Ở mỏ Al Shaheen, chúng ta sử dụng bơm để cung cấp dầu từ mặt đất đến một con tàu, nhàmáy lọc dầu hoặc kho chứa, và để tăng tốc dòng chất lỏng từ điểm này đến điểm khác.Các bơm này đảm bả
Sơ lược mỏ Al-Shaheen
Mỏ dầu Al Shaheen là một mỏ dầu và khí đốt ngoài khơi bờ biển phía Đông Bắc của Qatar ở Vịnh Ba Tư, cách Doha 80 km về phía Bắc Mỏ dầu nằm phía trên mỏ khí đốt phía Bắc, một trong những mỏ khí đốt lớn nhất thế giới Mỏ này được Maersk Oil Qatar
AS của Đan Mạch vận hành cho đến tháng 7 năm 2017 theo thỏa thuận chia sẻ sản xuất với QatarEnergy, thay mặt cho nhà nước Qatar Tính đến tháng 6 năm 2016, QatarEnergy và tập đoàn TotalEnergies lớn của Pháp đã thành lập một công ty mới có tên là North Oil Company Công ty mới được sở hữu 70% bởi QatarEnergy và 30% bởi TotalEnergies. Công ty North Oil tiếp quản hoạt động khai thác vào ngày 14 tháng 7 năm 2017 [1] W. Machine, Artist, Qatar: Location of oil & gas fields [Art] 2009
Mỏ có 33 giàn khoan cố định, bao gồm 5 trung tâm sản xuất chính được phân bố trên 9 khu vực khác nhau của mỏ - từ A đến I Al-Shaheen đạt sản lượng cao nhất 300kbpd vào năm 2007 và vẫn duy trì mức sản lượng này cho đến ngày nay Đến tháng 12 năm 2016, tổng lượng dầu được khai thác từ Al-Shaheen là 1.7Gbbl.[2]
Hình 1.1 Vị trí mỏ Al-Shaheen
Các cụm thiết bị
Đối với một hệ thống xử lý trên giàn ngoài biển, các cụm thiết bị và hệ thống luôn có sự liên kết chặt chẽ với nhau, trong đó sản phẩm của cụm này là đầu vào của cụm khác Về cơ bản, các cụm thiết bị trên giàn DC, FC và EG tương đối giống nhau Tại đây, có các cụm cơ bản như cụm đầu giếng và thiết bị thu gom (Wellhead Production Gathering Manifold), bao gồm các thiết bị như một số ống kết nối từ vỉa dầu lên bề mặt của giàn (Wellhead), một thiết bị phía trên bề mặt (Christmas Tree), van giảm áp (Choke valve), và một số ống có kích thước lớn như Production and Test manifolds, Lift gas manifolds, SWI manifolds… với nhiệm vụ thu gom hỗn hợp lưu chất từ dưới vỉa lên và vận chuyển đến các thiết bị trên giàn Ngoài ra, thiết bị đo sản lượng của vỉa cũng không thể thiếu. Ở mỏ Al Shaheen, chúng ta sử dụng bơm để cung cấp dầu từ mặt đất đến một con tàu, nhà máy lọc dầu hoặc kho chứa, và để tăng tốc dòng chất lỏng từ điểm này đến điểm khác.Các bơm này đảm bảo rằng dòng lỏng được vận chuyển một cách liên tục và ổn định,đồng thời giúp kiểm soát và đo lường các thông số quan trọng như nhiệt độ, áp suất và lưu lượng của mỗi giếng đang khai thác Ngoài các thiết bị tiêu biểu trên, trên các giàn của mỏ dầu khí này cũng có các thiết bị khác như: HP Flare, Flare purge gas, InstrumentAir / Utility air, Diesel, Firewater, Service Water (continuous seawater from jockey pump), Potable Water, Inert Gas, Breathing Air, Electric Power,… [2]
Đặc điểm thành phần của mỏ Al-Shaheen
Thành phần cấu tử mỏ Al-Shaheen
Bảng 1.1 Thuộc tính và thông số thiết kế giếng Kharaib B/Shuaiba/Mauddud
50% Water-cut 80% Water-cut 95% Water-cut FT
Lift gas (3) ba rg o C bar g o C barg o C MMScf d barg o C MMScf d barg o C MMScf d
(1) Tất cả các đường ống dòng chảy của giếng, van giảm áp (choke valve) ở hạ lưu phải được thiết kế cho áp suất tối thiểu là 4.0 barg. Xem xét mức giảm áp suất tối thiểu 0,5 bar qua van giảm áp (choke valve), đường dòng chảy của van giảm áp (choke valve) phía dòng vào phải được thiết kế cho 4.5 barg.
(2) CITHP: 190 barg (2755 psig) được đưa ra theo ước tính cập nhật về áp suất đầu ống đóng tối đa đối với giếng Al Shaheen.
(3) Tốc độ dòng lift gas là 3 MMScfd trên mỗi giếng sản xuất sẽ được xem xét để mô phỏng quy trình và tạo ra HMB Nâng lưu lượng khí mỗi giếng sản xuất là 0.5 đến 3 MMScfd tùy thuộc vào water cut, GOR, bể chứa, vị trí trong mô hình truyền động đường ống, quỹ đạo ngang và hiệu quả của SWI cục bộ tới giếng khoan.[2]
Bảng 1 2 Thành phần cấu tử của giếng Kharaib B/Shuaiba/Mauddud
Dry Well Fluid Compositions, Mole fraction
Kharaib B Wells Shuaiba Wells Mauddud
0 Ở Bảng 1.2, ta có thể thấy thành phần của giếng này có phần nặng trong cấu tử giếng Để hiểu rõ hơn về các đặc tính của những thành phần này, chúng sẽ được mô tả ở bảng sau [2]
Bảng 1.3 Tính chất đặc điểm của các cấu tử nặng của giếng
Thành phần Khối lượng mole (g/mol)
Nhiệt độ sôi ( o C) khLC11-19, pseudo 197.53 825.97 254.44 khLC20-35, pseudo 343.32 888.51 397.29 khLC36+, pseudo 681.40 1080.62 488.56 shLC11-15, pseudo 174.01 813.50 223.13 shLC16-19, pseudo 241.16 851.90 305.90 shLC20+, pseudo 612.00 976.00 479.59
Thành phần Lift Gas
Thành phần Lift Gas được hỗ trợ trong mô phỏng các giàn ngoài khơi của mỏ Al-Shaheen được tóm tắt trong Bảng 1.4 [2].
Bảng 1.4 Thành phần cấu tử dòng Lift Gas
Cơ sở để xác định kích thước của đường ống và choke valve
Dưới đây là cơ sở để xác định kích thước đường ống và choke valve của giàn DC.[2]
Bảng 1.5 Tiêu chuẩn thiết kế đường ống của giàn DC
Description Case 1 (WC 50%) Case 2 (WC 80%) Case 3 (WC 95%)
(1)Hoạt động của Inlet Separator thay đổi từ 5.75 barg đến 7 barg để tạo ra dòng khí ướt tự do qua dòng khí ướt 24 inches hiện có (24”PL-AS-DB-ED-51) và đảm bảo áp suất 2.8 barg ở lực hút của máy nén khí ED Áp suất thiết kế của DC Inlet Separator và DC TestSeparator phải được căn chỉnh ở mức 13.8 barg dựa trên áp suất vận hành ở trên Tất cả các đường dẫn dòng chảy của giếng, choke valve ở hạ lưu phải được thiết kế cho áp suất tối thiểu là 4.0 barg Xem xét mức chênh lệch áp suất tối thiểu 0.5 bar qua choke valve,đường dẫn dòng chảy của choke valve phải được thiết kế cho 4.5 barg.
Hệ thống đường ống
Mục đích thiết kế đường ống
Thiết kế đường ống được xem là một yếu tố quan trọng của quá trình vận chuyển lưu chất trong các hệ thống để đáp ứng các thông số yêu cầu về vận tốc, lưu lượng, áp suất của các thiết bị vận hành.
Chức năng
Đường ống được biết đến như là thiết bị có chức năng vận chuyển lưu chất đi trong ống.
Từ hệ thống ống dẫn nước đơn giản đến hệ thống ống dẫn phức tạp trong các nhà máy như nhà máy xử lý khí, phân đạm, hóa chất… Trong công nghiệp dầu khí, đường ống có chức năng vận chuyển dầu thô từ các giếng khai thác đến các bồn chứa hoặc vận chuyển đến các nhà máy lọc dầu để được xử lý Trong khi đó, đường ống vận chuyển và phân phối khí thiên nhiên có chức năng vận chuyển khí từ các mỏ khí, các trạm xử lý khí…đến những nơi tiêu thụ như nhà máy điện, nhà máy đạm, các nền công nghiệp sử dụng năng lượng nói chung, các khu dân cư… Trong các nhà máy hóa chất, hệ thống đường ống được sử dụng để vận chuyển chất lỏng, chất khí, hóa chất, chất rắn, hỗn hợp…từ nơi này tới nơi khác.
