Đồ án tốt nghiệp thiết kế khối chân đế dàn bk bằng thép độ sâu mét nước

Thiết kế khối chân đế dàn BK thép độ sâu 77 mét nớc Mở đầu Nớc ta nằm bên rìa bán đảo Đông Dơng, có chiều dài bờ biển 3000 km, có vùng biển thềm lục địa rộng khoảng triệu km2 Tài nguyên vùng biển ven biển Việt Nam đợc đánh giá phong phú đa dạng bao gồm thuỷ hải sản, khoáng sản đặc biệt dầu khí Trong đó, dầu khí tài nguyên có tiềm kinh tế lớn thềm lục địa nớc ta Công tác điều tra thăm dò đợc tiến hành từ năm 60 Đến đà xác định đợc nhiều bể trầm tÝch cã triĨn väng kinh tÕ lín bao gåm: bĨ trầm tích Cửu Long, bể trầm tích Nam Côn Sơn, bể trầm tích Trung Bộ, Sông Hồng, bể trầm tích Thổ Chu-Mà Lai thuộc vịnh Thái LanTổng trữ lTổng trữ lợng dự báo địa chất toàn thềm lục địa Việt Nam đạt xấp xỉ 10 tỷ dầu quy đổi, trữ lợng khai thác khoảng 4-5 tỷ Trữ lợng khí đồng hành khoảng 250-300 tỷ m3 Những năm gần đây, công tác thăm dò khai thác dầu khí đợc xúc tiến mạnh mẽ toàn vùng biển, vùng biển Đông Nam Bộ Đến đà nghiên cứu 40% diện tích triển vọng Vùng thềm lục địa Đông Nam Bộ có tỷ lệ gặp dầu khí cao Tại đà phát nhiều mỏ có trữ lợng lớn nh Bạch Hổ, Đại Hùng, Rồng, Ba VìTổng trữ l Theo tài liệu Vietsovpetro, trữ l ợng mỏ đạt 300 triệu dầu thu hồi, trữ lợng khí đồng hành từ 150-180m3/1 dầu Gần nhiều chuyên gia địa chất giới đánh giá tiềm khí thiên nhiên ta lớn nhiều Các chuyên gia cho r»ng, t¹i vïng biĨn ViƯt Nam cã nhiỊu cấu trúc đơn lẻ có triển vọng chứa 200-300 tỷ m3 khí Riêng mỏ Thanh Long đà chứa khoảng 180-200 tỷ m3 Tại khu lòng chảo Côn Sơn đà phát mỏ có trữ lợng khoảng 60-90 tỷ m3 Nguồn tài nguyên to lớn đáp ứng nhu cầu sử dụng lâu dài nớc mà xuất với khối lợng lớn Mặc dù so với nhiều nớc, nguồn tài nguyên cha lớn lắm, song với nớc ta có vị trí hàng đầu, có ý nghĩa đặc biệt giai đoạn khởi động kinh tế vào công nghiệp hoá đại hoá Trớc yêu cầu phát triển kinh tế xây dựng đất nớc , cần sử dụng khai thác hợp lý nguồn tài nguyên Vì cần xây dựng phát triển công trình biển để phục vụ công tác khai thác hợp lý nguồn tài nguyên , phát triển kinh tế xây dựng đất nớc.Vietsovpetro hình thức liên doanh ViƯt nam vµ níc ngoµi ThiÕt kÕ khèi chân đế dàn BK thép độ sâu 77 mét nớc lĩnh vực thăm dò khai thác dầu khí, công ty làm việc lĩnh vực Đợc thành lập năm 1981 , đến sau 20 năm thành lập, Vietsovpetro đà có thành tựu đáng kể , đóng góp phần lớn vào kinh tế quốc dân (Tổng thu nhập quốc dân- GDP) trở thành sở công nghiệp dầu khí phát triển đa ngành với sở vật chất kỹ thuật đại đủ khả độc lập để thực công tác thăm dò khai thác dầu khí biển nớc khu vực Xí nghiệp có đủ khả đảm nhận trọn gói gói thầu dịch vụ kỹ thuật với tiêu chuẩn quèc tÕ lÜnh vùc khoan giÕng dÇu khÝ , thiết kế xây dựng công trình biển, lắp đặt đờng