Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật dầu khí: Tính toán đảm bảo dòng chảy cho đường ống vận chuyển dầu khí từ mỏ X đến giàn xử lý trung tâm mỏ Y

Nội dung:— Tổng quan về vận chuyên dau khí bằng đường ống và các phương pháp toi wu hóa— Cơ sở lý thuyết về dòng chảy da pha trong đường ông — Tính toán nhiệt, thủy lực và mô phỏng dòng

NGUYEN VĂN BUON

TINH TOAN DAM BAO DONG CHAY CHO DUONG ONG

VAN CHUYEN DAU KHÍ TU MO X DEN GIÀN XỬ LÝ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠITRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS Đỗ Quang Khánh

Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS Trần Đức Lân

Cán bộ phản biện 1: TS Phạm Hoàng Việt

Cán bộ phản biện 2: TS Nguyễn Hữu Nhân

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tai Truong Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCMngày thang năm 2018

Thanh phan Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:(Ghi r6 họ, tên, học ham, học vi của Hội đồng cham bảo vệ luận văn thạc sĩ)1.TS Mai Cao Lân — Chủ tịch Hội đồng

2 TS Hoàng Quốc Khánh — Thu ký hội đồng3 TS Phạm Hoàng Việt — Cán bộ phản biện |

4.TS Nguyễn Hữu Nhân — Cán bộ phản biện 2

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành saukhi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Văn Buôn 5552 MSHV:7140873Ngày, thang, năm sinh: 03/03/19S6 «5S SSSSsssssss Nơi sinh: Hà NamChuyên ngành: Kỹ Thuật Dau Khí - 55+: Mã số: 60 52 06 04

I TÊN DE TÀI: “TÍNH TOÁN DAM BAO DONG CHAY CHO DUONG ONG VẬNCHUYEN DAU KHÍ TU MO X DEN GIÀN XU LY TRUNG TAM MO Y”

Il NHIEM VU VA NOI DUNG:Nhiệm vu: tính toán mô phỏng nhiệt, thủy lực đường ống vận chuyển đưa ra phương phápvận hành tối ưu

Nội dung:— Tổng quan về vận chuyên dau khí bằng đường ống và các phương pháp toi wu hóa— Cơ sở lý thuyết về dòng chảy da pha trong đường ông

— Tính toán nhiệt, thủy lực và mô phỏng dòng chảy trong đường ống vận chuyển daukhí từ mỏ X đến giàn xử lý trong tâm mỏ Y bằng phần mêm pipesim và đề xuấtphương án toi wu quá trình vận chuyển

Ill NGÀY GIAO NHIỆM VU:Ngày 09/09/2017

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

Ngày 03/12/2017

TRUONG KHOA KY THUAT DIA CHAT DAU KHÍ

(Ho tén va chit ky)

Ghi chú: Hoc viên phải đóng tờ nhiệm vu này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV

LỜI CÁM ƠN

Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Dao tạo củatrường Đại học Bách khoa Tp HCM (HCMUT) đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trongsuốt quá trình học tập và nghiên cứu tại Trường

Tôi xin cùng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thay giáo của trường Dai học Báchkhoa Tp HCM, những người đã dem lại cho tôi những kiến thức bố trợ rất hữu ích về lĩnhvực kỹ thuật dâu khí

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Đỗ Quang Khánh, TS Trần Đức Lân đãhướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học cần thiết giúp tôi hoànthành đề tài nghiên cứu của mình.

Cuôi cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đên gia đình, bạn bè, những người đã luôn bên tôi,động viên và khuyến khích tôi trong suốt quá trình tôi học tập và thực hiện đề tài này

Tp HCM, ngày 17 tháng 9 năm 2018

TÁC GIÁ LUẬN VĂN

Nguyễn Văn Buôn

TÓM TAT LUẬN VĂN

I Thông tin chung:

1 Họ và tên học viên: Nguyễn Văn Buôn MHV: 7140873

2 Chuyên ngành: Kỹ thuật Dầu khí Lớp:3 Người hướng dẫn: TS Đỗ Quang Khánh, TS Trần Đức Lân4 Đơn vị: HCMUƯT

5 Tên dé tài: “Tính toán đảm bảo dòng chảy cho đường ong vận chuyển dẫu khí từmo X đến giàn xử lý trung tâm mỏ Y”

Il Tóm tắt luận văn

Ngày nay, việc kết nỗi hệ thống các đường ống vận chuyền dau khí nội mỏ hoặc mỏcận biên là một trong những phương án phát triển được đánh giá cao về hiệu quả kinh tếđạt được Tuy nhiên, bên cạnh đó, nhiều rủi ro luôn tồn an trong quá trình vận hành hệthống đường ống này, đặc biệt đối với những đường ống ngầm dài hàng chục kilomet dướiđáy biển Do đó trong luận văn nay, giải pháp tối ưu hóa quá trình vận chuyển hỗn hop dầukhí trong đường ống ngầm dưới biển nhăm đảm bảo tính 6n định dòng chảy trong Ống,giảm thiêu rủi ro và chi phí vận hành được thực hiện.

Luận văn này được trình bày trong 96 trang bao gồm các phan: mở dau, 3 chương,kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo

Trong chương 1 trình bày về tổng quan về vận chuyển dầu khí bằng đường Ống:chương 2 trình bày về cơ sở lý thuyết vận chuyền dau khí và tối ưu hóa và trình bày mộtcách tong quan vẻ các hệ phương pháp nghiên cứu nhăm xác định mục đích, đối tượngvàcác phương pháp sử dụng cho việc tối ưu; chương 3 sẽ áp dụng cơ sở lý thuyết và tính toánnhằm xây dựng mô hình dòng chảy đa pha trong đường ống vận chuyển dầu khí từ mỏ Xđến giàn xử lý trung tâm mỏ Y

Luận văn tốt nghiệp

Đối tượng nghiên cứu cụ thé của luận văn là quá trình vận chuyên hỗn hợp dau khíbang đường ống ngầm dưới biến từ mỏ X đến giàn xử lý trung tâm mỏ Y Dựa trên cơ sởly thuyết đã trình bay ở những phan dau, các thành phan, tính chất chất lưu và hiện tranglàm việc thực tế trong đường ống vận chuyển này được tiễn hành phân tích và đưa ra nhậnxét Sau quá trình phân tích này xây dựng chỉ tiết bao gồm thu thập và xử lý các số liệu đầuvào can thiết phục vụ cho việc xây dựng mô hình, hiệu chỉnh mô hình, sử dụng mô hìnhmồ phỏng bài toán.

Phan cuối của luận văn ứng dụng phần mềm Pipesim của hãng Schlumberger tínhtoán nhiệt thủy lực tuyến ông từ mỏ X đến giàn xử lý trung tâm mỏ Y ở các chế độ lưu lượnghiện thời và chế độ lưu lượng trong tương lai nhằm cho ra kết quả chính xác nhanh nhất Trêncơ sở phân tích và đánh giá kết qua đạt được dé xuất phương án tối ưu nhăm cải thiện hiệusuất vận hành cũng như giảm thiểu rủi ro và tiết kiệm được chỉ phí xử lý nhăm mang lại hiệuquả kinh tế - kỹ thuật cao nhất trong quá trình vận hành

Y nghĩa khoa hoc và thực tiễn:Kết quả nghiên cứu của dé tài sẽ góp phan làm cơ sở lý luận và thực tiễn để nghiêncứu phát triển mô hình tối ưu đường ống vận chuyên dau khí trên các vùng biến của ViệtNam Bên cạnh đó kết quả của luận văn là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu phát triểnmạng lưới đường ống kết nối vận chuyển nội mỏ và vận chuyển dau khí từ các mỏ ngoàikhơi về đất liền Từ đó đề xuất phương án vận chuyền dau khí từ mỏ X đến giàn xử lý trungtâm mỏ Y tối ưu nhằm giảm thiểu rủi ro trong qúa trình vận chuyển dâu khí bằng đườngông.

