Thiết kế đường ống gaslift mỏ cá tầm

Số liệu địa chất địa hình Việc khảo sát và thu thập số liệu địa chất giúp ta có được những kết quả tin cậy để từ đó làm cơ sở tính toán tìm được tên các lớp đất và tính chất cơ lý của nó

LỜI CẢM ƠN

Em đã được giao đồ án tốt nghiệp với đề tài:

“Thiết kế chi tiết đường ống dẫn khí nén GTC1-CTC1”

Để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực bản thân, em nhận được sự giúp đỡ cácthầy, cô trong Khoa Xây Dựng Công Trình Biển – Trường Đại Học Xây Dựng cũng nhưphòng thiết kế Đường Ống và Cáp Ngầm Viện Nghiên Cứu Khoa Học & Thiết Kế - LiênDoanh Việt - Nga Vietsovpetro

Trong thời gian làm đồ án tại phòng thiết kế Đường Ống và Cáp Ngầm, được sự chỉ bảo tậntình các anh (chị) em đã học hỏi được rất nhiều kiến thức chuyên ngành về thiết kế, thi côngđường ống ngầm, tác phong làm việc nơi công sở, môi trường làm việc chuyên nghiệp Emxin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới:

Nguyễn Thị Hương, KS Phạm Đình Thắng – Cán Bộ hướng dẫn chính cùng tất cả

các anh, các chị trong Phòng Thiết Kế đã giúp đỡ em trong quá trình làm Đồ án Tốtnghiệp tại phòng

em có được môi trường làm đồ án tốt nhất, phù hợp với chuyên ngành của bản thân.Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy cô trường Đại học Xây Dựng

đã truyền đạt kiến thức cho em trong thời gian ngồi trên ghế nhà trường

MỤC LỤC

1.1 Giới thiệu về dự án

Tuyến ống thiết kế có tổng chiều dài làm dẫn gaslift dưới áp suất 125 atm và nhiệt độ

là 30°C từ giàn GTC1 đến giàn CTC1 thuộc hệ thống đường ống tại mỏ Cá Tầm

1.2 Giới thiệu về mỏ Cá Tầm

Trên cơ sở báo cáo kết quả đánh giá tiềm năng dầu khí và cơ hội đầu tư thăm dò khaithác dầu khí lô 09-3/11, bể Cửu Long, thềm lục địa Việt Nam, Hợp đồng Dầu khí lô09-3/12 được ký vào ngày 12/09/2012 giữa Tập đoàn dầu khí Việt Nam và tổ hợp cácNhà thầu: Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro (55%), Tổng công ty Thăm dò Khaithác Dầu Khí - PVEP (35%) và Công ty trách nhiệm hữu hạn Tập đòan Bitexco-BITEXCO (10%) Trong đó LDVN Vietsovpetro được Tập đoàn Dầu khí Việt Nam(PVN) chỉ định là Người Điều Hành

Sau khi hợp đồng dầu khí lô 09-3/12 được ký kết năm 2012, LDVN Vietsovpetro đã

NCKH & TK đã thu thập, tổng hợp, phân tích các tài liệu địa chất-địa vật lý kết hợpvới minh giải tài liệu địa chấn 3D trên đã phát hiện ra các cấu tạo tiềm năng và đặt tên

là cụm cấu tạo Cá Tầm, bao gồm cấu tạo Cá Tầm Trung Tâm,Cá Tầm Đông Bắc, CáTầm Tây Bắc, Cá Tầm Tây và Cá Tầm Đông Nam

Mỏ Cá Tầm thuộc Lô 09-3, nằm ở phần rìa phía Đông Nam bể Cửu Long, ngoài khơithềm lục địa Việt Nam, cách thành phố Vũng Tàu 160 km về phía Đông Nam, tiếpgiáp với lô 09-1 ở phía Tây Bắc, lô 09-2/09 ở phía Bắc, các lô 03 và 04-2 ở phíaĐông, lô 10 ở phía Nam và lô 17 ở phía Tây Độ sâu nước biển ở khu vực mỏ Cá Tầmvào khoảng 60m nước

1.3 Giới thiệu giàn GTC1 và giàn CTC1

Cả 2 giàn GTC1 và CTC1 đều là giàn nhỏ nhẹ không có tháp khoan, có từ 6 đến 12giếng được khoan từ phương tiện khoan tự nâng được đặt tại mỏ Gấu Trắng và CáTầm Trên đó trang bị các máy móc, thiết bị công nghệ để xử lý sơ bộ dầu khai thác

Cả 2 giàn GTC1 và CTC1 có các thiết bị công nghệ ở mức tối thiểu để đo lưu lượng

và tách nước sơ bộ Cấu tạo chân đế giàn GTC1,CTC1 là kết cấu giàn thép không gian

có 1 mặt thẳng đứng, được cấu tạo từ thép ống Chân đế có 4 ống chính

1.4 Nội dung đề tài

1.4.3 Phạm vi thiết kế

dòng xoáy;

1.4.4 Nội dung đồ án

Chương 1: Tổng quan về công trình đường ống.

