đồ án đường ống dầu khí

ĐỒ ÁN ĐƯỜNG ỐNG-DẦU KHÍ Chương 1: Giới thiệu chung I. Giới thiệu các công trình đường ống hiện có ở mỏ Bạch Hổ. Mỏ Bạch Hổ là mỏ lớn nhất Việt Nam và cũng là mỏ Việt Nam trực tiếp tham gia khai thác. Mỏ nằm ở phía Nam thềm lục địa Việt Nam nằm trong lô 09-1 thuộc bể trầm tích Cửu Long cách thành phố Vũng Tàu 120km, do xí nghiệp liên doanh VietsoPetro khai thác. Để phục vụ cho công tác thu gom vận chuyển dầu khí tại mỏ Bạch Hổ thì mỏ có các hệ thống đường ống ngầm bao gồm: +/ 20 tuyến ống dẫn dầu với tổng chiều dài 60,7km. +/ 10 tuyến ống dẫn khí với tổng chiều dài 24,8km. +/ 18 tuyến ống dẫn Gaslift với tổng chiều dài 28,8km. +/ 11 tuyến ống dẫn hỗn hợp dầu, khí với tổng chiều dài 19,3km. II. Các công trình hiện có trong hệ thống khai thác ở mỏ Bạch Hổ. Để phục vụ cho công tác thăm dò và khai thác dầu khí tại mỏ Bạch Hổ, Xí nghiệp liên doanh VietsiPetro đã xây dựng ở đấy một hệ thống các công trình bao gồm: Dàn công nghệ trung tâm CTP, dàn khoan cố định MSP, dàn nhẹ BK, trạm rót dầu không bến UNB, các tuyến đường ống nội mỏ. Hiện nay mỏ Bạch Hổ có: + Một dàn công nghệ trung tâm CTP2 đã được sử dụng và dự định sẽ xây dựng mới một số 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 đưa vào sản xuất là dàn BK (1,2,3,4,5,6,8), BK7 và BK9 đang trong quá trình thi công. + 04 trạm rót dầu không bến UNB1,UNB2, UNB3, UNB4. + Dàn nén khí lớn, dàn nén khí nhỏ, dàn bơm nước, dàn ép vỉa, dàn người ở, các cầu dẫn…. III. Mô tả công nghệ liên quan đến tuyến đường ống thiết kế. Theo đề bài ra thì tuyến ống mà nhóm thiết kế cụ thể ở bảng sau: Mã Tuyến ống Loại đường ống Chiều dài (m) Đường kính ngoài (mm) Áp suất P d (at) 1 BK1-BK5 Nước ép vỉa 1875 356 310 Sơ đồ tuyến ống cần thiết kế từ dàn BK1 đến BK5 trong mỏ Bạch Hổ có dạng như sau: Tuyến ống Thiết kế Mụ t s qua v dn nh BK m Bch H: L dn nh nh khụng cú thỏp khoan. Cụng tỏc khoan s do tu khoan t nõng thc hin. Dn BK cú cỏc thit b cụng ngh mc ti thiu o lu lng v tỏch nc s b. Sn phm t BK s c dn bng ng ng v MSP hoc dn cụng ngh trung tõm x lý. Trờn dn khụng cú ngi . V phn kt cu phn chõn dn BK l kt cu dn thỏp thộp khụng gian cú mt thng ng, c cu to t thộp ng cú ng kớnh khỏc nhau. Chõn cú 4 ng chớnh. H thng múng cc gm 4 cc chớnh ng kớnh 720x20mm v 8 cc ph. Thng tng cú sõn bay trc thng, cỏc thit b cụng ngh, mỏy phỏt in. Ngoi ra m cũn cú: + H thng nộn khớ ỏp lc cao: Trm nộn khớ gm 5 chic (4 chic lm vic v 1 chic d b), l mỏy nộn khớ 2 cp DRESE RAN c truyn ng bi tua bin nộn khớ MARS-100 ca hóng SOLAR. + H thng nộn khớ ỏp sut thp: Trm nộn khớ c trang b mỏy nộn khớ pitton 2 cp ca hóng NUVO PIGNON c truyn ng bng mt ng c in. Chng 2: Tớnh toỏn thit k S liu u vo: + S liu súng dũng chy: Bảng 1.1 Chiều cao sóng đáng kể H S với chu kỳ lặp N năm Chu kỳ Thông Hng lặp Số                    (ChiÒu cao sãng của nhóm không phải điều chỉnh) B¶ng 1.2 VËn tèc dßng ch¶y ®¸y (c¸ch ®¸y 1m), m/s Chu kú Hưíng dßng ch¶y lÆp N NE E SE S SW W NW                   (Vận tốc dòng chảy của nhóm được tăng thêm 0,1m/s) + Mực nước, biên độ triều, nước dâng, hà bám, nhiệt độ chất vận chuyển: Mã độ sâu 5 Độ sâu nước(m) 44 Biên độ triều(m) 1.67 Nước dâng(m) 1.42 Hà bám(cm) 3.0 Nhiệt độ (℃) 55 + Địa chất công trình: ( Nhóm 1 có số liệu địa chất là A)  !"#  $ + Các thông số khác: - Khối lượng riêng của nước biển : 1025 kg/m 3 - Khối lượng riêng của bê tông : 3040 kg/m 3 - Khối lượng riêng của thép ống : 7850 kg/m 3 - Khối lượng riêng của hà bám : 1300 kg/m 3 - Sai số chiều dày do chế tạo: 5÷10% + Số liệu về vật liệu làm ống: ( Nhóm 1 có mã vật liệu là E) E : X60 I. Xác định chiều dày ống theo 2 bài toán:(tính toán theo DnV2000) 1. Đường ống chịu áp lực trong 2 trạng thái: a) Trạng thái thi công( thử áp lực) : Theo DnV2000 áp lực trong phải thoả mãn điều kiện sau : 1 ( ) . b lt e SC m P t P P γ γ − ≤ Các đại lượng trong công thức được xác định theo DnV2000 như sau: • P lt : Là áp lực thử áp lớn nhất ( p thử áp ) được xác định theo công thức: P lt = P t + ρ cont .g.h = P inc .γ int + ρ cont .g.h. Trong đó: + P t : Là áp lực thử ( áp lực đo được ở trên dàn, sau van điều áp). + P inc : Là áp lực sự cố, P inc =P d γ inc =1.1x 310 at=1.1x310x1.03x10 5 =3.51x10 7 Pa ( 1at = 1.03x10 5 Pa) ( Trong đó γ inc : Là tỉ số giữa áp lực sự cố và áp lực thiết kế. Theo DnV 2000 γ inc = 1.05 ÷ 1.10. Ở đồ án này ta lấy γ inc =1.10 cho tất cả các trường hợp) + γ int : Là tỉ số giữa áp lực thử và áp lực sự cố. Theo DnV 2000 γ int = 1.05 ÷ 1.10. Ở đồ án này ta lấy γ int =1.05 . + h: Là độ chênh cao giữa các điểm đo áp lực (điểm trên sàn chịu lực của dàn do tại đó mới có thiết bị để đo hay còn gọi là điểm tham chiếu) và điểm tính toán trong đồ án này (tâm ống). điểm xét điểm tham chiếu seabad h Do P lt là áp lực lớn nhất nên giá trị “ h” ở đây phải là giá trị lớn nhất nên h max = d o + d 1 + d 2 + ηH max +∆ - D/2 Trong đó: - d o = độ sâu nước tại tuyến ống = 44m - d 1 = biên độ triều = 1.67m - d 2 = nước dâng do bão=1.42m - η= hệ số phụ thuộc vào lý thuyết sóng=0.7 ( trong đồ án coi là Lý thuyết sóng Stockes bậc 5). - H max =chiều cao sóng lớn nhất với chu kỳ lặp 10 năm, trong đồ án là chiều cao sóng đáng kể H s =7m ( với hướng NE). - ∆= độ tĩnh không=1.5÷2, ở đây chọn 1.7 - D= đường kính ngoài của ống=356mm=0.356m => h max = 44+1.67+1.42+0.7x7+1.7-0.356/2=53.512m + ρ cont : Là mật độ chất chứa trong ống( chất vận chuyển). Đường ống vận chuyển nước ép vỉa ρ cont = 1025kg/m 3 + g: là gia tốc trọng trường, g = 9.81(m/s 2 ).  