Đồ Án Tốt Nghiệp - Thiết Kế Kỹ thuật tuyến ống dẫn khí từ giàn nhẹ RC5 về RC4

Đồ Án Tốt Nghiệp - Thiết Kế Kỹ thuật tuyến ống dẫn khí từ giàn nhẹ RC5 về RC4 - Đại Học xây Dựng hà nội

lời nói đầu

Sự phát triển ngành công nghiệp và nhu cầu dân sinh về năng lợng ngày càng tăng dẫn đến sự thiếu hụt nhiên liệu Điều đó đã thúc đẩy con ngời tìm kiếm các nguồn năng l- ợng để phục vụ cho nhu cầu phát triển kính tế và đời sống của con ngời Dầu khí trong hiện tại và tơng lai vẫn là một nguồn năng lợng vô cùng quan trong để phục vụ cho những nhu cầu đó Với u điểm về trữ lợng, khả năng khai thác, chế biến và vận chuyển, dầu khí

là nguồn nguyên liệu năng lợng rất cần cho đời sống con ngời mà bất kì quốc gia nào cũng sử dụng.

Việt Nam là nớc đang phát triển, nhu cầu về sử dụng năng lợng ngày càng lớn, sự phát hiện nguồn tài nguyên dầu khí tại thềm lục địa đã đem lại nguồn lợi kinh tế to lớn cho đất nớc, giải tỏa bớt khả năng thiếu hụt năng lợng trong công cuộc xây dựng và hiện

đại hóa đất nớc Trong việc khai thác nguồn năng lợng dầu khí đòi hỏi sự phát triển mạnh mẽ hệ thống dàn khai thác, đặc biệt là hệ thống đờng ống có vai trò quan trọng không thể thiếu trong sự phát triển mỏ, thu gom, vận chuyển các sản phẩm khai thác Với mục đích đi sâu tìm hiểu hiểu nghiên cứu kiến thức chuyên ngành đã đợc học tập tại trờng Em đã đợc giao làm đồ án tốt nghiệp với đề tài:

“Thiết kế kỹ thuật tuyến ống dẫn khí từ giàn nhẹ RC5 về gi n nh àn nh ẹ RC4 trong dự án thu gom khí đồng h nh m àn nh ỏ Rồng - Đồi Mồi”

Để hoàn thành tốt đợc đồ án tốt nghiệp của mình, ngoài những kiến thức đã đợc các thầy, cô giáo trong trờng Đại Học Xây Dựng, trong Viện Xây Dựng Công Trình Biển trang

bị và sự lỗ lực của bản thân Em còn đợc sự hớng dẫn, chỉ bảo tận tình về kiến thức chuyên ngành của cô hớng dẫn

Giáo viên hớng dẫn: THS Nguyễn Thị Hiệp

Em xin bầy tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy các cô trong trờng Đại Học Xây Dựng, các thầy cô đã trực tiếp hớng dẫn em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp.

Hà Nội, ngày 27 tháng 05 năm 2010

Sinhviên

Đào Văn Hoàng

mục lụcCHƯƠNG I: 11 giới thiệu chung 11

1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của công trình đờng ống 11

1.1 1.Tầm quan trọng của ngành công nghiệp dầu khí 11

1.1.2 Sự phát triển của công trình đờng ống của các nớc trên thế giới 11 1.1.3 Sự phát triển của công trình đờng ống ở Việt Nam 13