Chương 2: Thông số thiết kế.

Chương 3: Nội dung tính toán tuyến ống GTC1-CTC1.

Chương 4: Thi công tuyến ống GTC1-CTC1.

1.5 Kí hiệu, tiêu chuẩn và phần mềm áp dụng cho việc tính toán đồ án

a Kí hiệu sử dụng trong DATN

fu,temp Độ giảm cường độ kéo gây ra bởi nhiệt

fy,temp Độ giảm cường độ chảy dẻo gây ra bởi nhiệt

b Tiêu chuẩn và phần mềm áp dụng trong đồ án

CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ THIẾT KẾ 2.1 Số liệu môi trường thiết kế

2.1.1 Số liệu sóng

100 năm

Hướng sóngGiá

2.1.3 Sự phát triển của sinh vật biển

2.1.4 Số liệu mực nước biển

Mô tả Ký hiệu Giá trị Đơn vị

2.1.5 Thông số tuyến ống thiết kế

2.2 Số liệu địa chất địa hình

Việc khảo sát và thu thập số liệu địa chất giúp ta có được những kết quả tin cậy để từ

đó làm cơ sở tính toán tìm được tên các lớp đất và tính chất cơ lý của nó, từ đó làm cơ

sở để lựa chọn phương án tuyến ống và phương án thi công hợp lý

Phân tích số liệu giúp ta đánh giá được tính chất của địa chất trên từng phân đoạn ống,qua đó đánh giá vùng nào đất tốt, vùng nào đất yếu để có biện pháp khắc phục và đưa

ra phương án tối ưu

Hình 2.2.1.1.a.1.1: Mặt cắt

địa chất của tuyến

ống

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG TÍNH TOÁN TUYẾN ỐNG 3.1 Lựa chọn tuyến ống

3.1.1 Mục đích, yêu cầu chung và các bước lựa chọn tuyến ống

a Mục đích của việc lựa chọn tuyến ống

Trong công tác thiết kế tuyến ống biển, vấn đề đầu tiên là lựa chọn tuyến ống Đây làmột bài toán kinh tế - kỹ thuật cần phải căn cứ vào số liệu khảo sát địa hình, địa chất

đã thu thập được để lựa chọn tuyến ống sao cho khả thi với giá thành thấp nhất màvẫn đảm bảo được các chỉ tiêu kỹ thuật Lựa chọn tuyến ống hợp lý sẽ đem lại hiệuquả kinh tế, tăng độ an toàn cho tuyến ống trong quá trình thi công cũng như quá trìnhkhai thác lâu dài

b Yêu cầu chung của việc lựa chọn tuyến ống

Để tuyến ống được lựa chọn đảm bảo các yêu cầu về kinh tế, kỹ thuật thì việc lựachọn tuyến ống phải dựa trên những cơ sở sau:

cũng như hạn chế thời gian thi công;

đứt gãy, tránh các điểm ống cắt (giao) ống, ống cắt đường dây cáp quang;

chuyển đất đá làm hư hại đến tuyến ống bằng cách lái tuyến ống sao cho hướngcủa tuyển ống song song với dòng bùn;

Ngoài những các yêu cầu chung như trên việc lựa chọn tuyến ống còn xem xét cácyêu tố sau:

• Khả năng kết nối các tuyến ống với các thiết bị công nghệ trong hệ thống mỏ;

c Các bước lựa chọn tuyến ống ngoài khơi

Bước 1: Thu thập nghiên cứu số liệu về kế hoạch phát triển mỏ.

Bước 2: Tổng hợp phân tích các số liệu về các hệ thống thu gom, vận chuyển, xử lý

dầu, khí trên bờ hiện tại nhằm xác định khả năng kết nối, nâng cấp hay xây dựng mớicác hạng mục công trình đáp ứng yêu cầu của dự án

Bước 3: khảo sát thực địa tuyến ống hiện hữu.