ống dẫn dầu khí, vận tải biển, dịch vụ cảng Đặc điểm loại CÔNG TRìNH biển Cố ĐịNH Phân loại công trình biển cố định * Đây loại công trình đợc xây dựng làm việc môi trờng nớc biển nhằm phục vụ cho mục đích khoan thăm dò khai thác dầu khí biển * Hiện giới, có ba loại công trình biển cố định: -Công trình biển cố định thép (loại kết cấu móng cọc) - Công trình biển cố định bê tông cốt thép (loại kết cấu móng trọng lực) - Công trình biển cố định hỗn hợp: Thân công trình thép đế Bêtông cốt thép (cũng loại kết cấu móng trọng lực) Đặc điểm loại công trình biển cố định Đặc điểm môi trờng: - Môi trờng khắc nghiệt, chịu thay đổi thờng xuyên môi trờng tác động, có mức biến động lớn (tính ngẫu nhiên cao), khả ăn mòn nớc biển công trình lớn - Trong môi trờng nớc biển có sinh vật biển bám vào công trình gây ảnh hởng đến làm việc công trình (tăng khối lợng công trình, tăng kích thớc cấu kiện làm tăng tải trọng môi trờng tác dụng vào công trình) Do để xây dựng dàn khoan biển đòi hỏi phải có đầu t, trang thiết bị, phơng tiện đầy đủ, kỹ s công nhân phải có trình độ chuyên môn cao tay nghề vững Công trình biển cố định thép Hiện nay, loại công trình biển thép đợc xây dựng phổ biến giới ởViệt Nam Thiết kế khối chân đế dàn BK thép độ sâu 77 mét nớc Cấu tạo: - Phần chân đế: Chân đế công trình có cấu tạo dạng khung không gian, phần tử đợc chế tạo từ đoạn thép ống - Phần đế móng: Móng loại móng cọc, cọc đợc đóng sâu vào lòng đất để giữ ổn định cho công trình suốt thời gian hoạt động - Khối thợng tầng: Bao gồm Block công nghệ, Block sân bay Block nhà * Ưu điểm : + Công trình có độ bền học cao + Chế tạo tơng đối dễ nhng yêu cầu kỹ thuật cao - Là loại công trình mang tính truyền thống nên đội ngũ cán kỹ thuật công nhân có bề dày kinh nghiệm * Nhợc điểm + Vật liệu kim loại bị ăn mòn nhanh môi trờng nớc biển + Vật liệu chế tạo công trình thép cờng độ cao (thép đặc trng) phải nhập từ nớc ngoài: giá thành đắt, bị động, không tận dụng đợc vật liệu địa phơng + Chi phí tu bảo dỡng sửa chữa lớn Công trình biển trọng lực bê tông cốt thép * Đây loại công trình có tiềm phát triển mạnh, thích hợp với vùng nớc sâu tiết kiệm nhiều so với công trình biển thép xây dựng hàng loạt (do kinh phí xây dựng dan khoan thép bờ ban đầu lớn) * Những đặc điểm công trình biển bê tông cốt thép: - Ưu điểm + Giữ cố định trọng lực thân theo nguyên lý móng nông + Tuổi thọ công trình cao + Tận dụng đợc nguyên vật liệu địa phơng, tiết kiệm thép đặc chủng + Khả chống ăn mòn môi trờng biển cao + Chi phí tu bảo dỡng + Tận dụng đợc khoang (xilô) công trình làm bể chứa + Khả chịu lực tốt, dao động ít, khả xuất mỏi + Thời gian thi công biển dài nhng chủ yếu khu vực gần bờ vị trí xây dựng công trình thời gian thi công so với công trình thép, chế tạo không đòi hỏi độ xác cao nên tận dụng đợc nguồn nhân lực địa phơng Thiết kế khối chân đế dàn BK thép độ sâu 77 mét nớc - Nhợc điểm: + Khối lợng công trình lớn hầu hết phải thi công khu vực gần bờ ( Thi công ụ khô ụ nổi) nên đòi hỏi phải có vị trí thuận lợi để thi công, phải có thiết bị, phơng tiện vận chuyển chuyên dụng + Giá thành cao công trình biển thép công trình vùng nớc nông xây dựng đơn Đặc điểm loại công trình biển cố định hỗn hợp Công trình biển dạng hỗn hợp có đầy đủ u điểm hai loại công trình Đặc điểm công trình biển thép dạng BK * Quá trình xây dựng : Trớc đây, bắt đầu phát triển ngành dầu khí, nớc ta cha có sở vật chất kỹ thuật để phục vụ, tất đợc Liên Xô (cũ) giúp đỡ Thời kỳ này, dàn khoan dạng MSP đợc xây dựng chủ yếu Dàn MSP dàn thép hai chân, có đủ từ tháp khoan đến thiết bị xử thô sản phẩm Do mà thời gian thi công chi phí cho dàn MSP lớn Bên cạnh dàn MSP có nhợc điểm: Block đợc bố trí dàn nên điều kiện sinh hoạt công nhân gặp nhiều khó khăn (ồn, rung, độc hại ) Từ năm 1989 Liên doanh dầu khí VietsovPetro đà chuyển sang giai đoạn mới: Khai thác dầu sử dụng dàn nhẹ BK dàn công nghệ trung tâm CTP Đặc điểm khác biệt hệ thống sử dụng dàn tự nâng cập vào dàn nhẹ BK để khoan, thiết bị xử lý, thiết bị phụ trợ đợc phân bố dàn CTP, sản phẩm khoan đợc xử lý Hệ thống có nhiều u điểm so với dàn MSP, giảm nhiều vốn đầu t đợc xây dựng phổ biến Việt Nam giới Dàn BK đợc xây dựng ấn Độ, đến năm 1989 VietsovPetro xây dựng dàn nhẹ BK-1 vùng mỏ Bạch Hổ, cách dàn CTP khoảng 1,4km Vì thấy phải đa nhanh BK vào sử dụng nên chân ®Õ BK-1 ®· dung ch©n ®Õ kiĨu ch©n ®Õ CTP có nhiều nhợc điểm BK-1 có giếng khoan, mặt nghiêng nên không cho phép dàn khoan tự nâng cập vào gần chân đế, hạn chế khả khoan hàng loạt giếng Trong trình nghiên cứu Viện NIPI VietsovPetro đà thiết kế đa vào xây dựng kết cấu dàn nhẹ BK-3 sở rút kinh nghiệm BK-1 Dàn BK-3 có giếng khoan, mặt truớc thẳng đứng, phần thợng tầng lớn quy mô hơn, đờng kính cọc tăng lên giảm số lợng cọc phụ Cho đến BK-4 trở không dùng cọc phụ nên giảm đợc thời gian thi công kinh phí xây dựng công trình.Cho đến đà phát triển mạnh , từ BK1đến BK11 *Đặc điểm : Đặc điểm quan trọng dàn khoan nhẹ BK dàn không tự khoan Do để cập đợc dàn khoan tự nâng vào dàn nhẹ BK để khoan dàn BK phải có Thiết kế khối chân đế dàn BK thép độ sâu 77 mét nớc cấu tạo mặt thẳng đứng Do nhợc điểm dàn MSP, kinh phí thời gian xây dựng dàn MSP lớn gấp nhiều lần so với dàn BK Sau xây dựng xong dàn BK, dùng dàn tự nâng (Jackup) cập vào tiến hành khoan khai thác Dầu tự phun trào lên miệng giếng khoan với áp suất tự nhiên nó, Jackup có nhiệm vụ khoan lần đầu tiên, sau đố việc trì dòng dầu giếng khoan chuyển sản phẩm khoan sang dàn CTP để chế biến chứa đựng nhiệm vụ dàn BK Vì dàn BK không đặt thiết bị khoan, xử lý, chế biến chứa đựng nên gọi dàn nhẹ Phần thợng tầng dàn BK Việt Nam chế tạo đợc tổ hợp thành khối bờ vận chuyển biển nên tiết kiệm đợc kinh phí xây dựng thời gian thi công biển Đối với MSP, thợng tầng phải đợc chế tạo nớc thành nhiều khối (Block Modul), việc tổ hợp Block Modul phải đợc thực biển vị trí đặt công trình khối lợng phần thợng tầng lớn, khả cẩu VietsovPetro không đáp ứng đợc tổ hợp sẵn bờ Vì vậy, sử dụng dàn nhẹ BK có u điểm so với dàn MSP: - Có thể chế tạo Việt Nam, chủ động kỹ thuật thi công công trình bờ biển - Chi phí cho xây dựng công trình BK thấp - Giảm thời gian thi công biển, dẫn đến giảm thời gian thi công công trình - Có thể mở rộng phát triển quy mô khai thác dầu khí Víi mét dµn CTP vµ nhiỊu dµn BK, chóng ta ®· cã mét c¬ së vËt chÊt kü thuËt t¬ng đơng nhiều dàn MSP, mà thời gian thi công ngắn hơn, chi phí thấp hơn, tính mạng điều kiện sinh hoạt làm việc công nhân tốt Mục đích, yêu cầu xây dựng dàn nhẹ BK Mục đích xây dựng Phục vụ công tác khoan khai thác dầu khí, vận chuyển sản phẩm giếng khoan đến dàn công nghệ trung tâm CTP độ mùc níc biĨn 77m ë Má B¹ch Hỉ, thỊm lơc địa phía nam Việt Nam Yêu cầu xây dựng Yêu cầu công nghệ : - Có Block nhà ở, Bkock sân bay Block công nghệ - Có thiết bị xử lý nớc thải - Có thiết bị vận chuyển sản phẩm khoan đến dàn công nghệ trung tâm CTP Yêu cầu kỹ thuật kết cấu chịu lực : - Chịu đợc tác động khắc nghiệt môi trờng ( sóng, gió, dòng chảy ) - Phù hợp với yêu cầu kiến trúc cấu tạo thợng tầng - Thiết kế mặt chân đế thẳng đứng để dàn khoan tự nâng CPBU Tam Đảocập vào để khoan Thiết kế khối chân đế dàn BK thép độ sâu 77 mét nớc - Có sân bay trực thăng , thiết bị cẩu - Công trình tiếp nhận đợc phơng tiện tải trọng 600 T Yêu cầu tuổi thọ công trình Công trình đợc thiết kế với yêu cầu hoạt động bình thờng thời gian 25 năm Đợc đồng ý Viện XDCTB vào khả thân, em định lựa chọn đề tài tốt nghiệp: Thiết kế khối chân đế dàn BK thép độ sâu 77 m nớc Chơng Số liệu ban đầu phục vụ thiết kế 1.1 Điều kiện khí tợng hải văn, địa chất công trình 1.1.1.Vị trí xây dựng công trình Công trình đợc xây dựng thềm lục địa phía nam Việt Nam, khu vực có độ sâu nớc 77 m 1.1.2 Điều kiện khí tợng hải văn-môi trờng a Gió: Số liệu gió dùng để thiết kế áp dụng có vùng biển phía nam Việt Nam đợc cho nh sau: - Hớng gió: Gió theo hớng Đông Bắc Thiết kế khối chân đế dàn BK thép ®é s©u 77 mÐt níc - VËn tèc giã : Vgió = 50 m/s b Độ sâu nớc n nớc dâng * Độ sâu mực nớc biển vị trí xây dựng công trình: 77 m * Nớc dâng: + Biên độ triều lớn so với MSL: + 1,03 m + Biên độ triều thấp so với MSL: - 1,62 m + Níc d©ng giã b·o so với MSL: 1,0 m c.Sóng dòng chảy * Sóng: Sóng thiết kế có chu kỳ lặp lại 100 năm Các thông số sóng dùng thiết kế đợc cho nh sau: - Hớng sóng : Đông B¾c - Chu kú sãng : T = 13,5 s - ChiÒu cao sãng : H1% = 16 m * Dòng chảy - Dòng chảy mặt : V1 = 1,37 m/s - Dòng chảy đáy : V2 = 1,19m/s - Hớng dòng chảy : Lệch 70 so với hớng sóng d Hà bám Qua số liệu khảo sát giàn đà xây dựng khai thác, đợc biết lợng hà bám thay đổi theo độ sâu nớc, chia thành vùng nh sau: Cao trình Độ dày hà b¸m (mm) 80 Tõ mùc níc tÜnh  (-) 4,0m 100 Tõ (-) 4,0m (-) 10m 70 Tõ (-) 10m đáy biển 1.1.3 Điều kiện địa chất công trình khu vực xây dựng công trình Số liệu địa chất công trình phục vụ thiết kế đợc trình bày b¶ng sau STT H 0:-4 -4:-8 -8:-16 -16:-20 -20:-26 -26:-34 D 4 8 Tên đất Cát nhỏ Cát pha dẻo ¸ sÐt mỊm ¸ sÐt mỊm SÐt dỴo C¸t pha dỴo W 24,9 20,8 26,5 30,0 34,3 18,4 tn 1,96 2,06 2,00 1,95 1,89 2,08 s 2,68 2,69 2,74 2,74 2,76 2,69 C 0,00 0,011 0,030 0,035 0,040 0,024  39 37 19 13 10 34 E 15,9 32,5 13,7 12,6 11,9 33,4 Thiết kế khối chân đế dàn BK thép độ sâu 77 mét nớc 10 -34:-41 -41:-54 -54:-59 -59:-65 13 Cát hạt to sét dẻo mềm Sét dẻo sét dẻo chảy 17,0 23,5 35,9 28,0 2.02 2.00 1.86 1.96 2,66 2,72 2,76 2,73 0,00 0,033 0,049 0,038 46 27 15 19 16,6 19,6 14,6 4,8 Trong ®ã: H cao độ lớp đất (m) D chiều dày cđa líp ®Êt (m) W: ®é Èm (%) tn: Dung trọng tự nhiên (T/m3) s: Dung trọng hạt (T/m3) : Góc ma sát (độ) c: Lực dính (MPa) E: Modul đàn hồi (MPa) 1.2 chức quy mô dàn BK 1.2.1 Chức dàn BK Nhiệm vụ dàn BK: + Trực tiếp khai thác sản phẩm dầu khí + Bơm tăng áp lực vào đờng ống dẫn dầu + Bơm nớc ép vỉa + Xử lý sơ dầu trớc đa vào đờng ống vận chuyển 1.2.2 Quy mô dàn BK Yêu cầu công nghệ : * Số lợng ống chống cần khoan (Conducter) : 06 * Số lợng ngời làm việc dàn: 10 * Block n modul: Khối thợng tầng BK đợc chế tạo bờ lắp ráp thành khối sẵn vận chuyển biển * Giá cập tầu: Đảm bảo để cập đợc: tầu 600 (T), cÊp h¹n chÕ Lmax =69,13 m – n chiỊu dµi lín nhÊt; Lvg=60,3 m – n chiỊu dµi hai đờng vuông góc; m; T =3,3 m; H = 4,4 m * Các bể chứa nớc ngọt, nhiên liệu lỏng * Cần cẩu bốc, dỡ hàng Thiết kế khối chân đế dàn BK thép độ sâu 77 mét nớc * Các phơng tiện cứu sinh, cứu hộ Cấu tạo : Dàn BK gồm : thợng tầng, khối chân đế móng (thờng móng cọc) a Phần thợng tầng Cấu tạo phần thợng tầng dàn BK hoàn toàn phụ thuộc vào công nghệ nhiệm vụ thiết kế đặt Phần dàn BK kết cấu hình lăng trụ không gian bao gồm khối: khối thiết bị, khối nhà khối sân bay Sân bay đợc đặt điểm tựa Block modul phụ Phần thợng tầng có kích thớc: LBH = 30x16x14 (m) Phần thợng tầng đợc liên kết với đầu cọc chân đế nhờ hệ khung thông qua liên kết hàn * Khối thiÕt bÞ - KÝch thíc B x L x H = 15 x 23 x (m) - Khèi nµy gồm nhiều đầu mối thiết bị quan trọng, thiết bị công nghệ bố trí khối Trong khối thiết bị phục vụ khai