1.1.4 Giới thiệu cỏc cụng trỡnh khỏi thỏc dầu khớ ở mỏ Rồng - Đồi Mồi: 15

1.1.4.1 Cỏc loại dàn: 15

1.1.4.2 Dàn RP: 16

1.1.4.3 Dàn nhẹ BK: 17

1.1.4.4 Hệ thống trạm rút dầu khụng bến: 18

1.1.4.5 Dàn RC: 18

1.1.5 Giới thiệu cỏc cụng trỡnh đường ống hiện cú tại mỏ Rồng - Đồi Mồi 18

1.2 mục đích và nhiệm vụ thiết kế 19

1.2.1 Mục đích thiết kế 19

1.2.2 Nhiệm vụ thiết kế 19

1.2.2.1 Tên công trình. 19

1.2.2.2 Dạng cụng trỡnh: 19

1.2.2.3.Khu vực xõy dựng cụng trỡnh: 19

1.2.2.4 Tuổi thọ công trình 19

1.2.2.5.Chế độ làm việc của cụng trỡnh: 20

1.2.2.6.Giai đoạn thiết kế: 20

Chơng 2: 21

thông số đầu vào phục vụ tính toán 21

2.1.Điều kiện địa chất khí tợng hải văn dọc tuyến ống 21

2.1.1 Điều kiện địa chất 21

2.1.2 Điều kiện khí tợng hải văn 22

2.1.2.1.Chế độ súng 23

2.1.2.2.Chế độ dũng chảy 23

2.1.2.3.Chế độ giú 24

2.1.2.4.Thuỷ triều 25

2.1.2.5.Số liệu thuỷ văn 25

2.2 Số liệu về tuyến ống cần thiết kế 26

2.3 Xử lý số liệu đầu vào 26

2.3.1 Đánh giá điều kiện xây dựng 26

2.3.2 Xử lý số liệu môi trờng 27

Chơng3: 28

lựa chọn và thiết kế tuyến ống 28

3.1 Mục đích, yêu cầu của việc lựa chọn tuyến ống 28

3.1.1 Mục đích 28

3.1.2 Yêu cầu 28

3.2 Lựa chọn tuyến ống RC5 – RC4 RC4 29

3.3 Lựa chọn vật liệu ống 31

3.4 Lựa chọn kích thớc đờng ống 32

3.5 Tính toán chiều dày ống 33

3.5.1 Cơ sở lựa chọn chiều dày ống 33

3.5.2 Tính toán lựa chọn chiều dày ống chịu áp lực trong 33

3.5.2.1 Đặt vấn đề 34

3.5.2.2 Bài toán đặt ra 34

3.5.2.3 Nguyên tắc tính toán theo quy phạm, tiêu chuẩn 34

3.5.2.4 Tính toán bề dày theo quy phạm DNV 2000 35

3.5.2.5 Kết quả tính toán: 40

3.6 Tính toán ổn định đàn hồi của đờng ống .43

3.6.1 Kiểm tra hiện tợng mất ổn định cục bộ của đờng ống 43

3.6.1.1 Hiện tợng. 43

3.6.1.2 Bài toán 43

3.6.1.3 Kiểm tra 43

3.6.1.4 Kết quả kiểm tra 46

3.6.2 Lan truyền mất ổn định 47

3.6.2.1.Hiện tợng 47

3.6.2.2.Bài toán 47

3.6.2.3 Các biện pháp đề phòng 48

3.6.2.4.Tính toán theo quy phạm DNV-OS-F101 2000 48

3.6.2.5 Kết quả kiểm tra 49

3.6.3 Kiểm tra hiện tợng mất ổn định tổng thể của đờng ống 49

3.6.3.1 Hiện tợng 49

3.6.3.2 Bài toán 49

3.7 TíNH TOáN ổN ĐịNH Vị TRí CủA TUYếN ốNG (theo quy phạm dnv-rp-e305 1988) 50

3.7.1 Hiện tợng 50

3.7.2 Phơng pháp tính 51

3.7.2.1 Nguyên tắc tính 51

3.7.2.2 Trạng thái tính toán 51

3.7.3 Kiểm tra ổn định vị trí của đờng ống dới tác động của sóng và dòng chảy theo quy phạm (DNV RP - E305 1988) 54

3.7.3.1 Kết quả kiểm tra ổn định vị trí khi cha bọc bê tông gia tải 60

3.7.3.2.Kết quả kiểm tra ổn định vị trí sau khi đã bọc bê tông gia tải 63

3.8 XáC ĐịNH NHịP TREO CHO PHéP ĐốI VớI ĐƯờNG ốNG 64

3.8.1 Đặt bài toán 64

3.8.2 Bài toán đờng ống đi qua hố lõm 65

3.8.3.Bài toán qua đỉnh lồi 67

3.8.4 Bài toán cộng hởng dòng xoáy 67

3.8.5 Kết luận 70

CHƯƠNG 4: 71

TíNH TOáN KIểM TRA BềN KếT CấU ống đứng 71

4.1 mô hình hoá sơ đồ tính 71

4.1.1 Mô tả chung kết cấu ống đứng (Riser) 71

4.1.2 Lựa chọn và mô hình hoá sơ đồ tính 72

4.1.3 Tính toán tải trọng sóng và dòng chảy tác dụng lên Riser-RC5 75

4.1.3.1 Lập bảng xác định thông số sóng a, thông số vận tốc Gn 75

4.1.3.2 Xác định vận tốc và gia tốc theo lí thuyết sóng Stockes bậc V 77

4.2 KIểM tra bền ống đứng 82

4.2.1 Kết quả nội lực 82

4.2.2 Kiểm tra bền kết cấu Riser 82

4.2.2.1 Kiểm tra bền 82

4.2.2.2 Kiểm tra khả năng cộng hởng với lực môi trờng 84

CHƯƠNG 5: 87

THIếT Kế CHốNG ĂN MòN CHO TUYếN ốNG 87

5.1 TổNG QUAN 87

5.1.1 Vai trò của chống ăn mòn trong thiết kế công trình biển 87

5.1.2 Môi trờng gây ăn mòn đờng ống 87

5.1.2.1 Môi trờng trong ống 87

5.1.2.2.Môi trờng ngoài ống: 88

5.2 CáC BIệN PHáP CHốNG ăN MòN CHO đờNG ốNG 88

5.2.1 Chống ăn mòn bị động 88

5.2.2 Chống ăn mòn chủ động 89

5.2.2.1.Phơng pháp bảo vệ bằng Anode hy sinh 89

5.2.2.2 Phơng pháp bảo vệ bằng dòng điện áp nguồn 90

5.2.2.3 Phơng pháp bảo vệ kết hợp 90

5.3 PHơNG PHáP CHốNG ăN MòN CHO TUYếN ốNG DẫN khí từ giàn nhẹ RC5 về rc4 91

5.4 THếT Kế BảO Vệ CHốNG ăN MòN ĐIệN HóA 94 5.4.1 Nguyên lý chống ăn mòn điện hoá: 94

5.4.2 Đặc trng môi trờng biển 94

5.4.3 Đặc tính của anode 94

5.4.4 Các thông số thiết kế 95

5.5 Tính toán thiết kế Anode hy sinh: 95

5.5.1 Số liệu đầu vào 95

5.5.2.Cơ sở tính toán: 96

5.5.3.Kết quả tính toán: 98

chơng 6: 100

thi công đờng ống 100 6.1 số liệu đầu vào phục vụ công tác thiết

kế, tổ chức thi công 100

6.1.1 Số liệu môi trờng 100

6.1.2 Số liệu về công trình 100

6.2 THI CÔNG CHế TạO ốNG 100

6.3 Các phơng án thi công thả ống hiện nay .103

6.3.1 Giới thiệu chung 103

6.3.2 Phơng pháp thi công bằng xà lan thả ống (Lay-Barge Methode) 103

6.3.3 Phơng pháp thi công bằng xà lan có trống cuộn (Reel- Barge Methode) .104

6.3.4 Phơng pháp thi công kéo ống 105

6.3.4.1 Thi công bằng phơng pháp kéo ống trên mặt ( Surface Tow ) 105

6.3.4.2 Phơng pháp kéo ống sát mặt ( Below - Surface Tow ) 107

6.3.4.3 Phơng pháp thi công kéo ống trên đáy biển (Bottom Tow) 108

6.3.4.4 Phơng pháp thi công kéo ống sát đáy biển ( off-Bottom Tow ) 109

6.4 các phơng pháp thi công nối ống ngầm.110 6.4.1 Giới thiệu chung 110

6.4.1.1 Phơng pháp nối ống bằng mặt bích (Flanged Methode) 110

6.4.1.2 Phơng pháp hàn ở áp suất khí quyển (Atmospheric Weding Methode) .111

6.4.1.3 Hàn cao áp ( Hyperbaric Welding) 111

6.4.1.4 Mối nối cơ khí 112

6.4.2 Phơng án nối áp dụng cho đờng ống dẫn khí từ RC5 về RC4 113

6.5 các phơng pháp thi công lắp đặt riser.113 6.5.1 Thi công lắp đặt Riser đồng thời với việc chế tạo khối chân đế 113

6.5.2 Thi công Riser đợc tiến hành sau khi rải ống 114

6.6 các phơng pháp thi công nối ống đứng với ống ngầm 114

6.6.1 Nối ống bằng mặt bích 115

6.6.2 Nối ống đứng với ống ngầm bằng phơng pháp hàn trên mặt nớc 115

6.6.3 Phơng pháp kéo ống chữ J thuận 116

6.6.4 Phơng pháp kéo ống chữ J ngợc 116

6.6.5 Phơng pháp thi công guốc ống 116

6.6.6 Phơng án thi công ống đứng tại các dàn RC4, RC5 117

6.7 Năng lực thi công của liên doạnh Vietsovpetro và yêu cầu của phơng tiện thi công 117

6.7.1 Yêu cầu trang bị tối thiểu cho tầu thả ống 118

6.7.2 Các tàu kéo và tàu vận hành neo 118

6.7.3 Tàu khảo sát 118

6.7.4 Tàu chở vật t 119

6.7.5 Tàu hậu cần 119

6.8 Tính toán và lựa chọn phơng án thi công 119

6.8.1 Lựa chọn phơng án thi công: 119

6.8.2 Tính toán 120

6.8.2.1 Số liệu đầu vào 120

6.8.2.2 Tính toán kiểm tra bền đoạn cong lồi 120

6.8.2.3 Tính toán kiểm tra bền đoạn cong lõm 123

6.9.1 Thi công trên bờ 127

6.9.2 Công tác thi công trên biển 128

6.9.3 Thời hạn thi công đờng ống 129

6.9.4 Quy trình thi công ống trên tàu rải ống 129

6.10.thử áp lực Đờng ống - đa vào vận hành130 6.10.1 Mục đích yêu cầu chung khi thử áp lực 130

6.10.1.1 Mục đích 130

6.10.1.2 Những yêu cầu chung 130

6.10.2 Thử áp lực ống đứng (ở trên bờ) 130

6.10.3 Thử áp lực đờng ống ngầm 131

6.10.3.1 Phóng thoi làm sạch cặn bẩn, kiểm tra sự móp méo 131

6.10.3.2 Thử áp lực tuyến ống 132

6.10.4 Khử nớc 133

6.10.5 Làm khô 133

Chơng 7: 134

an toàn lao động và bảo vệ môi trờng 134

7.1 an toàn lao động 134

7.1.1 Đối với công tác thi công trên bãi lắp ráp 134

7.1.2 Đối với công tác thi công trên biển 135

7.2 bảo vệ môi trờng 136

tài liệu tham khảo 138

CHƯƠNG I:

1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của công trình đờng ống

1.1 1.Tầm quan trọng của ngành công nghiệp dầu khí.

