Giáo Trình Công Trình Đường Ống và Trạm Bơm

Giáo Trình Công Trình Đường Ống và Trạm Bơm - Bộ Môn Kỹ thuật xây dựng Công Trình Biển và Đường Ống bể Chứa - Viện Xây Dựng Công Trình Biển - Đại Học Xây Dựng Hà Nội

Trờng đại học xây dựng Viện xây dựng công trình biển

Bộ môn kỹ thuật xây dựng công trình biển và đờng ống bể chứa

Bài II Công nghệ khai thác và quy hoạch công trình dầu khí biển 11

1 Hoạt động khai thác và thăm dò dầu khí ở Việt Nam 11

2 Công nghệ thu gom và khai thác Dầu khí tại mỏ Bạch Hổ 12

2.2 Tìm hiểu công trình phục vụ khai thác thu gom vận chuyển dầu khí tại mỏ

2.3 Những yêu cầu đối việc thiết kế và quy hoạch hệ thống khai thác mỏ 17

1 Mục đích của việc lựa chọn tuyến ống 20

2 Những yêu cầu của việc lựa chọn tuyến 20

Chơng II Tính toán thiết kế đờng ống biển 21

1.1 Trạng giới hạn theo khả năng phục vụ (Serviceability Limit State): 211.2 Trạng thái giới hạn cực hạn (Ultimate Limit State): 211.3 Trạng thái giới hạn mỏi (Fatigue Limit State) 211.4 Trạng thái giới hạn sự cố (Accidental Limit State) 21

Bài II Tính toán chiều dày ống chịu áp suất trong 24

2 Tính toán thiết kế đờng ống biển chịu áp lực trong theo quy phạm 242.1 Nguyên tắc tính toán theo quy phạm 242.2 Một số quy phạm hay đợc áp dụng: 252.3 Tính toán chiều dày của ống chịu áp lực trong theo qui phạm DnV 1981 252.4 Tính chiều dày ống chịu áp lực trong theo quy phạm ASME B31.8: 26

1 Mất ổn định cục bộ của đờng ống biển 29

3 Mất ổn định tổng thể (global buckling) của đờng ống biển 32

1 Mở đầu 34

2 Bài toán tĩnh của đờng ống qua địa hình đặc biệt 35

2.2 Bài toán đờng ống qua hào (hố lõm) 36

3 Bài toán cộng hởng dòng xoáy của nhịp ống 38

Chơng III Thi công đờng ống biển 52

2 Phơng pháp thi công bằng sà lan thả ống (Lay-Barge Methode) 53

2.3 Dây chuyền thi công thả ống trên tàu Côn Sơn 57

2.5 Tính toán độ bền trong thi công thả ống 58

3 Phơng pháp thi công bằng sà lan có trống cuộn (Reel- Barge Methode) 60

4.1 Thi công bằng phơng pháp kéo ống trên mặt ( Surface Tow ) 634.2 Phơng pháp kéo ống sát mặt ( Below - Surface Tow ) 644.3 Phơng pháp thi công kéo ống trên đáy biển (Bottom Tow) 654.4 Phơng pháp thi công kéo ống sát đáy biển ( off-Bottom Tow ) 65

5 Năng lực thi công của liên doanh Vietsovptro 65

2 Phơng pháp nối ống bằng mặt bích (Flanged Methode) 67

3 Phơng pháp hàn ở áp suất khí quyển ( Atmospheric Welding Methode) 68

B i IV Thi công ống đứng.ài IV Thi công ống đứng 71

1 Phơng pháp thi công lắp đặt ống đứng lên khối chân đế 711.1 Thi công lắp đặt Riser đồng thời với việc chế tạo khối chân đế 711.2 Thi công Riser đợc tiến hành cùng với thi công rải ống 71

2 Thi công nối ống Riser với đờng ống ngầm 72

3.1 Phơng pháp phun nớc (Jetting Method): 80

3.3 Phơng pháp hoá lỏng nền đất (Fluidization Method) 82

1 Vai trò của việc chống ăn mòn trong thiết kế công trình đờng ống biển 85

Bài III.Thiết kế kỹ thuật tuyến ống trên bờ 92

1 Xác định chiều dày ống theo áp lực trong lớn nhất 92

2 Kiểm tra độ bền và độ ổn định của tuyến ống 922.1 Kiểm tra độ bền và tính ổn định của đờng ống đặt ở mặt đất 922.2 Kiểm tra sự biến dạng của đờng ống đặt ở mặt đất 932.3 Kiểm tra độ bền và độ ổn định của đờng ống đặt nổi 93Bài IV Các dạng địa hình mà đờng ống có thể vợt qua và các yêu cầu

95

2 Đờng ống vợt qua đờng sắt và đờng ô tô 95

2.2 Độ sâu đặt đờng ống qua đờng ôtô 96

Bài V Các biện pháp bảo vệ an toàn cho tuyến ống 97

4 C¸c hÖ thèng phô c¬ b¶n cña turbine khÝ 104

Chơng I: Khái niệm về đờng ống dầu khí

Bài I Mở đầu

1 Tổng quan

Sự tăng lên không ngừng của nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm dầu khí kéo theo sự

ra đời của hàng loạt dự án khai thác dầu khí trên biển Bắt đầu từ tuyến đờng ống đầutiên trên vịnh Mêhicô, tới nay hàng vạn kilômet đờng ống đã đợc xây dựng trên khắpthế giới, từ biển Bắc, Địa Trung Hải, Australia, Đông Nam á, Mỹ La tinh Một số đ-ờng ống đã đợc lắp đặt ở độ sâu đến 700m, kích thớc ống lên tới 56in Các công nghệliên quan đến công trình đờng ống cũng phát triển rất nhanh chóng Điển hình là cácthiết bị thi công thả ống, công nghệ gia tải cho ống, công nghệ nối ống v.v

ở Việt Nam, tuyến đờng ống đầu tiên đợc lắp đặt bởi Xí nghiệp liên doanh Dầu KhíVietsovPetro khi xây dựng mỏ Bạch Hổ Đến nay, trên thềm lục địa nớc ta đã có hàngngàn kilômet đờng ống các loại, trong đó có cả đờng ống mềm và các đờng ống kíchthớc lớn đa khí vào bờ có chiều dài lên đến 350km

Tuy các lý thuyết tính toán đờng ống biển không phải là mới mẻ nhng thực tế cònrất nhiều vấn đề còn đang đợc nghiên cứu hoàn thiện Bên cạnh đó các công nghệchế tạo ống và thi công đờng ống đều đợc phát triển rất nhanh chóng Vì vậy, thiết kế

