Tài liệu Thiết kế khối chân đế dàn BK bằng thép độ sâu 77 mét nước.

ĐỀ TÀI: Thiết kế khối chân đế dàn BK bằng thép độ sâu 77 mét nước.

Mở đầu
Nước ta nằm bên ŕa của bán đảo Đông Dương, có chiều dài bờ biển hơn 3000 km, có vùng biển và thềm lục địa rộng khoảng một triệu km2. Tài nguyên vùng biển và ven biển Việt Nam được đánh giá là rất phong phú và đa dạng bao gồm thuỷ hải sản, khoáng sản và đặc biệt là dầu khí. Trong đó, dầu khí là tài nguyên có tiềm năng kinh tế lớn nhất ở thềm lục địa nước ta. Công tác điều tra thăm ḍ được tiến hành từ những năm 60. Đến nay đă xác định được nhiều bể trầm tích có triển vọng kinh tế lớn bao gồm: bể trầm tích Cửu Long, bể trầm tích Nam Côn Sơn, các bể trầm tích Trung Bộ, Sông Hồng, và bể trầm tích Thổ Chu-Mă Lai thuộc vịnh Thái Lan Tổng trữ lượng dự báo địa chất của toàn thềm lục địa Việt Nam đạt xấp xỉ 10 tỷ tấn dầu quy đổi, trữ lượng khai thác khoảng 4-5 tỷ tấn. Trữ lượng khí đồng hành khoảng 250-300 tỷ m3.
Những năm gần đây, công tác thăm ḍ và khai thác dầu khí được xúc tiến mạnh mẽ trên toàn vùng biển, nhất là vùng biển Đông Nam Bộ. Đến nay đă nghiên cứu trên 40% diện tích triển vọng. Vùng thềm lục địa Đông Nam Bộ có tỷ lệ gặp dầu khí cao. Tại đây đă phát hiện ra nhiều mỏ có trữ lượng lớn nh­ là Bạch Hổ, Đại Hùng, Rồng, Ba V́ Theo tài liệu của Vietsovpetro, trữ lượng của các mỏ này đạt trên 300 triệu tấn dầu thu hồi, trữ lượng khí đồng hành từ 150-180m3/1 tấn dầu.
Gần đây nhiều chuyên gia địa chất thế giới đánh giá tiềm năng khí thiên nhiên của ta c̣n lớn hơn nhiều. Các chuyên gia cho rằng, tại vùng biển Việt Nam có nhiều cấu trúc đơn lẻ có triển vọng chứa 200-300 tỷ m3 khí. Riêng mỏ Thanh Long đă chứa khoảng 180-200 tỷ m3. Tại khu ḷng chảo Côn Sơn cũng đă phát hiện 2 mỏ có trữ lượng khoảng 60-90 tỷ m3. Nguồn tài nguyên to lớn này không những đáp ứng nhu cầu sử dụng lâu dài ở trong nước mà c̣n có thể xuất khẩu với khối lượng lớn. Mặc dù so với nhiều nước, nguồn tài nguyên này chưa lớn lắm, song với nước ta nó có vị trí hàng đầu, nhất là có ư nghĩa đặc biệt trong giai đoạn khởi động nền kinh tế đi vào công nghiệp hoá hiện đại hoá.
Trước yêu cầu phát triển kinh tế xây dựng đất nước , cần sử dụng và khai thác hợp lư nguồn tài nguyên V́ vậy cần xây dựng và phát triển công tŕnh biển để phục vụ công tác khai thác hợp lư nguồn tài nguyên , phát triển kinh tế và xây dựng đất nước.Vietsovpetro là h́nh thức liên doanh đầu tiên giữa Việt nam và nước ngoài trong lĩnh vực thăm ḍ và khai thác dầu khí, là một trong những công ty làm việc trong lĩnh vực trên.
