Đề cương ôn tập môn đường ống dầu khí. là môn học cho các bạn sinh viên ngành tàu thủy và công trình dầu khí các bạn quan tâm có thể tải về để tham khảo.đây là bài tập do các bạn chuyên ngành viết nên mang tính chất tham khảo cho nội dung ôn tập
Trang 1Câu 1 : Trình bày các bước thiết kế hệ thống đường ống ngầm ngoài khơi
a, Tính toán lựa chọn tuyến ống :
Tiêu chuẩn tính toán lựa chọn tuyến ống:
- Việc thực hiện tính toán lựa chọn tuyến ống phải phù hợp với tiêu chuẩn DNV OS
F101, tuyến ống tối ưu nhất được lựa chọn là tuyến ống có chiều dài ngắn nhất có thể
và số khuyết tật là ít nhất
Khảo sát kĩ thuật sơ bộ : về độ sâu nước và địa kĩ thuật của đáy biển
Đề xuất tuyến: Từ các thông tin khảo sát trên đưa ra tọa độ tuyến ống chính và phụ phù hợp
b, Tính toán các trường hợp tải trọng tác dụng lên đường ống
Trường hợp thi công và vận hành :
- Tải trọng chức năng : trọng lượng bản thân, áp lực thủy tĩnh, áp lực bên trong khi thử áp,…
- Tải trọng môi trường : tải trọng sóng, dòng chảy, thủy động,…
- Tải trọng thi công : tải trọng nâng ống, liên kết, thử áp,…
- Tải trọng va đập, sự cố : va vào chướng ngại vật khi lắp đặt
Các tổ hợp tải trọng trạng thái :
+ Trạng thái giới hạn cực hạn
+ Trạng thái giới hạn mỏi
+ Trạng thái giới hạn sự cố
C, Tính toán chọn đường kính và chiều dày ống :
Chọn sơ bộ đường kính ống:
- Công thức tính lưu lượng chất vận chuyển:
Trong đó: Q: là lưu lượng chất vận chuyển;d: là đường kính ống;v: là vận tốc của chát vận chuyển trong ống
Tính toán chọn chiều dày đường ống
- Công thức kiểm tra:
(theo công thức 5.14 DnV-OS-F101) (1) Trong đó:P[SUB]e[/SUB]: áp lực ngoài nhỏ nhất; g[SUB]m[/SUB]: Hệ số kháng vật liệu phụ thuộc vào trạng thái vật liệu theo DnV2000
D, Tính toán độ bền đường ống
Tính toán bền đường ống qua địa hình phức tạp
Bài toán tĩnh: Tính toán bài toán tĩnh tuân theo tiêu chuẩn DNV RP F105 và sử dụng phần
mềm Mathcad
Bài toán động : Phân tích nhịp treo động sẽ được thực hiện cơ bản theo các tiêu chuẩn sau :
+ Tiêu chuẩn kiểm tra mỏi;
+ Tiêu chuẩn theo trạng thái giới hạn cực hạn;
- Việc tính toán phân tích lựa chọn tuyến được thực hiện bằng phần mềm Mathcad
E, Tính Toán ổn định đường ống ngầm
a) Mất ổn định lan truyền : Hiện tượng này được mô tả là dưới áp suất ngoài cao nhất
định, nếu trên đường ống đã có 1 điểm mất ổn định cục bộ, thì vết lõm sẽ lan truyền sang các điểm lân cận dọc theo tuyên ống
Trang 2b) Mất ổn định vị trí tuyến ống : Trong quá trình vận hành đường ống luôn chịu tác động
của điều kiện môi trường như sóng, dòng chảy, đặc biệt là lực đẩy nổi Những tác động này làm cho đường ống có xu hướng bị dịch chuyển dưới đáy biển, trôi dạt đường ống và có thể
bị phá hủy đường ống do quá ứng suất
Câu 2 : Trình bày phương pháp thi công lắp đặt đường ống ngầm ngoài khơi ( Hình
vẽ minh họa )
a, Thả ống theo phương ngang bằng xà lan chuyên dụng kinh điển ( S lay )
Quy trình hoạt động : ống được đưa đến tàu bằng tàu vận tải
ống được cẩu chuyển từ giá chứa ống đến giá định hướng
dây truyền hàn và kiểm tra gồm có 5-12 tùy cỡ ống và mặt bằng tàu
sau khi hàn nối đoạn ống, mối hàn được phủ chống ăn mòn
ống đi tiếp qua thiết bị Tensioner để tạo lực căng rồi qua Stinger xuống biển