Bước 4: Thu nhập các số liệu về địa hình, địa chất đáy biển, khí tượng thủy văn, bản

đồ hành lang an toàn cáp viễn thông trong khu vực tuyến ống dự kiến đi qua khu vựccho việc vạch định tuyến ống ngoài biển

Bước 5: Lập tiêu chí đánh giá phương án tuyến ống theo các dữ liệu đầu vào:

Đảm bảo lưu lượng vận chuyển dầu, đáp ứng khả năng khai thác, điều tiết sản lượngdầu vào bờ một cách độc lập trong nhưng năm đầu

b Tải trọng môi trường

Tải trọng môi trường do các yêu tố môi trường xung quanh đường ống gây ra, các tảitrọng môi trường gồm:

c Tải trọng thi công

Tải trọng thi công là tải trọng phát sinh do việc thi công lắp đắt đường ống, thử áp lực,duy tu, sửa chữa

d Tải trọng sự cố

Tải trọng sự cố là tải trọng xảy ra trong điều kiện bất thường và không định trước, cácloại tải trọng sự cố điển hình:

• Nổ;

kế đường ống.

Vì ống tròn chịu áp lực trong nên ứng suất xuất hiện trong ống bao gồm ứng suấtvòng và ứng suất dọc chiều dài ống Với các ứng suất dọc chiều dài vì sự dãn nở vìnhiệt, lực căng dư do thi công thường nhỏ hơn so với ứng suất vòng Vì vậy ứng suấtvòng là nguyên nhân chủ yếu gây ra phá hoại đường ống, gây ra nổ ống hoặc làm ống

bị chảy dẻo khi mà khả năng chịu áp lực trong của đường ống không đảm bảo

Ống ngầm trong trạng thái vận hành hay thử áp lực đều chịu áp lực ngoài và áp lựctrọng, áp lực trong là áp lực mà chất vận chuyển chảy trong ống gây nên, áp lực ngoài

là áp lực thủy tĩnh do cột nước bên trên ống gây nên, sự chênh lệch giữa áp suất ngoài

và áp suất trong đường ống gây nên ứng suất vòng của ống

Ta lựa chọn chiều dày ống tối thiểu để ứng suất vòng không vượt quá ứng suất chophép Việc tính toán lựa chọn chiều dày là một quá trình lặp được thực hiện đồng thờikhi giải quyết các bài toán khác nhau của công trình đường ống biển như: tính toánchịu áp lực trong, ổn định vị trí, ổn định lan truyền, ổn định tổng thể, ứng suất trongquá trình thi công lắp đặt Do đó cần tìm ra một chiều dày ống thích hợp đáp ứngđược tất cả các yêu cầu trên và giải quyết được cả bài toán về kinh tế và kỹ thuật

3.2.2 Vị trí tính toán tuyến ống

độ và áp suất khí quyển Ví dụ như các sản phẩm của dầu mỏ, methanol.

C Các chất không cháy được hoặc không độc ở dạng khí trong điều kiệnnhiệt độ và áp suất khí quyển Ví dụ như: CO

Ví dụ: gas lỏng tự nhiên , ammonia

Trong đồ án này, tuyến ống là tuyến ống dẫn Gaslift nên chất vận chuyển thuộc loại E

Thiết kế đường ống phải dựa trên hậu quả hư hỏng tiềm tàng, trong tiêu chuẩn

DNV-OS F101,2010 điều này thể hiện bởi cấp an toàn:

(Theo bảng 2.3,Chương 2, DNV OS-F101,2010)

Thấp Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người ít, ảnh hưởng môitrường không nghiêm trọng, ảnh hưởng thấp đối với kinh tế Thường phân

loại cho trạng thái lắp đặt

Vừa Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người lớn, ảnh hưởng tới môitrường 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 giàn

Cao

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

(Theo bảng 2.4,Chương 2, DNV-OS-F101,2010)

Giai đoạn Thử áp lực Vận hành

sc

3.2.4 Lựa chọn giai đoạn và công thức tính toán

a Các giai đoạn làm việc của đường ống

Trong các giai đoạn ở trên thì ta thấy giai đoạn thử áp lực hệ thống và giai đoạn vậnhành là bất lợi nhất Vì trong các giai đoạn này đường ống chịu 1 áp lực lớn nên cầnphải tính toán:

P =P =P +ρ g(h -h )=P γ +ρ g(h -h )lx li inc cvc ref 1 d inc cvc ref 1 (3.2.4.1.b.1.1.2)

+ Pd: áp lực thiết kế, (kN/m2);

5, DnV 2010)

( Theo bảng 5.4, Chương 5, DNV-OS-F101,2010)

m

sóng 100 năm với giai đoạn vận hành

t =t-t -t1 fab corr trong điềukiện vận hành;

(3.2.4.1.b.3.1.3)

t =t-t1 fab trong điềukiện thử áp lực

(3.2.4.1.b.3.1.4)

7.18, chương 7, chtiêu chuẩn DnV-OS-F101,2010);

u u,temp U

(Theo bảng 5.6, Chương 5, DNV-OS-F101,2010)

C-Mn)

Với các thông số ở đầu đề bài ta có bảng tính toán sau:

Kết luận: Vậy chọn chiều dày của tuyến ống là 12.7mm

Với chiều dày t=12.7mm của tuyến ống vừa tính được, ta đi tiến hành kiểm tra ổnđịnh đàn hồi của tuyến ống

3.3 Kiểm tra ổn định đàn hồi của ống

3.3.1 Kiểm tra ổn định cục bộ của tuyến ống

a Hiện tượng

Mất ổn định cục bộ 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 gây nén vỏ ống theophương chu vi ống Tới một giới hạn nhất định, ứng suất này gây oằn ống trên tiếtdiện ngang, thường xảy ra dưới dạng vết lõm Về bản chất, hiện tượng này tương tựnhư hiện tượng mất ổn định của thanh Ơle nhưng xảy ra trên chu vi ống tại một tiếtdiện cục bộ

Tác động gây ra mất ổn định cục bộ là áp lực ngoài, thường là áp lực thủy tĩnh

Ống có thể biến dạng, méo mó với kiểu biến dạng thường gặp là: Mất ổn định kiểuuốn là dạng đường ống bị bóp méo dạng ô van, mất ổn định kiểu dẹt

Ảnh hưởng mất ổn định cục bộ nên đường ống:

chuyển dầu khí;

b Tính toán kiểm tra

Các áp lực bên ngoài tại bất kỳ điểm nào dọc theo đường ống phải thỏa mãn điều kiệnsau theo công thức 5.14 Mục D402, Chương 5, DnV 2010 :

+ P (t )c 1 : áp lực ngoài tới hạn gây mất ổn định cục bộ,(kN/m2)

+ Dmin : Đường kính ngoài nhỏ nhất của tiết diện oval, (mm);

tiêu chuẩn DnV-OS-F101-2010

3 1

t2.E.( )

+ Pp: là áp lực phá hủy đàn dẻo Xác định theo công thức 5.12 Mục D401Chương 5, tiêu chuẩn DnV-OS-D101- 2010

t =t-t -t1 fab corr trong điều kiện vận hành (3.3.1.1.b.1.1.7)

t =t-t1 fab trong điều kiện thử áp lực (3.3.1.1.b.1.1.8)

( Theo bảng 5.7, chương 5, tiêu chuẩn DnV-OS-F101,2010)

Áp lực ngoài là tác nhân chính gây mất ổn định lan truyền.

b Tính toán kiểm tra

Điều kiện để tuyến ống không bị mất ổn định lan truyền được kiểm tra theo công thức5.15 Mục D501 Chương 5 DnV-OS-F101,2010:

pr e

2.5 2

của đường ống, được tra theo bảng 5.2, chương 5, tiêu chuẩn F101,2010;

t2 = t: Giai đoạn thử áp lực;

t2= t – tcor: Giai đoạn vận hành.

Với chiều dày t = 12.7 mm đã chọn đảm bảo điều kiện không mất ổn định lan truyền

3.4 Tính toán thiết kế, kiểm tra ống đứng

3.4.1 Thiết kế ống đứng

Theo tiêu chuẩn DnV-OS-F101, công thức tính toán chiều dày ống đứng như công

thức tính toán chiều dày ống ngầm (Mục 3.2), ta có kết quả bảng tính sau:

Kết quả tính toán chiều dày ống đứng

Chọn chiều dày t 15.9 mm

3.4.2 Kiểm tra ổn định ống đứng

Theo tiêu chuẩn DnV-OS-F101, công thức tính toán chiều dày ống đứng như công

thức tính toán chiều dày ống ngầm (Mục 3.3), ta có kết quả bảng tính sau:

Ổn định cục bộ

g

2

48803.239

3.5 Kiểm tra ổn định vị trí ống ngầm

3.5.1 Hiện tượng

Trong quá trình vận hành, đường ống luôn chịu tác động của điều kiện môi trườngnhư sóng, dòng chảy, sự vận chuyển của dòng cát hay dòng bùn, đặc biệt là lực đẩynổi Những tác động này làm cho đường ống có xu hướng bị dịch chuyển dưới đáybiển, trôi dạt đường ống và có thể phá hủy đường ống do gây quá ứng suất

Để đường ống vận hành an toàn cần thiết kế sao cho đường ống không bị dịch chuyểnkhỏi vị trí của nó, hoặc nếu có nằm trong giới hạn cho phép Do đó việc tính toán ổnđịnh vị trí là nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế đường ống, công việc tính toán nhằmtìm ra trọng lượng yêu cầu của ống ổn định dưới đáy biển trong suốt thời gian vậnhành

3.5.2 Phân tích ổn định vị trí của ống ngầm

a Nguyên tắc tính toán

Việc tính toán ổn định vị trí cần đảm bảo ống ổn định tại mọi vị trí trong mọi điềukiện hoạt động và môi trường Do đó khi tính toán cần xét đến trạng thái thi công vàtrạng thái khai thác với những tổ hợp bất lợi nhất của sóng và dòng chảy Đối vớiđường ống dài đi qua các vùng co số liệu môi trường khác nhau hoặc đường ống cóđổi hướng thì bài toán ổn định vị trí cần được thực hiện ở tất cả các vị trí đại diệnTính toán đường ống đảm bảo khả năng ổn định theo phương pháp đơn giản dựa trênnguyên lý: Đường ống đảm bảo ổn định vị trí không chuyển vị theo tất cả các phương

Hình 3.5.2.1.a.1.1: Sơ đồ tính

ổn định vị trí ống ngầm theo phương pháp đơn giản hóa

b Tính toán ổn định vị trí theo 2 giai đoạn sau

chưa bị ăn mòn, chưa hà bám

hoặc sóng 10 năm + dòng chảy 100 năm, tùy thuộc vào sóng hay dòng chảy trộihơn, đường ống bị ăn mòn 1 phần, có kể đến hà bám, chất vận chuyển trong ống

c Sơ đồ tính toán ổn định vị trí

Hình 3.5.2.1.c.1.1: Sơ đồ tính

toán ổn định vị trí ống ngầm

3.5.3 Lý thuyết tính toán

trường thì trọng lượng của ống dưới nước tối thiểu tính cho một đơn vị dài là :

sơn, bê tông gia tải, lớp chống ăn mòn)

U TK=

C S

U M=

Hình 3.5.3.1.a.1.2: Đồ thị tra

hệ số F w (Theo đồ thị 5.12 DnV RPE-305)

3.5.4 Các bước tính toán ổn định vị trí đường ống ngầm theo DnV RPE-305

T T

Tra đồ thị 2.1 DnV RPE-305 được tỉ số:

2.π.U

A =

T(m/s2)

(3.5.4.1.a.1.3.1)

Hình 3.5.4.1.a.1.4: Đồ thị tra

chu kỳ cắt không T u ( Theo đồ thị 2.2 DnV RPE-305)

b Xác định vận tốc dòng chảy trung bình tác dụng vuông góc với trục ống

theo công thức:

Với:

o D

(m);

b 0

k

=30

c Tính trọng lượng yêu cầu tối thiểu của bản thân ống trong nước

Với:

+ thb: Chiều dày hà bám, (m);

Kết luận: Tại vị trí số 1 tuyến ống không đảm bảo ổn định vị trí trong giai đoạn vận

hành cần có các phương án xử lý

3.5.6 Các phương án xử lý mất ổn định vị trí đường ống

a Phương án tăng chiều dày thép ống

Dựa vào các số liệu đã tính toán, chọn chiều dày thép tăng lên 19.1mm thì thỏa mãncác điều kiện đảm bảo ổn định vị trí của đường ống biển:

Kết luận: Với phương án tăng chiều dày thép lên t=19.1mm thì đường ống đã đảm

bảo điều kiện ổn định vị trí

b Phương án bọc bê tông cho ống

Dựa vào số liệu đã tính toán,chọn chiều dày bọc bê tông là 40mm thì thỏa mãn cácđiều kiện đảm bảo ổn định vị trí

Kết quả tính toán: