Nghiên cứu đánh giá tuổi thọ mỏi của nhịp treo đường ống biển áp dụng vào thực tế việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

Vũ Văn Duy

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TUỔI THỌ MỎI CỦA NHỊP TREO ĐƯỜNG ỐNG
BIỂN, ÁP DỤNG VÀO THỰC TẾ VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Ngành: Kỹ Thuật Công trình biển
Mã số: 60.58.02.03

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Phạm Hiền Hậu

Hà Nội - 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình khoa học của riêng tôi, do chính tôi thực hiện. Các kết
quả, số liệu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
Học viên

Vũ Văn Duy


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới:
-

Cô giáo hướng dẫn PGS.TS Phạm Hiền Hậu, người đã tận tình dìu dắt, giúp đỡ, cổ

vũ, động viên và hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này.

-

Tập thể cán bộ giảng dạy của Trường Đại học Xây dựng, đặc biệt là các giảng viên
của Khoa Xây dựng Công trình biển và Dầu khí – Trường Đại học Xây dựng, đã
truyền đạt những kiến thức quí báu cho tôi trong quá trình học tập và làm luận
văn.

-

Khoa sau Đại học – Trường Đại học xây dựng đã giúp đỡ các thủ tục cần thiết để
tôi hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cám ơn gia đình, người thân và bạn bè, những người đã
luôn động viên, giúp đỡ tôi trong cuộc sống, học tập và công tác.

Hà Nội, tháng 01 năm 2018
Học viên

Vũ Văn Duy


MỤC LỤC

KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ..........................................................................................i
DANH MỤC HÌNH VẼ.......................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................................ix
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐƢỜNG ỐNG BIỂN VÀ HIỆN TƢỢNG

HÌNH THÀNH NHỊP TREO. ..................................................................................3
1.1 Tổng quan về đƣờng ống biển. .........................................................................3
1.2 Giới thiệu hệ thống đƣờng ống biển Việt Nam ...............................................7
1.3 Hiện tƣợng mỏi nhịp treo đƣờng ống biển. ...................................................10
1.3.1

Hiện tượng xuất hiện nhịp treo. ...................................................................10

1.3.2

Hiện tượng mỏi đường ống biển. .................................................................12

CHƢƠNG 2

CƠ SỞ PHƢƠNG PHÁP LUẬN PHÂN TÍCH MỎI ĐƢỜNG

ỐNG

.........................................................................................................15

2.1 Các bài toán mỏi nhịp treo .............................................................................15
2.2 Lý thuyết tổn thƣơng tích lũy của Palmgren – Miner .................................17
2.3 Phƣơng pháp phân tích mỏi tiền định ...........................................................20
2.4 Phân tích mỏi bằng phƣơng pháp phổ. .........................................................22
2.4.1

Trường hợp phổ ứng suất dải hẹp................................................................24

2.4.2

Trường hợp hàm mật độ phổ ứng suất dạng dải rộng. ................................28

2.5 Phân tích mỏi theo tiêu chuẩn DnV. ..............................................................29
2.5.1

Các chỉ tiêu phân tích mỏi ...........................................................................29


2.5.2

Các hệ số an toàn ........................................................................................36

2.5.3

Mô hình phản ứng ........................................................................................37

2.5.4

Mô hình lực tác dụng ...................................................................................44

2.6 Các số liệu đầu vào phục vụ tính mỏi đƣờng ống biển ................................51
2.6.1

Hệ thống hóa các loại vật liệu làm đường ống biển ...................................51

2.6.2

Đường cong mỏi S-N cho vật liệu làm đường ống biển ..............................55

2.6.3

Hình học và liên kết .....................................................................................61

2.6.4

Điều kiện môi trường ...................................................................................70

CHƢƠNG 3

XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH MỎI TRÊN MATHCAD

VÀ ỨNG DỤNG TÍNH MỎI NHỊP TREO CHO ĐƢỜNG ỐNG BIỂN VIỆT
NAM

..........................................................................................................91

3.1 Giới thiệu phần mềm mathcad.......................................................................91
3.2 Chƣơng trình tính chiều dài nhịp treo cho phép theo mỏi sơ bộ. ...............91
3.3 Chƣơng trình toán mỏi chi tiết.......................................................................92
3.4 Ứng dụng tính mỏi nhịp treo cho đƣờng ống biển Việt Nam ......................93
3.4.1

Giới thiệu về tuyến ống PL-BD1 .................................................................93

3.4.2

Số liệu đầu vào.............................................................................................94

3.4.3

Kết quả điều kiện không cần kiểm tra mỏi ..................................................94

3.4.4

Kết quả tính mỏi chi tiết...............................................................................96

KẾT LUẬN ..............................................................................................................99
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................100


i

KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

ak

Tham số đếm hạt mưa

A IL

Ứng suất biên độ đơn vị theo hướng nội dòng (In-line)

A CF

Ứng suất biên độ đơn vị theo hướng vuông góc với dòng (Cross-flow)

A y.D

Tỷ số chuyển vị lớn nhất so với D theo hướng dòng

b

Hằng số tuyến tính

bk

Parameter for rain-flow couting factor

Ca

Hệ số nước kèm

CD

Hệ số cản

CM

Hệ số quán tính

CL

Hệ số độ cứng hông của nền đất

CV

Hệ số độ cứng vuông góc của nền đất

d

Độ sâu nước

D

Tổng đường kính ngoài của ống

Dfat.CF

Tổn thất mỏi do các dao động dòng xoáy hướng vuông góc với dòng

Dfat.IL

Tổn thất mỏi do các dao động dòng xoáy hướng nội dòng

DFM

Tổn thất mỏi do sóng

Ds

Đường kính ngoài của thép ống

E

Mô đun đàn hồi

EI

Độ cứng uốn

e

Khoảng cách giữa ống và đáy biển


ii

fn.IL

Tần số riêng thứ n của nhịp hẫng theo hướng in-line

fn.CF

Tần số riêng thứ n của nhịp hẫng theo hướng cross-flow

fv

Tần số dao động trội

fweibull

Hàm phân phối

g

Gia tốc trọng trường

gD

Số hạng lực cản

gI

Số hạng lực quán tính

Heff

Lực kéo tương đương

Hs

Chiều cao sóng đáng kể

I

Mômen quán tính

Ic

Mật độ chảy rối trên 30 phút

k

Độ nhám của bê tông

kc

Hệ số thực nghiệm kể đến sự biến dạng/trượt của lớp bê tông

KL

Độ cứng động của nền đất theo phương ngang

KV

Độ cứng động của nền đất theo phương đứng

KC

Số Keulegan Carpenter

KS

Tham số độ ổn định

Leff

Chiều dài nhịp tương đương

me

Khối lượng hiệu dụng trên một đơn vị chiều dài

M uu

Mômen của phổ sóng

Nsw

Số chu trình ứng suất khi đường cong ứng suất S-N thay đổi độ dốc

iii

Pcr

Lực nén tới hạn Euler's

RD

Hệ số rút gọn do hướng lan truyền sóng

Rk

Hệ số rút gọn do cản

Rk

Hệ số rút gọn do cản

S

Biên độ ứng suất

Ssw

Ứng suất tại điểm giao nhau giữa hai đường cong S-N

Seff

Lực dọc trục tương đương

S

Mật độ phổ sóng

Sss

Phổ ứng suất

Suu

Phổ vận tốc sóng

St

Số Strouhal

t

Chiều dày thành ống

Tp

Chu kỳ đỉnh sóng

Tu

Chu kỳ cắt không

Uc

Vận tốc dòng chảy tác dụng lên đường ống

Uw

Vận tốc sóng tác dụng lên đường ống

VR

Vận tốc rút gọn

z0

Độ nhám đáy biển

zr

Chiều cao tham chiếu

Phillips

Hằng số Phillips

e

Hệ số giãn nở nhiệt


iv



Tham số hình dáng Weibull



Độ võng đường ống



Độ rộng phổ



Hàm Gamma

 peak

Hệ số tăng đỉnh cho phổ JONSWAP

s

Hệ số an toàn đối với biên độ ứng suất

 CF

Hệ số an toàn cho tiêu chuẩn kiểm tra mỏi ban đầu theo hướng cross-flow

 IL

Hệ số an toàn cho tiêu chuẩ n kiể m tra mỏi ban đầu theo hướng in-line

k

Hệ số an toàn cho tham số độ ổn định

 on.IL

Hệ số an toàn cho giá trị ban đầu của vận tốc rút gọn theo hướng in-line

 on.CF

Hệ số an toàn cho giá trị ban đầu của vận tốc rút gọn theo hướng cross-flow

 RFC

Hệ số đếm dòng mưa

1

Hệ số hình dáng

 max

Hệ số ứng suất tương đương



Hệ số nở ngang Poisson's của thép

 soil

Hệ số Poisson's của đất nền



Hàm phân phối tích lũy



Hàm phân phối

k

CM

Hệ số hiệu chỉnh cho hệ số nước kèm do độ nhám của ống

trench

CM

Hệ số hiệu chỉnh cho hệ số nước kèm do ảnh hưởng của đường ống trong

hào
CM

proxi

Hệ số hiệu chỉnh cho hệ số nước kèm do ảnh hưởng của vùng lân cận


v

KC .

CD

trench

CD

Hệ số hiệu chỉnh cho hệ số cản do ảnh hưởng của đường ống trong hào

CM

Hệ số hiệu chỉnh cho hệ số nước kèm do ảnh hưởng của vùng lân cận

CD

Hệ số hiệu chỉnh cho hệ số cản do số KC và hệ số vận tốc dòng chảy

proxi
KC .

Hệ số hiệu chỉnh cho hệ số cản do số KC và hệ số vận tốc dòng chảy

trench

CD

CD

VIV

Hệ số hiệu chỉnh cho hệ số cản do ảnh hưởng của đường ống trong hào
Hệ số hiệu chỉnh cho hệ số cản do dao động dòng xoáy theo hướng crossflow

CD

proxi

Hệ số hiệu chỉnh cho hệ số cản do ảnh hưởng của vùng lân cận

proxi.onset

Hệ số hiệu chỉnh cho dao động dòng xoáy ban đầu theo hướng cross-flow
do ảnh hưởng của vùng lân cận

trench.onset Hệ số hiệu chỉnh cho dao động dòng xoáy ban đầu theo hướng cross-flow

do ảnh hưởng của ống trong hào
 .IL

Hệ số hiệu chỉnh cho dao động ban đầu theo hướng in-line do sóng



Mật độ khối lượng của nước



Ứng suất

s

Ứng suất của nền đất tương đương

rel

Góc tương quan giữa dòng chảy và hướng của đường ống

T

Hệ số cản tổng cộng của mô hình

soil

Hệ số cản do ma sát của đất

str

Hệ số cản do kết cấu

h

Hệ số cản thủy động

vi

n

Tần số góc riêng



Tần số góc sóng

p

Tần số góc phổ đỉnh sóng


vii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Phân loại đường ống

3

Hình 1.2 Bản đồ đường ống dẫn dầu khí ở châu Âu

4

Hình 1.3 Bản đồ đường ống dẫn dầu khí ở Nga

5

Hình 1.4 Bản đồ đường ống dẫn dầu khí ở Bắc Mỹ

5

Hình 1.5 Bản đồ đường ống dẫn dầu khí ở Đông Nam Á

6

Hình 1.6 Các bồn trũng chứa dầu khí ở Việt Nam

7

Hình 1.7 Vị trí mỏ Bạch Hổ

7

Hình 1.8 Các hệ thống đường ống ở khu vực Nam Bộ

8

Hình 1.9 Nhịp treo đường ống ngầm

10

Hình 2.1 Sơ đồ khối tính tuổi thọ mỏi của nhịp treo

15

Hình 2.2 Sơ đồ khối tính chiều dài nhịp cho phép của đường ống

16

Hình 2.3 Đường cong mỏi

19

Hình 2.4 Đường cong mỏi nhiều độ dốc

20

Hình 2.5 Phương pháp phân tích mỏi tiền định

22

Hình 2.6 Đồ thị hàm phân phối của số gia ứng suất

23

Hình 2.7 Phương pháp hàm mật độ phân tích mỏi cho quá trình dải hẹp

28

Hình 2.8 Sơ đồ khối kiểm tra nhịp treo

35

Hình 2.9 Mô hình phản ứng theo hướng dòng

41

Hình 2.10 Định nghĩa các kích thước trong rãnh

44

Hình 2.11 Mô hình phản ứng vuông góc với hướng dòng

44

Hình 2.12 Giá trị giảm của độ bền chảy do nhiệt độ

53

Hình 2.13 Các đường cong mỏi cho vật liệu làm việc trong không khí

57

Hình 2.14 Các đường S-N cho vật liệu làm việc trong nước biển, có catốt bảo vệ

58

Hình 2.15 Chu trình ứng suất mà phân tích mỏi chi tiết có thể được bỏ qua

60

Hình 2.16 Chu trình ứng suất mà phân tích mỏi chi tiết là bắt buộc

61

Hình 2.17 Ống qua hố lõm

61

Hình 2.18 Mô hình liên kết khớp

62

Hình 2.19 Mô hình liên kết ngàm

64


viii

Hình 2.20 Mô hình ngàm đàn hồi

65

Hình 2.21 Quan hệ ứng suất biến dạng của phần tử gối tựa đứng

66

Hình 2.22 Hệ số tỉ lệ k3

67

Hình 2.23 Mô hình hóa liên kết bằng các phần tử thanh

67

Hình 2.24 Mô hình hóa liên kết bằng các lò xo

67

Hình 2.25 Hệ số k2 theo chỉ số dẻo của đất

68

Hình 2.26 Profil sóng tuyến tính Airy

71

Hình 2.27 Mức đường ống (Pipeline level)

72

Hình 2.28 Chế độ dòng chảy

77

Hình 2.29 Vận tốc dòng chảy tổng cộng

78

Hình 2.30 Phân vùng dòng chảy

79

Hình 2.31 Profil vận tốc dòng chảy

81

Hình 2.32 Bản đồ phân bố sóng thế giới

85

Hình 2.33 Dao động do gây ra do tách xoáy

87

Hình 2.34 Hình ảnh tách xoáy trong phần mềm mô phỏng

87

Hình 2.35 Số Strouhal đối với hình trụ tròn là hàm của số Reynolds

88

Hình 2.36 Hệ số lực kích động Cf là hàm của số Keulegan-Carpenter KC

89

Hình 3.1 Các hạng mục dự án Biển Đông

93


ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Thống kê số lượng nhịp treo

12

Bảng 2.1 Các hệ số an toàn của đường ống

36

Bảng 2.2 Độ nhám bề mặt ống

50

Bảng 2.3 Các giới hạn bền đặc trưng của đường ống làm bằng thép C-Mn

52

Bảng 2.4 Tính chất cơ học của đường ống làm bằng thép C-Mn

54

Bảng 2.5 Tính chất cơ học của đường ống thép không không gỉ duplex

54

Bảng 2.6 Đường cong S-N cho vật liệu làm việc trong không khí

56

Bảng 2.7 Các đường S-N cho vật liệu làm việc trong nước biển, có catốt bảo vệ

57

Bảng 2.8 Các đường cong S-N cho vật liệu bị ăn mòn tự do

58

Bảng 2.9 Phân loại mối hàn ống

59

Bảng 2.10 Các hệ số điều kiện biên cho liên kết ống – đất nền

64

Bảng 2.11 Thông số kĩ thuật tiêu biểu của cát

69

Bảng 2.12 Thông số địa kĩ thuật tiêu biểu của sét

69

Bảng 2.13 Chế độ dòng chảy

76

Bảng 2.14 Độ gồ ghề đáy biển

80

Bảng 3.1 Thông số đường ống

94

Bảng 3.2 Chiều dài tối đa nhịp treo (Dựa vào đánh giá mỏi)

94

Bảng 3.3 So sánh số liệu khảo sát với điều kiện chiều dài tối đa nhịp treo

96

Bảng 3.4 Bảng kết quả tuổi thọ

98


1

MỞ ĐẦU

1.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:

Hiện nay có hàng trăm ngàn cây số đường ống biển được xây dựng nhằm mục đích vận
chuyển các chất liên quan đến công nghiệp khai thác dầu khí như sản phẩm khí, sản phẩm
dầu, nước… giữa các giàn khoan với nhau, giữa giàn khoan với các cụm đấu nối ngầm
(đường ống nội mỏ) hoặc từ giàn khoan ngoài khơi vào đất liền (đường ống từ mỏ vào

bờ).
Thông thường công trình đường ống được đặt trên đáy biển (unburied method) mà không
có sự bảo vệ neo giữ nào khác, ngoại trừ một số tuyến ống được vùi dưới hào (buried
method) vì những lí do đặc biệt (tăng cường ổn định vị trí, tuyến ống nằm trong khu vực
có nhiều hoạt động quân sự, khai thác hải sản…). Cộng với đặc điểm công trình trải dài
trên một diện tích địa lý lớn (chiều dài tuyến ống từ vài km đến vài trăm km), chịu tác
động của các tải trọng phức tạp (sóng, dòng chảy…) đường ống là đối tượng chịu rất
nhiều tác động tiêu cực sau khi được đưa vào vận hành. Hàng năm chi phí cho công tác
bảo dưỡng kiểm tra định kỳ và khắc phục những tổn thất gây ra cho đường ống bởi
những yếu tố nêu trên là rất lớn. Một trong số đó là sự hình thành nhịp treo. Nhịp treo là
đoạn ống ngầm dưới biển, lộ trên mặt đáy và tách rời một phần khỏi đáy biển. Nhịp treo
có thể được hình thành theo nhiều dạng khác nhau.
Đường ống có nhịp treo lâu ngày dưới tác động lặp bởi ứng suất của môi trường sẽ gây ra
hiện tượng mỏi đường ống. Đây là một hiện tượng cực kỳ nguy hiểm cho tuổi thọ của
đường ống và rất khó xác định được. Vì vậy, việc phân tích, đánh giá và phát hiện ra
những vị trí có nhịp treo trong giai đoạn thiết kế và vận hành để từ đó có biện pháp khắc
phục là cần thiết và quan trọng đối với tính an toàn và tuổi thọ của đường ống.
Trên thế giới cũng như Việt Nam hiện nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về mỏi
kết cấu nhưng các dự án đường ống của Việt Nam mới chỉ đơn thuần là dự tính chiều dài
nhịp cho phép chứ chưa đi sâu vào việc phân tích phá hủy mỏi của đường ống có nhịp
treo. Cộng thêm điều kiện đáy biển Việt Nam rất phức tạp và có rất nhiều công trình


2

đường ống biển hiện tại và trong tương lai cho nên vấn đề này cần thiết được nghiên cứu
và tính toán.
Đề tài: “ Nghiên cứu đánh giá tuổi thọ mỏi của nhịp treo đường ống biển, áp dụng vào
thực tế Việt Nam” sẽ đi sâu vào nghiên cứu tuổi thọ mỏi của nhịp treo đồng thời xây
dựng chương trình tính tuổi thọ mỏi trên phần mềm mathcad.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

2.

- Nghiên cứu đánh giá tuổi thọ mỏi của nhịp treo đường ống biển, xây dựng chương
trình tính toán trên mathcad và áp dụng vào thực tế Việt Nam.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

3.
4.
-

Nghiên cứu đánh giá tuổi thọ mỏi đường ống biển
Xây dựng tính mỏi trên phần mềm mathcad
Ứng dụng thực tiễn vào đường ống biển Việt Nam.
Đề xuất một số giải pháp để chống lại hiện tượng mỏi đường ống biển.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Thu thập số liệu, điều tra khảo sát.

Tổng hợp, phân tích số liệu.
Nghiên cứu phương pháp luận về phân tích đánh giá mỏi.
Vận dụng phương pháp luận và xây dựng chuỗi công thức để phân tích tuổi thọ mỏi
của công trình theo các quy phạm hiện hành và đưa ra đánh giá.
5. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU:
-

6.
-

7.
-

Đối tượng: Nhịp treo đường ống biển.
Phạm vi: Nghiên cứu phương pháp luận bài toán mỏi kết cấu đường ống có nhịp treo
áp dụng thực tế vào Việt Nam (Cụ thể là đường ống PL-BD1).
Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI:
Đề tài nghiên cứu về phương pháp luận phân tích mỏi đường ống biển.
Phân tích tuổi thọ mỏi cụ thể cho công trình đường ống biển giúp kỹ sư nắm rõ bản
chất, ý nghĩa và phương pháp phân tích tuổi thọ mỏi của nhịp treo đường ống biển khi
thiết kế mới và đánh giá lại.
KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC CỦA ĐỀ TÀI:
Tổng quan phương pháp luận trong phân tích mỏi nhịp treo đường ống biển.
Lập chương trình tính toán mỏi trên phần mềm Mathcad.
Đánh giá lại các nhịp treo của đường ống PL-BD1 và đề xuất các nhịp treo cần phải
gia cố.


3

CHƢƠNG 1
1.1

TỔNG QUAN VỀ ĐƢỜNG ỐNG BIỂN VÀ HIỆN
TƢỢNG HÌNH THÀNH NHỊP TREO.

Tổng quan về đƣờng ống biển.

Hiện tại trên thế giới có rất nhiều loại đường ống dẫn. Các loại đường ống dẫn dầu và khí
đốt có thể được tóm tắt như sau:

Hình 1.1 Phân loại đường ống
Việc sử dụng đường ống đầu tiên để vận chuyển hydrocacbon được ghi lại là ở Trung
Quốc: khoảng 2.500 năm trước đây, người Trung Quốc đã sử dụng ống tre để vận chuyển
khí đốt tự nhiên từ các giếng cạn dùng để đun nước biển tách muối. Ngày hôm nay của
ngành công nghiệp dầu và đường ống dẫn khí có nguồn gốc từ trong ngành dầu khí. Dầu
đã được khoan ở Baku, Azerbaijan vào năm 1848, và ở Ba Lan vào năm 1854, nhưng
công cuộc khai thác và thương mại hóa chính thức đầu tiên bằng cách sử dụng đường ống
dẫn dầu bắt đầu cách đây 150 năm ở Mỹ, bởi một số người như Đại tá Drake. Năm 1865,
một đường ống dẫn dầu đường kính 6 inch (152mm) (không có máy bơm) được xây dựng
ở bang Pennsylvania, Hoa Kì, vận chuyển 7.000 thùng / ngày. Và từ đó hệ thống đường


4

ống dẫn dầu – khí phát triển mạnh mẽ. Những đường ống dẫn dầu dài bắt đầu được xây
dựng vào thời điểm chuyển giao của thế kỷ 20.
Nguồn lợi kinh doanh dầu và khí đốt là rất lớn, và nó sẽ trở nên ngày càng lớn hơn.
Theo ước tính đường ống trên thế giới mở rộng có thể lên đến khoảng 7% mỗi năm trong
vòng 15 năm tới.
Bản đồ một số hệ thống đường ống trên thế giới: (theo )
-

Tại châu Âu

Hình 1.2 Bản đồ đường ống dẫn dầu khí ở châu Âu


5

-

Tại Nga:

Hình 1.3 Bản đồ đường ống dẫn dầu khí ở Nga
-

Tại Bắc Mỹ:

Hình 1.4 Bản đồ đường ống dẫn dầu khí ở Bắc Mỹ


6

-

Khu vực Đông Nam Á:

Hình 1.5 Bản đồ đường ống dẫn dầu khí ở Đông Nam Á


7

1.2

Giới thiệu hệ thống đƣờng ống biển Việt Nam

Tuyến đường ống đầu tiên để phục vụ thăm dò và khai thác dầu khí đã được lắp đặt bởi
liên doanh dầu khí Vietsov Petro khi xây dựng mỏ Bạch Hổ. Mỏ Bạch Hổ là mỏ đầu tiên
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 120 km.

Hình 1.6 Các bồn trũng chứa dầu khí ở Việt Nam

Hình 1.7 Vị trí mỏ Bạch Hổ
Tính đến năm 1998, mỏ Bạch Hổ đã có hệ thống đường ống bao gồm:
-

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


8

-

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

Và cho đến nay chiều dài toàn bộ tuyến đường ống ở Bạch Hổ gần 200km.
Ngoài những đường ống dẫn dầu khí nội mỏ, Việt Nam tiếp tục xây dựng hệ thống các
đường ống đưa dầu, khí vào bờ:
-

Ngày 26/4/1995, hệ thống đường ống dẫn khí Bạch Hổ – Long Hải – Dinh Cố – Bà
Rịa dài 124km, 16inch, công suất thiết kế 2 tỉm3 khí/năm được hoàn thành xây dựng,
đưa vào vận hành.

Hình 1.8 Các hệ thống đường ống ở khu vực Nam Bộ
-

Cuối tháng 11/2001 đường ống dẫn khí dài 45km từ mỏ Rạng Đông về mỏ Bạch Hổ
được hoàn đưa thêm 1 triệu m3 khí/ngày.


9

-

Tháng 12/2002, tiếp theo thành công của dự án khí Bạch Hổ, dự án khí Nam Côn Sơn
1 – dự án khí thiên nhiên đầu tiên đã được hoàn dài trên 400km từ mỏ Lan Tây đến
Phú Mỹ:
 Đường ống ngoài biển từ Lan Tây – Dinh Cố dài 362km với đường kính 26 inch,
ANSI 1500, áp suất thiết kế 171 barg.
 Đường ống trên bờ có kích thước là 30 inch, cấp áp suất thiết kế là ANSI 600 lb, áp
suất thiết kế là 84 barg, áp suất vận hành là 60 barg vận chuyển khí tự nhiên từ Lan
Tây - Long Hải - Phú Mỹ.

-

Tháng 4/2007, dự án khí PM3-Cà Mau chính thức hoàn thành, cung cấp khí cho dự án
Nhà máy Điện Cà Mau 1, Cà Mau 2 bằng đường ống dài trên 300km (dài 298 km
ngoài khơi & 27 km trong bờ), đường kính 18 inch với công suất thiết kế 2,0 tỷ m3
khí / năm hiện đang nhận khí từ mỏ PM3 (Khu vực chồng lấn với Malaysia) thuộc bể

Malay-Thổ chu.

-

Hệ thống đường ống dẫn khí Lô B – Ô Môn có tổng chiều dài gần 400km, trong đó
tuyến ống trên biển dài khoảng 246km đường kính 28 inch và tuyến ống trên bờ dài
khoảng 152km kích thước 30 inch. Tuyến ống đi ngang qua địa bàn thành phố Cần
Thơ và 4 tỉnh Hậu Giang, Kiên Giang, Bạc Liêu, Cà Mau.

Trong tương lai có nhiều đường ống biển dự định được xây dựng vào giai đoạn 20162025 và giai đoạn 2025-2035 với vốn đầu tư hàng tỷ đô la mỹ. cụ thể là:
-

Khu vực Bắc Bộ có: Đường ống thu gom khí Hàm Rồng về Thái Bình (giai đoạn 2)
53km, đường ống thu gom khí các mỏ tiềm năng khác thuộc lô 102/106 & 103/107 về
tại Tiền Hải,…

-

Khu vực Trung Bộ có: Dường ống dẫn khí từ mỏ Cá Voi Xanh về Quảng nam 80-100
km, hệ thống đường ống dẫn khí từ mỏ Bảo Vàng về Quảng Trị 120km,…

-

Khu vực Đông Nam Bộ có: Hệ thống đường ống Nam Côn Sơn 2 (giai đoạn 2) từ KPLFS 117km, Hệ thống đường ống Nam Côn Sơn 2 (giai đoạn 2) từ giàn HT/MT
vềnCS-GDD1 50-60km, Hệ thống đường ống từ bể Phú Khánh về tỉnh Bình
Thuận/Bà Rịa - Vũng Tàu 250km, Hệ thống đường ống từ bể Tư Chính – Vũng Mây
vềnCS1/NCS2 150km,…


10

-

Khu vực Tây Nam Bộ có: Hệ thống dẫn khí Lô B – Ô Môn 292km, đường ống (từ
KP209 của đường ống Lô B) cấp bù khí PM3 – Cà Mau 37km,…

1.3

Hiện tƣợng mỏi nhịp treo đƣờng ống biển.