Tôi xin cam đoan:Những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực, củatôi, không vi phạm bắt cứ điều gì trong luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam Nếu sai,tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.

TÁC GIÁ LUẬN VĂN

Nguyễn Văn Buôn

Luận văn tot nghiệp Mục lục

MỤC LỤC

90900 089) 4 iTOM TAT LUAN VAN 077 ,.H.H)L)L,à ii

MUC LUC 0 V

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VA TU VIET TẮTT - 5- s5 «s2 sesss viiiDANH MỤC CAC BANG BIEU 2 5< 5 s2 s2 S2 S29 se sessssesesssee ixDANH MUC HINH VẾ .- 5° S99 Sư 3 E9 03 x29 9 09 9x26 XMO DAU 5< G- << <6 S4 9E ềS E4 E3 E4 4 0 28 9E8 4 S0 eese se sesee xiCHƯƠNG 1: TONG QUAN VE VẬN CHUYEN DAU KHÍ BANG DUONG

0 Cc 11.1 Tổng quan về vận chuyền dầu khí bằng đường ống 5-5-5 so <2 11.2 Mục tiêu của việc tối ưu hóa — đảm bao dòng chảy trong đường ống vanChUYEN Cau KDA 001127277 21.3 Phương pháp tối ưu hóa - dam bảo dòng Chay -. <55se<esesese<<«e 31.3.1 Mục tiêu tối ưu hóa - đảm bảo dòng chảyy - 2-5252 5552 2£s+£eEzrrsreerkd 31.3.2 Các thông số vận hành và kiểm soát quá trình tối ưu hóa - đảm bảo dòng chảy31.3.3 Các phương pháp sử dung cho quá trình tối ưu hóa - dam bảo dòng chảy 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET DONG CHẢY ĐA PHA TRONG DUONG

ONG VAN 09;0040.057 5 92.1 Phương pháp tính toán nhiệt đường ống vận chuyền dầu [1-3] 92.2 Phương pháp tính toán thủy lực đường ống vận chuyền dầu 112.2.1 Tính toán thủy lực đường ống vận chuyền chat long Newton II2.2.2 Tính toán thủy lực đường ống vận chuyền chất lỏng phi Newton 162.2.3 Tính toán thủy lực cho hỗn hợp dau khí . -2 2-5 2 2+s£s+£zzezzesrxd 21

2.3 Đặc tính lý hóa và tính chất lưu biến của dầu thô < scseseses 292.3.1 Đặc tinh lý hóa của dầu thô ccccecscssessescsssssesessssessessesssssssessessssssessesseseenes 292.3.2 Tính chất lưu biến của dẫu ¿2 2E EE£EeEEESEEEEEEEEEEEEEErkerkrrerkee 322.4 Những van đề nay sinh khi lang đọng paraffin/wax trong đường ống 35

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THUY LUC VÀ MO PHONG DONG CHAYTRONG DUONG ONG VAN CHUYEN DAU KHÍ TU MO X TỚI GIÀN CPP

MO Y BANG PHAN MEM PIPESIM ssssssssssssscssssssssssssssssessseesssesssessssesseeseess 41

3.1 Tổng quan về mỏ X và đường ống kết nối đến giàn CPP M6 Y sscccssssscssesseseeees 413.2 Tính toán nhiệt thủy lực đường ống dẫn dau từ mỏ X tới giàn CPP mỏ Y 523.3 Tổng quan về phần mềm pipesÏim -< 5 5 5 << << ssesesesessssesese 593.3.1 Tam quan trong của phần mềm mô phỏng -2- 252 52 2 2+s2£s2£+2 593.3.2 Giới thiệu về phần mềm PipeSim + + 2 2522 E2 E2 ££E£E+EE£Ereersrred 593.4 Các bước cơ bản sử dụng phần mềm pỉpesỉm - 5-5-5 << << << 603.4.1 Các bước xây dựng mô hình bài toán vận chuyén dầu khí trong đường ống 61

3.4.2 Xây dựng mô hình chat lưu ¿2-2 25252 E2 ££E££E£EE£EEEESEESEErErrrrkrrkee 62

3.4.3 Xác định chế độ dòng chảy của mô hình lưu chat sử dung các quan hệ thựcnghiệm 62

344 Chạy và xuất báo CáoO -. - - + T111 1111151101111 11 111111111111 tk, 63

3.5 Ap dung phan mềm pipesim vào tinh toán đường ống vận chuyền dau khí từ

mồ X tới giàn CPP MO ŸY, d5 6 6 89999 9.9996 9899994999 9989994999608898899999900666866966 63

3.5.1 Tính toán nhiệt thủy lực đường ống dẫn dau khí từ mỏ X tới giàn CPP mỏ Y633.5.2 Phân tích độ nhạy của các thông số vận hành đầu vào - c5 c+cscsz 663.5.3 Giải pháp tối ưu cho tuyến ống nham tránh lang dong Wax trong đường Ống từMO X ti QIAN CPP MO À0 e 75KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ 2-5 5 s2 2 S2 s2 2 seSs 9 e9 sex ssessse 77TÀI LIEU THAM KHAO) ° 5° s2 2S 9 99% S999 sex sssessse 78

vi

Luận văn tot nghiệp Mục lục

Phụ lục 01: Primary QufUIV - << 130 HH TH ng vn 81Phụ lục 02: Auxiliary QUfUI - - << 110 HH TH ng vn 32

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VA TU VIET TAT

Ký hiệu Tên đầy đủ Chú giảiBK Block of Conductors Gian nhẹ

CPP Central Processing Platform Giàn xử lý Công nghệ trung tâmFSO Floating Storage and Offloading Tàu chứa dầu

GLR Gas Liquid Ratio Tỉ số khí/lỏngGOR Gas Oil Ratio Tỉ số khí/dầuMSP Marine Stationary Platform Gian cố định

VSP Vietsovpetro Lién doanh dau khi Viét-Nga

WAT Wax Appearance Temperature Nhiệt độ bat đầu xuất hiện

paraffinWHP Wellhead platform Cum gian dau giéng

vill

Luận văn tot nghiệp Danh mục bảng biểu

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bang 1.1 Các đặc tính co ban của đường ống vận chuyển mỏ X — CPP mỏ Y 5Bang 3.1: Thành phần chất lưu mỏ X - 7-52 2E +eE8E+EEEEESEEEEeESE+EEEESE+EEeE+E+E+eEeEeEzezs=2 43Bảng 3.2 Các đặc tính kỹ thuật của đường ống ngầm khai thác -‹ 48Bang 3.3 Kết quả tính toán nhiệt độ tai các điểm đặc biệt trên tuyến ông 55Bảng 3.4 Giá trị tôn hao áp suất dọc theo tuyến Ống 2 - <5 s+Ssx£E+EsE£Es£exevszEesse 57Bảng 3.5 Kết quả tính toán áp suất tại các điểm đặc biệt trên tuyến 6ng 58Bang 3.6 Kết quả tính toán nhiệt độ đầu ra của tuyến ông -¿©-s++ccsrxsre 64Bang 3.7 Kết quả tính toán áp suất đầu ra của tuyến Ống s- + s s + s £s+xs+x+ssxecse 65Bảng 3.8 Kết quả tính toán nhiệt đô và phân tích nhiệt đô đầu vào tại mỏ X để xuất hiện Waxtronø đường ông vần chuyển dầu khí ccceccccccocceccceccoccscceecceccceccesesecceccesceecsessesersecesceseseceesseeseee 76

DANH MỤC HINH VE

Hình 1.1 — Mục đích tối ưu hóa vận chuyển dầu khí trong đường ống [§] 2Hình 1.2 — Các lớp bọc cách nhiệt đường ống vận chuyên mỏ X — CPP mỏ Y [18] 4Hình 1.3 Thoi làm sạch đường Ong [3] -¿- + 2 ¿+ 25522 EE£E££S££E££E£EE£EE£keEeErrsrerkd 7Hình 2.1 Sự thay đối nhiệt độ theo công thức Sokhov [1] . 552 se<+c2£szse: 11Hình 2.2 Đường cong chảy của chat long Bingham va chất long Newton [1] 17Hình 2.3 Dac tính chuyển động của chat long Bingham trong ống (a), phân bố lực cat z (b)va toc dO chuyén dOng 01/2801 77 = 18Hình 2.4 Các kiểu cau trúc phụ thuộc vào tốc độ hỗn hop và ty lệ khí [1] - 22Hình 2.5 Các mô hình chất lỏng Newton và phi Newton [ I] . 5-2 5 s©cs£szse: 32Hình 2.6 Cau tao paraffin [26] - ¿<< 2+ SE k+EE£E£EEEEEEEEEEEEEESEEEEEEESEEEESCEEEsrkrrerkee 35Hình 2.7 Cơ chế khuếch tán phân tử [17] -2- - 2 s2 ££E£E£E+EE£E2EE£Se+E£Se+srrsrxee 38Hình 2.8 Cơ chế khuếch tán tinh thé và phân tán trượt phân tử [17] -. . -: 40Hình 3.1 Sơ d6 vị tri m0 XXL 5 s6 k3 199191191191 9E918 1156913 915689 96 crei 42Hình 3.2: Máy phân tích vi nhiệt (DSC) nghiên cứu điểm bat đầu kết tinh của parafin và kếtUa PHAN tich MAU 007071777 45Hình 3.3: Thiết bị Nghiên cứu điểm bat đầu kết tinh của parafin bằng Kính hiển vi phân cực(CPM) và ket quả phân tich mmâU - - << G53 E919 915 93 1 911 901010 ng g1 re 46Hình 3.4 Sơ đồ đường ống kết nối từ mỏ STT tới giàn CPP STV 52s csecs¿ ATHình 3.5 Phuong pháp luận nhằm đánh giá kha năng lang dong Wax trong đường ống 49Hình 3.6 Sơ đồ tuyến ống từ mỏ X ra giàn CPP mỏ Y - 2-2 2 6 2252 £s2£+£Ez£Ezzerxee 52Hình 3.7 Biểu đồ tính toán nhiệt độ tuyến ống từ mỏ X tới giàn CPP mỏ Y 55Hình 3.9 Các bước co bản sử dụng phần mềm Pipesim 2-2 252 + s££2£s2£se‡ 61Hình 3.10 Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và chiều dai tuyến Ống - 5-2552 64Hình 3.11 Đồ thị quan hệ giữa áp suất và chiều dài tuyến Ống . 5-2555: 65Hình 3.12 Biéu đồ biểu diễn quan hệ sự thay đồi nhiệt độ dọc theo tuyến ống khi lưu lượng"O0 ‹ As 1< G7Hình 3.13 Biểu đỗ biểu diễn quan hệ sự thay đổi áp suất dọc theo tuyến ống khi lưu lượngthay đối _ Ă.S.< C2 2 2 1 1111 1211111111 HT T1 01 11 110 T2 TH gu nu gu 67

Luận văn tốt nghiệp Danh mục hình vẽ

Hình 3.14 Biểu đồ biểu diễn quan hệ sự thay đổi nhiệt độ dọc theo tuyến ống khi We thay7= 68Hình 3.15 Biểu đồ biểu diễn quan hệ sự thay đối áp suất dọc theo tuyến ống khi We thay đổi

Hình 3.16 Biéu đồ biểu diễn quan hệ sự thay đổi nhiệt độ dọc theo tuyến ống khi Mass flowrate thay đôi 70

Hình 3.17 Biểu đồ biểu diễn quan hệ sự thay đối áp suất dọc theo tuyến ống khi Mass flowrate thay đỔIi ¿- ¿5< 56c e2 1111115 1511411115 151111 15 0111101 051111 01111111 T0 0 TH HH Hit 71Hình 3.18 Biéu đồ biểu diễn quan hệ sự thay đổi nhiệt độ dọc theo tuyến ống khi P thay đổi

MO DAU

1 Tính cấp thiết và ý nghĩa của đề tài

Dâu khí là nguồn năng lượng quan trọng để phát triển nên kinh tế Ngành côngnghiệp dầu khí đóng góp hơn 25% tong ngân sách nhà nước Nhằm đáp ứng nhu cầu tiêuthụ dau khí ngày càng gia tăng của thị trường trong nước cũng như đảm bảo phát triển kinhtế đất nước đòi hỏi phát triển nhanh và hiệu quả các mỏ dầu khí, đặc biệt là các mỏ có trữlượng thu hồi nhỏ Việc nghiên cứu va đưa ra các phương án dé phát triển các mỏ nhỏ tạiViệt Nam có ý nghĩa quan trọng và cấp thiết trong giai đoạn hiện nay Một trong nhữngnhững phương án tốt nhất được ứng dung tại các công ty điều hành dau khí là phương ánphát triển kết nỗi Với phương án nay, sản phẩm dau khí sau khi được khai thác lên từ cácgiàn đầu giếng ở các mỏ nhỏ sẽ được vận chuyền thông qua hệ thống đường ống ngâm dướibiên đến hệ thống xử lý tại các giàn xử lý trung tâm hoặc các tàu xử lý và chứa FSO

Việc tối ưu hóa quá trình vận chuyển hỗn hợp dau khí xuất phát từ nhu cau dự ánthực tiễn của Cửu Long JOC về đường ống kết nối dài 18782 m từ mỏ X đến giàn xử lýtrung tâm mỏ Y Với một hệ thống đường ống dai như vậy, quá trình vận chuyển luôn gặpnhiều tiềm an rủi ro cao như lang đọng paraffin trong đường ống, sự hình thành các nút khí,sự thay đổi điều kiện làm việc trong quá trình vận hành đường ống Tác động của nhữngviệc này sẽ làm tắc nghẽn đường ống, gây cản trở sự di chuyển của chất lưu, tạo nên sự tícháp và giảm năng suất vận chuyển trong ống Cho nên, việc nghiên cứu, đề xuất cácphương án công nghệ hợp lý và lập ra biện pháp kiểm soát thích hợp nhăm đảm bảo tính6n định của dòng chảy, hạn chế rủi ro trong quá trình vận hành đường ống là một trongnhững van dé được quan tâm hàng đầu hiện nay Nhiéu mỏ dau ở vùng biến Việt Nam cóđặc tính chung là: hàm lượng paraffin cao, nhiệt độ môi trường đáy biến thấp, hệ thôngđường ống và các hệ thống kỹ thuật hỗ trợ quá trình vận chuyển dầu còn hạn chế về sốlượng, mật độ, công nghệ và công suất dẫn đến nhiều vẫn đề ảnh hưởng đến quá trình vậnchuyên của đường ông Chi phí khac phục sự cô và thời gian gián đoạn sản xuât là van đề

Xii

Luận văn tot nghiệp Mo dau

hét suc cap bach đôi với các hệ thong Ong dân hiện tại Chính vì vay, dé tài luận van “Tinhry ry ` ` 9 `toán dam bảo dòng chảy cho đường ống vận chuyển dau khí từ mỏ X đến giàn xử lý trungtam mỏ Y được nghiên cứu.