Trong một vài năm trở lại đây, việc giá xăng dầu trên thế giới liên tục biến động đãgây ra ảnh hởng không nhỏ tới nền kinh tế của tất cả các quốc gia trên thế giới Điều đócho thấy vai trò to lớn cũng nh tầm quan trọng của ngành công nghiệp dầu khí trong đờisống kinh tế xã hội của đất nớc Dầu khí là nguồn năng lợng rất cần thiết đối với đời sốngcũng nh mọi hoạt động khác của con ngời Có thể nói trong suốt những thập niên đầu củathế kỷ XX trên thế giới dạng năng lợng đợc sử dụng chủ yếu là than đá và dầu khí( chiểm 90% năng lợng thế giới) Trong đó dầu khí chiếm 63% Dầu khí đã đem lại nguồnngoại tệ to lớn cho các nớc xuất khẩu dầu thô, đồng thời nó là đòn bẩy thúc đẩy nền kinh

tế của các nớc có tiềm năng dầu mỏ dồi dào Cho đến nay nhân loại đã tìm kiếm ra đợcmột số nguồn năng lợng và nguyên liệu mới, nhng vẫn cha có một nguồn nguyên liệu mớinào có thể thay thế hoàn toàn đợc dầu mỏ Với những đóng góp quan trọng của ngành dầukhí trong nền kinh tế quốc dân của mỗi quốc gia nói riêng cũng nh vào ngành năng lợngthế giới nói chung, thì ngành công nghiệp dầu khí đã và đang trở thành một ngành côngnghiệp cực kỳ quan trọng mà trong vài thập kỷ nữa vẫn cha thể thay thế đợc

1.1.2 Sự phát triển của công trình đờng ống của các nớc trên thế giới.

Sự tăng lên không ngừng của nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm dầu khí kéo theo sự ra đờicủa hàng loạt các dự án khai thác dầu khí trên biển Bắt đầu từ tuyến đờng ống đầu tiêntrên vịnh Mêhicô, tới nay hàng vạn km đờng ống đã đợc xây dựng trên khắp thế giới, từbiển Bắc, Địa Trung Hải, Australia, Đông Nam á, Mỹ La Tinh, Nga, Trung Quốc… Một Một

số đờng ống đã đợc lắp đặt ở độ sâu đến 700m, kích thớc ống lên đến 56 in (142,24 cm).Hiện nay do nhu cầu về việc cung cấp nhiên liệu đặc biệt là dầu khí trên thế giới, một sốnớc cũng đang đẩy mạnh quá trình xây dựng hệ thống đờng ống nhằm cung cấp dầu, khí

phục vụ cho nhu cầu của thế giới nh Nga, Trung Quốc, Canada… Một

Hình 1.1: Tuyến đờng ống của Nga qua Estonia

Hình1.2:Tuyến ống dẫn dầu của Trung Quốc đang xây dựng dài

771 km từ Myanma về Trung Quốc

Sự phát triển của hệ thống đờng ống trên thế giới cũng kéo theo sự phát triển của cáccông nghệ có liên quan nh các thiết bị thi công thả ống, công nghệ nối ống, công nghệ gia

tải cho ống

1.1.3 Sự phát triển của công trình đờng ống ở Việt Nam.

Việt Nam bắt đầu sản xuất dầu từ thập niên 80, phần lớn là khai thác ngoài khơi Cácvựa dầu chính là Sông Hồng ở vịnh Bắc Bộ, Phú Khánh ở vùng duyên hải Miền Trung vàNam Côn Sơn, Cửu Long và Malay- Thổ Chu ở Miền Nam Hiện nay Việt Nam đã và

đang khai thác các mỏ Bạch Hổ, Rồng, Ruby, Rạng Đông, S Tử Đen, S Tử Vàng, cụm

mỏ PM3 –Cái Nớc, Lan Tây,Rồng- Đồi Mồi, Đại Hùng Tuyến đờng ống đầu tiên ở ViệtNam đợc lắp đặt bởi Liên doanh dầu khí ViêtsovPetro khi xây dựng mỏ Bạch Hổ.Tớnh đến thỏng 4 năm 1998 mỏ Bạch Hổ cú một hệ thống đường ống trong nội mỏ baogồm:

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

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

- 18 tuyến ống dẫn GASLIFT với tổng chiều dài 28,81km

- 17 tuyến ống dẫn nước ộp vỉa với tổng chiều dài 19,35km

- 11 tuyến ống dẫn hỗn hợp dầu khớ với tổng chiều dài 19,35km

Tổng chiều dài đường ống ngầm ở mỏ Bạch Hổ tớnh đến thỏnh 4 năm 1998 là 162,25km Ngoài ra còn một số tuyến ống ngoài mỏ khác nh:

Ngoài những tuyến ống kể trên ở nớc ta còn rất nhiều tuyến đờng ống khác ở các mỏRồng, Ruby, Rạng Đông, S Tử Đen, S Tử Vàng, cụm mỏ PM3 –Cái Nớc, LanTây,Rồng- Đồi Mồi tiểu biểu nh tuyến ống dẫn khí từ mỏ Nam Côn Sơn vào bờ

Trong những năm gần đây sản lợng dầu khí của Việt Nam đã bắt đầu suy giảm do trữ ợng dầu ở mỏ Bạch Hổ đang ngày một giảm bởi phần lớn sản lợng dầu thô của Việt Nam

l-là từ mỏ Bạch Hổ Cho nên trong những năm gần đây Việt Nam đã và đang đẩy mạnhkhai thác sang các mỏ khác nh Rồng- Đồi Mồi, S Tử Đen, PM3 – Cái Nớc, Đại Hùng hàng loạt các dàn khoan, và hệ thống đợc xây dựng với mục đích phục vụ cho khai thác vàvận chuyển dầu khí nhằm tăng sản lợng nhằm phát triển kinh tế Cụ thể năm 2009 hàngloạt các giàn mới đợc xây dựng nh RC3, RC4,RC5, S Tử Đen, RC Đồi Mồi, tới đây đangtiến hành xây dựng giàn ở mỏ Đại Hùng ở độ sâu hơn 130m nớc Hệ thống đờng ống mớicũng đã và đang đợc xây dựng nh tuyến ống dẫn khí Lô B -Ô Môn( PM3 – Cà Mau) dài400km, và một số tuyến ống khác

Hình 1.3 : Tuyến ống dẫn khí PM3 – Cà Mau

1.1.4 Giới thiệu cỏc cụng trỡnh khỏi thỏc dầu khớ ở mỏ Rồng - Đồi Mồi:

Mỏ Rồng - Đồi Mồi nằm ở phớa nam thềm lục địa Việt Nam nằm trong lụ B- 09 thuộc

bể trầm tớch Cửu Long cỏch thành phố Vũng Tàu 120 km do Xớ nghiệp liờn doanh dầukhớ VietsoPetro khai thỏc