1.3.1 Hiện tượng xuất hiện nhịp treo.
Thông thường công trình đường ống được đặt trên đáy biển mà không có sự bảo vệ neo
giữ nào khác, ngoại trừ một số tuyến ống được vùi dưới hào vì những lí do đặc biệt (tăng
cường ổn định vị trí, tuyến ống nằm trong khu vực có nhiều hoạt động quân sự, khai thác
hải sản…). Cộng với đặc điểm công trình trải dài trên một diện tích địa lý lớn (chiều dài
tuyến ống từ vài km đến vài trăm km), chịu tác động của các tải trọng phức tạp (sóng,
dòng chảy…) đường ống là đối tượng chịu rất nhiều tác động tiêu cực sau khi được đưa
vào vận hành. Hàng năm chi phí cho công tác bảo dưỡng kiểm tra định kỳ và khắc phục
những tổn thất gây ra cho đường ống bởi những yếu tố nêu trên là rất lớn. Một trong số
đó là sự hình thành nhịp treo (free spanning) bên dưới đường ống (hình 1.10). Hiện tượng
nhịp treo của đường ống gây ra những tác động xấu lên đường ống, điển hình như:
-

Đường ống bị phá hủy do hiện tượng mỏi, quá ứng suất;

-

Đường ống bị mất ổn định vị trí, mất ổn định tổng thể;

-

Bào mòn lớp phủ của đường ống được vùi dưới đáy biển;

-

Hỏng lớp vỏ bê tông gia tải.

Hình 1.9 Nhịp treo đường ống ngầm


11

Theo thống kê của [20] có tới 44,3% các vụ hỏng hóc xảy ra cho đường ống biển tại khu
vực vịnh Mexico và vùng biển Missisippi có nguyên nhân là do sự hình thành và phát
triển nhịp treo.
Nhịp treo hình thành bên dưới đường ống ngầm có thể phân thành hai dạng, đó là dạng
chủ động và dạng bị động.
* Dạng chủ động: - Do đặc điểm không bằng phẳng của địa hình đáy biển đã có sẵn các
hố lồi và hố lõm, và quá trình phân tích lựa chọn tuyến ống cho ra kết quả là tuyến ống đi
qua các hố lồi hố lõm này.
- Nhịp treo được tạo ra có chủ đích như tạo điều kiện chi các đoạn ống tự do chuyển vị
hoặc vượt qua các công trình ngầm nào đó.
Như vậy chúng ta đã biết trước sự có mặt của các nhịp treo này, lúc này chúng ta có nhịp
treo đường ống xuất hiện dạng chủ động. Với nhịp treo dạng này chúng ta có thể biết
trước được mức độ ảnh hưởng đến đường ống do biết trước các kích thước của chúng, và
chủ động có các biện pháp xử lý trước hoặc đồng thời với quá trình thi công đường ống.
* Dạng bị động: Là các nhịp treo hình thành sau khi đường ống đã đi vào vận hành và chỉ
phát hiện được sau quá trình duy tu bảo dưỡng định kỳ đường ống.
Đường ống có nhịp treo lâu ngày dưới tác động lặp bởi ứng suất của môi trường sẽ gây ra
hiện tượng mỏi đường ống. Đây là một hiện tượng cực kỳ nguy hiểm cho tuổi thọ của

đường ống và rất khó xác định được. Vì vậy, việc phân tích, đánh giá và phát hiện ra
những vị trí có nhịp treo trong giai đoạn thiết kế và vận hành để từ đó có biện pháp khắc
phục là cần thiết và quan trọng đối với tính an toàn và tuổi thọ của đường ống.
Thống kê nhịp treo
Theo [6], về điều kiện địa hình, địa chất, địa hình đáy biển thềm lục địa phía Nam Việt
Nam có đặc điểm chung là rất bằng phẳng. Địa tầng phía trên chủ yếu là cát hạt mịn đến
hạt trung. Đối với các công trình xây dựng tại Bạch Hổ, Rồng và Rubi thì các tính chất
trên càng nổi bật. Thực tế các đường ống ở đây đều không có chướng ngại vật tự nhiên,
độ sâu đáy biển từ 48m đến 55m, địa chất lớp mặt là cát.
Tuy nhiên, sóng và gió tại khu vực này theo mùa rõ rệt, dòng chảy có vận tốc khá lớn, ở
đáy vận tốc đạt tới 1,36 m/s theo hướng Tây Nam. Hướng sóng chủ đạo là Đông Bắc với