2.Mục dich/muc tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu, mô phỏng dòng chảy trong đường ống vận chuyền dau khí từ mỏ X tớigiàn xử lý trung tâm mỏ Y

Quản lý, giảm thiểu rủi ro trong quia trình vận hành đường ốngNội dung nghiên cứu

Lý thuyết dòng chảy đa pha trong đường Ống.Tìm hiểu các mô hình dòng chảy và cơ sở xây dựng mô hình dòng chảy trong đườngống vận chuyền dầu khí đa pha

Thu thập dữ liệu vé đường ống cũng như môi trường xung quanh tác động đến việcvận chuyền dau khí băng đường ống từ mỏ X đến giàn xử lý trung tâm mỏ Y.Sử dụng phan mém Pipesim dé mô phỏng và phân tích các chế độ làm việc khácnhau trong đường ống vận chuyên dầu khí và đề xuất phương án giảm thiểu các rủiro trong quá trình vận chuyền dau khí bang đường ống từ mỏ X đến giàn xử lý trungtâm mỏ Y.

Phương pháp nghiên cứuPhương pháp phân tích và tong hopPhương mô hình hóa

Phương pháp sơ đồPhương pháp phân tích và tong hợp kinh nghiệmPhương pháp giả thuyết (đề suất và kiếm chứng giả thuyết)

Co sớ tài liệu cua luận văn

Lê Xuân Lân, Giáo trình thu gom xử lý dâu — khí — nước, Trường đại học Mỏ Diachất Hà Nội, (2005)

Phùng Dinh Thực, Xử lý và vận chuyển đầu mo, Nhà xuất ban Dai hoc Quốc giaTP.Hồ Chí Minh, (2001).

Nguyễn Thúc Kháng, Từ Thanh Nghia, Tống Cảnh Son, Phan Bá Hiển, Pham Thành Vinh,Nguyễn Hoài Vũ, Công nghệ xử lý và vận chuyên dâu nhiêu paraffin ở thêm lục địa namViệt Nam, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, (2016)

Phùng Đình Thực, Tống Cảnh Sơn, "Phương pháp phân tích hệ động lực học trongđường ống ngâm vận chuyển dầu nhiều paraffin tại mo Bach Hồ", Tuyển tập Hộinghị Khoa học Công nghệ năm 2000 Ngành Dấu khí trước thêm thé ky 21, 2 (2000),Đỗ Xuân Hòa, Tối wu hóa quá trình vận chuyển dầu khí trong đường ống ngâmdưới biển từ mỏ cá ngừ vàng đến giàn xử lý trung tâm số 3 mo bạch hồ”, Luận văntốt nghiệp Đại học Bách khoa Tp HCM, (2013)

A Singh, H Lee, P Singh and C Sarica, SS: “Flow Assurance: Validation of WaxDeposition Models Using Field Data from a Subsea Pipeline”, OTC 21641, TheOffshore Technology Conference, (2011).

E D Burger, T K Perkins and J H Striegler, “Studies of Wax Deposition in theTrans Alaska Pipeline”, Journal of Petroleum Technology 33(6) (1981), 1075-

1086.Hyun Su Lee, Computational and Rheological Study of Wax Deposition and Gelation inSubsea Pipelines, PhD Thesis, the University of Michigan, (2011).

H V JOC, Scope of Word for Flow Assurance Further Study for CNV to CCP3Production Pipelines, (2012).

M Siljuberg, Modelling of Paraffin Wax in Oil Pipelines , Master thesis, Nor-wegianUniversity of Science and Technology, (2012).

Nguyen Thuc Khang, Ha Van Bich, Tong Canh Son, Le Dinh Hoe, JV Vietsovpetro;Phung Dinh Thuc, PVEP Vietnam, “Anew Approach for Regime Optimization ofOil and Gas Mixture Pipeline Transpotation ”, SPE 88596, Society of PetroleumEngineers, (2004).

XỈV

Luận văn tot nghiệp Mo dau

R Venkatesan and J Creek, Wax Deposition and Rheology: Progress and Problems Froman Operator’s View, OTC 20668, Offshore Conference (2010).

Z Huang, Application of the Fundamentals of Heat and Mass Transfer to theInvestigation of Wax Deposition in Subsea Pipelines, PhD Thesis, the University ofMichigan, (2011).

6 Tình hình nghiên cứu liên quan tới dé tài

Trên thế giới, một số công trình đã nghiên cứu về việc tối ưu hóa vận chuyển hỗnhợp dâu khí đa pha trong hệ thống đường ống kết nối dựa trên các van dé xảy ra trong thựctế Bài báo Leksono Mucharam, Septoratno Siregar, Darmadi, Musyoffi Yahya, AchirulAkbar, “Optimization of parafinic oil transmission pipeline network design: simulationapproach” 2008, dựa trên các phương trình bao toàn năng lượng và phương pháp Newton-Raphson kết hợp với việc phân tích, đánh giá chế độ dòng chảy và các thành phân, tính chấtcủa chất lưu vận chuyền trong đường ống, tác giả đã xây dựng thành công mô hình dự báođược quá trình tồn thất áp suất và nhiệt độ của chất lưu trong suốt quá trình vận chuyền.Mô hình nay đã được ứng dụng trong nhiều bài toán tối ưu hóa vận chuyển hỗn hợp daukhí đa pha, đặc biệt là dầu chứa nhiều hàm lượng paraffin

Bài báo Jinya Zhang; Hongwu Zhu; Yan Li; Chun Yang, “Multi-ObjectiveOptimization of the Gathering and Transferring of Oil-Gas Pipe Network Based on theGenetic Algorithm” 2009 dựa trên thuật toán mã hóa số liệu và lay mau ngau nhiên, tác giađã xây dựng lên hàm đa mục tiêu cho bài toán tối ưu hóa quá trình vận chuyển hỗn hợp daukhí đa pha trong hệ thống đường ống vận chuyển Thông qua phương pháp nay, các yếu tôvề kinh tế cũng như hoạt động của chất lưu trong đường ống (chế độ thủy lực, nhiệt động )được cải thiện khá hiệu quả và giảm thiêu được nhiêu rủi ro trong suốt quá trình vận hành.

Trong luận văn tiễn sĩ Conrado Borraz-S anchez “Optimization Methods forPipeline Transportation of Natural Gas” Dissertation for the degree of Philosophia Doctor(PhD) Department of Informatics University of Bergen, Norway October 2010 tác gia cũng

đã đưa ra các lý thuyết về khai thác và vận chuyền khí tự nhiên bang đường ống O đây détối ưu hóa quá trình vận chuyền khí tự nhiên băng đường Ống thì tác giả đã thực hiện theocác bước sau:

= Hiểu rõ các van dé gặp phải khi vận chuyển dau khí băng đường ống= Thu thập và phân tích các số liệu

= Phát triển và đánh giá một số mô hình toán học= Thiết kế các học thuật giải bài toán tối ưu= Giải thích và xác nhận kết quả

= Bô sung các hành động nâng cao tính hiệu quaDé giải quyết các bài toán trên thì tác giả đã sử dụng các phương pháp: mô hình toánhọc được nhặc đến bang cách xem xét 2 khía cạnh chính: các đặc tính của các thành phanchính, không gian tìm kiếm (khu vực có tính khả thi) mối liên quan giữa các đại lượngtrường hợp này băng phương pháp lập trình tuyến tính Sau đó phương pháp lập trình tuyếntinh này được phát triển thành phương pháp đơn hình bởi George B Dantzig vào năm 1947.Sau đó tác giả đưa ra các giải pháp cho hệ thống đường ống dẫn khí bao gồm: mô hình số,tối ưu toán học, giải pháp phân tích và tính toán, phương pháp phỏng đoán và tiệm cậnngoại suy, các ngôn ngữ lập trình và công cụ tối ưu hóa Nhưng trong toàn bộ luận văn tácgiả chỉ đưa ra các phương pháp tổng quát chưa đưa ra điều kiện cụ thể cho từng loại đườngông và từng điêu kiện cụ thê của từng mỏ và với các điêu kiện biên của đường ông.

Tại Việt Nam, một số công trình đã nghiên cứu các giải pháp cho việc tối ưu hóa vàđảm bảo chế độ dòng chảy trong đường ống vận chuyển hỗn hợp dau khí Trong bài báocủa Nguyen Thuc Khang, Ha Van Bich, Tong Canh Son, Le Dinh Hoe, JV Vietsovpetro;Phung Dinh Thuc, “A New Approach for Regime Optimization of Oil and Gas MixturePipeline Transportation” PVEP Vietnam, 2004), các tac gia đã xây dựng một phương phápkhá hiệu qua cho việc quản lý chế độ dòng chảy đa pha trong hệ thống đường ống vận

xvi

Luận văn tot nghiệp Mo dau

chuyén bang phương pháp thống kê dựa trên dữ liệu thực tế dé phân tích sự dao động ápsuât và xác định các thông sô tức thời.

Bên cạnh đó, một số công trình đã và đang được nghiên cứu về việc đảm bảo dongchảy trong đường ống vận chuyển ở các công ty điều hành dau khí như Hoàn Vũ JOC kếthop với Vietsovpetro liên quan đến đường ống kết nối từ mỏ Cá Ngừ Vàng về giàn xử lýtrung tâm CPP-3 của mỏ Bạch Hỗ, Hoàng Long JOC kết hợp với Thăng Long JOC liênquan đến dự án kết nối đường ống từ HST/HSD vẻ giàn TGT-HI1 của mỏ Tê Giác Trăng

Trong luận văn tốt nghiệp đại học của Đỗ Xuân Hòa “Tỗi ưu hóa quá trình vậnchuyền hỗn hop dau khí băng đường ống ngầm dưới biển từ mỏ Cá ngừ vàng đến giàn xửlý trong tâm số 3 của mỏ Bạch hỗ” ĐHBK Tp HCM thì tác giả sử dụng phầm mềm OLGAđể giải quyết van dé tối ưu hóa dòng chảy 2 pha dau khí trong đường ống chưa giải quyếtbài toán dòng chảy 3 pha trong đường ống dẫn khí dưới đáy biến

Chính vì vậy đề tài của tôi có thể áp dụng các giải pháp ở trên và ứng dụng một phầnmềm cụ thể là pipesim để giải quyết bài toán cụ thể ở đây là tìm ra các thông số làm việctối ưu cho đường ống dẫn dầu khí với các điều kiện cụ thể tại mỏ Sư tử trắng và với điềukiện môi trường khí hậu của vùng biến block 15.1, đồng thời giảm thiểu rủi ro trong quátrình vận hành đường ong

7 Y nghia khoa hoc va y nghia thwe tién7.1 Y nghĩa khoa học:

- Tir kết quả nghiên cứu của dé tài góp phan làm cơ sở lý luận và thực tiễn dé nghiêncứu phát triển mô hình tối ưu đường ống vận chuyền dau khí trên các vùng biển củaViệt Nam.

- _ Là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu phát triển mạng lưới đường ống kết nối vậnchuyên nội mỏ va vận chuyên dâu khí từ các mỏ ngoài khơi về dat liên.

7.2 Y nghĩa thực tiễn:- Dé xuất phương án vận chuyển dau khí từ mỏ X đến giàn xử lý trung tâm mỏ Y tối

ưu nhất.- Quan lý, giảm thiểu rủi ro trong qua trình vận chuyền dau khí bang đường ống

XVIII

Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tong quan

CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE VẬN CHUYEN DAU KHÍ BANG

DUONG ONG1.1 Tong quan về vận chuyền dau khí bằng đường ống

Trên thực tế, việc phát triển các mỏ nhỏ là một bài toán khó khăn do có nhiều rủi ro,chi phí đầu tư và vận hành tính trên mỗi don vị thu hôi lớn Vì vậy, để phát triển các mỏnhỏ, việc lựa chọn và áp dụng phương án công nghệ mới thích hợp trong lĩnh vực vậnchuyền là ưu tiên hàng dau Trong đó, phương án phát triển kết nỗi băng đường ống đượcđánh giá cao về hiệu quả kinh tế đạt được Với phương án nay, các hệ thống thiết bị xử lývà cơ sở hạ tầng sẵn có ở các mỏ lân cận được tận dụng khá hiệu quả cho việc phát triểncác mỏ mới.

Đã có một số dự án phát triển theo phương án nay như mỏ Cá Ngừ Vang (16 09.2,Hoàn Vũ JOC), mỏ Nam Rồng — Đôi Mỗi (lô 09.3, công ty VRJ) và Phương Đông (Lô15.1, JVPC) Mỏ Cá Ngừ Vàng va Nam Rong — Đôi Môi được nối về hệ thống thiết bị tạimỏ Bạch Hồ (Vietsovpetro), mỏ Phuong Đông được kết nối vào hệ thống thiết bị của mỏRạng Đông.

Việc chia sẻ thiết bị thu gom, khai thác, xử lý và vận hành chung giữa các mỏ lâncận giúp giảm thiểu hang trăm triệu USD chi phí đầu tư và phát triển khai thác Nhưng bêncạnh đó, các rủi ro luôn tôn tại đối với hệ thống đường ống kết nối khá dài giữa các mỏ vớinhau như lắng đọng paraffin (Wax) gây tắc nghẽn, ngưng hoạt động hệ thống đường ốngkết nối CNV-CPP3 (2008), sự hình thành các nút khí tác động xấu đến đường ống (sự tícháp trong đường ống gây nguy cơ nỗ ống) và khả năng tiếp nhận của hệ thông bình tách sơcấp (quá trình biến đối đột ngột lượng chất lỏng trước khi vào bình tách) Trước tình hìnhthực tế này, việc khảo sát bài toán tối ưu hóa vận chuyển nhằm đảm bảo dòng chảy trongđường ống luôn hoạt động ở trạng thái tốt nhất là rất cần thiết Cụ thể, công ty điều hànhchung dầu khí Cửu Long JOC đã và đang nghiên cứu việc xử lý hóa phâm giảm nhiệt độđông đặc cho Wax ở mỏ X, việc phóng thoi định kỳ nạo vét đường ống để loại bỏ Wax lăng

