Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi Bài giảng phương trình biển mềm và phương tiện nổi
1 Bài giảng môn học: Công trình biển mềm và Phương tiện nổi Người soạn: TS Phạm Hiền Hậu Viện XD Công Trình Biển, ĐHXD Hà nội Tháng 09-2012 2 Chương 1: MỞ ĐẦU 1. Quá trình chinh phục độ sâu nước dể thăm dò và khai thác dầu khí ngoài khơi 2. Trữ lượng và nhu cầu khai thác dầu khí vùng nước sâu trên thế giới và ở Việt Nam 2.1. Tình hình khai thác dầu khí biển trên thế giới hiện nay 2.2. Nhu cầu đẩy mạnh khai thác dầu khí biển ở Việt Nam 3. Sự phát triển các loại công trình biển phục vụ khai thác dầu khí vùng nước sâu 3.1. Phân loại độ sâu nước theo yêu cầu xây dựng công trình biển 3.2. Phân loại công trình biển 3.3. Thành tựu các công trình biển nước sâu trên thế giới đến năm 2010 3.3.1. Các loại CTB nước sâu 3.3.2. Phân phối số lượng các CTB mềm theo thời gian 3.3.3. Phân phối số lượng các CTB mềm theo vùng biển 4. Đặc điểm chung của các công trình biển mềm và phương tiện nổi 4.1. Đặc điểm các công trình biển nổi 4.2. Đặc điểm các phương tiện nổi 5. Phạm vi và nội dung nghiên cứu các công trình biển mềm và phương tiện nổi 6. Phần thực hành Tài liệu tham khảo (Chương 1) 3 Chương 1: MỞ ĐẦU 1. Quá trình chinh phục độ sâu nước dể thăm dò và khai thác dầu khí ngoài khơi Việc khai thác dầu khí ở ngoài biển trên thế giới được đánh dấu bởi công trình biển cố định đầu tiên xây dựng ở độ sâu nước 5m để khai thác một mỏ trên đất liền mở rộng ra vùng nước nông ven bờ ở Lousiana, Mỹ (thuộc Vịnh Mexico), cuối thập kỷ 40 thế kỷ 20. Tiếp theo đó, trong nửa sau của thế kỷ 20, loại công trình biển cố định (CTBCĐ) bằng thép kiểu jacket - móng cọc (và một số ít bằng CTBCĐ bằng bê tông, móng trọng lực) đã được phát triển mạnh để khai thác các mỏ ở độ sâu trong phạm vi từ 300 - 400 m. CTBCĐ đã xây dựng ở độ sâu nước lớn nhất, 412m (1353 ft) là dàn Bullwinkle (Vịnh Mexico, Mỹ), năm 1991. Nhu cầu năng lượng của thế giới ngày càng lớn đã thúc đẩy việc thăm dò và khai thác các mỏ ở các độ sâu nước ngày càng tăng. Trên Hình 1 biểu diễn quá trình chinh phục độ sâu nước để khai thác dầu khí cho tới năm 2004. Đồ thị cho thấy độ sâu nước tăng vọt bắt đầu từ năm 1984 cho đến năm 1994 đạt tới độ sâu nước 1000m, sau đó lại đánh dấu một bước mới tăng nhanh hơn, dạt tới 2000m ở năm 2000 (Offshore Magazine, 8/1998). Hình 1: Quá trình chinh phục độ sâu nước để khai thác dầu khí. 4 Hình 2 biểu diễn chi tiết hơn quá trình chinh phục độ sâu nước: các hoạt động thăm dò (đường ở trên) đi trước các hoạt động khai thác dầu khí (đường phía dưới). Từ năm 1975 hoạt động thăm dò khởi đầu bước nhảy vọt từ độ sâu nước 600m, tới năm 1980 đạt 1500m , và 18 năm sau (năm 1998) khai thác mới đạt tới độ sâu 1500m Thăm dò đã đạt tới 2300m trong những năm từ 1987 – 1998, và tiếp tục thăm dò ra sâu tới trên 3047,9m ở những năm 2003 - 2010. Tuy nhiên, đến thập kỷ 90, thập kỷ cuối cùng của thế kỷ 20 và những năm thập kỷ đầu của thế kỷ 21, trước cuộc khủng hoảng về năng lượng dầu khí, việc khai thác các mỏ nước sâu đã có bước nhảy vọt, đã rút ngắn khoảng thời gian giữa thăm dò và khai thác chỉ còn khoảng 10 năm; Việc khai thác đã đạt tới độ sâu trên 1800m ở năm 2000, và khai thác bằng các giàn nổi đã đạt tới độ sâu trên 2438m ở những năm 2008-2010, tới độ sâu gần 3.000m nếu sử dụng công nghệ đầu giếng ngầm (Offshore Magazine, 5/2010). Hình 2: Quá trình chinh phục độ sâu nước để thăm dò và khai thác dầu khí. Cũng trong thập kỷ cuối của thế kỷ 20, ngành công nghiệp dầu khí thế giới tập trung phát triển kỹ thuật nước sâu và cực sâu, kèm theo là nhiều Công ty Dầu khí chuyên về kỹ thuật nước sâu ra đời và không ngừng mở rộng các hoạt động cho tới ngày nay, có những Công ty lớn như Mustang Engineering, Petrobras (BR), ConocoPhillips, Chevron, Total, Technip, Total, Unocal, Điển hình là Tập Đoàn “DeepStar” chuyên về công nghệ nước sâu đã thành lập từ 1992 đến nay, đã liên danh được 56 Đơn vị Thành viên, Hình 3 [5]. 5 Hình 3a: Tập Đoàn công nghệ nước sâu “ DeepStar” 6 Hình 3b: Các Đơn vị Thành viên của Tập Đoàn “DeepStar” 7 2. Trữ lượng và nhu cầu khai thác dầu khí vùng nước sâu trên thế giới và ở Việt Nam 2.1. Tình hình khai thác dầu khí biển trên thế giới hiện nay Trữ lượng dầu thế giới hiện nay có khoảng 140 tỷ tấn dầu, 135 nghìn tỷ m 3 khí và trữ lượng này phân bố không đều ở các khu vực khác nhau trên thế giới cụ thể như sau: - Khu vực Trung Đông : 50 % - Khu vực Bắc và Nam Mỹ : 25 % - Khu vực Châu Âu : 13 % - Khu vực Châu Phi : 6.5 % - Khu vực Châu Á : 5.5 % Sản lượng khai thác dầu khí của toàn thế giới là 3260 triệu tấn/năm và phân bố thành 8 khu vực như sau: - Khu vực Bắc Mỹ chiếm : 15.3 % - Khu vực Trung Mỹ chiếm : 4.5 % - Khu vực Châu Mỹ La Tinh chiếm : 3.1 % - Khu vực Tây Âu chiếm : 9.08 % - Khu vực Đông Âu và Liên Xô cũ chiếm : 11 % - Khu vực Châu Phi chiếm : 10.4 % - Khu vực Trung Đông chiếm : 30 % - Khu vực Viễn Đông chiếm : 11 % Như vậy thấy rằng trên thế giới thì Trung Đông và Bắc Mỹ là những khu vực có sản lượng khai thác dầu khí lớn nhất thế giới, trong đó có Mỹ với sản lượng khai thác là 389 triệu tấn dầu mỗi năm chiếm 11.9% sản lượng dầu thế giới. Bức tranh toàn cảnh các vùng đang khai thác dầu khí biển sâu trên thế giới được thấy trên Hình 4 dưới đây, trong đó các nước đang khai thác và có tiềm năng dầu khí biển sâu điển hình là ở các khu vực Vịnh Mexico (GoM), Tây Phi, Brazil và đặc biệt gần đây là ở khu vực Đông Nam Á. 8 Hình 4 : Bức tranh tổng thể khai thác các mỏ nước sâu trên thế giới (Offshore, 2004). Các nước Khu vực ASEAN (Brunei, Campuchia, Trung Quốc, Indonesia, Malaysia, Thái Lan, Myanmar, Philippines và Việt Nam), trong năm 2005 đã thực hiện 237 thăm dò và đánh giá (trong đó VN-14, Inđô – 61- nhiều nhất), với 20 giếng có độ sâu nước trên 300 m, với nhận xét rất lạc quan về tiềm năng vùng nước sâu ở khu vực; Malaysia đã triển khai dự án nước cực sâu đầu tiên ở độ sâu nước từ 1305 - 1876 m. Tháng 1/2007 vừa qua tại Kuala Lumpur (Malaysia) đã có Hội nghị Khoa học Offshore Asia về “Kỹ thuật và công nghệ các Công trình biển ở vùng nước sâu Châu Á” để đáp ứng nhu cầu khai thác dầu khí vùng nước sâu ở Khu vực. Indonesia đang khai thác các mỏ ở vùng nước sâu và cực sâu Makassar Strait rất hiệu quả với các CTB nổi, như dàn neo đứngTLP tại mỏ West Seno ở độ sâu nước 3350 ft. Ấn Độ với diện tích TLĐ 3,14 triệu km 2 , mới thăm dò và khai thác 18% diện tích TLĐ, còn bỏ trống 82% là vùng nước sâu, Chính phủ đang mở rộng đầu tư của nước ngoài để khai thác vùng nước sâu. 2.2. Nhu cầu đẩy mạnh khai thác dầu khí biển ở Việt Nam Dầu và khí được khai thác ở Việt Nam từ 1986 đến nay, đã đóng góp rất quan trọng vào GDP hàng năm cho quốc gia. Tổng sản lượng dầu và khí ước tính trên 200 triệu tấn dầu khô và hơn 30 tỷ m 3 khí với giá trị trên 40 tỷ USD (Hình 5). 9 Hình 5 : Tình hình khai thác dầu khí từ 1989- 2010 ở Việt nam [Ghi chú: ( Nguồn PetroVietnam): màu đỏ - sản lượng khí (Đơn vị : tỷ feet khối); màu xanh - sản lượng dầu (Đơn vị : triệu thùng) ; 1feet khối ~ 0, 01 m 3 ; 1 thùng ~ 0,14 tấn Gas BCF – Gas Billion Cubic Feet ; Oil MMbbls = Oil Million barrels ] Tổng sản lượng dầu qui đổi của năm 2010: Trong chiến lược biển của Nhà nước tới năm 2020, Nhiệm vụ của ngành Dầu khí Việt Nam trong giai đoạn mới là “Đẩy mạnh tìm kiếm thăm dò, gia tăng trữ lượng có thể khai thác, ưu tiên phát triển những vùng biển nước sâu, xa bờ. Phấn đấu khai thác 25 - 35 Triệu tấn quy dầu / năm” [6]. Tiềm năng dầu khí ở vùng biển VN [8]: Việt Nam - nước sản xuất dầu lớn đứng thứ 3 trong khối các nước Đông Nam Châu Á. Nguồn trữ lượng dầu khí chủ yếu trên thềm lục địa VN, điển hình là 7 Bể trầm tích gồm Sông Hồng, Phú Khánh, Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay-Thổ Chu, Hoàng Sa và Trường Sa (Hình 6). Các số liệu nghiên cứu mới đây tại 3 Bể trầm tích dầu khí cho kết quả như sau: + Bể Phú Khánh: Diện tích 95.000 km 2 , Độ sâu nước từ trên 200m đến trên 1000m, xa hơn nữa lên tới 2500m, trữ lượng: 509 triệu tấn dầu quy đổi; + Bể Tư Chính - Vũng Mây & Tây Nam QĐ. TSa: Diện tích 93.000 km 2 Độ sâu nước từ 200m trở lên, Trữ lượng: 750 triệu tấn dầu quy đổi; + Khu vực thềm lục địa Tây Nam & vùng chồng lấn: Diện tích 90.000 km 2 , là vùng nước nông (độ sâu dưới 100 m), Trữ lượng 394 triệu tấn dầu quy đổi. dầu (MMbbls) dầu (T) dầu (tr T) khí (tỷ ft³) khí (tỷ m³) khí (tỷ m³) = oil (tr T) d ầu + khí qui đổi (tr T) 127 17780000 17,78 370 3,7 3,7 21,48 10 Hình 6: Hình ảnh các bể trầm tích dầu khí trên thềm lục địa VN [Ghi chú Hình 2( Nguồn PetroVietnam): Tiềm năng trữ lượng các bể trầm tích – 8,5 tỷ thùng dầu và 100 nghìn tỷ feet khối; trong đó đánh giá trữ lượng khai thác khoảng 4 tỷ thùng dầu và 23 nghìn tỷ feet khí; Đánh giá sản lượng khai thác khoảng 400 nghìn thùng dầu/ngày, và 600 triệu feet khối khí /ngày; Tổng sản lượng thu hồi khoảng trên 200 triệu tấn dầu và trên 20 tỷ m 3 khí. Gas TCF = Gas Trillion cubic feet = nghìn tỷ ft 3 ; Gas cfd = Gas ft 3 per day]. Triển vọng khai thác các mỏ dầu khí nước sâu ở vùng biển VN Hiện nay Việt Nam mới đang tiến hành khai thác dầu khí đang ở các mỏ ở vùng nước có độ sâu tới 110m, gồm các bể: Cửu Long - trên dưới 50 m; vùng chồng lấn VN- Malaysia - độ sâu dưới 50 m; Nam Côn Sơn - độ sâu từ 80 m đến 110 m. Gần đây, một số mỏ đã được phát hiện ở độ sâu tới 150 m và 200 m, cho hứa hẹn khả quan về khả năng khai thác hiệu quả. Nhiệm vụ cấp bách hiện nay được đặt ra cho chúng ta là: Phải tiếp cận nhanh chóng các kỹ thuật và công nghệ thiết kế- xây dựng các công trình biển ở độ sâu nước 200 m và lớn hơn để đáp ứng nhu cầu khai thác tài nguyên dầu khí nước sâu trên TLĐ.VN. 3. Sự phát triển các loại công trình biển phục vụ khai thác dầu khí vùng nước sâu 3.1. Phân loại độ sâu nước theo yêu cầu xây dựng công trình biển [...]... thớch hp khi ra vựng nc sõu 11 các loại công trình biển (Classes of Offshore Platforms) ctb cố định ctb mềm (Fixed Structures) (Compliant Structures) móng cọc móng trọng lựC (Piled) (Gravity) dạng trụ dạng kết cấu nổi có neo (Moored Floating Units) (Towers) Có gắn phao Móng cọc CT bán chìm (neo xiên) (Semi-Submersible) CT ''TLP'' (neo đứng) Tàu chứa dầu, tàu biển có neo (FPSO/moored vessels) Hỡnh 7: Phõn . lượng các CTB mềm theo vùng biển 4. Đặc điểm chung của các công trình biển mềm và phương tiện nổi 4.1. Đặc điểm các công trình biển nổi 4.2. Đặc điểm các phương tiện nổi 5. Phạm vi và nội dung. cố định: gồm loại móng cọc và móng trọng lực, và (2) Công trình biển mềm: gồm công trình dạng trụ mềm và các công trình dạng kết cấu nổi có neo. Loại công trình biển cố định chủ yếu sử dụng. 1 Bài giảng môn học: Công trình biển mềm và Phương tiện nổi Người soạn: TS Phạm Hiền Hậu Viện XD Công Trình Biển, ĐHXD