đờng ống biển luôn là một lĩnh vực đợc sự quan tâm và liên tục đợc đổi mới

3 Cấu tạo đờng ống

Đờng ống gồm các bộ phận sau: ống ngầm, ống đứng, van ngầm và một số bộ phận phụ khác nh mối nối, vỏ bọc chống ăn mòn, bê tông gia tải, anode hy sinh

- Lớp chống ăn mòn: lớp chống ăn mòn ngoài ống theo nguyên tắc sơn phủ, th ờng

có chiều dày khoảng 5mm Các loại sơn phủ hay sử dụng là sơn có gốc epoxi haynhựa đờng

- Lớp bê tông gia tải: chiều dày từ 5cm-10cm, có tác dụng tăng trọng lợng để đảmbảo ổn định vị trí cho đờng ống Vật liệu sử dụng là bê tông thờng hoặc bê tôngnặng đặc biệt (có trọng lợng riêng đến 3040 kG/m3) Trong lớp bê tông gia tải có bốtrí lớp cốt thép cấu tạo Trong một số trờng hợp, ngời ta không dùng vỏ bê tông giatải mà sử dụng khối gia tải cục bộ hoặc dùng vít xoắn để cố định đ ờng ống dới đáybiển

- Mối nối: các đoạn ống đợc nối lại bằng mối hàn Chất lợng mối hàn là vấn đề hếtsức quan trọng khi thi công đờng ống Ngoài ra, khi đấu nối đờng ống ngầm vớiống đứng hoặc khi sửa chữa đờng ống thì một số loại mối nối khác có thể đợc sửdụng nh mối nối sử dụng mặt bích (flange) hoặc mối nối cơ khí (mechanicalconnection)

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

Hình 1.1: Cấu tạo điển hình của đờng ống biển

o Do ống đứng đợc cố định vào khối chân đế nên không cần gia tải

Một số công trình gần đây ứng dụng công nghệ đờng ống mềm Đờng ống mềm làm

từ nhiều lớp vật liệu sợi thép, chất dẻo, có độ bền cao đồng thời rất mềm dẻo nên rất thuận lợi khi thi công Tuy nhiên, ống mềm có giá thành cao hơn nhiều so với ống cứng thông thờng

Hình 1.2: Cấu tạo điển hình của đờng ống mềm

Bài II Công nghệ khai thác và quy hoạch công trình dầu khí

biển

1 Hoạt động khai thác và thăm dò dầu khí ở Việt Nam

Hoạt động khai thác dầu khí ở nớc ta do Tổng công ty Dầu Khí Việt Nam (Petro ViệtNam) đảm nhiệm Tổng công ty Dầu khí Việt Nam đợc thành lập từ năm 1975 triển khaimọi hoạt động về thơng mại dầu khí trên toàn lãnh thổ, vùng đất cũng nh vùng thềm lục

địa ngoài biển Việc thăm dò địa vật lí đã đợc tiến hành bắt đầu từ năm 1974, cho đến nay

đã thực hiện đợc hàng trăm giếng khoan thăm dò

Năm 1999 xí nghiệp liên doanh Dầu Khí VietsovPetro đã khai thác đợc 8,2 triệu tấndầu thô Từ năm 1986 đến tháng 10 năm 2000 xí nghiệp liên doanh đã nộp ngân sách đ -

ợc 4617.61 triệu đô la do bán dầu thô Trong những năm tiếp theo nhu cầu khai thác sảnphẩm dầu khí ngày càng cao, do vậy xu hớng mở rộng mỏ và mở rộng khu vực thăm dò

ra xa bờ với qui mô ngày một lớn Trong khi đó nhu cầu sử dụng dầu khí tăng nhanh đặcbiệt là khí để phục vụ cho các nhà máy điện trong tầm cung cấp của mỏ nh nhà máy điện

Bà Rịa, Phú Mỹ tại Vũng Tầu, các khu công nghiệp mới và nhu cầu sử dụng trong sinhhoạt của nhân dân Tổng công ty Dầu Khí Việt Nam đã xây dựng một hệ thống đ ờng ống

để vận chuyển các sản phẩm khí từ mỏ Bạch Hổ đến Thủ Đức, sau đó là đờng ống dẫnkhí từ mỏ khí Nam Côn Sơn vào bờ Năm 2004, tiếp tục thi công cụm công trình Khí - Điện

- Đạm Cà Mau có quy mô rất lớn

Từ mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng, VietsovPetro khai thác đợc 36.000 tấn/ngày năm 2003.Tuy nhiên, hai mỏ trên đều đang dần cạn kiệt Tháng 4 năm 2004, sản l ợng đã giảmxuống còn 33.000 tấn/ngày (khoảng 12 triệu tấn/năm)

Ngoài hai mỏ Rồng và mỏ Bạch Hổ, hiện hoạt động khai thác của dầu khí Việt Nam

đang đợc triển khai tại các mỏ Đại Hùng, Rạng Đông, Ruby, PM3- Cái Nớc và mỏ khí LanTây (lô 06.1 - Nam Côn Sơn)

Ngoài ra, dầu từ mỏ S Tử Đen thuộc lô 51.1 thềm lục địa Việt Nam cũng bắt đầu đ ợckhai thác, với sản lợng đạt khoảng 60.000 thùng dầu/ngày

Trong ba tháng đầu năm 2004, Việt Nam đã xuất khẩu đợc hơn 3.3 triệu tấn dầu thô,tăng 14.6% so với cùng kỳ năm trớc Sản lợng khai thác dầu khí đạt xấp xỉ 4 triệu tấn quydầu (chỉ tính lợng khí mỏ PM3- Cái Nớc bán cho Malaysia), trong đó dầu thô là gần 3.4triệu tấn và khai thác khí đạt 380 triệu m3

Trong năm 2004, tổng công ty Dầu khí Việt Nam (Petro Vietnam) có kế hoạch khoanthêm các giếng tại hai mỏ S Tử Đen và S Tử Vàng, nhằm khai thác và thu hồi tối đa dầukhí góp phần nâng cao sản lợng dầu thô xuất khẩu

Năm 2003, tổng doanh thu của VietsovPetro ớc đạt 2.9 tỷ USD, trong đó nộp ngânsách nhà nớc 1.69 tỷ USD, vợt dự tính 438 triệu USD

2 Công nghệ thu gom và khai thác Dầu khí tại mỏ Bạch Hổ.

2.1 Tổng quan mỏ Bạch Hổ.

Mỏ Bạch Hổ là mỏ lớn nhất Việt Nam và cũng là mỏ Việt Nam trực tiếp tham gia khaithác Mỏ nằm ở phía nam thềm lục địa Việt Nam nằm trong lô 09 - 1 thuộc bể trầm tíchCửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120 km do Xí nghiệp liên doanh dầu khí VietsoPetrokhai thác Tháng 6 năm 1986 dòng dầu khí đầu tiên đợc khai thác trong tầng trầm tíchMioxen 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 lợngdầu khí thu hồi đợc do khai thác cùng với dầu của toàn mỏ khoảng 31.8 tỷ m3 khí đồnghành của mỏ Bạch Hổ đợc đa vào sử dụng cho các nhà máy Bà Rịa từ tháng 5 năm 1995

và cho nhà máy Phú Mỹ 2,1 từ tháng 2 năm 1997 và tơng lai là các khu công nghiệp củaVũng Tàu nh Vedan, Kidwell v.v

2.2 Tìm hiểu công trình phục vụ khai thác thu gom vận chuyển dầu khí tại mỏ Bạch Hổ.

Để phục vụ cho công tác thăm dò và khai thác dầu khí tại mỏ Bạch Hổ, Xí nghiệpliên doanh dầu khí 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 đầu khôngbến UBN, các tuyến đờng ống nội mỏ Hiện nay mỏ Bạch Hổ có:

- Một dàn công nghệ trung tâm CTP2 đã đợc sử dụng và dự định sẽ xây dựng mớimột dàn công nghệ trung tâm CTP3

- 10 dàn MSP ( 1,3,4,5,6,7,8,9,10,11 )

- 09 dàn BK, trong đó có 07 dàn BK đã đa vào sản suất là BK (1,2,3,4,5,6,8); BK7,BK9 đang trong quá trình thi công

- 04 trạm rót dầu không bến UBN1, UBN2, UBN3, UBN4

- Dàn nén khí lớn, dàn nén khí nhỏ, dàn bơm nớc, dàn ép vỉa, dàn ngời ở, các cầudẫn

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

- 20 tuyến ống dẫn dầu với tổng chiều dài 60,7 km

- 10 tuyến ống dẫn khí với tổng chiều dài 24,8 km

- 18 tuyến ống dẫn Gaslift với tổng chiều dài 28,8km

- 11 tuyến ống dẫn hỗn hợp dầu, khí với tổng chiều dài 19,3 km

Hiện nay Xí Nghiệp liên doanh dầu khí VietsovPetro đang cải tạo các dàn MSP tr ớc

đó và lắp đặt thêm các thiết bị khai thác, xây dựng thêm một số dàn nhẹ

2.2.1 Dàn khoan cố định MSP

Là dàn khoan cố định Trên dàn bố trí tháp khoan di động có khả năng khoan ởnhiều giếng khoan Về mặt công nghệ, MSP có thể khoan, khai thác và xử lý Hệ thốngcông nghệ trên dàn cho phép đảm nhiệm nhiều công tác, từ xử lý sơ bộ sản phẩm dầu khícho đến tách lọc sản phẩm dầu thơng phẩm, xử lý sơ bộ khí đồng hành Mức độ xử lý tuỳ

thuộc hệ thống thiết bị trên từng dàn Sản phẩm dầu khí đợc xử lý trên MSP có thể là từcác giếng khoan của nó hoặc đợc thu gom từ các dàn nhẹ BK.

Về mặt cấu tạo dàn khoan gồm có phần móng, khối chân đế và phần kết cấu ợng tầng Chân đế gồm 2 khối nối với nhau bằng bằng sàn chịu lực (MSF) ở phía trên và

th-cố định xuống đáy biển bằng các cọc Khối chân đế là kết cấu thép không gian làm từthép ống Thợng tầng có cấu trúc modul đợc lắp ghép lên trên sàn chịu lực

Mỗi chân đế có 8 ống chính (đờng kính 812.8x20.6mm) Phần dới của chân đế ởtừng cọc trụ chính có 2 ống dẫn hớng cho các cọc phụ

Các phần tử cấu thành mạng panel và ống giằng ngang của chân đế làm từ cácống có đờng kính 426x12mm đến 720x 16mm Những chỗ tiếp giáp với đáy biển cọcchính và cọc phụ đợc trang bị hệ thống bơm trám xi măng

Modul chịu lực (sàn chịu lực MSF) là các dầm thép tổ hợp Do điều kiện thi côngngoài biển nên kết cấu này chia làm 3 phần riêng biệt 2 trong số đó đặt hẳn lên các trụ

đỡ còn phần thứ 3 liên kết chúng thành 1 sàn chịu lực thống nhất Phần không gian trốnggiữa các dầm của modul chịu lực dùng để đặt các thùng chứa với các chức năng khácnhau cần thiết cho quy trình công nghệ thực hiện trên dàn

Móng khối chân đế là các cọc thép ống đờng kính 720x20mm Cần đóng tất cả 16cọc chính và 32 cọc phụ

Kết cấu thợng tầng của MSP đợc thực hiện theo thiết kế 16716 của trung tâm thiết

kế Corall (Liên Xô cũ) gồm những Block và môdul riêng rẽ đợc chia làm 2 tầng và đợctrang bị những thiết bị công nghệ cần thiết Thành phần của kết cấu thợng tầng gồm có tổhợp khoan khai thác, năng lợng và khu nhà ở

Thợng tầng có sân bay trực thăng, các thiết bị công nghệ, máy phát điện

2.2.3 Dàn công nghệ trung tâm CTP2.

Tổ hợp dàn công nghệ trung tâm gồm có:

 Giàn công nghệ

 Giàn mini số 2- BK

 Cẩu nối các đờng ống và dây dẫn

 Cơ cấu đuốc với các đờng ống tựa trên các Block chân đế

Chức năng chính của CTP là:

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

 Xử lý dầu thô thành dầu thơng phẩm và bơm đến các trạm rót dầu không bếnUBN1, UBN2, UBN3, UBN4

 Xử lý nớc thải theo tiêu chuẩn quốc tế và thải chúng xuống biển

 Xử lý sơ bộ khí đồng hành và đa chúng vào các trạm nén khí

Vị trí của dàn công nghệ trung tâm đợc xác định bởi các KCĐ hiện có và kết cấubên trên của CTP2 vẫn đợc sử dụng để khai thác giếng khoan đến tầng phong hoá tạmthời

2.2.4 Trạm rót dầu không bến UBN.

Dầu thô đợc thu từ các dàn BK , MSP về dàn CTP để xử lý thành dầu thơng phẩmsau đó chúng đợc bơm đến các tàu chở dầu Nhờ các trạm rót dầu không bến UBN cácthiết bị chủ yếu để tiếp nhận dầu

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

 Bể trao đổi nhệt dạng tấm phẳng (dầu-nớc)

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

 Hệ thống phân li kiểu tháp

 Khối chứa và chuyển hoá 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, hệthống tín hiệu báo sự cố và phòng chống cháy đảm bảo vận hành hữu hiệu hệ thống tiếpnhận dầu

Các giải pháp chính trong thiết kế đờng ống ngầm

 Nguyên tắc chính để xác định lu lợng là cần đảm bảo vận chuyển không ngừngsản phẩm từ giếng khoan với chi phí thấp nhất về vật t và năng lợng Chi phí vật t

đợc xác định bởi tổng chiều dài đờng ống, đờng kính ống và chiều dày ống Chi phínăng lợng đợc xác định bởi áp suất cần thiết để bơm vận chuyển Để đảm bảo vậnchuyển không ngừng cần phải có đờng ống dự phòng và hệ thống đờng ống khépkín Trong trờng hợp cần thiết đờng ống dự phòng còn cho phép tăng lu lợng vậnchuyển của hệ thống

 Tất cả các đờng ống ngầm ban đầu khi cha khai thác thứ cấp đợc sử dụng với ápsuất dới 100atm và nhiệt độ dới 100oc

 Do khả năng kỹ thuật của VietsoPetro và chiều dài của các tuyến ống không lớnnên việc vùi ống là không kinh tế Sự ổn định của đờng ống ngầm dới đáy biển nhờtrọng lợng bản thân của ống

 Chống ăn mòn cho ống bằng cách sơn phủ lên bề mặt ống lớp sơn epoxi và gắncác Protector

 Từ yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm sau khi đi và ra khỏi đờng ống ngầm trong thờigian hiện nay cũng nh nhiệt độ thực tế của sản phẩm trong đó đờng ống ngầmkhông đợc bọc cách nhiệt

 ống đứng của các đờng ống đang vận hành đợc chế tạo từ các loại ống dùng đểxây phần tuyến Khi đặt ống đứng vào kết cấu để ống đứng đợc cố định bằng kẹpcứng và nửa cứng

 Việc vận chuyển sản phẩm theo hệ thống đờng ống ngầm nhờ áp suất của máybơm ly tâm (đối với dầu), áp suất bình tách khí (đối với khí ) và áp suất của vỉa (đốivới hỗn hợp dầu khí ) Chính vì vậy việc xác định khả năng vận chuyển của ống giữvai trò quan trọng

 Các số liệu ban đầu để phục vụ tính toán đợc lấy trong một giai đoạn thiết kế mỏnhất định

 Khả năng vận chuyển của ống đợc xác định theo độ nhớt cực đại của nhũ tơng,

n-ớc dầu, hay hỗn hợp khí với khả năng vận chuyển đợc

 Với hệ thống thu gom vận chuyển dầu đã tách khí cần phải thiết kế phù hợp vớisức tải của trạm rót dầu không bến

 Hệ thống thu gom khí với áp suất tách lọc cấp 1 là 16 atm thì khí đợc thu gom từcác dàn cố định đến các trạm nén khí không cần sử dụng máy nén khí Các khí ởcấp lọc tiếp theo đợc nén tới 16 atm và đa vào hệ thống thu gom khí

 Công dụng: nén khí đồng hành tại mỏ Bạch Hổ đảm bảo lu lợng và áp suất khí đavào 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) và hệthống nén khí áp lực thấp (Pbx=0.095 Mpa)

Hệ thống nén khí áp lực cao:

 Trạm nén khí gồm 5 chiếc (4 chiếc làm việc và 1 chiếc dự bị) là máy nén khí 2 cấpDRESE RAN đợc truyền động bởi tua bin nén khí MARS-100 của hãng SOLAR.+ Lu lợng:5 800 000 Sm3/ngày

+ áp lực đầu vào:1.0Mpa.

+ áp lực đầu ra: 12.7Mpa

+ Nhiệt độ đầu vào:26-280C

+ Nhiệt độ đầu ra:450C

+ Đo riêng lợng khí đa vào bờ và lợng khí đến hệ thống gaslift

+ Thu gom phần condensate đen đa đến hệ thống xử lý tại CTP2

+ Thu gom phần condensate trắng đo dung tích và đa vào bờ

+ Thu gom nớc ép vỉa xử lý đạt chất lợng thải xuống biển

Hệ thống nén khí áp suất thấp:

Trạm nén khí đợc trang bị máy nén khí pittông 2 cấp của hãng NUVO PIGNON đợctruyền động bằng một động cơ điện

+ Lu lợng :240 000 Sm3/ngày

+ áp lực đầu vào :0.095 Mpa

+ áp lực đầu ra:1.084 Mpa

+ Nhiệt độ đầu vào :500C

+ Nhiệt độ đầu ra:450C

Sơ đồ công nghệ:

+ Thu gom khí từ CTP2 và đa vào ống góp CCP

+ Xử lý khí ở đầu vào

+ Nén khí qua 2 cấp với việc làm nguội giữa 2 cấp

+ Đa vào hệ thống nén khí áp suất cao

 Thông số công nghệ chính :Trạm đợc trang bị 4 máy nén khí 4 cấp SHMB14 đựoctruyền động từ động động cơ khí 12V-AT27 GL của hãng WAUKESHA

+ Công suất :1 976 000 Sm3/ngày

+ áp suất đầu vào:0.6 Mpa

+ áp suất đầu ra:10.17 Mpa

+ Nhiệt độ đầu vào:26-280C

+ Nhiệt độ đầu ra:>450C

 Sơ đồ công nghệ :

+ Xử lý đầu vào khí này từ MSP1,2,3,4,5,6,8,9,10 qua MSP4 vào ống thu gomcủa trạm

+ Khí đi qua 4 dây truyền công nghệ đợc nén bằng máy bơm 4 cấp đợc xử lý

và làm nguội giữa cấp

+ Đo lu lợng khí

+ Đa khí vào hệ thống gaslift

2.3 Những yêu cầu đối việc thiết kế và quy hoạch hệ thống khai thác mỏ.

Thiết kế xây dựng khu mỏ khai thác dầu khí cần đợc xem nh là một tổ hợp công nghệ

đồng nhất đảm bảo thu nhận đợc sản phẩm có chất lợng đạt yêu cầu với chi phí cho thugom khai thác, xử lý và vận chuyển là thấp nhất

Hệ thống này bao gồm các quy trình công nghệ sau:

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

+ Xử lý dầu

+ Xử lý nớc thải

+ Tiếp nhận và đo lờng dầu

+ Hệ thống phục vụ khai thác thử cấp

Các công trình công nghệ thu gom và vận chuyển sản phẩm của các giếng dầu cần phải:

+ Đo đợc sản phẩm khai thác

+ Phân bố các dòng dầu, khí theo tính chất lý hoá và theo các đờng ống công nghệ.+ Tách các sản phẩm của giếng