thác có phơng tiện phục vụ cứu hộ, trạm xử lý nớc thải,Tổng trữ l * Khối nhà - KÝch thíc B x L x H = 10 x 11 x 3,5 (m) - Thực chất khu làm việc nghỉ ngơi tạm thời nhân viên kỹ thuật - Khối bao gồm buồng điều khiển, buồng nghỉ, buồng chứa nhiên liệu,Tổng trữ l * Khèi s©n bay - KÝch thíc 15 x 15 (m) nằm hệ khung không gian cao 2,5m có trụ đỡ thép ống * Phần sàn chịu lực Sàn chịu lực hệ kết cấu dạng khung phẳng có tác dụng đỡ block mođul thợng tầng b Phần khối chân đế Khối chân đế phải phù hợp với thợng tầng , phụ thuộc vào độ sâu nớc đặc biệt phải phù hợp với yêu cầu công nghệ chức dàn BK *Phần khung nối Giữa thợng tầng KCĐ phần khung nối đợc thiết kế dựa yêu cầu kỹ thuật cấu tạo *Phần chân đế Chân đế dàn khoan BK hệ khung không gian hình chóp tứ giác cụt, tạo phần tử thép ống Đờng kính chiều dày phần tử thay đổi phù hợp với yêu cầu chịu lực chúng Thiết kế khối chân đế dàn BK thép độ sâu 77 mét nớc Mặt trớc (Panel P1) đợc cấu tạo thẳng đứng làm tăng khả làm việc dàn khoan tự nâng CPBU "Tam Đảo", giúp cho cập sát vào khối chân đế, tăng vùng hoạt động mũi khoan Ba Panel P2, P3, P4 đợc bố trí nghiêng để tăng khả chịu lực cho công trình * Thiết bị cập tàu Thiết bị cập tàu theo hớng đông nam tây bắc công trình Thiết bị cập tàu gồm khung thép có vòng đệm cao su liên kết với khối chân đế qua liên kết hàn Thiết bị cập tàu gồm phần chính: thiết bị chắn tàu dùng để cập tàu giá cập tàu dùng để vận chuyển ngời lên công trình c Phần móng Mãng lµ mét bé phËn quan träng kÕt cÊu công trình Nó có tác dụng truyền tải trọng công trình xuống đất giữ ổn định cho công trình trớc tác động môi trờng bên 1.3 Điều kiện khả thi công XNLDDK Vietsovpetro Trong dự án việc lựa chọn đơn vị thi công địa điểm thi công việc quan trọng ảnh hởng đến chất lợng công trình giá thành công trình Trong phạm vi đồ ¸n tèt nghiƯp nµy ta chän XNLDDK Vietsov Petro lµm địa điểm thi công công trình thiết kế khả bÃi lắp ráp sử dụng cho việc thi công công trình có độ sâu nớc đến 100m 1.3.1 §iỊu kiƯn vỊ bÕn b·i HiƯn XNLD Vietsovpetro có hai bÃi lắp ráp: BÃi MCY MCY1 với hai đờng trợt dài 183 m 216 m bê tông cốt thép * Tổng diện tích mặt bÃi lắp ráp XNLDDK Vietsovpetro khu vực cảng dầu khí khoảng 210.000 m2 bao gồm diƯn tÝch b·i trèng vµ diƯn tÝch khu nhµ xëng Diện tích đờng khu vực thao tác hoạt động 180.000 m2 * BÃi lắp ráp có độ dốc 0o, thoát nớc chế thấm, có hệ thống thoát nớc ngầm lòng đất * Nền bÃi lắp ráp đợc gia cố lớp từ thô đến mịn dần để dễ thoát nớc, lớp cát * Cờng độ bÃi lắp ráp: R=6 kG/cm đảm bảo tính kỹ thuật phơng tiện phục vụ thi công lắp ráp Trên bÃi lắp ráp có hệ thống ống dẫn nớc cứu hoả sinh hoạt, hệ thống đờng dây tải điện, loại cẩu có khả cẩulắp dựng khối chân đế nặng 5000- 6000 độ sâu 100 m níc