Ưu điểm :
- Mọi khâu đều được thực hiện trên tàu nên độ an toàn tương đối cao
- Sử dụng được với cả ống gia tải và không gia tải
Nhược điểm :
- Luôn cần hệ thống tàu dịch vụ để hỗ trợ công tác thả neo và cung cấp ống
b, Kéo ống trên đáy biển
Quy trình thi công : Phương pháp này dựa trên nguyên tắc nối ống chung như các phương
pháp nêu trên nhưng trong quá trình kéo ống thì ống sẽ tiếp xúc trực tiếp với đáy biển mà không cần sự hỗ trợ của hệ thông phao
Ưu điểm : Đơn giản không đòi hỏi các phương tiện phụ trợ
Ít chịu tác động của dòng chảy và sóng
Khi gặp bất lợi về thời tiết có thể để ống dưới đáy biển mà không sợ hư hỏng
Nhược điểm : Thi công dễ gặp sự cố do va vào các chướng ngại dọc tuyến
Vỏ ống bị hư hại nhiều trong quá trình kéo ống
Đường ống chịu ma sát lớn với đáy biển nên cần tàu có sức kéo lớn
c, Xà lan thả ống có trống cuộn
Quy trình hoạt động :
Đường ống được chế tạo trên bờ, hàn nối, bọc chống ăn mòn sau đó cuộn đều lên trống có đường kính lớn
Tàu thả ống cùng trống cuộn di chuyển đến vị trí xây dựng và tiến hành rải ống
Đường ống được làm thẳng sau đó đưa xuống đáy biển có thể qua Stinger hoặc không Hình dạng khi thả ống có thể là S lay hoặc J lay
Thi công nước sâu có thể sử dụng Tensioner để tạo lực căng
Khi thả hết một cuộn ống, hàn đầu kéo vào ống và thả tiếp bằng cáp Tàu quay về cảng lấy trống cuộn thay thế
Tại vị trí thi công ống đã thả được kéo ngược lên tàu để hàn vào đầu ống mới và thả tiếp như bình thường
Ưu điểm : Tốc độ thi công cao
Trang 3Chất lượng mối hàn, vỏ chống ăn mòn cao do được thi công và kiểm tra tại nhà máy
Có thể thi công không cần Stinger
Nhược điểm : Đường kính ống bị hạn chế từ 10-16 inch
Không cho phép bọc gia tải cho ống
Thi công nối cuối ống phức tạp và mất thời gian
Cần phải tăng chiều dày ống để tránh được các hiện tượng ống bị bẹp trong khi cuộn hoặc thả ống
d, Kéo ống trên mặt nước
Quy trình thi công : Các phân đoạn ống được nối liên tiếp thành những đoạn dài phụ thuộc
vào khả năng của tàu kéo Cần có hệ thống ponton để nâng ống nổi sát mặt, hệ thống ponton tạo thành những gối đỡ, ống phải làm việc như một dầm liên tục Các đoạn ống được kéo ra
vị trí thi công nhờ tàu kéo và tàu giữ
Ưu điểm : Thi công trên biển tương đối nhanh
Đường ống có chất lượng cao
Chỉ cần một loại phao phục vụ cho công tác thi công thả ống
Nhược điểm : Đòi hỏi mặt bằng thi công trên bờ khá lớn
Gây cản trở các hoạt động dân sự trên biển như sự đi lại của tàu thuyền
Bất lợi khi thi công tuyến ống xa khu vực bãi lắp ráp do thời gian di chuyển trên biển dài
e, Kéo ống sát mặt nước
Quy trình thi công : Bố trí cho ống nổi cách mặt biển một khoảng tùy theo thiết kế nhờ hệ
thống phao nâng và hệ thống phao điều chỉnh khoảng cách , sử dụng tàu kéo và giữ để kéo ống
Ưu điểm : Thi công trên biển tương đối nhanh
Hạn chế được ảnh hưởng của sóng và dòng chảy
Ít ảnh hưởng đến các hoạt động hàng hải
Nhược điểm : Mặt bằng thi công trên bờ khá lớn
Thi công bất lợi khi tuyến ống xa khu vực lắp ráp
Phải sử dụng đồng thời hai loại phao
Yêu cầu sức kéo lớn hơn kéo ống trên mặt
f, Kéo ống sát đáy biển :
Quy trình thi công : Cũng dựa trên nguyên tắc nối ống chung như các phương pháp nêu
trên nhưng khac biệt ở chỗ để duy trì được độ cao cần thiết thì người ta sử dụng hệ thống phao nâng kết hợp với xích điều chỉnh Khi ống bị chìm thấp xuống chiều dài xích tự do giảm làm giảm tổng trọng lượng ống, lực đẩy nổi sẽ làm ống nâng lên về vị trí cân bằng Tương tự nếu ống bị nâng lên chiều dài xích tự do tăng lên làm tăng tổng khối lương
Ưu điểm : Giảm tác động tối thiểu của môi trường
Không gây ảnh hưởng đến các hoạt động của tàu thuyền trên biển
Yêu cầu sức kéo nhỏ hơn phương pháp kéo trên đáy biển
Nhược điểm : Phương pháp này không kinh tế cho những vùng nước sâu, do áp lực thủy
tĩnh lớn dẫn đến yêu cầu độ bền cho hệ thống phao là đáng kể
Khó xử lý khi có sự cố xảy ra
g, Thả ống bắng ống chữ J ( J tube ) từ platform
Quy trình thi công : Một ống hình chữ J được đặt sẵn trên thành jacket
Hàn đầu kéo vào cuối ống ngầm
Trang 4Ống ngầm được kéo qua ống chữ J lên thượng tầng bằng cáp và cẩu hoặc tời bố trí trên
thượng tầng
Miệng chữ J thường đặt cao hơn đáy biển một đoạn để giảm bớt độ cong của ống ngầm
Có thể kéo cùng lúc nhiều ống ngầm qua 1 J tube
Ưu điểm : Là phương pháp thích hợp cho vùng nước sâu
Nhược điểm : ảnh hưởng đến độ bền của ống ngầm khi kéo qua J tube và kéo lên kết cấu
h, Phương pháp thi công ống J ngược
Quy trình thi công : Tương tự như phương pháp ống chữ J , chỉ khác là ống được kéo theo
chiều ngược lại từ topside xuống đáy biển
Ưu điểm : Thích hợp cho vùng nước sâu,
Nhược điểm : Thi công chậm và ảnh hưởng các hoạt động trên topside
Ống thi công bằng phương pháp này thường phải nhỏ hơn 12 inch và không bọc bê tông
Câu 3 : Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thiết kế thi công đường ống
ngầm ngoài khơi
a, Ăn mòn :
Theo số liệu của cơ quan giám sát công nghệ quốc gia nga thì hỏng hóc đường ống biển do ăn mòn chiếm khoảng 20% qua đó cho thấy ăn mòn ảnh hưởng lớn đến thiết kế tính toán thi công
Ăn mòn trong ống :
Lượng H2S, CO lẫn trong dầu khí
Lượng khí O2
Nước biển có chứa các loại muối hòa tan, ion clo, ion sunfat khoảng 7mg/l oxy hòa tan, đó là môi trường ăn mòn rất mạnh
Ăn mòn ngoài ống
Độ mặn của nước biển
Nhiệt độ của nước biển
Điện trở riêng của nước biển
Độ sâu đáy biển mà tuyến ống đi qua
b, Các loại tải trọng
Tải trọng chức năng : Bao gồm trọng lượng, áp lực thủy tĩnh bên ngoài, nhiệt độ của chất vận
chuyển, lớp phủ, ứng suất trước, chuyển vị không đều, tải trong do hoạt động phóng pig, áp lực bên trong khi vận hành
Tải trọng môi trường : Tải trọng gió , tải trọng sóng và dòng chảy, băng trôi, động đất,…
Tải trọng sự cố : Va chạm với tàu thuyền, va chạm với vật rơi từ mặt nước, nổ, hỏng hệ thống
vận hành, vướng neo
Tải trọng thi công : phát sinh do việc lắp đặt, thử áp lực, duy tu, sửa chữa
Các loại tải trọng khác : Tải trọng do lưới đánh cá,…
c, Ổn định đàn hồi : Mất ổn định đàn hồi thường là khi áp lực bên ngoài cao hơn áp lực bên
trong ống Tới một giới hạn nhất định ứng suất này gây oằn ống trên tiết diện ngang thường là
dưới dạng vết lõm, tác động gây mất ổn định cục bộ là áp lực ngoài, thường xét là áp lực thủy
tĩnh
d, Độ bền của đường ống khi đi qua các địa hình phức tạp : Thông thường ống nằm liên tục