Trong công nghiệp dầu khí thường hay sử dụng vài thuộc ngữ, cũng mang nghĩa là đường ống mà cần được hiểu rõ đó là Pipeline, Piping, Flowline.
- Pipeline được định nghĩa là đường ống vận chuyển có đường kính lớn, dài và thường nằm dưới đất hoặc dưới biển để vận chuyển chất lỏng hay khí với khoảng cách lớn từ nơi sản xuất đến nhà máy xử lý.
- Piping là một hệ thống gồm nhiều ống được liên kết với nhau, như là ống liên kết giữa bình tách và bơm, bình tách và máy nén,… nằm trên một hệ thống xử lý nào đó.
- Flowline là đường ống 2 pha khí-lỏng được kết nối từ các van tiết lưu đầu giếng đến ống góp tại các cụm khai thác dầu khí.
Tiêu chuẩn tính toán đường ống
Trong quá trình thiết kế hệ thống đường ống cần phải tính toán vận tốc dòng chảy, vận tốc ăn mòn, độ giảm áp suất và chọn vật liệu phù hợp của ống để đảm bảo dòng lưu chất chảy trong ống đảm bảo điều kiện hoạt động và an toàn.
Tính toán hệ thống đường ống bao gồm tính toán đường ống pha lỏng, pha khí và hai pha(lỏng và khí) theo tiêu chuẩn API RP 14E [3]
1.4.3.1 Tiêu chuẩn đường ống pha khí
- Vận tốc tối đa, V max : 18.289 m/s (60ft/s), theo API RP 14E
- Vận tốc ăn mòn tối đa, V e max :
CMax: có được từ SD-NOC-ECP-103 dựa vào loại ống sử dụng ρ: Khối lượng riêng (kg/m 3 )
Dựa vào loại ống sử dụng và loại giá đỡ cho ống, ở đây sử dụng giá đỡ ống Medium stiff (tiêu chuẩn)
Trong đó Đường kính ngoài (OD), mm
Sch STD, thành dày ống, mm
FVF = √𝜇 với trường hợp pha khí FVF = 1 với trường hợp pha lỏng Độ nhớt (μ), cP), cP
1.4.3.2 Tiêu chuẩn của đường ống 1 pha lỏng
- Vận tốc ăn mòn tối đa, V e max :
Sử dụng công thức tương tự công thức (1.1)
Theo Process Design Basic và API RP 14E, vận tốc ăn mòn tối đa cho 1 pha lỏng là 4.6 m/s Nếu tính vận tốc ăn mòn tối đa nhỏ hơn 4.6 m/s thì ta sẽ lấy vận tốc tính được làm Ve max, nếu tính ra vận tốc ăn mòn tối đa lớn hơn 4.6 m/s thì ta lấy 4.6 m/s làm vận tốc ăn mòn tối đa.
Sử dụng công thức tương tự công thức (1.2), (1.3), (1.4)
1.4.3.3Tiêu chuẩn của đường ống 3 pha
- Vận tốc ăn mòn tối đa, V e max :
Sử dụng công thức tương tự công thức (1.1)
Theo Process Design Basic, vận tốc ăn mòn tối đa cho 1 pha lỏng là 20 m/s Nếu tính vận tốc ăn mòn tối đa nhỏ hơn 20 m/s thì ta sẽ lấy vận tốc tính được làm Ve max, nếu tính ra vận tốc ăn mòn tối đa lớn hơn 20 m/s thì ta lấy 20 m/s làm vận tốc ăn mòn tối đa.
Sử dụng công thức tương tự công hức (1.2), (1.3), (1.4)
Bảng 1.6 Bảng tra vận tốc tối đa của các trường hợp [2]
Tính toán ống
Tính đường kính trong theo vận tốc tối đa của tiêu chuẩn:
Trong đó Đường kính trong theo vận tốc tiêu chuẩn (𝐼𝐷 𝑚𝑎𝑥 ), mm
Khối lượng dòng chảy (Mass flow, MF), kg/s
Tính đường kính trong khi đã có đường kính ngoài và thành dày:
𝐼𝐷 = 𝐷 − 2 ∗�𝐷 𝑐ℎ�𝐷 �𝐷�𝐷𝐷 (1.7) Trong đó Đường kính trong thực (ID), mm Đường kính ngoài (OD), mm
Thành dày (Sch STD), mm
1.4.4.2 Đường kính ngoài và thành dày Để có được đường kính ngoài và thành dày thì ta dựa trên đường kính trong (IDmax) tính được từ vận tốc tối đa và chọn đường kính ngoài dựa vào bảng 1.7 có kích thước to hơn đường kính trong.
Bảng 1.7 Tiêu chuẩn đường ống
Dựa vào vận tốc tính từ đường kính trong mới và momentum tính được so với điều kiện tiêu chuẩn mà sẽ thay đổi kích thước (tăng lên) để sao cho momentum và vận tốc nhỏ hơn với điều kiện tiêu chuẩn
1.4.4.3 Tính vận tốc và momentum thực
Trong đó Đường kính trong thực (ID), mm
Khối lượng dòng chảy (Mass flow, MF), kg/s
Vận tốc thực (V), m/s Đối với pha khí
Vận tốc thực tính cho pha khí (𝑉 𝑔 ), ft/s
Lưu lượng dòng khí (Qg), MMScfd
Nhiệt độ (T), o R Đường kính trong thực (ID), inch Áp suất vận hành (�𝐷1), psi
Vì công thức trong API RP 14E tính theo hệ đơn vị Imperial và bài tính đang sử dụng hệ đơn vị SI nên để chuyển đổi đơn vị cho vận tốc thực từ Imperial sang SI:
1.4.4.4 Tính số Reynold và Moody friction factor, f
Vận tốc thực (V), m/s Đường kính trong thực (ID), mm Độ nhớt (μ), cP), cP
Thành dày (ε), mm), mm Đường kính trong thực (ID), mm
1.4.4.5 Tính độ mất áp (Pressure drop), ∆P
Tính cho pha khí, ta có công thức trong API RP 14E:
Trong đó Độ mất áp (∆P), psi/ft Áp suất vận hành (�𝐷 1 ), psi
Tỉ trọng của dòng khí tại điều kiện tiêu chuẩn (S), lb/h
Lưu lượng dòng khí (Qg), MMScfd
Moody friction factor, f Độ dài ống (L), ft Đường kính trong thực (ID), inch
Vì công thức trong API RP 14E tính theo hệ đơn vị Imperial và bài tính đang sử dụng hệ đơn vị SI nên để chuyển đổi đơn vị cho độ mất áp từ Imperial sang SI:
Tính cho pha lỏng, ta có công thức theo API RP 14E:
Trong đó Độ mất áp (∆P), psi/ft
Khối lượng dòng chảy (Mass flow, MF), lb/h Đường kính trong thực (ID), inch
Khối lượng riêng (ρ), lb/ft 3
Vì công thức trong API RP 14E tính theo hệ đơn vị Imperial và bài tính đang sử dụng hệ đơn vị SI nên để chuyển đổi đơn vị cho độ mất áp từ Imperial sang SI:
Hệ thống bơm
Mục đích thiết kế bơm
Thiết kế bơm trong ngành dầu khí đóng vai trò vô cùng quan trọng, đáp ứng nhiều yêu cầu kỹ thuật và an toàn nghiêm ngặt Trước hết, bơm được thiết kế để tăng áp lực và di chuyển dầu thô từ các giếng khoan đến các nhà máy chế biến, đảm bảo dòng chảy liên tục và ổn định Đặc biệt, bơm trong ngành này cần phải thích ứng với các loại chất lỏng phức tạp, bao gồm dầu nhớt và chất lỏng chứa hạt rắn, đồng thời chịu được môi trường khắc nghiệt và ăn mòn Hiệu quả năng lượng cũng là một yếu tố quan trọng, giúp giảm chi phí vận hành và tối ưu hóa nguồn lực An toàn là ưu tiên hàng đầu, do đó bơm phải được thiết kế chắc chắn, bền bỉ và dễ bảo trì để đảm bảo hoạt động liên tục và giảm thiểu thời gian dừng máy Việc thiết kế bơm đúng chuẩn không chỉ góp phần vào hiệu quả khai thác và chế biến dầu khí mà còn đảm bảo an toàn và bền vững cho toàn bộ hệ thống.