+ Tính toán khí theo hớng sử dụng

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

+ Sơ đồ công nghệ khai thác cần phải đợc cho phù hợp với điều kiện khí hậu, địahình, địa vật của vùng mỏ với các tính chất lý hoá của sản phẩm các giếng khaithác

+ Phơng pháp khai thác đợc 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 hoán cải đợc.+ Các hệ thống thu gom cần phải có khả năng cho phép tiến hành nhanh chóng vàkinh tế công việc hoán cải, xây dựng lại hay thay đổi hình dạng những phần riêngbiệt, đồng thời thay đổi các thông số quy trình công nghệ cho phù hợp với các điềukiện thay đổi của các quy trình khai thác

+ Các hệ thống thu gom cần phải cho phép tiến hành hiệu quả chống các sự cố mà không phải sửa chữa đáng kể

Trong thiết kế hệ thống thu gom cần phải thấy trớc khả năng quá tải của một số ờng ống công nghệ ở những giai đoạn khai thác khác nhau mà thiết kế các đ ờng ốngchính với hệ số n=1,5 theo công suất thiết kế Đờng ống của hệ thống thu gom cần cónhững đoạn dự bị, những đờng vòng khép kín để thay đổi dòng đi theo những hớng khác.

đ-Bài III Lựa chọn tuyến ống

1 Mục đích của việc lựa chọn tuyến ống

Trong công tác thiết kế tuyến đờng ống biển, vấn đề đầu tiên là lựa chọn tuyến ống

Đây là một bài toán kinh tế - kĩ thuật cần phải căn cứ vào các số liệu khảo sát địa hình,

địa chất đã thu thập đợc để lựa chọn tuyến ống sao cho khả thi với giá thành thấp nhất

mà vẫn đảm bảo đợc các chỉ tiêu kĩ thuật Lựa chọn tuyến ống hợp lý sẽ đem lại hiệu quảkinh tế, tăng độ an toàn cho tuyến ống trong quá trình thi công cũng nh quá trình khaithác lâu dài

2 Những yêu cầu của việc lựa chọn tuyến

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

- Tuyến ống lựa chọn phải là ngắn nhất ở mức có thể để giảm chi phí đầu vàocũng nh hạn chế thời gian thi công trên biển

- Tránh những chớng ngại vật dới đáy biển nh đá ngầm, các khu vực đáy biển bị

đứt gãy, tránh các điểm ống cắt (giao) ống, ống cắt đờng dây cáp quang (nếu

- Tránh những khu vực thả neo và khu vực hoạt động quân sự ( nếu có thể)

Ngoài các yêu cầu chung nh trên việc lựa chọn tuyến ống còn xem xét các yếu tố sau:

- Tuyến ống phải đảm bảo yêu cầu mở rộng khai thác của mỏ trong tơng lai

- Khả năng kết nối của tuyến ống với các thiết bị công nghệ trong hệ thống mỏ(nếu tuyến ống là tuyến nội mỏ)

- Sự phát triển của san hô…

- Khả năng động đất

Trong trờng hợp không tránh khỏi các bất lợi khi thiết kế phải chú ý bổ sung các phơng

án bảo vệ tuyến ống

Chơng II Tính toán thiết kế đờng ống biển

Bài i Mở đầu

1 Tính toán đờng ống biển:

Đờng ống phải đợc thiết kế sao cho đảm bảo hoạt động trong mọi trạng thái có thể

có trong suốt đời sống công trình đồng thời có chi phí chế tạo, thi công và vận hànhthấp nhất

Có hai phơng pháp tính toán thiết kế độ bền đờng ống chính là theo ứng suất chophép và trạng thái giới hạn Các quy phạm hiện đại đều sử dụng phơng pháp thứ 2.Theo phơng pháp trạng thái giới hạn, mọi trạng thái giới hạn đều phải đợc thoảmãn với

1.1 Trạng giới hạn theo khả năng phục vụ (Serviceability Limit State):

- Trạng thái giới hạn về độ ovan;

- Trạng thái giới hạn về biến dạng đàn dẻo;

- Trạng thái giới hạn về mất hoặc hỏng vỏ bê tông gia tải;

1.2 Trạng thái giới hạn cực hạn (Ultimate Limit State):

- Trạng thái giới hạn nổ ống;

- Trạng thái giới hạn về méo ống (ôvan) dẫn đến hỏng ống;

- Trạng thái giới hạn về mất ổn định cục bộ;

- Trạng thái giới hạn về mất ổn định tổng thể (Global Buckling)

- Trạng thái giới hạn về phá hoại đàn dẻo và vết nứt;

- Trạng thái giới hạn về va chạm;

1.3 Trạng thái giới hạn mỏi (Fatigue Limit State)

1.4 Trạng thái giới hạn sự cố (Accidental Limit State)

- Mọi trạng thái giới hạn đều phải đợc thoả mãn với mọi tổ hợp tải trọng theo quyphạm

- Mọi trạng thái giới hạn đều phải đợc thoả mãn với mọi giai đoạn làm việc trongsuốt đời sống công trình Các giai đoạn điển hình trong đời sống công trình đ ờngống gồm có:

 Giai đoạn thi công lắp đặt;

 Giai đoạn sau lắp đặt, ống nằm trên đáy biển;

- Tải trọng chức năng;

- Tải trọng môi trờng;

- Tải trọng khi thi công;

- Tải trọng sự cố;

Để xác định các tải trọng này có thể sử dụng các công thức đơn giản, các phầnmềm tính toán hoặc trong một số trờng hợp phải dùng đến phơng pháp thí nghiệm môhình

2.1 Tải trọng chức năng:

Tải trọng chức năng là các tải trọng phát sinh từ sự tồn tại vật lý của hệ thống đ ờngống và chức năng sử dụng của nó Các yếu tố sau cần đợc xét đến nh tải trọng chứcnăng:

áp lực thiết kế và nhiệt độ thiết kế lớn nhất (hoặc nhỏ nhất) phải đ ợc dùng cho mọitính tính toán đối với điều kiện vận hành, trừ trờng hợp sau đây sẽ đợc dùng áp lực vànhiệt độ vận hành bình thờng:

 Khi tính toán mỏi;

 Khi tính toán mà tải trọng môi trờng là trội;

2.2 Tải trọng môi trờng:

Tải trọng môi trờng do các yếu tố môi trờng quanh đờng ống gây ra (trừ các tảitrọng đã liệt kê nh tải trọng chức năng hoặc tải trọng sự cố) Các tải trọng môi truờnggồm:

- Tải trọng gió (khi tính toán riser);

- Tải trọng sóng và dòng chảy – tải trọng thuỷ động;

- Băng trôi;

- Động đất;

- Khi xác định các tải trọng này, cần lu ý một số vấn đề sau:

Do công trình đờng ống có chiều dài lớn nên giá trị và hớng của tải trọng có thểthay đổi dọc theo tuyến

Khi tính toán tác động của đồng thời nhiều yếu tố môi trờng (ví dụ sóng và dòngchảy), cần lu ý tần suất của mỗi yếu tố cho phù hợp

2.3 Tải trọng thi công:

Tải trọng thi công là các tải trọng phát sinh do việc thi công lắp đặt đ ờng ống, thử

áp lực, duy tu, sửa chữa

Bài II Tính toán chiều dày ống chịu áp suất trong

1.Bài toán đờng ống chịu áp lực trong

Xét ống trụ tròn đờng kính ngoài D0, chiều dày t, dài vô hạn chịu áp lực trong Pi,

áp lực ngoài Pe (Hình 2.2.1)

Thành phần ứng suất chủ yếu trên ống có phơng vòng xung quanh tiết diện

vành khuyên của ống Thành phần ứng suất này gọi là ứng suất vòng (hoop

2 Tính toán thiết kế đờng ống biển chịu áp lực trong theo quy phạm

2.1 Nguyên tắc tính toán theo quy phạm

- Đảm bảo xét mọi trạng thái làm việc và sự cố của công trình – Phải xét nhiều tr ờnghợp khác nhau

- Kể đến các sai số chế tạo, thi công bằng hệ số an toàn

- Kể đến các biến dạng, ăn mòn có thể xảy ra

- Phơng pháp tính: thờng sử dụng phơng pháp tính toán theo trạng thái giới hạn,công thức giải tích

2.2 Một số quy phạm hay đợc áp dụng:

- DnV: Submarine pipeline system 1981, 1986, 1993, 1996, 2000

- ASME B31.8 Gas transmission and distribution Piping System – The americansociety of mecanical engineers – 1989

- API Recommended Practice for Design and Installation of Offshore ProductionPlatform Piping Systems RP 14E - 1991

2.3 Tính toán chiều dày của ống chịu áp lực trong theo qui phạm DnV 1981

Theo qui phạm DnV -1981 chiều dày thành ống đợc xác định theo công thức sau:

D P

y        

 ( 2.1.2 )

D : Đờng kính ngoài danh định của ống

t : Bề dày danh định của ống

F : ứng suất chảy nhỏ nhất của vật liệu làm ống

kt : Hệ số giảm ứng suất do nhiệt độ - với loại ống có nhiệt độ vận hành nhỏ hơn 120

C thì lấy kt = 1.0, nếu t 120 C kt có kể đến đặc tính vật liệu

h : Hệ số sử dụng đợc lấy theo bảng phụ thuộc vào vùng cần tính và trạng thái làmviệc của kết cấu, đợc tra theo bảng sau:

Trong thiết kế thờng lấy Pe = 0, để tính thiên về an toàn

Từ công thức ( 2.1.2 ) ta có tính chiều dày cần thiết:

t F h

e i

k

D P P t

*

*

*2

2.4 Tính chiều dày ống chịu áp lực trong theo quy phạm ASME B31.8:

Mục 841.11 - ASME B31.8, công thức xác định chiều dày ống chịu áp lực trong nh sau:

T F E D

t S

P: áp suất trong thiết kế

S: ứng suất chảy nhỏ nhất của vật liệu làm ống

b e li

t p p p





)(1

x 2

f x D

x

Pb,s(x) : khả năng chịu lực trong của đờng ống theo TTGH chảy dẻo

Pb,u(x) : khả năng chịu lực trong theo TTGH phá vỡ (nổ) do ứng suất vòng (Hoopstress)

x : chiều dày tính toán của đờng ống

- Trong điều kiện thử áp lực tại nhà máy:

t1 = t - tfab

- Trong điều kiện vận hành:

t1 = t - tfab - tcorr

Trong đó:

SMYS : là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất đặc trng của thép ống

SMTS: là khả năng chịu kéo nhỏ nhất của thép ống

f y,temp : là phần giảm ứng suất chảy dẻo đặc trng do nhiệt (tra theo đồ thị 5.1 - DnV 2000)

fu,temp: là phần giảm khả năng chịu kéo đặc trng do nhiệt

- Với chiều dày xác định đợc theo quy phạm DnV 1981 ở trên, kiểm tra chiều dày đó theo quy phạm DnV 2000, cho biết chất vận chuyển trong ống là khí, ống thuộc khu vực gần giàn

Bài III ổn định đàn hồi

1 Mất ổn định cục bộ của đờng ống biển

1.1 Hiện tợng

Khi áp lực bên ngoài cao hơn áp lực bên trong ống, ứng suất vòng có dấu âm và gâynén vỏ ống theo phơng chu vi Tới một giới hạn nhất định, ứng suất này gây oằn ống trêntiết diện ngang, thờng xảy ra dới dạng vết lõm Về bản chất, hiện tợng này tơng tự nhhiện tợng mất ổn định của thanh Ơle nhng xảy ra trên chu vi ống tại một tiết diện cục bộ.Cần phân biệt hiện tợng này với hiện tợng mất ổn định tổng thể xảy ra trên đoạn ống chịunén dọc trục

Tác động gây ra mất ổn định cục bộ là áp lực ngoài, thờng xét là áp lực thuỷ tĩnh

t D

t E

P c

 ( 2.3.1 )

Trong đó:

Pc : áp lực gây ra mất ổn định cục bộ

E : Mô đun đàn hồi của vật liệu ống

* 2 3

1 1 2

e c

Y D

t Y P

 điều kiện áp dụng e  *Y

t E

e

 ( 2.3.4 )

Y : ứng suất chảy nhỏ nhất của vật liệu

E : Mô đun đàn hồi của vật liệu

áp lực gây mất ổn định cục bộ Pc đợc so sánh với áp lực ngoài lớn nhất Pe Nếu Pc

< Pe thì đờng ống tại vị trí đó bị mất ổn định cục bộ

1.3.2 Theo quy phạm DnV 2000, áp lực tới hạn P c đợc tính bằng cách giải phơng trình bậc

1

)D

t.(

E2

c1.1

f0: hệ số ô van Theo DnV OS F101 - 2000, không lấy nhỏ hơn 0.005

Dmax: đờng kính lớn nhất của tiết diện ô van

Dmin: đờng kính nhỏ nhất của tiết diện ô van

fy: đặc trng ứng suất chảy dẻo của vật liệu ống

fab: hệ số chế tạo (bảng 5-3 DnV OS F101 - 2000, Submarine pipeline“Submarine pipeline

systems ).”,

t2: chiều dày thép ống tính toán (mục C 300 DnV OS F101 - 2000),

2 Mất ổn định lan truyền

2.1 Hiện tợng

Hiện tợng mất ổn định lan truyền đợc phát hiện vào những năm đầu của thập kỷ 70bởi Battelle Columbus Laboratories Hiện tợng này đợc mô tả là dới áp suất ngoài caonhất định, nếu trên ống có một điểm đã mất ổn định cục bộ, thì vết lõm đó sẽ lan truyềnsang các điểm lân cận dọc theo tuyến ống Khi xảy ra hiện tợng này, đờng ống bị pháhỏng trên chiều dài lớn, gây tổn thất đáng kể và khó khắc phục cho công trình

2.2 Tính toán

Với đờng ống cho trớc, cần tính toán xác định áp lực ngoài gây mất ổn định lan truyền

So sánh với áp lực ngoài thực tế tại địa điểm xây dng, nếu áp lực ngoài nhỏ hơn áp lựcgây mất ổn định lan truyền là an toàn Nếu ngợc lại, cần xem xét các giải pháp phòngchống ở mục 2.3

2.2.1 Theo qui phạm DnV 1981

 áp lực gây ra mất ổn định cục bộ đợc xác định theo công thức sau:

t ( 2.3.9 )

Trong đó :

Pp : áp lực tới hạn gây ra mất ổn định lan truyền ( KN/m2 )

Y : ứng suất chảy nhỏ nhất của vật liệu ống ( KN/m2 )

Pp : áp lực tới hạn khi đờng ống bị mất ổn định lan truyền

F : ứng suất chảy nhỏ nhất của vật liệu làm ống

D : Đờng kính ngoài của ống

t : Chiều dày của ống

2.2.3 Theo DnV 2000

Ppr = 35

5 2 2 SC m

fab y

+ Ppr : áp lực tới hạn khi mất ổn định lan truyền

+ D : Đờng kính ngoài của ống

+ t : Chiều dày ống

+ fy : Hệ số phụ thuộc đặc điểm cờng độ vật liệu

+ m : Hệ số phụ thuộc độ bền vật liệu

+ sc : Hệ số an toàn

+ fab : Hệ số phụ thuộc chế tạo

2.3 Chống lan truyền mất ổn định

Trong trờng hợp tính toán thấy áp lực ngoài lớn hơn hoặc bằng áp lực gây mất ổn địnhlan truyền thì hiện tợng này có thể thể xảy ra với điều kiện đờng ống bị mất ổn định cục

bộ tại một điểm (do va chạm với neo, lới, hay bị khi thi công thả ống …) Khi đó, vết lõm

sẽ lan dọc ống cho đến điểm nào trên tuyến có áp lực ngoài nhỏ hơn áp lực gây mất ổn

định lan truyền Do thông thờng đờng ống biển đặt dới đáy biển có chiều sâu không quáchênh lệch (trừ đờng ống từ mỏ vào bờ) nên khả năng hỏng toàn bộ tuyến ống là rất dễxảy ra

Để chống lan truyền mất ổn định, có thể sử dụng các biện pháp khác nhau, trong đó

đơn giản nhất là tăng chiều dày ống Tuy nhiên, phơng pháp này không kinh tế lắm Mặtkhác, nếu không có biện pháp phòng chống thì rủi ro lại quá cao Biện pháp trung gianhiện đợc sử dụng rộng rãi là dùng các vành chặn (buckle aresstor) Các vành chặn đặtcách đều một khoảng nhất định trên tuyến, có hình dạng rất đa dạng nh ng đều trên

nguyên tắc là làm tăng chiều dày ống ở vị trí đó Khi xảy ra lan truyền mất ổn định, đoạnống bị hỏng sẽ bị giới hạn trong khoảng giữa hai vành chặn liên tiếp

Việc quyết định khoảng cách giữa hai vành chặn là bài toán tối u Bố trí nhiều vànhchặn sẽ hạn chế đợc chiều dài đoạn ống hỏng khi có sự cố nhng tốn kém vật liệu và côngthi công vành chặn ban đầu, nếu bố trí ít vành chặn thì nguợc lại

3 Mất ổn định tổng thể (global buckling) của đờng ống biển

Chiều dài nhịp gây mất ổn định tổng thể nh sau:

- Nhịp ống có hai đầu liên kết ngàm:

P

EI L

25 0

49 0

4

2



Trong đó: E: Mô đun đàn hồi, Pa

I: Mô đun quán tính của tiết diện ống, m4L: Chiều dài nhịp gây mất ổn định, mP: Lực nén dọc trục, N

Bài IV độ bền đờng ống khi đi qua các địa hình phức tạp

1 Mở đầu

Thông thờng đờng ống nằm tiếp xúc liên tục với đáy biển và do đó không chịumômen uốn Tuy nhiên trong một số trờng hợp ống buộc phải vợt qua địa hình đặcbiệt làm phát sinh nhịp treo trên tuyến Các dạng địa hình đặc biệt thờng gặp là:

- Chớng ngại vật dạng lõm xuống: hào, rãnh, địa hình có sóng cát

- Chớng ngại vật dạng đỉnh lồi: mỏm san hô, đờng ống đã có trớc đó

Khi đờng ống có nhịp treo thì bài toán độ bền của ống trở nên rất phức tạp Cần phảixét các bài toán sau đây:

- Bài toán nhịp ống chịu tải trọng tĩnh, thờng xét các tải trọng nh trọng lợng bản thân,lực căng còn d trong ống khi thi công

- Bài toán nhịp ống chịu tải trọng động là lực thuỷ động của sóng và dòng chảy

- Bài toán cộng hởng dòng xoáy của nhịp ống

- Bài toán ổn định tổng thể (global buckling)

- Bài toán mỏi

Các bài toán trên là tơng đối quen thuộc Tuy nhiên, với công trình đờng ống thì kháphức tạp do nhiều lý do nh sau:

- Tính đa dạng của biên liên kết

- Tính phi tuyến của đất nền

- ảnh hởng của phi tuyến hình học

- ảnh hởng của nhiệt độ, ma sát và lực căng d trong ống

Dới góc độ thiết kế, do rất khó dự báo chính xác nhịp treo sẽ có trên tuyến ống nênngời ta thờng tính toán để xác định đợc chiều dài nhịp treo tối cho phép Số liệu này sẽlàm căn cứ cho giai đoạn thi công, vận hành và bảo dỡng định kỳ sau này

2 Bài toán tĩnh của đờng ống qua địa hình đặc biệt

có thể sử dụng để tính toán sơ bộ bài toán tĩnh của ống vợt qua địa hình đặc biệt

2.2 Bài toán đờng ống qua hào (hố lõm)

c Pipe Configuration

T v M

v M y

T

x

T v M

v R

T T

Free - Body Diagram

Trạng thái ống qua hố lõm đợc mô tả nh hình vẽ.