với đáy biển và do đó không chịu moment uốn, tuy nhiên một vài trường hợp đặc biệt buộc phải
vượt qua các dạng địa hình : Chướng ngại vật dạng lõm xuống như hào, rãnh, địa hình có sóng cát
Chướng ngại vật dạng đỉnh lồi như mỏm san hô, đường ống đã có trước đó,…
Trang 5Câu 4 : Trình bày những hiểu biết của em về hệ thống làm sạch hệ thống ống ngầm ngoài khơi
Câu 5 : Phân loại ống ngầm ngoài khơi và trình bày các thành phần trong hệ thống đường ống
a, Phân loại ống ngầm
+ Theo vùng sử dụng :
+ Theo vị trí lắp đặt :
+ Theo cấu tạo :
+ Theo chất vận chuyển :
b, Các thành phần trong hệ thống đường ống
+ Ống đứng
+ Ống ngầm
+ Van ngầm
+ Vỏ bọc chống ăn mòn
+ Bê tông gia tải
+ Anot hy sinh
+ và một số bộ phận phụ khác như các mối nối,…
Câu 6 : Trình bày các hư hỏng thường gặp của hệ thống ống ngầm ngoài khơi
Câu 7 : Trình bày các phương pháp chống ăn mòn đường ống ngầm ngoài khơi
a, Chống ăn mòn trong ống
+ Phương pháp 1 : Sử dụng tháp hút chân không để tách toàn bị khí khỏi nước trước khi cho
vào đường ống
+ Phương pháp 2 : sử dụng các hóa chất đặc chủng để phun vào trong lòng ống nhằm khử
bớt lượng Oxi, diệt vi khuẩn, gây ức chế ăn mòn
b, Chống ăn mòn ngoài ống :
+ Phương pháp bảo vệ bằng anot hy sinh : Phương pháp này sử dụng các anode, các kim
loại hoặc hợp kim có điện thế thấp hơn điện thể của kim loại cần bảo vệ trong môi trường
ăn mòn
Ưu điểm : Cho kết quả chống ăn mòn như mong muốn
Lắp đặt đơn giản
nguyên vật liệu đơn giản
Nhược điểm : Do sinh vật biển kí sinh nên làm giảm khả năng chống ăn mòn
phải khảo sát định kì để đánh giá lại khả năng còn chống ăn mòn của anode
Trang 6+ Phương pháp bảo vệ điện hóa bằng dòng điện áp nguồn : Dựa vào hiện tượng ăn mòn
điện hóa của kim loại mà nguồn điện được thiết kế nhằm triệt tiêu dòng điện ăn mòn nguồn điện thường là nguồn AC chuyển sang dòng DC Cực âm được đặt vào đường ống cực dương nối với anode ngoài Vật liệu làm anode thường là platin, titanium, niobium cho mội trường nước biển hoặc graphit – silicon- sắt cho mội trường có đất và nước
Ưu điểm : Chủ động trong việc chống ăn mòn , độ an toàn cao
Nhược điểm : Yêu cầu sự theo dõi vân hành chuyên nghiệp
Phụ thuộc vào điều kiện vị trí vật bảo vệ so với nguồn điện
Khó kiểm soát hệ thống chống ăn mòn theo loại này
+ Phương pháp chống ăn mòn bị động : là phương pháp tạo sự cách ly giữa vật cần chống
ăn mòn với môi trường có tính ăn mòn bằng các loại vật liệu bọc bên ngoài đường ống
Ưu điểm : Vật liệu bảo vệ đa dạng, hình thức bảo vệ đơn giản
Thích hợp cho việc bảo vệ các công trình nằm trong vùng khí quyển biển và phương pháp bảo vệ kết hợp
Nhược điểm : Phương pháp này không hoàn toàn đảm bảo khả năng che phủ kín hoàn toàn
vật cần bảo vệ do có sự va chạm trong quá trình thi công do vậy độ an toàn không cao
+ Phương pháp bảo vệ kết hợp : Kết hợp việc chống ăn mòn bằng sơn phủ và chống ăn
mòn bằng điện hóa
Ưu điểm : Phân bố dòng điện tốt hơn
Giảm tốc độ hòa tan anode
Tránh được các hạn chế trên khi dùng riêng lẻ
Nhược điểm : Chi phí cao hơn so với các phương pháp riêng lẻ , do đó chỉ sử dụng cho các vị
trí thật sự cần thiết
Câu 8 : Trình bày các phương pháp thi công ống đứng ? có hình vẽ minh họa