1.1.4.1 Cỏc loại dàn:

Để phục vụ cho khoan thăm dũ và khai thỏc dầu khớ ngoài biển ở mỏ Rồng - Đồi Mồi,

xớ nghiệp liờn doanh VietsoPetro đó xõy dựng nhiều cụng trỡnh phục vụ cho cụng tỏc khaithỏc, vận chuyển và chứa đựng dầu khớ như cỏc hệ thống cỏc dàn khoan biển và hệ thốngcỏc đường ống ngầm

Hiện nay tại mỏ Rång - §åi Måi có hệ thống đường ống ngầm và các dàn như sau:

- 3 giàn RP (RP 1; 2; 3)

- 1 giàn BT7

- 1 giàn BK8

- 5 giàn RC (RC 1; 2; 4; 5; §åi Måi)

- 1 tàu chứa dầu (trạm rót dầu không bến) vµ hÖ thèng van b¬m dÇu

Trong thời gian tới sẽ tiến hành xây dựng thêm một số công trình nữa

H×nh 1.4: Sơ đồ xây dựng hệ thống các công trình khai thác dầu khí ở mỏ Rång - §åi Måi hiện nay

1.1.4.2 Dµn RP:

Giàn khoan RP là một trong những kết cấu chính của việc thiết kế xây dựng mỏ.Hiện nay trên mỏ Rång - §åi Måi đã và đang sử dụng các dàn số 1, 2, 3 RP là dàn

khoan cố định có thể dùng để khoan, khai thác và xử lý sơ bộ sản phẩm dầu khí Trên dàn

có bố trí tháp khoan di động có khả năng khoan ở nhiều giếng khoan Hệ thống côngnghệ trên dàn cho phép đảm nhiệm nhiều công tác, từ xử lý sơ bộ sản phÈm dầu khí đếntách lọc các sản phẩm dầu thương phẩm, xử lý sơ bộ khí đồng hành Dầu và khí được xử

lý trên RP có thể là từ các giếng khoan của nó hoặc được thu gom từ c¸c giàn RC

* Về mặt cấu tạo : giàn bao gồm phần móng trụ và phần thượng tầng.

- Phần móng trụ gồm 1 hoặc nhiều khối chân đế nối với nhau bằng các Blok Modul ởphía trên và cố định xuống đáy biển bằng hệ thống cọc KCĐ cấu tạo dưới dạng lưới thépkhung không gian làm từ các thép ống, xung quanh chân đế có hệ thống cọc phụ nằm bênngoài các ống chính, các cọc chính được lồng bên trong các ống chính, phần dưới chân đế

ở từng cọc trụ có các nguồn dẫn hướng cho các cọc phụ

- Kết cấu thượng tầng: Bao gồm những Block và những Modul riêng rẽ làm thành nhiềutầng và được trang bị những thiết bị công nghệ cần thiết phục vụ cho công tác khoan khaithác, vận chuyển và chứa đựng dầu khí, những trang thiết bị này phụ thuộc vào quy môcông trình Thành phần của kết cấu thượng tầng gồm có tổ hợp khoan khai thác, nănglượng và khu nhà ở

- Phần thượng tầng bao gồm hệ thống cỏc Block và Modul riờng rẽ, giàn BK chủ yếuphục vụ cho cụng tỏc khoan khai thỏc Trờn phần thượng tầng gồm cỏc Block nhà ở, vàblock cụng nghệ phục vụ cụng tỏc khoan.

1.1.4.4 Hệ thống trạm rút dầu khụng bến:

Dầu thụ từ cỏc giàn RP, RC, BT được xử lý và vận chuyển đến cỏc tàu chở dầu nhờtrạm rút dầu khụng bến Trạm rút dầu khụng bến (tàu chở dầu Chí Linh) nằm ở vũm TâyBắc của mỏ gồm cú tàu chứa dầu PSO- 3 (Chí Linh) nhận dầu từ RP1, RP2,và RC1, cú hệthống ống mềm để tiếp nhận dầu, hệ thống van ngầm của “plem”(manifon), hệ thống neo

1.1.4.5 Dàn RC:

Về mặt cấu tạo thì dàn RC cũng có cấu tạo giống dàn BK Giàn cũng không tự khoan đ

-ợc Chức năng và nhiệm vụ của dàn là:

+ Dàn RC đợc thiết kế cho mục đích khai thác dầu khí với sự trợ giúp của dàn khoan tựnâng

+ Thu thập và phân loại các sản phẩm dầu trong đo lờng và vận chuyển

+ Đo sản lợng dầu cung cấp trong giếng khoan

+ Tách sơ bộ các sản phẩm khí và nớc phun lên từ going khoan… Một

1.1.5 Giới thiệu cỏc cụng trỡnh đường ống hiện cú tại mỏ Rồng - Đồi Mồi.

Mỏ Rồng - Đồi Mồi nằm trong lụ B - 09 thuộc khu vực bể Cửu Long do xớ nghiệp liờndoanh dầu khớ viêtsovPetro khai thỏc Để khai thỏc và thăm dũ dầu khớ tại khu mỏ Rồng -

Đồi Mồi, xớ nghiệp liờn doanh dầu khớ viêtsovPetro đó xõy dựng tại đõy một hệ thống dànkhoan và hệ thống đường ống nhằm phỏt triển mỏ Hiện nay tại mỏ Rồng - Đồi Mồi cú hệthống đường ống ngầm nối với cỏc dàn như sau:

- 1 đờng ống dẫn dầu từ dàn BT7 đến RC1 dài 11650m

- 2 đờng ống dẫn dầu đến hệ thống van “PLEM” dài 19750m

- 1 đờng ống dẫn gaslift từ dàn BK8 đến RC1 dài 14920m

- 1 đờng ống dẫn dầu từ hệ thống van “PLEM” đến RC1 dài 5465m

- 1 đờng ống dẫn dầu từ dàn RP1 đến hệ thống van “PLEM” dài 5865m

- 1 đờng ống dẫn dầu từ dàn RP1 đến RC2 dài 16828m

- 2 đờng ống dẫn dầu từ dàn RP2 đến RP3 dài 8500m

- 1 đờng ống dẫn dầu từ dàn PR2 đến hệ thống van “PLEM” dài 8500m

- 1 đờng ống dẫn gaslift từ dàn RP2 đến RC1 dài 9220m

- 1 đờng ống dẫn gaslift từ dàn RP2 đến RP3 dài 8480m

Ngoài ra cũn một số tuyến đường ống khác đang đợc tiến hành xây dựng trong thời giantới Tổng chiều dài toàn đường ống ngầm ở mỏ Rồng - Đồi Mồi hiện nay là trờn 137,428

km với xu thế mở rộng của mỏ đợc phân ra:

- 9 tuyến ống dẫn dầu với tổng chiều dài 104,808 km

- 3 tuyến ống dẫn GASLIFT với tổng chiều dài 32,62km

1.2 mục đích và nhiệm vụ thiết kế.

1.2.1 Mục đích thiết kế.

Thiết kế tuyến ống dẫn khí từ dàn nhẹ RC5 về dàn RC4 thuộc mỏ Rồng - Đồi Mồi.Chức năng chính của tuyến ống là dẫn hỗn hợp khí đồng hành trong quá trình khai thác từgiàn nhẹ RC5 về giàn nhẹ RC4 Khoảng cách từ giàn RC5 đến giàn RC4 là 5500m

1.2.2 Nhiệm vụ thiết kế.

1.2.2.1 Tên công trình

Thiết kế kỹ thuật tuyến ống dẫn khí từ dàn nhẹ RC5 về RC4

1.2.2.2 Dạng cụng trỡnh:

Xõy dựng mới

1.2.2.3.Khu vực xõy dựng cụng trỡnh:

Công trình bắt đầu từ giàn nhẹ RC5 ở độ sõu 45,5m nước nằm ở khu vực nam trungtõm mỏ Rồng, đi qua mặt đỏy biển đến đấu nối với giàn nhẹ RC4 ở độ sõu 51m nước

1.2.2.4 Tuổi thọ công trình

Tuổi thọ thiết kế: 25 năm

1.2.2.5.Chế độ làm việc của cụng trỡnh:

Cụng trỡnh sau khi được xõy dựng sẽ làm việc liờn tục

1.2.2.6.Giai đoạn thiết kế:

Thiết kế kỹ thuật

Chơng 2:

thông số đầu vào phục vụ tính toán

2.1.Điều kiện địa chất khí tợng hải văn dọc tuyến ống

2.1.1 Điều kiện địa chất

Nghiên cứu các điều kiện địa chất tại vị trí hoặc gần vị trí xây dựng công trình dự kiến

là rất quan trọng để thiết kế công trình biển Có thể biết đợc nhiều từ việc đánh giá sớmcơ sở địa chất xây dựng với sự quan tâm đặc biệt đến các quá trình hình thái đang tồn tại.Việc đó giúp để xác định phạm vi yêu cầu của khảo sát địa kỹ thuật và thực nghiệm trongphòng, còn giúp giải thích đánh giá thông tin thu đợc Việc nghiên cứu phải bao gồm

đánh giá các đặc tính cấu tạo của đất, đá chúng có thể bị công trình giữ lại tạo thành nềnmóng cho chúng hoặc đợc tham gia hay bị ảnh hởng của các công tác đất dới dạng tôn tạohoặc nạo vét

Theo kết quả lấy từ báo cáo“Bach Ho - Rong Field’s Environmental Extreme Conditions”

Bảng2.1: Kết quả khảo sát lớp đất đáy biển:

G = 0.38 kN/m3

 =8.0 sub 

Kho?ng cỏch (m)

H? khoan

é? sõu nu?c (m)

Hình 2.1: Sơ đồ mặt cắt địa chất

Kết quả khảo sát địa hình đáy biển dọc theo tuyến ống từ giàn RC5 về giàn RC4 tơng đối

gồ ghề có những biến động bất thờng Độ sâu nớc tại RC5 là 45,5m nớc, độ sâu nớc theodọc tuyến tăng dần đến RC4 là 51m ngoại trừ một vài khác biệt nhỏ, một số đoạn có gợnsóng tơng đối lớn Kết quả khảo sát cho thấy không có sự hiện diện của bãi cát ngầm hay

đảo chìm, cũng không thấy mức độ đan xen của dòng chảy và không thấy xuất hiệnnhững bất thờng nh sóng cát hay san hô nổi, mô đất lớn, miệng núi lửa Tuy nhiên cũngcũng xuất hiện một vài hố lõm và đỉnh lồi dọc tuyến ống và trải dài ở một số nơi dọc theotuyến Nền đất đáy biển lớp trên mặt là cát chặt

2.1.2 Điều kiện khí tợng hải văn

Điều kiện môi trờng đợc lấy từ báo cáo: “Bach Ho - Rong Field’s EnvironmentalExtreme Conditions” – là kết quả nghiên cứu đo đạc của trung tâm khí tợng hải văn biểncho khu vực mỏ Rồng và mỏ Bạch Hổ Đờng ống dẫn khí RC5-RC4 xuất phát từ giànRC5 tới RC4 Nằm ở khu vực Đông Nam Việt Nam Thời tiết ở đây thay đổi theo hai mùachính là mùa ma và mùa khô Mùa ma bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10 còn mùa khô từtháng 11 đến tháng 4 Nói chung thời tiết ở khu vực này khá ổn định không xuất hiệnnhiều cơn bão nhiệt đới

2.1.2.1.Chế độ sóng

Đường ống biển được thiết kế với tuổi thọ 25 năm Có 8 hướng sóng chính được sửdụng trong tính toán bền và mỏi Chế độ sóng được mô tả bởi hai thông số chính là chiềucao sóng và chu kỳ sóng với các thông số sau: Các thông số sóng được đo ở 8 hướng: N,

NE, E, SE, S, SW, W, NW Các thông số sóng ở các hướng khác được tính bằng cách nộisuy tuyến tính từ các hướng lân cận Các thông số sóng được thống kê với các tần suấtxuất hiện là: 100, 10, 1 năm

Bảng 2.2: Các thông số sóng theo các tần suất khác nhau

Chế độ dòng chảy trong khu vực được hình thành do ảnh hưởng của chế độ gió mùa

và chế độ thuỷ triều của hoàn lưu nước biÓn Đông Dòng chảy bao gồm: chế độ dòngchảy mặt và chế độ dòng chảy đáy

Dòng chảy mÆt được đo cách mùc níc trung b×nh là 5m

Dòng chảy đáy được đo cách đáy biÓn là 5m

Vận tốc dòng chảy được thống kê với các tần suất xuất hiện là 100, 10, 1 năm

Bảng 2.3 : Vận tốc dòng chảy mÆt với tần suất 100 năm theo các hướng sóng

Tốc độ gió đợc đo ở 8 hớng: N, NE, E, SE, S, SW, W, NW.

Tốc độ gió ở các hớng khác đợc xác định bằng nội suy tuyến tính từ các hớng lân cận.Tốc độ gió trung bình đợc đo trong các mốc thời gian trong: 3 giây, 1 phút Và đợc chotrong bảng dới đây:

Bảng 2.8 Vận tốc gió trung bình trong thời gian 1 phút (m/s)

2.1.2.5.Số liệu thuỷ văn.

+ Độ sâu nớc thay đổi trên toàn tuyến ống cụ thể ta có bảng sau:

Bảng 2.10: Độ sâu nớc dọc theo tuyến ống

2.2 Số liệu về tuyến ống cần thiết kế

- Chất vận chuyển: hỗn hợp khí đồng hành trong khai thác

- áp suất thiết kế:4868 Kpa

- Khối lợng riêng của khí: 148 kg/m3

- Nhiệt độ vận hành t = 50oC

- Khối lợng riêng của lớp bọc bê tông: 3040 kg/m3

2.3 Xử lý số liệu đầu vào

2.3.1 Đánh giá điều kiện xây dựng

Qua số liệu khảo sát về điều kiện địa chất và khí tợng hải văn cho thấy điều kiện xây dựngcông trình đờng ống dẫn khí từ RC5 về RC4 không gặp phải những trở ngại đáng kể:

- Thứ nhất: điều kiện địa chất ổn định, đáy biển tuy có chỗ không bằng phẳng nhngvẫn có thể lắp đặt đờng ống đợc một cách an toàn

- Thứ hai: vì tuyến ống nằm trong khu vực nội mỏ nên tránh đợc hoạt động đánh bắtcủa ng dân

- Thứ ba: mỏ Rồng - Đồi Mồi vẫn đang trong quá trình xây dựng nên hoạt động khaithác cha diễn ra mạnh Vì vậy tránh đợc nguy cơ chồng chéo với các tuyến khác

2.3.2 Xử lý số liệu môi trờng.

Quá trình tính toán hệ thống đờng ống RC5 – RC4, dọc tuyến đợc chia ra làm 7 vị trívới số liệu tơng ứng Trong tính toán bền cũng nh ổn định ta phải xác định hớng sóng vàdòng chảy tác động cực đại lên tuyến ống

lựa chọn và thiết kế tuyến ống

3.1 Mục đích, yêu cầu của việc lựa chọn tuyến ống

+ Giảm tối thiểu chiều dài ống trong khu vực nền đất không ổn định

+ Nếu tuyến ống nằm trong vùng có dòng bùn, phải giảm thiểu các nguy cơ do dịchchuyển đất đáy làm h hại đến đờng ống bằng cách lái hớng tuyến ống sao cho hớng củatuyến ống phải song song với dòng bùn

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

Ngoài những yêu cầu chung nh trên việc lựa chọn tuyến ống còn xem xét đến các yếu tốsau:

- 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 (nếutuyến ống là tuyến nội mỏ)

- Sự phát triển của san hô… Một

- Khả năng động đất

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

án bảo vệ tuyến ống

- Thứ hai là tuyến ống xây dựng mới, mặt khác các giàn RC4, RC5, RC - Đồi Mồimới đợc xây dựng hoàn thành vào cuối năm 2009 Vì vậy khu vực này hầu nh cha

có các tuyến ống đã xây dựng không có nguy cơ chồng chéo giữa các tuyến ốnglên ta có thể thiết kế tuyến ống đi thẳng từ RC5 về RC4 mà không gặp trở ngại vềnguy cơ chồng chéo

- Thứ ba là khu vực xây dựng tuyến ống không có dòng bùn, đảo chìm, san hô, nên không cần phải xây dựng tuyến ống tránh các chớng ngại vật trên

- Thứ t là tuyến ống thuộc khu vực nội mỏ nên tránh đợc các nguy cơ nh: đánh bắtcá, hoạt động quân sự

Từ những nhận xét trên ta lựa chọn đợc tuyến ống đi thẳng từ RC5 về RC4 Điểm đầu củatuyến ống bắt đầu từ điểm nối với ống đứng ở giàn nhẹ RC5, điểm kết thúc của ống là

điểm nối với ống đứng ở giàn RC4 Cụ thể ở hình vẽ sau:

+ Mức yêu cầu về độ tin cậy của công trình.

+ Khí hậu tại khu vực xây dựng công trình

+ Tính chất và thành phần hoá học của chất vận chuyển

+ Việc lựa chọn vật liệu cho tuyến ống còn phải đảm bảo khả năng của các thành phầncủa tuyến Khi lựa chọn vật liệu thì các đặc trng của vật liệu phải đảm bảo các đặc trngsau:

 Khả năng chống ăn mòn ( cả bên trong lẫn bên ngoài)

 Khả năng chống ăn mòn điện hoá giữa các vật liệu kim loại khác nhau

 Khả năng chống mài mòn hoặc phá huỷ cơ khí trong quá trình lắp đặt vàvận hành

Qua các số liệu đầu vào và kinh nghiệm thiết kế các công trình đã xây dựng ta chọn vậtliệu là thép Carbon API Grade 5L X60 với các đặc trng cơ lý nh sau:

Việc lựa chọn kích thớc ống cần phải đảm bảo lu lợng thiết kế của khí qua ống

Theo tiêu chuẩn API RP 14E (Eq.2.1 trang 15) thì lu tốc ống đơn đợc tính nh sau:

0 0122

D

Q

V  (3.1)Trong đó:

Q: lu lợng, đề bài không cho ta có thể giả thiết Q = 750 (m3/h)

D: Đờng kính trong của ống

V: Lu tốc của chất lỏng trong ống Giới hạn của V là: 3(feet/s) < V < 15 (feet/s) Hay0.9144m/s < V < 4.572m/s

3.5 Tính toán chiều dày ống.

3.5.1 Cơ sở lựa chọn chiều dày ống

Việc lựa chọn chiều dày ống căn cứ vào khả năng chịu áp suất của khí vận chuyển bêntrong đờng ống, áp suất ngoài dới sự tác động của áp lực thuỷ tĩnh và ứng suất phát sinhtrong quá trình thi công thả ống

3.5.2 Tính toán lựa chọn chiều dày ống chịu áp lực trong.

áp lực trong xuất hiện trong quá trình vận hành của tuyến ống hay áp lực thử khi thicông tuyến ống là tải trọng chính tác động lên đờng ống Điều kiện ống đủ bền để chịu áplực trong là điều kiện tiên quyết, đây cũng là bài toán quan trọng nhất trong thiết kế đờngống

Vì đờng ống tròn lại chịu áp lực trong lên ứng suất xuất hiện trong ống bao gồm ứngsuất vòng và ứng suất dọc chiều dài ống Với các ứng suất dọc chiều dài ống do sự giãn

nở vì nhiệt, độ chênh áp dòng chảy, lực căng d do thi công là rất nhỏ so với ứng suấtvòng Vì vậy ứng suất vòng là nguyên nhân chủ yếu gây ra phá hoại đờng ống, nó làm nổống hoặc làm ống bị chảy dẻo khi mà khả năng chịu áp lực trong của đờng ống không

đảm bảo

3.5.2.1 Đặt vấn đề

ống ngầm trong trạng thái khác nhau đều chịu áp lực ngoài và áp lực trong, áp lựctrong là áp lực của chất vận chuyển chảy trong ống gây lên, áp lực ngoài chính là áp lựcthuỷ tĩnh do cột nớc bên trên ống gây lên Sự chênh lệch giữa áp suất ngoài và áp suấttrong gây lên ứng suất vòng, ứng suất này có phơng vòng xung quanh tiết diện vànhkhuyên của ống

3.5.2.2 Bài toán đặt ra

Ta phải lựa chọn chiều dày ống tối thiểu để ứng suất vòng không thể vợt quá ứng suấtcho phép Việc tính toán lựa chọn chiều dày là một quá trình lặp đợc thực hiện đồng thờikhi giải quyết các bài toán khác nhau của công trình đờng ống biển nh: tính toán chịu áplực trong, ổn định vị trí, ổn định lan truyền, ổn định tổng thể, ứng suất trong quá trình lắp

đặt… Một Vì vậy cần tìm ra một chiều dày thích hợp đáp ứng đợc tất cả các yêu cầu trên vàgiải quyết đợc tất cả các bài toán kinh tế, kỹ thuật đòi hỏi phải thực hiện nhiều lần

3.5.2.3 Nguyên tắc tính toán theo quy phạm, tiêu chuẩn

- Đảm bảo xét mọi trạng thái làm việc và sự cố của công trình

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

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

- Phơng pháp tính: thờng sử dụng phơng pháp tính theo trạng thái giới hạn.

- Theo tiêu chuẩn DnV-2000 mục B400 minimum wall thickness, trang 32 thì bề dày tốithiểu của đờng ống phải thoả mãn một số yếu tố sau

+ Trừ khi đờng ống đợc bảo vệ nhằm chống lại các tác động do sự cố, vật rơi và các tảitrọng bên ngoài khác bằng các biện pháp phù hợp, bề dày danh nghĩa tối thiểu của đờngống phải là 12mm đối với các đờng ống có đờng kính danh nghĩa lớn hơn 8’’ (20,32cm)với cấp an toàn cao và vùng 2

+ Đối với các đờng ống có đờng kính danh nghĩa nhỏ hơn 8’’ với cấp an toàn cao vàvùng 2, khi xác định chiều dày tối thiểu của đờng ống phải tiến hành đánh giá cẩn thận vềcác tác động sự cố, vật rơi và các tải trọng bên ngoài khác

3.5.2.4 Tính toán bề dày theo quy phạm DNV 2000

Theo quy phạm DnV 2000 ỏp lực trong phải thoả món điều kiện sau (công thức 5.14DnV 2000)

m sc

b e li

t p p p





)(1

+ Trạng thái vận hành Pli đựơc xác định theo công thức (mục E100_DnV 2000):

Pli  Pinc  ρcont.g.h  Pd.γinc  ρcont.g.h (3.2)

Trong đó:

P inc : áp lực trong trờng hợp sự cố

Pd : áp lực thiết kế Pd = 4868 KPa = 4.868 MPa

γ inc: hệ số tơng quan giữa áp lực thiết kế và áp lực khi xảy ra sự cố, là tỷ số áp lực

khi xảy ra sự cố trên đờng ống với áp lực thiết kế

Theo DnV 2000 mục B305 thì:γ inc =1,05 1,1 Thiên về an toàn ta chọn γ inc

=1,1

ρ cont:Mật độ chất vận chuyển chứa trong ống, ống dẫn hỗn hợp khí

ρ cont = ρk= 148 kg/m3

g : Gia tốc trọng trờng, g = 9,81(m/s2)

h : độ chênh cao giữa điểm đo áp lực và điểm tính toán

+ Trạng thái thử áp lực: áp lực trong ống tại vị trí tính toán lấy bằng áp lực kiểm

tra(mục E100 trang 110 của tài liệu DnV 2000):

Plt Pt ρt.g.h1.05.Pinc.ρt.g.h (3.3) Với :

t: là mật độ chất vận hành thử khi kiểm tra ở đây là nớc biển:

t=nb=1025 kG/m3

- Pe: áp lực ngoài (trong trờng hợp này áp lực ngoài có lợi cho đờng ống chịu áp lực trong,thiên về an toàn ta tính với Pe min)

Pe γnb.(h η.Hmax) (3.4) + h: chiều cao cột nớc tại vị trí tính toán, trong trờng hợp này ta lấy h = d0

+ pb,s(x): là khả năng chịu lực trong của đường ống theo TTGH chảy dẻo

+ pb,u(x) : là khả năng chịu lực trong của đường ống theo TTGH phỏ vỡ(nổ) do ứng suất vũng

Chỳng được tớnh toỏn theo cụng thức:

2 2 ) (

x D

x x

,

u u

f x D

x x

+Với x = t2 tính cho các trờng hợp khác

+ ở đây ta tính theo bài toán xác định chiều dày theo điều kiện chịu áp lực trong nên ta tính theo t1

+ Trong trạng thỏi thi cụng thử ỏp lực tại nhà mỏy:

t1 = t - tfab (3.8) + Trong điều kiện vận hành:

t1 = t - tfab - tcorr (3.9)

tfab : Độ dự trữ chiều dày đờng ống kể đến sai số do chế tạo

tfab = (5% - 10%).t, do ống sản xuất theo công nghệ đúc ống nên chọn

tfab = 0,05.t

tcorr : Độ dự trữ chiều dày đờng ống do kể đến ăn mòn Theo mục

B700_ DnV 2000 thì chiều ày ăn mòn tối thiểu tcorr= 3 mm, ta chọn luôn giá trị này để tính toán

 fy : đặc trng ứng suất chảy dẻo của đờng ống Theo bảng 5-2 DnV 2000 ta

có: fy=(SMYS –fy,temp) αu + fy,temp là phần giảm ứng suất chảy dẻo đặc trưng do nhiệt ( tra theo đồ thị 5.1_ DnV 2000) Với nhiệt độ t = 50oC đợc fy,temp = 0

+ SMYS là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất đặc trưng của thộp ống

+ fu,temp là phần giảm khả năng chịu kộo đặc trưng do nhiệt

Trong phạm vi đồ án lấy fu,temp = 0

+ SMTS là khả năng chịu kộo nhỏ nhất của thộp ống

Ta có STMS = 517 MPa

+ A hệ số khụng đẳng hướng

Đối với hớng dọc trục ống A = 0,95;

Với các trờng hợp khác ta lấy theo bảng 6-3.DnV 2000 nó phụ thuộc vào khả năng chịu kéo nhỏ nhất và ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất Ta đợc A =0.92 Vậy ta lấy A = 0.92

theo [1] phạm vi ứng dụng cấp an toàn phụ thuộc vào loại chất vận chuyển và vùng tínhtoán

Bảng 3.3(2-1 DnV 2000) : Phân loại chất vận chuyển

A Chất không cháy đợc, nguồn gốc từ nớc ( VD : nớc )

B Chất cháy đợc , hoặc có chứa thành phần độc hại ở dạng lỏng trong

điều kiện nhiệt độ và áp suất khí quyển ( VD: sản phẩm dầu khí )

C Các chất không cháy đợc mà là khí không độc hại ở điều kiện nhiệt

độ và áp suất khí quyển ( VD : nitơ , cacbonic )

E Các chất cháy đợc và độc hại dới dạng khí ở điều kiện nhiệt độ và áp

suất khí quyển ( VD : khí thiên nhiên , etylen )

Chất vận chuyển là hỗn hợp khí, tra bảng 3.3, ta cú cụng trỡnh thuộc loại B

Tra bảng 3.4 ta cú tuyến ống thuộc cả 2 vựng là vựng 1 và vựng 2

+ Phõn loại cấp an toàn: (căn cứ theo sự phõn cấp khu vực, theo phõn loại nhiờn

liệu

đồng thời căn cứ vào cỏc hậu quả của sự cố nếu xảy ra)

Bảng 3.5(2-3 DnV 2000): Phân loại cấp an toàn

Cấp an toàn Định nghĩa

Thấp Khi sự cố xảy ra khụng gõy thương vong đến con người

và hậu quả đối với kinh tế và mụi trường là nhỏ

Bảng 3.6(2-4 DnV 2000): Phạm vi ứng dụng cấp an toàn

Trạng thái

Chất vận chuyểnloại A , C Chất vận chuyển loạiB Chất vận chuyểnloại D , E

Tra bảng 3.6 ta cú được cấp an toàn của tuyến đường ống

Bảng 3.7(5-5.DnV 2000): hệ số sức bền theo cấp an toàn, SC

Kết hợp bảng 3.6 và 3.7 ta cú hệ số theo cấp an toàn của tuyến đường ống:

Bảng 3.8: Kết quả hệ số sức bền theo cấp an toàn, SC

- m :hệ số độ bền vật liệu, theo bảng 5-4 của [1]

Bảng 3.9(5-4.[1]): Hệ số phụ thuộc độ bền vật liệu

Trạng thỏi giới hạn SLS/ULS/ALS FLS

+ ULS: Trạng thái giới hạn cực hạn Là một điều kiện mà nếu vợt quá thì sẽ làm tổn hại đến tính toàn vẹn của đờng ống (nổ ống, mất ổn định cục bộ, nứt ống, mất

ổn định tổng thể… Một)

+ ALS: Trạng thái giới hạn do sự cố

+ FLS: Trạng thái giới hạn mỏi

Do trong đồ án chỉ kiểm tra bền chứ không tính mỏi nên ta sẽ chọn hệ số phụ thuộc độ bền của vật liệu m = 1.15