Xét hình dạng của ống khi đi qua hào trên hình trên Ta thấy có 2 vùng cách biệt cóthể dùng để định rõ hình dạng của ống

- Vùng 1 : Đoạn nhịp ống ở chỗ trũng, chiều dài L

- Vùng 2 : Đoạn nhịp ống ngoài chỗ trũng, chiều dài l

Sơ đồ trên là đối xứng ứng suất lớn nhất xảy ra ở mép hào (m)

Tra đồ thị 3.19 - Offshore Pipeline Design Alalysis and Methods theo các đại lợng vô ớng xác định đợc ứng suất lớn nhất trong nhịp m

h Lực kéo vô hớng:

C

L W

J E

L 

- ứng suất đặc trng:

C C

L

C E





Trong đó :

- W: Trọng lợng của ống dới nớc trên một đơn vị chiều dài

- E: Mô đun đàn hồi của vật liệu làm ống

- J: Mô men quán tính của tiết diện ống

- C: Bán kính ngoài của ống

- T: Lực căng ống do thi công (Đối với tầu Côn Sơn T = 12 T)

Tơng tự, tra đồ thị 3.20, xác định đợc ứng suất giữa nhịp Đồ thị 3.21 cho phép tra độ võng giữa nhịp

Đồ thị 3.22 cho phép tra chiều dài nhịp phụ l Có thể sử dụng hàm sau đây thay cho

đồ thị:

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0.1

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0

0

 10

 5

L/Lc

Để ống không bị phá hoại khi đi qua hào thì ứng suất chính trong ống phải nhỏ hơnứng suất cho phép Lu ý rằng ứng suất tính đợc từ các đồ thị trên chỉ là thành phần ứngsuất dọc trục do uốn Nếu ống chịu áp lực thì cần kể đến cả thành phần ứng suất vòng:

Trong đó:

Cmax: ứng suất tổ hợp

lớn nhất theo Von Mises;

H: ứng suất vòng do áp lực;

L: ứng suất dọc trục do mô men uốn;

2.3 Bài toán đờng ống qua đỉnh lồi

Gọi độ nhô lên của đỉnh lồi là , và tổng độ dài nhịp là L Trạng thái ống vợt qua đỉnhlồi đợc mô tả nh hình vẽ

Khi đã có c, Lc, , tra đồ thị 3.24 và 3.25 tài liệu Offshore Pipeline Design Analysis and Methods, xác định đợc các thông số m, L

3 Bài toán cộng hởng dòng xoáy của nhịp ống

Khi dòng chảy cắt ngang một nhịp ống, các xoáy xuất hiện sau tiết diện ngang Cácxoáy này gây nhiễu loạn và không ổn định sau ống Dòng xoáy dẫn đến sự biến đổi cóchu kỳ của áp lực thuỷ động lên ống và làm ống rung động

Chu kỳ của dòng xoáy phụ thuộc đờng kính ngoài D và vận tốc dòng chảy V

L



T T

m



Dao động xảy ra theo cả hai phơng, phơng vuông góc với dòng chảy và phơng trùngvới hớng dòng chảy Các nghiên cứu cho thấy đờng ống bắt đầu dao động theo phơngdọc dòng khi tần số dòng xoáy đạt khoảng 1/3 tần số dao động riêng của nhịp Nếu tốc

độ dòng chảy tăng đến mức cao, tần số dao động của dòng xoáy xấp xỉ tần số dao độngriêng của nhịp và dao động ngang dòng xuất hiện Lúc này, trên nhịp ống xảy ra hiện t-ợng dao động cộng hởng gây chuyển vị và ứng suất rất lớn dẫn tới phá huỷ ống

Theo Offshore Pipeline Design Alalysis and Methods, điều kiện để không xảy ra hiện tợng cộng hởng là:

D

V S

 St : Số Stroulhal phụ thuộc vào hệ số cản vận tốc CD:

 0 , 75

21,0

D t

 CD : Hệ số cản vận tốc

 Vdc : Vận tốc dòng chảy trung bình trên nhịp đang xét

 Dn : Đờng kính ngoài của ống :

- Trong phần lớn trờng hợp, số stroulhal có thể lấy bằng 0,2

- Tần số dao động riêng của nhịp ống (Hz):

M

I E L

C

f n  2. .

- L : Chiều dài nhịp ống;

- E: Môdul đàn hồi của vật liệu thép ống;

- C: Hằng số phụ thuộc vào điều kiện liên kết hai đầu của ống:

Hai đầu liên kết là khớp: C = 1,57Hai đầu liên kết là ngàm: C = 3,50

- èng dÉn khÝ; träng lîng riªng cña chÊt khÝ bªn trong èng: 150 (Kg/m )

h-Bài V Tính toán ổn định vị trí của đờng ống dới đáy biển

1 Hiện tợng

Trong quá trình vận hành, đờng ống luôn chịu tác động của điều kiện môi trờng nhsóng, dòng chảy, sự vận chuyển của dòng cát hay dòng bùn, đặc biệt là lực đẩy nổi.Những tác động này làm cho đờng ống có xu hớng bị dịch chuyển dới đáy biển, trôi dạt đ-ờng ống và có thể phá huỷ đờng ống do gây quá ứng suất Để đờng ống vận hành antoàn cần thiết kế sao cho đờng ống không bị dịch chuyển khỏi vị trí của nó, hoặc nếu cóthì nằm trong giới hạn cho phép Do đó, việc tính toán ổn định vị trí là nhiệm vụ quantrọng trong thiết kế đờng ống, công việc tính toán nhằm tìm ra đợc trọng lợng yêu cầu củaống để ống ổn định dới đáy biển trong suốt thời gian vận hành

2 Tính toán

Việc tính toán ổn định vị trí cần đảm bảo ống ổn định tại mọi vị trí, trong mọi điều kiệnhoạt động và môi trờng Do đó, khi tính toán cần xét trạng thái thi công và trạng thái khaithác với những tổ hợp bất lợi nhất của sóng và dòng chảy Đối với đ ờng ống dài đi quacác vùng có số liệu môi trờng khác nhau hoặc đờng ống có đổi hớng thì bài toán ổn định

vị trí cần đợc thực hiện hiện ở tất cả các vị trí đại diện

Xét một đoạn ống dài 1m chịu tác động của sóng, dòng chảy nh sau:

Sơ đồ tính ổn định vị trí đờng ống biển

Trong đó :

 : Góc nghiêng bề mặt đáy biển

 W : Trọng lợng trong nớc của ống, bao gồm : vỏ bọc bê tông ( nếu có ), vỏ chống

ăn mòn, ống thép, các sản phẩm bên trong ( Dầu , khí …), hà bám, lực đẩy nổi

 N : Phản lực

 Fr : Lực ma sát