Được thành lập năm 1981 , đến nay sau hơn 20 năm thành lập, Vietsovpetro đă có những thành tựu đáng kể , đóng góp một phần lớn vào nền kinh tế quốc dân (Tổng thu nhập quốc dân- GDP) và trở thành một cơ sở công nghiệp dầu khí phát triển đa ngành với cơ sở vật chất kỹ thuật hiện đại đủ khả năng độc lập để thực hiện công tác thăm ḍ và khai thác dầu khí biển ở trong nước và trong khu vực. Xí nghiệp có đủ khả năng đảm nhận trọn gói các gói thầu dịch vụ kỹ thuật với tiêu chuẩn quốc tế trong lĩnh vực khoan giếng dầu khí , thiết kế và xây dựng các công tŕnh biển, lắp đặt đường ống dẫn dầu và khí, vận tải biển, dịch vụ cảng .
ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI CÔNG TR̀NH BIỂN CỐ ĐỊNH
Phân loại công tŕnh biển cố định.
* Đây là loại công tŕnh được xây dựng và làm việc trong môi trường nước biển nhằm phục vụ cho mục đích khoan thăm ḍ và khai thác dầu khí biển.
* Hiện nay trên thế giới, có ba loại công tŕnh biển cố định:
-Công tŕnh biển cố định bằng thép (loại kết cấu móng cọc).
- Công tŕnh biển cố định bằng bê tông cốt thép (loại kết cấu móng trọng lực).
- Công tŕnh biển cố định hỗn hợp: Thân công tŕnh bằng thép c̣n đế là Bêtông cốt thép (cũng là loại kết cấu móng trọng lực).
Đặc điểm của các loại công tŕnh biển cố định.
Đặc điểm môi trường:
- Môi trường rất khắc nghiệt, chịu sự thay đổi thường xuyên của môi trường tác động, có mức biến động lớn (tính ngẫu nhiên cao), khả năng ăn ṃn của nước biển đối với công tŕnh là rất lớn.
- Trong môi trường nước biển có những sinh vật biển bám vào công tŕnh gây ảnh hưởng đến sự làm việc của công tŕnh (tăng khối lượng công tŕnh, tăng kích thước cấu kiện làm tăng tải trọng của môi trường tác dụng vào công tŕnh). Do đó để xây dựng dàn khoan biển đ̣i hỏi phải có sự đầu tư, trang thiết bị, phương tiện đầy đủ, kỹ sư và công nhân phải có tŕnh độ chuyên môn cao và tay nghề vững chắc.
Công tŕnh biển cố định bằng thép.
Hiện nay, loại công tŕnh biển bằng thép được xây dựng rất phổ biến nhất trên thế giới và cả ởViệt Nam.
Cấu tạo:
- Phần chân đế: Chân đế của công tŕnh có cấu tạo dạng khung không gian, các phần tử được chế tạo từ các đoạn thép ống.
- Phần đế móng: Móng là loại móng cọc, các cọc được đóng sâu vào trong ḷng đất để giữ ổn định cho công tŕnh trong suốt thời gian hoạt động.
- Khối thượng tầng: Bao gồm các Block công nghệ, Block sân bay và Block nhà ở.
* Ưu điểm :
+ Công tŕnh có độ bền cơ học cao.
+ Chế tạo tương đối dễ nhưng yêu cầu kỹ thuật cao.
- Là loại công tŕnh mang tính truyền thống nên đội ng̣ cán bộ kỹ thuật và công nhân có bề dày kinh nghiệm.
* Nhược điểm.
+ Vật liệu kim loại bị ăn ṃn nhanh trong môi trường nước biển.
+ Vật liệu chế tạo công tŕnh là thép cường độ cao (thép đặc trưng) phải nhập từ nước ngoài: giá thành đắt, bị động, không tận dụng được vật liệu địa phương.
+ Chi phí duy tu bảo dưỡng và sửa chữa rất lớn.
Công tŕnh biển trọng lực bê tông cốt thép.