P lt = 3.51x10 8 x1.05 + 1025x9.81x53.512=3.69x10 7 Pa • P e :Là áp lực ngoài (Trong trường hợp này tính với P min ) P e = γ. h + γ: Là trọng lượng riêng của nước biển. γ =1025kG/m 3 + h: Là độ chênh cao giữa các điểm tính áp lực với mặt nước, do P e được tính với áp lực nhỏ nhất nên giá trị “h” phải là nhỏ nhất: h min = d o - ηH max - D/2 = 44-0.7x7-0.356/2=38.922m  P e = 1025x38.922=39947.05 kG/m 2 =3.99x10 5 Pa • P b (t 1 ): Là áp lực trong giới hạn mà đường ống chịu, xác định theo công thức 5.15 DnV 2000: P b (x)=Min[P b,s (x);P b,u (x)]. Trong đó: + P b,s (x): Khả năng chịu lực trong của đường ống theo trạng thái giới hạn chảy dẻo (Công thức 5.16 DnV 2000): P b,s (x)= 3 2 . .2 y f xD x − . + P b,u (x): Khả năng chịu lực trong của đường ống theo trạng thái giới hạn phá vỡ do ứng suất vòng (Công thức 5.17 DnV 2000): P b,u (x)= 3 2 . 15.1 . .2 fu xD x − . Trong đó: + f y : Là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất sử dụng trong thiết kế. + f u : Là ứng suất kéo nhỏ nhất . ( Tra bảng tương ứng với thép API X60). Được xác định theo công thức: f y =(SMYS –f y,temp ).α U f u =(SMTS –f u,temp ).α U .α A + f y,temp , f u,temp : Là các giá trị giảm ứng suất chảy dẻo và giá trị giảm ứng suất kéo do nhiệt độ. Tra theo đồ thị 5.1 DnV2000. + SMYS : Là ứng suất chảy dẻo nhỏ nhất đặc trưng thép ống. + SMTS: Là khả năng chịu kéo nhỏ nhất của thép ống. (Tra bảng 12-4 tương ứng với thép API X60). +/ Nhận xét về thép API X60: - Thành phần hợp kim trong thép chủ yếu là C và Mn. Từ đó tra đồ thị 5.1 DnV2000 với nhiệt độ = 55℃, ta được : f y,temp =5 Mpa =5x10 3 kN/m 2 , f u temp =0 kN/m 2 Tra bảng 3B trang 38 tài liệu “ Specification for Line Pipe” ta tính được các giá trị f y và f u như trong bảng sau: Thép API 5X60 SMYS (kN/m 2 ). SMTS (kN/m 2 ). f y (kN/m 2 ). f u (kN/m 2 ). 414x10 3 517x10 3 392.64x10 3 496.32x10 3 Với : + α U = Là hệ số cường độ vật liệu lấy trong điều kiện thông thường, tra bảng 5.1 ta có α U = 0.96 + α A = Là hệ số kể đến sự làm việc không đẳng hướng của vật liệu, α A = 1( coi như vật liệu làm việc đẳng hướng ). + x: Chiều dày tính toán t 1 hoặc t 2 (Tuỳ vào các trường hợp làm việc cụ thể của tuyến ống), ở đây đang tính cho trường hợp thử áp nên: x=t 1 =t-t fab Để so sánh P b,s (x) và P b,u (x) ta so sánh f y và f u /1.15, ta có: f u /1.15 = 496.32x10 3 / 1.15 = 431.58x10 3 > f y =392.64x10 3  P b,s (x) < P b,u (x) Do vậy ta lấy P b (t 1 ) = P b,s (x) để tính toán. • γ SC : Là hệ số độ bền theo cấp an toàn được lấy theo 5 bảng (bảng 2.1,2.2,2.3,2.4,5.5) Để biết được đoạn đường ống ta đang