đọng trên thành ống, lưu lượng vận chuyển hợp lý nhất cho mỗi giai đoạn khai thác phùhợp với điêu kiện thực tê của đường ông v.v

1.2 Mục tiêu của việc tối ưu hóa — đảm bao dòng chảy trong đường ống vận chuyền

dầu khíTrên thực tế, hệ thống đường ống vận chuyền dau khí trong đường ống ngầm dướibiển nội mỏ với nhau luôn đối mặt với sự dao động áp suất, nhiệt độ và lưu lượng vậnchuyển của chất lưu trong ống Các yếu tô này có thé gây ra sự phức tạp và tinh mat ônđịnh trong vận chuyển dầu khí đặc biệt đối với các hệ thong đường ống dài hàng chụckilomet dưới đáy biến Vì vậy, công tác tối ưu hóa - đảm bảo dòng chảy trong đường ốngluôn được tiễn hành thực hiện với mục đích xác định chế độ làm việc tối thiểu mà tại đóchất lưu vẫn có thé di chuyển được trong đường Ống và tìm ra phương án hợp lý giảm thiểurủi ro trong quá trình vận hành, hình 1.1.

Tối ưu hóa — đảm bảo dòng chảy trong

đường ông vận chuyên

Giảm thiểu rủi ro Ất AC SE ch củ Lý

(Lăng đọng Wax, tắc nghẽn "`1 .-

(Hóa phẩm ức chế & giảm nhiệt

Dam bao dòng chảy hoạtđộng tốt nhất có thể

Hình 1.1 — Mục đích tối ưu hóa vận chuyền dau khí trong đường ống [8]

Trang 2

Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tong quan

1.3 Phương pháp tối ưu hóa - dam bảo dòng chảy

Quá trình vận chuyền dau khí trong đường Ống chịu sự tác động bởi khá nhiều yếutố từ bên trong lẫn bên ngoài đường ống Vi vậy, để tìm ra phương pháp tối ưu hiệu quahoạt động vận chuyền trong đường ống, mục tiêu tối ưu và các thông số kiểm soát quá trìnhtối ưu cần phải được xác định rõ Sau đó, các phương pháp tối ưu sẽ được xây dựng dựatrên các mục tiêu và tình hình hoạt động thực tế của đường ống vận chuyển dầu khí

1.3.1 Mục tiêu toi ưu hóa - dam bảo dòng chảy- Đảm bảo dòng chảy hoạt động Ổn định trong đường ống vận chuyên, giảm thiểu rủi

ro, tối thiểu hóa chi phí vận hành.- Str dụng hợp lý các điều kiện trang thiết bị, kinh tế kỹ thuật hiện có của công ty

nhằm làm tăng tối đa lợi nhuận của công ty khi khai thác mỏ1.3.2 Các thông số vận hành và kiểm soát quá trình tối ưu hóa - đảm bảo dòng chảy

Quá trình đảm bảo dòng chảy này liên quan đến nhiều yếu tố về điều kiện vận hànhnhư lưu lượng, áp suất, nhiệt độ lượng hóa phẩm sử dụng để giảm nhiệt độ đông đặc và độnhớt của chất lưu

1.3.3 Các phương pháp sử dụng cho quá trình tối ưu hóa - đảm bảo dòng chảy

Một trong những nhiệm vụ quan trọng trong quá trình vận chuyển dầu khí băngđường ống là cải thiện các chế độ thủy lực dựa vào việc dự báo vẻ các điều kiện nhiệt độnglực học của chất lưu vận chuyền trong ống Đề thực hiện được điều này, nhiều phương phápsử dụng cho quá trình tối ưu đã được nghiên cứu và ứng dụng như tăng áp suất vận chuyền,gia nhiệt và cách nhiệt dọc đường ống, xử lý dầu băng hóa phẩm, các phương pháp cơ họckhử các lớp lang đọng trong đường ống như phóng thoi nạo vét ỗng, bơm dau nóng, dùngnước nóng v.v Nhưng trước khi các phương pháp này được đưa vào sử dụng, việc xemxét tình hình về điều kiện thực tế và lợi ích kinh tế phải được xem xét và kiểm tra thật kỹlưỡng đôi với các yêu câu đặt ra cho mục tiêu tôi ưu.

Hiện nay, dựa trên tình hình thực tế đường ống kết nối từ mỏ STT đến giàn CPP mỏSTV một số phương pháp được sử dụng để giải quyết bài toán tối ưu hóa bao gồm cáchnhiệt dọc đường ống, xử lý dau bằng hóa phẩm, phóng thoi nạo vét đường ống.

a Bọc cách nhiệt dọc đường ống

Nhiệt độ dòng dau thô có thể được duy trì và giảm thiểu sự ton that bang các lớp bọccách nhiệt, hình 1.2 & bảng 1.1 Với hệ số truyền nhiệt 1.913 W/m2K cho toàn bộ tuyến

ống, các lớp bọc cách nhiệt được thiết kế sao cho nhiệt độ của hỗn hợp dầu khí năm trên

nhiệt độ hình thành tinh thể Wax (Wax Appearance Temperature/WAT)

POLYURETHANE FOAM Concrete Weight Coating

INSULATION SYSTEM 48.26 mm

(Density = 2242.6 kg/m*3)

Sclid Polypropylene 3.5 mm(Density = 900 ke/m*3) — solid Polypropylene Jacket

Luận văn tốt nghiệpChương I: Tông quan

Bảng 1.1 Các đặc tính cơ bản của đường ống vận chuyển mỏ X — CPP mỏ Y

Yếu tổ thiết kế Thông sỐ Gia tri Don v1

Duong kinh ngoai 323.9 mm

Steel Pipe Bé day 9.5 mm

Ông thép Vật liệu API 5L X65

-Độ dẫn nhiệt 45 W/m”/KTỷ trọng 7850 kg/ m2

lò Layer of Coating Bê dày 0.15 mm

gid Layer of Coating Bê day 3.5 mm

Vat lig Solid Pol |

-Lớp cách nhiệt thứ 3 e_ ole F9 yPFOPy cúc

Độ dân nhiệt 0.215 W/m”/K

Tỷ trọng 900 kg/m?4t Layer of Coating Bê day 26 mm

Vat lig PU FLớp cách nhiệt thứ 4 — eam

Độ dân nhiệt 0.04 W/m*/K

Ty trong 165 kg/m?5th Layer of Coating Bê day 4 mm

Vat lig Solid Pol |Lớp cách nhiệt thứ 5 — ond “olypropytene

Độ dân nhiệt 0.215 W/m”/K

Tỷ trọng 900 kg/m?