a, Cấu tạo ống đứng :
b, Thi công lắp đặt ống đứng lên khối chân đế
Phương pháp thi công lắp đặt riser đồng thời với việc chế tạo khối chân đế
- Ống được cung cấp trên các xà lan
- Sau đó dùng cẩu để di chuyển ống đến vị trí lắp đặt
- Hạ ống qua đường dẫn đã được lắp đặt trước
- Phá hủy và hàn các giá đỡ của ống để nối thêm ống cho đến khi đủ kích thước chiều dài ống yêu cầu
Phương pháp thi công lắp đặt riser sau khi đã lắp đặt giàn khoan
- Ống được cung cấp bởi các tàu vận chuyển chuyên dụng
- Sau đó dùng cẩu di động để di chuyển ống đến vị trí cần thiết
- Dùng cẩu cố định để định vị ống vào tháp hàn
- Xếp mối nối ăn khớp hai ống triển khai hàn hai mối nối và kiểm tra mối hàn
- Gia cường và sơn phủ cho vị trí vùng hàn
-Hạ ống xuống đáy biển và tiến hành chôn ống
Trang 7C, Thi công nối ống riser với đường ống ngầm
Phương Pháp Góc Uốn
-Thả ống ngầm xuống đáy biển thông qua stinger làm uốn cong trong mức cho phép của vật liệu
-kéo đầu ống ngầm đến vị trí thẳng đứng qua góc uốn góc uốn có tác dụng định hình ống ngầm theo hình dạng mong muốn
-Cố định ống ngầm vào nền đáy biển bằng các loại kẹp
Phương Pháp Thi Công Ống Chữ J
-Một ống chữ J được đặt sẵn trên thành jacket
-Hàn đầu kéo vào cuối ống ngầm
-Ống ngầm được kéo thông qua ống chữ J lên thượng tầng bằng cáp và cẩu hoặc tời
-Miệng chữ J đặt cao hơn đáy biển một đoạn để giảm bớt độ cong của ống ngầm
-Có thể kéo cùng lúc nhiều ống ngầm qua 1 J tube
Trang 8Câu 9 : Nêu mục đích và những yêu cầu của việc lựa chọn tuyến ống
a, Yêu cầu của việc lựa chọn tuyến ống :
Việc thực hiện tính toán lựa chọn tuyến ống phải phù hợp với tiêu chuẩn DNV OS F101
- Tiêu chuẩn lựa chọn tuyến sẽ bao gồm những quy định bắt buộc sau:
+ Phù hợp với mọi yêu cầu của chủ đầu tư
+ Tránh được các chướng ngại vật dưới đáy biển
+ Số nhịp vượt qua địa hình phức tạp là ít nhất có thể
+ Góc theo phương ngang hợp với tuyến ống đã có không được nhỏ hơn 30[SUP]o[/SUP] và nên càng gân 90[SUP]o[/SUP] thì càng tốt Khoảng cách theo phương đứng với ống đã có tối thiểu là 0,3 (m)
+ Dưới độ sâu càng lớn thì thiết kế các ống giao nhau với tuyến ống hiện hành càng gần vuông góc càng tốt
+ Bán kính cong của ống khi thiết kế gây ra ứng suất tương ứng không được vượt quá 10% SMYS và không làm mất ổn định của tuyến ống
+ Với ống đi vào giàn cần tránh các khu vực hoạt động như: giá cập tàu, khu vực của giàn khoan khai thác …
+ Ống tiếp cận giàn hợp một góc không được nhỏ hơn 30[SUP]o[/SUP] và vị trí bắt đầu cong ống đi vào giàn cách giàn tôi thiểu 500 (m)
+ Tuyến ống chọn lựa tránh được tối thiểu tác động của môi trường nhất có thể
Khảo sát kĩ thuật sơ bộ
- Khảo sát về độ sâu nước và địa kĩ thuật của đáy biển;
Trang 9- Kết quả của cuộc khảo sát sẽ được tống hợp lại để xem xét, thảo luận, chắt lọc và viết thành bản báo cáo khảo sát cuối cùng
b, Mục đích của việc lựa chọn tuyến ống :
- Đưa ra đề xuất tọa độ tuyến ống chính và các tuyến phụ phù hợp yêu cầu của mỏ và các qui định lựa chọn tuyến;
- Tất cả các tuyến ống đã được lựa chọn mà song với nhau sẽ được giữ khoảng cách tối thiểu là 50 (m)
- Đưa ra tuyến ống có chiều dài ngắn nhất có thể và số khuyết tật là ít nhất