn đường ống không còn tiếp xúc với mặt đất

do các nguyên nhân khác nhau, như do hiện tượng địa hình lồi lõm, hiện

tượng ống đi qua các chướng ngại vật, hoặc sự biến đổi địa hình do sóng cát,

xói ngầm …

Nhịp treo cho phép là chiều dài nhịp tối đa mà đường ống có thể đảm bảo độ bền, độ ổn định

2.Các bài toán tính nhịp treo cho phép

-Bài toán tĩnh

Trong khuôn khổ môn học cũng như đồ án này ta xét bài toán nhịp treo chịu tải trọng tĩnh và bài toán nhịp treo chịu cộng hưởng dòng xoáy

2.1 Bài toán động:( Bài toán cộng hưởng dòng xoáy)

định, tạo ra dòng xoáy phía sau thành ống

Dòng xoáy dẫn đến sự biến đổi có chu kỳ của áp lực thuỷ động tác dụng lên ống và làm cho ống rung động

Hiện tượng này sẽ nguy hiểm nhất khi tần số dao động riêng của ống trùng với tần số dao động của dòng xoáy và gọi là hiện tượng cộng hưởng

2.1.1.Điều kiện để không xảy ra hiện tượng cộng hưởng là

Trong đó:

- fs: là tần số dao động của dòng xoáy

-fn: là tần số dao động riêng của ống

2.1.2 Xác định tần số dao động của dòng xoáy

dc v

SV f D

=

Trong đó:

-D: đường kính ngoài của ống

hai đầu ngàm C2 = 3,5 Ta sẽ tính toán cho các trường hợp

2.1.4.Xác định nhịp treo theo bài toán cộng hưởng dòng xoáy

Bài toán cộng hưởng dòng xoáy phụ thuộc lớn vào khối lượng đơn vị ống và đường kính ngoài , do đó được tính với 2 trường hợp

) (

4

2 2

) 2 ( ) 2 2 [(

4

2 2

2

2 D kg m

chuyển hay không

) (

21 , 0 75 , 0

C L

f f

s n

s = → =