3.5.2.5 Kết quả tính toán:

Do tuyến ống thiết kế có độ sâu nớc thay đổi nên khi tính toán ta sẽ tính cho những vịtrí đại diện Từ đó ta sẽ có kết luận về toàn tuyến ống thông qua những vị trí đó Những vịtrí đại diện cho toàn tuyến ống đó là những vị trí nh là: vị trí có độ sâu nớc lớn nhất, nhỏnhất, vị trí thuộc vùng 1, vùng 2, cụ thể ta sẽ đi tính toán cho những vị trí sau:

Bảng 310: Những vị trí tính toán của bài toán

+ Kết quả tính toán bề dày đờng ống trong trạng thái thử áp lực tại nhà máy:

Trong điều kiện thử áp lực thì:

- Chiều dày tính toán: x = t1 = t - tfab

- Chiều dày yêu cầu: tyc = t1 + tfab

Ta có các bảng kết quả sau:

Bảng 3.11: Kết quả tính chiều dày

+ Kết quả tính toán bề dày đờng ống trong điều kiện vận hành:

Trong điều kiện vận hành thì:

- Chiều dày tính toán: x = t1 = t - tfab - tcorr

- Chiều dày yêu cầu: tyc = t1 + tfab + tcorr

Ta có các bảng kết quả sau:

Bảng 3.12: Kết quả tính chiều dày

Chiều dài

đơn vị(m/tấn)

Đờng kínhngoài(mm)

Bề dày(mm)

Khốilượngđơn vị(kg/m)

Chiềudài đơnvị(m/tấn)

Kết quả chi tiết tính toán chiều dày ống thể hiện trong PHụ LụC A

3.6 Tính toán ổn định đàn hồi của đờng ống.

Với các thông số của tuyến ống đã chọn nh trên ta sẽ đi kiểm tra các hiện tợng mất ổn

định của đờng ống Đó là hiện tợng mất ổn định cục bộ, mất ổn định lan truyền và hiện ợng mất ổn định tổng thể của đờng ống

t-3.6.1 Kiểm tra hiện tợng mất ổn định cục bộ của đờng ống.

3.6.1.1 Hiện tợng.

Khi áp lực bên ngoài lớn hơn áp lực trong ống, ứng suất vòng mang dấu âm và gây nén

vỏ ống theo phơng chu vi áp lực bên ngoài đạt một giá trị tới hạn Pc thi ứng suất vònggây oằn ống trên tiết diện ngang, thờng xảy ra dới dạng vết lõm ống có thể bị biến dạng,méo mó với các kiểu biến dạng thờng gặp nhất là: Mất ổn định kiểu uốn là dạng đờng ống

bị bóp méo dạng ô van, mất ổn định kiểu chữ u, mất ổn định kiểu x ơng chó, mất ổn địnhkiểu dẹt Về bản chất, hiện tợng này tơng tự nh hiện tợng mất ổn định của thanh Euler,nhng xảy ra trên chu vi ống trên một tiết diện cục bộ

Sự mất ổn định cục bộ gây ra các tình trạng tắc đờng ống dẫn đến giảm lu lợng trongquá trình vận chuyển vật liệu, làm cho áp lực trong phân bố không đồng đều trên tiết diện

đờng ống, cũng nh trên toàn chiều dài đờng ống, nó là yếu tố chính để khởi đầu cho sựmất ổn định lan truyền, trong quá trình vận hành cũng nh thi công đờng ống mất ổn địnhthờng xẩy ra lúc thi công vừa thả ống xuống, lúc này ống cha có áp lực trong hoặc trongtrờng hợp vận hành rồi nhng với một lí do nào đó chẳng hạn nh sự cố làm áp lực trongkhông có, hoặc trong trờng hợp sữa chữa mà ngời ta không cho chất vận chuyển đi qua.… Một

Kiểm tra theo quy phạm DNV-OS-F101 2000(công thức trang 39, DNV 2000), điều kiện

để không mất ổn định cục bộ đờng ống là:

SC m

   

2 o p el c

2 p

2 c el

D f P P P P

P P

ν 1 D

t 2.E.

fab y.

f max min 0





(3.14) Trong đó :

- P el : ứng suất phá huỷ đàn hồi của ống

- P p: là áp suất phá huỷ dẻo của đờng ống

- ν: hệ số poisson đợc tra theo vật liệu,ν= 0.3

- f0 : hệ số ô van, theo DNV-OS-F101 2000, f0 < 0.005 Để an toàn ta lấy f0 = 0.005 để tính toán

- D : đờng kính ngoài của ống

- Dmax : đờng kính lớn nhất của tiết diện ô van

- D min : đờng kính bé nhất của tiết diện ô van.

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

- t2: là chiều dày thép ống tính toán lấy theo 2 trờng hợp:

Trong điều kiện thử áp lực: t2= t (3.15) Trong điều kiện vận hành : t2= t - tcorr (3.16)

-α fab : hệ số chế tạo, tra bảng 5-3.[1]

TRB : ống chế tạo qua quá trình hàn ống theo phơng pháp ba trục.

UO & UOE : ống chế tạo qua quá trình hàn mở rộng

Ta có ống thuộc loại ống đúc nên lấyα fab = 1

+ Pe : áp lực ngoài, áp lực ngoài này là áp lực thuỷ tĩnh Trong trờng hợp này áp lực ngoàigây bất lợi cho ống để an toàn ta tính toán với Pe max

Pe  γnb(h  η.Hmax) (3.17) Với: • h = d0 + dtr + dnd ,

3.6.1.4 Kết quả kiểm tra.

Ta cũng kiểm tra cho những vị trí nh trong bài toán tính toán chiều dày của ống chịu áplực trong

Bảng 3 15:.Các thông số tra đợc theo DNV-OS-F101 2000

Bảng 3.16: Kết quả những giá trị P el , P p tính toán đợc

Vị trí Vùngtính toán Trạng thái thử áp lực Trạng thái vận hành

Pel(MPa) Pp(MPa) Pel(MPa) Pp(MPa)

P P



 1 , 1

c e

P P



 1 , 1

Đờng ống không bị mất ổn định cục bộ trong tất cả các giai đoạn làm việc.

3.6.2 Lan truyền mất ổn định.

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

So sánh với áp lực thực tế tại vị trí xây dựng, nếu áp lực ngoài nhỏ hơn áp lực ngoài gâymất ổn định lan truyền thì có thể kết luận là đờng ống đợc thiết kế an toàn trong bài toán

ổn định lan truyền Nếu không thoả mãn ta sẽ nghiên cứu giải pháp khắc phục

Trong trờng hợp tính toán nếu thấy áp lực ngoài lớn hơn hoặc bằng với áp lực gây mất

ổn định lan truyền thì hiện tợng này có thể xảy ra với điều kiện đờng ống bị mất ổn địnhcục bộ tại một điểm Khi đó, vết lõm sẽ lan truyền dọc tuyến ống cho đến điểm nào trêntuyến ống có áp lực ngoài nhỏ hơn áp lực ngoài gây mất ổn định lan truyền Do thông th-ờng đờng ống biển đặt dới đáy biển có chiều sâu không quá chênh lệch (trừ đờng ống từ

mỏ vào bờ) nên khả năng hỏng toàn bộ tuyến ống là rất dễ xảy ra

3.6.2.3 Các biện pháp đề phòng

Để chống hiện tợng mất ổn định lan truyền, có thể sử dụng nhiều biện pháp khác nhau.Trong đó, đơn giản nhất là tăng chiều dày ống Tuy nhiên, biện pháp này không kinh tế