* Đây là loại công tŕnh có tiềm năng phát triển mạnh, thích hợp với vùng nước sâu và sẽ tiết kiệm hơn nhiều so với công tŕnh biển bằng thép nếu xây dựng hàng loạt (do kinh phí xây dựng dan khoan thép trên bê ban đầu rất lớn).
* Những đặc điểm của công tŕnh biển bê tông cốt thép:
- Ưu điểm.
+ Giữ cố định bằng trọng lực bản thân của nó theo nguyên lư móng nông.
+ Tuổi thọ công tŕnh cao.
+ Tận dụng được nguyên vật liệu địa phương, tiết kiệm thép đặc chủng.
+ Khả năng chống ăn ṃn của môi trường biển cao.
+ Chi phí duy tu bảo dưỡng Ưt.
+ Tận dụng được các khoang (xilô) của công tŕnh làm bể chứa.
+ Khả năng chịu lực tốt, dao động Ưt, khả năng xuất hiện mỏi Ưt.
+ Thời gian thi công trên biển dài nhưng chủ yếu ở khu vực gần bờ c̣n ở ngoài vị trí xây dựng công tŕnh th́ thời gian thi công Ưt hơn so với công tŕnh bằng thép, chế tạo không đ̣i hỏi độ chính xác cao nên tận dụng được nguồn nhân lực địa phương.
- Nhược điểm:
+ Khối lượng công tŕnh lớn và hầu hết phải thi công trên ở khu vực gần bê ( Thi công trên ụ khô hoặc ụ nổi) nên đ̣i hỏi phải có vị trí thuận lợi để thi công, phải có thiết bị, phương tiện vận chuyển chuyên dụng.
+ Giá thành cao hơn công tŕnh biển bằng thép đối với những công tŕnh ở vùng nước nông và xây dựng đơn chiếc.
Đặc điểm của loại công tŕnh biển cố định hỗn hợp.
Công tŕnh biển dạng hỗn hợp có đầy đủ ưu điểm của hai loại công tŕnh trên.
Đặc điểm của công tŕnh biển bằng thép dạng BK.
* Quá tŕnh xây dùng :
Trước đây, khi bắt đầu phát triển ngành dầu khí, ở nước ta chưa có một cơ sở vật chất và kỹ thuật để phục vụ, v́ vậy tất cả đều được Liên Xô (cũ) giúp đỡ. Thời kỳ này, dàn khoan dạng MSP được xây dựng chủ yếu. Dàn MSP là dàn thép hai chân, trên đó có đủ từ tháp khoan đến các thiết bị xử thô sản phẩm. Do đó mà thời gian thi công và chi phí cho một dàn MSP rất lớn. Bên cạnh đó dàn MSP c̣n có nhược điểm: Block ngoài ở được bố trí cùng trên dàn nên điều kiện sinh hoạt của công nhân gặp nhiều khó khăn (ồn, rung, độc hại .). Từ năm 1989 Liên doanh dầu khí VietsovPetro đă chuyển sang giai đoạn mới: Khai thác dầu sử dụng dàn nhẹ BK và dàn công nghệ trung tâm CTP.
Đặc điểm khác biệt của hệ thống này là sử dụng dàn tự nâng cập vào dàn nhẹ BK để khoan, c̣n các thiết bị xử lư, các thiết bị phụ trợ được phân bố trên dàn CTP, tại đó sản phẩm khoan mới được xử lư. Hệ thống mới này có nhiều ưu điểm so với các dàn MSP, giảm rất nhiều vốn đầu tư v́ vậy được xây dựng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới.
Dàn BK đầu tiên được xây dựng ở Ên Độ, đến năm 1989 VietsovPetro mới xây dựng dàn nhẹ đầu tiên BK-1 ở vùng mỏ Bạch Hổ, cách dàn CTP 2 khoảng 1,4km. V́ thấy rằng phải đưa nhanh nhất BK vào sử dụng nên chân đế BK-1 đă dung chân đế kiểu chân đế CTP 1 do đó có rất nhiều nhược điểm. BK-1 có 3 giếng khoan, các mặt đều nghiêng nên không cho phép dàn khoan tự nâng cập vào gần chân đế, hạn chế khả năng khoan hàng loạt giếng. Trong quá tŕnh nghiên cứu Viện NIPI của VietsovPetro đă thiết kế và đưa vào xây dựng kết cấu dàn nhẹ mới BK-3 trên cơ sở rút kinh nghiệm BK-1. Dàn BK-3 có 9 giếng khoan, một mặt truớc thẳng đứng, phần thượng tầng lớn và quy mô hơn, đường kính cọc tăng lên và giảm số lượng cọc phụ. Cho đến BK-4 trở đi là không dùng cọc phụ nữa nên giảm được thời gian thi công kinh phí xây dựng công tŕnh.Cho đến nay nó đă phát triển mạnh , từ BK1đến BK11.

*Đặc điểm :
Đặc điểm quan trọng nhất của dàn khoan nhẹ BK là dàn không tự khoan. Do đó để cập được dàn khoan tự nâng vào dàn nhẹ BK để khoan th́ dàn BK phải có cấu tạo một mặt thẳng đứng. Do nhược điểm của dàn MSP, kinh phí và thời gian xây dựng dàn MSP lớn gấp nhiều lần so với dàn BK. Sau khi xây dựng xong dàn BK, dùng dàn tự nâng (Jackup) cập vào và tiến hành khoan khai thác. Dầu tự phun trào lên miệng giếng khoan với áp suất tự nhiên của nó, Jackup chỉ có nhiệm vụ khoan lần đầu tiên, sau đố việc duy tŕ ḍng dầu trong các giếng khoan và chuyển sản phẩm khoan sang dàn CTP để chế biến và chứa đựng là nhiệm vụ của dàn BK. V́ thế trên dàn BK không đặt các thiết bị khoan, xử lư, chế biến và chứa đựng nên gọi là dàn nhẹ.
Phần thượng tầng của dàn BK do Việt Nam chế tạo được tổ hợp thành một khối trên bờ và vận chuyển ra biển nên tiết kiệm được kinh phí xây dựng và thời gian thi công trên biển. Đối với MSP, thượng tầng phải được chế tạo ở nước ngoài thành nhiều khối (Block Modul), việc tổ hợp các Block Modul phải được thực hiện trên biển tại vị trí đặt công tŕnh do khối lượng phần thượng tầng lớn, khả năng cẩu của VietsovPetro không đáp ứng được nếu tổ hợp sẵn trên bờ.
V́ vậy, sử dụng dàn nhẹ BK có những ưu điểm so với dàn MSP:
- Có thể chế tạo tại Việt Nam, chủ động về kỹ thuật và thi công công tŕnh cả trên bờ và trên biển.
- Chi phí cho xây dựng công tŕnh BK thấp hơn.
- Giảm thời gian thi công trên biển, dẫn đến giảm thời gian thi công công tŕnh.
- Có thể mở rộng và phát triển quy mô khai thác dầu khí.
Với một dàn CTP và nhiều dàn BK, chóng ta đă có một cơ sở vật chất kỹ thuật tương đương nhiều dàn MSP, mà thời gian thi công ngắn hơn, chi phí thấp hơn, tính mạng và điều kiện sinh hoạt làm việc của công nhân tốt hơn.
Mục đích, yêu cầu xây dùng dàn nhẹ BK.
Mục đích xây dùng .
Phục vụ công tác khoan và khai thác dầu khí, vận chuyển sản phẩm của các giếng khoan đến dàn công nghệ trung tâm CTP ở độ mực nước biển 77m ở Má Bạch Hổ, thềm lục địa phía nam Việt Nam .
Yêu cầu xây dựng.
Yêu cầu công nghệ :
- Có Block nhà ở, Bkock sân bay và các Block công nghệ.
- Có thiết bị xử lư nước thải .
- Có thiết bị vận chuyển các sản phẩm khoan đƠn dàn công nghệ trung tâm CTP.
Yêu cầu kỹ thuật và kết cấu chịu lực :
- Chịu được tác động khắc nghiệt của môi trường ( sóng, gió, ḍng chảy .)
- Phù hợp với yêu cầu về kiến trúc và cấu tạo của thượng tầng.
- Thiết kế một mặt của chân đế thẳng đứng để dàn khoan tự nâng CPBU “Tam Đảo”cập vào để khoan.
- Có sân bay trực thăng , thiết bị cẩu .
- Công tŕnh tiếp nhận được phương tiện nổi tải trọng 600 T.
Yêu cầu về tuổi thọ công tŕnh .
Công tŕnh được thiết kế với yêu cầu hoạt động b́nh thường trong thời gian 25 năm.
Được sự đồng ư của Viện XDCTB và căn cứ vào khả năng của bản thân, em quyết định lùa chọn đề tài tốt nghiệp:
“ Thiết kế khối chân đế dàn BK bằng thép ở độ sâu 77 m nước”.













Chương 1Số liệu ban đầu phục vụ thiết kế1.1. Điều kiện khí tượng hải văn, địa chất công tŕnh1.1.1.Vị trí xây dựng công tŕnh Công tŕnh được xây dựng tại thềm lục địa phía nam Việt Nam, ở khu vực có độ sâu nước là 77 m.
1.1.2. Điều kiện khí tượng hải văn-môi trường. a. Giă:
Số liệu về gió dùng để thiết kế áp dụng có vùng biển phía nam Việt Nam được cho như sau:
- Hướng gió: Gió theo hướng Đông Bắc.
- Vận tốc giă : Vgió = 50 m/s
b. Độ sâu nước – nước dâng.
* Độ sâu mực nước biển tại vị trí xây dựng công tŕnh: 77 m.
* Nước dâng:
+ Biên độ triều lớn nhất so với MSL: + 1,03 m.
+ Biên độ triều thấp nhất so với MSL: - 1,62 m.
+ Nước dâng do gió băo so với MSL: 1,0 m.
c.Sóng và ḍng chảy.
* Sóng:
Sóng thiết kế có chu kỳ lặp lại là 100 năm. Các thông số của sóng dùng trong thiết kế được cho như sau:
- Hướng sóng : Đông Bắc
- Chu kỳ sóng : T = 13,5 s
- Chiều cao sóng : H[SUB]1%[/SUB] = 16 m
* Ḍng chảy.
- Ḍng chảy mặt : V[SUB]1[/SUB] = 1,37 m/s
- Ḍng chảy đáy : V[SUB]2[/SUB] = 1,19m/s
- Hướng ḍng chảy : Lệch 70° so với hướng của sóng
d. Hà bám
Qua số liệu khảo sát các giàn đă xây dựng và đang khai thác, được biết lượng hà bám thay đổi theo độ sâu nước, chia thành 3 vùng như sau:
[TABLE]
[TR]
[TD]Cao tŕnh
[/TD]
[TD]Độ dày hà bám (mm)
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Từ mực nước tĩnh y (-) 4,0m
[/TD]
[TD]80
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Từ (-) 4,0my (-) 10m
[/TD]
[TD]100
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Từ (-) 10m yđáy biển
[/TD]
[TD]70
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
1.1.3. Điều kiện địa chất công tŕnh tại khu vực xây dựng công tŕnh. Số liệu địa chất công tŕnh phục vụ thiết kế được tŕnh bày trong bảng sau.