Concrete Weght Coating Bé day 48.26 mm

b Xử lý dau bang hóa phẩm

Sử dụng hóa phẩm làm giảm nhiệt độ đông đặc Wax (Wax AppearanceTemperature/WAT) là phương pháp có nhiều triển vọng trong xử lý dầu nhiều Wax dé vậnchuyền bằng đường ong

Ở nhiệt độ cao hóa phẩm cho vào dâu sẽ không làm thay đối độ nhớt của dau Anhhưởng của hóa phẩm chỉ nhận thay ở nhiệt độ thấp, khi mà trong dau diễn ra sự hình thànhcau trúc các tinh thé Wax Hiện nay, chưa có quan điểm thống nhất về cơ chế hoạt động củanhững hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc Tuy nhiên, đa số các nhà nghiên cứu đều nhận thấysự hoạt động lưỡng tính của chúng: thứ nhất, những phân tử hóa phẩm giảm nhiệt độ đôngđặc cùng với Wax tạo ra những tinh thể hỗn hợp, điều này dẫn đến cấu tạo của chúng thayđổi và ngăn chặn sự hình thành mạng lưới cau trúc liên tục; thứ hai, những phan tử hóa phẩmgiảm nhiệt độ đông đặc đóng vai trò như những trung tâm mà xung quanh chúng Wax bị tinhthé hóa tạo nên những hợp thé không liên kết được với nhau

Tinh hiệu quả sử dụng hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc phụ thuộc vào bản chất hóahọc của dầu Không có loại hóa phẩm chung cho tất cả các loại dầu Thực tế quan sát đã chothay những tinh chất lưu bién của dầu mỏ STT đã được cải thiện đáng kế khi chúng được xửlý băng hóa phẩm làm giảm nhiệt độ đông đặc Khả năng giảm nhiệt độ đông đặc đối với

Wax tại mỏ STT ở khoảng 10 — 15°C.

c Phóng thoi nạo vét đường ong (Pigging)Trong quá trình xây dựng đường ống thường xảy ra các hiện tượng sau:

- _ Đường ống bị móp trong quá trình lắp đặt ống.- _ Có thể có nhiều di vật sót lại trong lòng ống như đầu que hàn, các dụng cụ làm việc,

các phế phẩm của vật liệu xây dựng v.v Khi vận chuyển hỗn hợp dầu ra tàu chứa hoặc giàn công nghệ trung tâm thường xảyra các hiện tượng như:

- Paraffin kết tủa trên thành ống làm cho lòng ống bị thu hẹp dan và dẫn đến giảmnăng lực vận chuyển của Ống, gây ra tốn thất lớn về năng lượng trong quá trình vậnchuyên.

Trang 6

Luận văn tốt nghiệp Chương 1: Tong quan

- Néu chế độ dòng chảy của đường ống ở vào chế độ chảy tang trong quá trình vậnchuyển dau và nước thi sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn đường ông khá mạnh ở phandưới vì trong nước hàm lượng muối khá cao (tương ứng với nước biến)

- _ Trong quá trình vận hành đường ống có thé bị các khuyết tật do các tác động củamôi trường (sự thay đổi nhiệt độ, sự tác động của sóng — dòng chảy hoặc địa hìnhđáy biên thay đổi) hoặc do tác động của ngoại vật như neo tàu

ho ¬

i=

aes

Hình 1.3 Thoi làm sạch đường ống [3]Đề khắc phục hiện tượng trên, người ta đã tiễn hành sử dụng một loại thiết bị chuyêndụng gọi là thoi, hiện nay đã có các loại thoi sau:

- Thoi làm sạch đường ống: dùng dé rửa Wax trong lòng ống va day các chất cặn củaquá trình ra khỏi ống (hình 1.2)

- Thoi thông minh: dùng dé phát hiện những khuyết tật trong lòng ống nhằm đảm bảoan toàn cho đường ỗng

- Thoi đo độ Ovan của lòng ông: dùng dé phát hiện khi ống bị móp quá mức độ chophép.

Thực tế cho thay quá trình vận chuyền dau, khí mỏ X bị ảnh hưởng bởi khá nhiều yếutố như sự tốn hao nhiệt trong hệ thống đường ống vận chuyền dài, thành phan chat lưu phứctạp, nhiệt độ hình thành và đông đặc Wax khá cao v.v gây ra nhiều khó khăn trong côngtác xử lý và vận chuyền dâu khí Khi các biện pháp phòng chống lắng đọng Wax trong đường

ống không dat hiệu quả, biện pháp co học - phóng thoi nao vét đường ống được thực hiệnnhằm mục đích loại bỏ Wax, Hydrate, Scale, ra khỏi đường ống.

Nguyên tắc hoạt động của con thoi: Dưới áp suất được thiết lập đây thoi ở phía sau,toàn bộ con thoi được nén theo chiều dọc đường ống và mở rộng hoàn toàn như một cái nêmvào đường ông Dưới áp suất cao từ phía sau, chat lỏng sẽ phụt qua con thoi có tác dụng bôitrơn và làm mát con thoi, giúp con thoi giữ được đặc tính và hình dạng trong suốt quá trìnhdi chuyển Hoạt động phun này rất quan trọng, nó cũng giúp cho quá trình cắt các lớp cặnsáp trên đường ống, làm cho các lớp lắng đọng trên đường ống bị mềm, lỏng lẽo, trước khicon thoi đi qua.

Trang 8

Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Cơ sở lý thuyết

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET DONG CHAY DA PHA TRONG

DUONG ÔNG VẬN CHUYEN2.1 Phuong pháp tính toán nhiệt đường ống vận chuyền dau [1-3]

Khi vận chuyền trong đường ống, nhiệt độ của chất lưu được truyền qua ống ra môitrường nên nhiệt độ chất lưu sẽ giảm dan theo khoảng cách Với dâu, khi nhiệt độ giảm, độnhớt sẽ tang, dẫn đến tốn hao ma sát lớn và làm tăng công suất vận chuyền, nếu dau cónhiều nhựa và paraffin có thể xảy ra sự đông đặc gây tắc nghẽn và có thể dẫn tới phá hủyđường Ống

Việc tính toán nhiệt là xác định sự thay đối nhiệt độ dọc tuyến ống để xác định vị trícó thé xảy ra hiện tượng nhiệt độ chất lỏng vượt giới hạn thiết kế Từ đó ta có các giải phápphù hợp:

— Ngăn cản, giảm thiểu sự truyền nhiệt ra môi trường xung quanh, tức là ta đi thựchiện việc giải quyết van dé bảo ôn cho tuyến ống

— Nâng nhiệt độ chất chuyên tải đến giá trị an toàn, tức là bố sung nhiệt cho chatchuyền tải, thực chất là chọn vị trí và công suất của các trạm gia nhiệt

— Dùng các giải pháp vật lý và hóa học dé hạ thấp hoặc ngăn chặn sự đông đặc củachất lỏng

Viện sĩ Sokhov (Liên bang Nga) là một trong những người đầu tiên nghiên cứu vềquy luật thay đối nhiệt độ theo đường ống Trên tuyến ống tại khoảng cách x, ta khảo sátmột phân tố dx (hình 2.1) và xác định sự cân băng nhiệt trong phan tố Ton hao nhiệt củaphân tố trong một đơn vị thời gian vào môi trường chung quanh là [1-3]:

dq = K(t- to).x.De.dx (2-1)Trong đó:

t: nhiệt độ của chất lưu tại phân t6, °C;to: nhiệt độ mdi trường, °C;

m.De.dx: bề mặt của phân tổ bị làm lạnh, m2;K: hệ số truyền nhiệt từ chat lỏng ra môi trường, W/m? °C

Hệ số truyền nhiệt K, thực tế khi chế độ chảy ôn định vẫn thay đổi theo chiều dài,

Mặt khác khi chảy qua phân tố dx, nhiệt độ sẽ giảm di dt °C, do vay tôn hao nhiệt sé là:

dg = -G.Cp.dt (2-2)Trong đó:

G: tốc độ khối, Kg/s;Cp: tỷ nhiệt dung (nhiệt dung riêng), J/Kg °C;Dau (—) biểu thị nhiệt độ giảm theo chiều dai.Ở chế độ chảy ôn định, nhiệt lượng mất đi chính là được truyền vào môi trường, dođó:

ty dt L— |—— =a| dx -Fang J (2-5)

—In 1; Tt —=a.L— bah = ett (2-6)í —Í, í —Í,

Thay ta = t, ta có:

Cong thức (2-7) gọi là công thức Sokhov.