thiết kế thuộc loại cấp an toàn nào, chủ yếu dựa vào vị trí đoạn ống và chất vận chuyển bên trong. Ta xác định cấp an toàn từ các bảng 2.1, bảng 2.2, bảng 2.3 và bảng 2.4. Đối với đồ án đang thiết kế, chất vận chuyển là nước ép vỉa => A Bảng 2.1 :Phân loại chất vận chuyển. Loạ i Định nghĩa A Các chất không cháy có nguồn gốc từ nước ( ví dụ : Nước…) B Các chất cháy được hoặc chất độc ở dạng chất lỏng trong điều kiện nhiệt độ và áp suất khí quyển. Ví dụ như các sản phẩm của dầu mỏ, methanol C Các chất không cháy được hoặc không độc ở dạng khí trong điều kiện nhiệt độ và áp suất khí quyển. Ví dụ như : CO 2 , không khí … D Các chất không độc, 1 pha ở dạng khí tự nhiên E Các chất lỏng cháy được hoặc độc có dạng là chất khí trong điều kiện nhiệt độ và áp suất khí quyển và có thể chuyển từ dạng khí sang dạng lỏng.Ví dụ : gas lỏng tự nhiên , ammonia … Mặt khác tuyến ống nằm ở cả vùng 1 và vùng 2. Ta phải tính cho cả 2 vùng riêng rẽ: Bảng 2.2 : Phân loại vùng. Vùng Định nghĩa 1 Vùng dọc tuyến ống không có hoạt động của con người. 2 Vùng gần ống đứng hoặc gần dàn, có hoạt động của cong người. Phạm vi của vùng 2 xác định dựa trên sự phân tích rủi ro của đường ống, nhỏ nhất là cách dàn 500 m. Bảng 2.3: Phân loại cấp an toàn. Cấp an toàn Định nghĩa. Thấp Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người ít, ảnh hưởng môi trường không nghiêm trọng, ảnh hưởng thấp đối với kinh tế. Thường phân loại cho trạng thái lắp đặt Vừa Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người lớn, ảnh hưởng tới môi trường nghiêm trọng, rất ảnh hưởng đối với kinh tế hoặc hậu quả chính trị. Thường phân loại cho trạng thái vận hành đối với vùng bên ngoài dàn. Cao Khi xẩy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người lớn, ảnh hưởng tới môi trường nghiêm trọng, hậu quả to lớn đối với kinh tế hoặc chính trị. Thường phân loại cho trạng thái vận hành đối với vùng 2. Bảng 2.4: Phân loại cấp an toàn. Giai đoạn Loại chất A,C Loại chất B,D và E. Loại vị trí Loại vị trí 1 2 1 2 Tạm thời Thấp Thấp Thấp Thấp Vận hành. Thấp Vừa Vừa Cao. Bảng 5.5: Bảng tra hệ số γ sc  sc Cấp an toàn Thấp Vừa Cao Áp lực trong 1.046 1.138 1.308 Trường hợp khác 1.04 1.14 1.26 Như vậy trong đồ án này hệ số γ sc được lấy theo 4 trường hợp: γ SC Vùng/Trạng thái Vùng1 Vùng2 Thi công 1.046 1.046 Vận hành 1.046 1.138 • γ m : Là hệ số độ bền vật liệu được lấy theo bảng 5-4. Từ bảng 5.4 DnV2000 ta có γ m = 1.15 cho các trạng thái SLS, ULS, ALS (Trạng thái giới hạn vận hành, cực hạn và khi xảy ra sự cố). Trong trường hợp thi công thì sử dụng ở trạng thái SLS( trạng thái vận hành bình thường). Thay các giá trị trên vào điều kiện kiểm tra ta được: 356.72x10 5 – 