[TABLE]
[TR]
[TD]STT
[/TD]
[TD]H
[/TD]
[TD]D
[/TD]
[TD]Tên đất
[/TD]
[TD]W
[/TD]
[TD]g[SUB]tn[/SUB]
[/TD]
[TD]g[SUB]s[/SUB]
[/TD]
[TD]C
[/TD]
[TD]j
[/TD]
[TD]E
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]1
[/TD]
[TD]0:-4
[/TD]
[TD]4
[/TD]
[TD]Cát nhá
[/TD]
[TD]24,9
[/TD]
[TD]1,96
[/TD]
[TD]2,68
[/TD]
[TD]0,00
[/TD]
[TD]39
[/TD]
[TD]15,9
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]2
[/TD]
[TD]-4:-8
[/TD]
[TD]4
[/TD]
[TD]Cát pha dẻo
[/TD]
[TD]20,8
[/TD]
[TD]2,06
[/TD]
[TD]2,69
[/TD]
[TD]0,011
[/TD]
[TD]37
[/TD]
[TD]32,5
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]3
[/TD]
[TD]-8:-16
[/TD]
[TD]8
[/TD]
[TD]Á sét mềm
[/TD]
[TD]26,5
[/TD]
[TD]2,00
[/TD]
[TD]2,74
[/TD]
[TD]0,030
[/TD]
[TD]19
[/TD]
[TD]13,7
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]4
[/TD]
[TD]-16:-20
[/TD]
[TD]4
[/TD]
[TD]Á sét mềm
[/TD]
[TD]30,0
[/TD]
[TD]1,95
[/TD]
[TD]2,74
[/TD]
[TD]0,035
[/TD]
[TD]13
[/TD]
[TD]12,6
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]5
[/TD]
[TD]-20:-26
[/TD]
[TD]6
[/TD]
[TD]Sét dẻo
[/TD]
[TD]34,3
[/TD]
[TD]1,89
[/TD]
[TD]2,76
[/TD]
[TD]0,040
[/TD]
[TD]10
[/TD]
[TD]11,9
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]6
[/TD]
[TD]-26:-34
[/TD]
[TD]8
[/TD]
[TD]Cát pha dẻo
[/TD]
[TD]18,4
[/TD]
[TD]2,08
[/TD]
[TD]2,69
[/TD]
[TD]0,024
[/TD]
[TD]34
[/TD]
[TD]33,4
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]7
[/TD]
[TD]-34:-41
[/TD]
[TD]7
[/TD]
[TD]Cát hạt to
[/TD]
[TD]17,0
[/TD]
[TD]2.02
[/TD]
[TD]2,66
[/TD]
[TD]0,00
[/TD]
[TD]46
[/TD]
[TD]16,6
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]8
[/TD]
[TD]-41:-54
[/TD]
[TD]13
[/TD]
[TD]Á sét dẻo mềm
[/TD]
[TD]23,5
[/TD]
[TD]2.00
[/TD]
[TD]2,72
[/TD]
[TD]0,033
[/TD]
[TD]27
[/TD]
[TD]19,6
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]9
[/TD]
[TD]-54:-59
[/TD]
[TD]5
[/TD]
[TD]Sét dẻo
[/TD]
[TD]35,9
[/TD]
[TD]1.86
[/TD]
[TD]2,76
[/TD]
[TD]0,049
[/TD]
[TD]15
[/TD]
[TD]14,6
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]10
[/TD]
[TD]-59:-65
[/TD]
[TD]6
[/TD]
[TD]Á sét dẻo chảy
[/TD]
[TD]28,0
[/TD]
[TD]1.96
[/TD]
[TD]2,73
[/TD]
[TD]0,038
[/TD]
[TD]19
[/TD]
[TD]4,8
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Trong đó: H là cao độ líp đất (m).
D là chiều dày của líp đất (m).
W: độ Èm (%).
g[SUB]tn[/SUB]: Dung trọng tự nhiên (T/m[SUP]3[/SUP]).
g[SUB]s[/SUB]: Dung trọng hạt (T/m[SUP]3[/SUP]).
j: Góc ma sát trong (độ).
c: Lực dính (MPa).
E: Modul đàn hồi (MPa).