Trang 10

Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Căn cứ vào tính chất chất lưu, người ta chia ra:

- Chất long một pha (Newton, phi Newton).- Hỗn hợp dau khí

2.2.1 Tính toán thủy lực đường ống vận chuyền chất long Newton

Dé tính toán thủy lực đường ống, cần sử dụng phương trình Bernouli [1, 3]:

D: đường kính ống, m;v: van tốc chất long, m/s;g: gia tốc rơi tự do, m/s’;

ø: khôi lượng riêng của chat lỏng, kg/mẺ;A: Hệ số sức kháng thủy lực phụ thuộc chế độ chuyển động (số ReynoldsRe) và độ nhám tương đối của vách ông ¢

£ = (2-10)

Trang 12

Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Với:

e: độ nhám tuyệt đối, cm;Di: đường kính trong của ống, cm

Chế độ chuyển động của chất lỏng phụ thuộc theo SỐ Reynolds, xác định theo công

thức:

VD 4 4p= = Be _ Ap (2-11)

3 MF Mi

Trong đó:

Q: tốc độ thể tích, m?/s;v: tốc độ dài, m/s;

0: độ nhớt động hoc, m/s;

D¡: đường kính trong của ống, m;u: Độ nhớt động lực, Pa.s (kg/m.$).Ở chế độ chảy tang, 2 = f(Re), khi Re < 2320, 4 không phụ thuộc vào độ nhám của

ống, xác định theo công thức Stock [1, 3]:

2320 <Re< 22>

7 (2-13)68

Ta thường dùng công thức Brasius [1, 3]:

A=0,3164.Re°”? (2-14)

= Vùng chuyến tiếp:

La vùng ma sát hỗn hợp, giá trị 2 phụ thuộc vào cả Re và độ nhám Giá tri Re trong

59,5 665 — 765lg €—<Re< (2-15)Đề xác định 4, người ta đề nghị dùng các công thức “tùy biến” Bản chất nó là: khiRe lớn thi dùng dạng 42 = f(£ ), còn khi Re bé thi dùng dạng 2 = f(Re).

" Vung thuy lực nhám (ma sat bình phương):A chỉ phụ thuộc vào £ chứ không phụ thuộc vào chế độ chảy Re, thường gọi làvùng tự chỉnh, với mỗi giá trị độ nhám chỉ có một giá trị 4 Vùng này rat ít gặp trong côngnghiệp dầu, trừ khi lúc gap sự cô hoặc ở giếng khoan hở Giá tri 2 thường xác định theocông thức Nicurat [1, 3]:

A= (1,74-2lg e) ” (2-19)

Dé xác định tốn hao ma sát, ngoài công thức (2-9) còn sử dụng công thức tong quát,

do Laybenzon xây dựng trên cơ sở thay v = 4Q/z.DЈ vào công thức (2-9) và vận dụng thêm

công thức (2-11) dé có:

Trang 14

Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Các giá trị của £ tra cứu theo cẩm nang thủy lực

Khi tính toán tốn hao thủy lực do ma sát có tính đến tốn hao cục bộ ta tính cho chiềudài lý thuyết (li) bao gồm chiều dài thực (lu) và chiều dài tương đương (19).

2

I, yln = le + la: lms = A.—+.—

° D 2g

(2-25)

Với các tuyến ống có độ dốc địa hình và tốn hao cục bộ thì tong tôn hao sé là:

Qu" y”

AP = AP,,, + AP + AP,, = Ban PLE PB AZ + AP, (2-26)

Dau “+” bao gôm tông các chiêu cao nang và dâu “-” bao gôm các phan ha thap cuacả tuyên ông.

2

|

AP = A.—.p—+ pg AZ+AP, (2-27)

D 2g2.2.2 Tính toán thủy lực đường ống vận chuyền chat lỏng phi Newton

a) Đường cong chảy của chất lỏng Bingham-SvedopDòng chảy của chất lỏng ở hai chế độ chảy tầng và chảy rối; chảy tầng xảy ra ở tốcđộ thấp, các hạt chuyền động theo đường thăng với tốc độ khác nhau, trên thành ống tốc độ

băng không, tốc độ cực đại đạt được tại điểm giữa ống Tốc độ điểm bat kỳ xa thành ống

ty lệ thuận với lưu lượng và tỷ lệ nghịch với độ nhót Khi vượt một giá tri nào đó sẽ có giátrị chảy rối, lúc đó các hạt trong ống không chuyển động theo đường thắng Trên thành tồntại một lớp rất mỏng không chảy (Hình 2.2), ở các phần còn lại trên tiết diện có tốc độ nhưnhau Với chat lỏng Bingham, can có một tới hạn lực cắt r thì mới bắt đầu có dòng chảy.Giá trị của lực cắt Tp gọi là giới hạn chảy thực Sau khi vượt qua 7z sẽ bat đầu giai đoạn 2,ứng lực đủ để đây chất lỏng di chuyển như một nút chất răn, nút được bôi trơn bởi mộtmàng mỏng chat lỏng gần thành ống, đường cong này tiếp tục cho tới T,,va là một đườngthăng Sau đó theo mức độ tăng dan của ứng lực và tốc độ, đường kính của nút sẽ giảm dan.Khi đạt tới giới han ta, chế độ chảy dòng sẽ bắt đầu và sẽ bat đầu tiếp tục cho đến giới hanTe) thì chuyển qua chảy rồi

Nếu kéo dài đoạn thắng T, — 7¿ thì giao điểm với trục tung là giá trị Ty gọi là giớihạn chảy Bingham, là giá trị dùng để tính toán lưu lượng hoặc giảm áp suất cho chất lỏngBingham Và theo Bingham, giá tri Ty) = 4/37.

Trang 16

Luận văn tốt nghiệp Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Giai đoạn chảy chuyền tiếp từ nút sang dòng, trong ống tồn tai một phần chuyểnđộng nút như một chat rắn ở phần giữa ống và một phần chuyển động như một chat lỏngcó phân lớp Trong phan chảy nút, tốc độ không đổi của các phan tử phụ thuộc vào giảmáp AP (Hình 2.3) tác dụng lên tiết diện Sự tồn tại và kích thước tiết diện này phụ thuộc vàotốc độ chuyền động, khi tốc độ tăng thì bán kính tiết diện giảm

Vì vậy đến giá trị giới hạn tốc độ tương ứng T, thì nhân nút sẽ bién mat, và chế độchảy dòng bat dau, độ nhớt là một giá trị hăng số, chất lỏng Bingham trở thành chat lỏngNewton Vì vậy tốc độ tuyệt đối v của chat lỏng giữa nút và thành ông giảm

Dong

` l/s

1 2 3 5Hinh 2.2 Duong cong chay cua chat long Bingham va chat long Newton [1]

1: không chảy khi T < Tr;2: chảy nút khi Tạ <1 <T,¡;3: chảy chuyển nối tiếp nút — dòng T„¡ <T<T,;4: chảy dong T, <T <T,,;

5: Chay roi T>T.».b) Tính toán thủy lực cho chất long Bingham [I]

Ta giả thiết tiết diện chảy nút có bán kính ro, điều kiện để xác định nó tại một thờiđiểm nào đó là sự cân băng giữa lực đặt lên đầu tiết diện mr; AP và lực ma sat xuất hiện