387470.5= 6 1 1 21 2 392.64 10 1.046 1.15 0.356 3 t x x x t    ÷ −   ( Trong điều kiện thử áp thì vùng 1 và vùng 2 như nhau, nên γ SC sẽ được lấy với hệ số thấp)  t 1 ≥ 0.0166(m) Ta có chiều dày thực tế trạng thái thử áp lực: t 1 = t - t fab =t-0.05t=0.95t => t = t 1 + t fab ≥ 0.0166/0.95 = 0.0175(m) Trong đó t fab là sai số do chế tạo, theo đề bài ra thì t fab =5%t Vậy chiều dày ống thiết kế tính cho trường hợp thử áp là : t =17.5(mm). b) Trạng thái vận hành( khai thác) : Theo DnV2000 áp lực trong phải thoả mãn điều kiện sau : 2 ( ) . b li e SC m P t P P γ γ − ≤ Các đại lượng trong công thức được xác định theo DnV2000 như sau: • P li : Là áp lực sự cố lớn nhất, được tính theo công thức sau: [...]... chy 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, trong ỏn l nc ộp va N : phản lực ỏy bin tỏc dng lờn ng Fr : Lực ma sát gia b mt ỏy bin v ng ng FD : Lực cản vận tốc FI : Lực quán tính FL : Lực... design of submarine pipelines, để đờng ống ổn định dới tác động của môi trờng thì trọng lợng ống dới nớc tính cho một đơn vị dài phải thoả mãn điều kiện: W st S FL . FD + FI FW (F F ) + FL FW Ws D I st Trong đó: WS: trọng lợng ống trong nớc gồm trọng lợng ống thép, lớp bê tông gia tải, lớp bọc chống ăn mòn và trọng lợng chất vận chuyển trong ống FW: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào... 5.12 DnV E305 1988 à: hệ số ma sát giữa ống và đáy biển, xác định theo đồ thị hình 5.11 - DnV E305 - 1988, i vi t cỏt thỡ à=0.7 st : Hệ số an toàn, không nhỏ hơn 1,1 Trong ỏn ly FL: lực nâng gây ra bởi sóng và dòng chảy, (N/m) st = 1.2 1 2 FL = W.CL.D.(US.cos() + UD)2 FD: lực cản vận tốc, (N/m) 1 2 US cos( ) + U D FD = W.CD.D.(US.cos() + UD) FI: lực quán tính, (N/m) FI = D 2 4 W.CM.AS.sin() W:... W.CL.D.(US.cos() + UD)2 FD: lực cản vận tốc, (N/m) 1 2 US cos( ) + U D FD = W.CD.D.(US.cos() + UD) FI: lực quán tính, (N/m) FI = D 2 4 W.CM.AS.sin() W: mật độ nc biển, W = 1025 kg/m3 D: đờng kính ngoài của ống (bao gồm cả lớp sơn phủ, lớp bọc bê tông, ), õy ta chn bng ng kớnh ngoi ca ng CL: hệ số lực nâng = 0,9 CD: hệ số lực cản = 0,7 CM: hệ số khối lợng nớc kèm = 3,29 : góc pha U s Tu D U M= D US K= Trong . ĐỒ ÁN ĐƯỜNG ỐNG-DẦU KHÍ Chương 1: Giới thiệu chung I. Giới thiệu các công trình đường ống hiện có ở mỏ Bạch Hổ. Mỏ Bạch Hổ là mỏ lớn. vào lý thuyết sóng=0.7 ( trong đồ án coi là Lý thuyết sóng Stockes bậc 5). - H max =chiều cao sóng lớn nhất với chu kỳ lặp 10 năm, trong đồ án là chiều cao sóng đáng kể H s =7m ( với hướng NE). . này làm cho đường ống có xu hướng bị dịch chuyển dưới đáy biển, trôi dạt đường ống và có thể phá hủy đường ống do gây quá ứng suất. Để đường ống vận hành an toàn cần thiết kế sao cho đường ống