Chức năng
Trong ngành dầu khí, bơm có vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất và vận chuyển dầu thô Chức năng chính của bơm là tăng áp lực và di chuyển dầu từ các giếng khoan đến các điểm xử lý và chế biến khác nhau Bơm cần phải đảm bảo lưu lượng và áp suất ổn định để duy trì hiệu suất sản xuất liên tục Đồng thời, chúng phải được thiết kế để xử lý các chất lỏng đa dạng và chịu được điều kiện làm việc khắc nghiệt và môi trường ứng dụng Việc lựa chọn và thiết kế bơm đúng chuẩn là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hoạt động sản xuất dầu khí.
Tiêu chuẩn tính toán bơm
Tiêu chuẩn Technip Standard [5] về bơm đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống bơm trong các ngành công nghiệp khác nhau Tiêu chuẩn này bao gồm các yêu cầu về thiết kế, vật liệu, kiểm tra và vận hành để đảm bảo rằng bơm hoạt động hiệu quả và an toàn.
Việc tuân thủ các tiêu chuẩn giúp đảm bảo rằng bơm được chọn lựa và thiết kế phù hợp với các yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng, như bơm dầu, bơm hóa chất, hay bơm nước.Các tiêu chuẩn này cũng cung cấp các hướng dẫn về cách thực hiện các thử nghiệm và kiểm tra để đánh giá hiệu suất bơm, độ bền và khả năng chịu ứng suất.
Tính toán bơm
- Hiện này có 2 loại bơm được sử dụng phổ biến là bơm li tâm và bơm piston.
- Ở trường hợp này sẽ sử dụng bơm li tâm vì:
+ Với lưu lượng lớn khoảng 330 m3/h thì bơm li tâm sẽ phù hợp hơn.
+ Và lưu chất có độ nhớt thấp (0.707 cP) nên ta sẽ ưu tiên sử dụng bơm li tâm.
+ Về tuổi thọ: Bơm li tâm có thiết kế đơn giản, dễ bảo trì bảo dưỡng và chi phí thấp hơn so với bơm piston.
1.5.4.2 Xác định ống đầu vào và ống đầu ra
- Xác định ống đầu vào
Dựa vào các thông số trong hysys để tính toán flow velocity của ống đầu vào:
Dựa vào bảng 1.8 chọn ống thoả các điều kiện:
Type of line ΔP( bar/km)P( bar/km)
Liquid at buble point or containing
Liuquid far from bubble point 2
- Xác định ống đầu ra:
Tương tự dựa vào các thông số trong hysys để tính toán flow velocity của ống đầu ra:Dựa vào bảng 1.9 chọn ống xả thoả các điều kiện:
Bảng 1.9 Bảng Discharge Line Criteria
Type of line ΔP( bar/km)P( bar/km) Max velocity(m/s)
Pump's ΔP≤ 50 barP≤ 50 bar 3.5 4.5 1.5 for the small giameter to
Pump's ΔP≤ 50 barP> 50 bar 7 9 1.5 for the small giameter to
1.5.4.3 Xác định áp suất hút
- Áp suất hút định mức: Áp suất hút định mức = Áp suất vận hành thấp nhất + Áp suất tĩnh thấp nhất – Áp suất bị mất trong đường ống hút
- Áp suất hút tối đa: Áp suất hút tối đa = Áp suất PSV lên bình hút + Áp suất tĩnh cao nhất - Áp suất bị mất trong đường ống hút
- NPSHa: là cột áp sẵn có của chất lỏng ở đầu hút của bơm trừ đi áp suất hơi của lưu chất tại điều kiện làm việc.
- NPSHr: là cột áp tối thiểu cần có ở đầu hút của bơm hoạt động bình thường, tránh hiện tượng xâm thực.
- Hiện tượng xâm thực hay còn gọi là hiện tượng khí thực, tiếng anh là “ Cavitation” Đây là hiện tượng các chi tiết máy bơm bị ăn mòn do xuất hiện các bọt khí trong quá trình hút nước.
- Để tránh hiện tượng xâm thực thì NPSHr < NPSHa.
Hp: Đầu áp suất tuyệt đối do áp lực trên bề mặt chất lỏng đi vào đường hút.
Hf: đầu mất mát do ma sát trong đường ống hút
Ha: Đầu tăng tốc (acceleration head):
Spl: Suction piping length Q: flow velocity
Hv: "Velocity head" (đầu vận tốc)
Hvp: Áp suất hơi tuyệt đối của chất lỏng tại nhiệt độ hút.
1.5.4.5Xác định áp suất xả
𝑉𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑒 𝑎𝑡 �𝐷 �𝐷 (9.81 × 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑦) × 10 5 (1.25) Áp suất xả định mức(Rated Discharge Pressure) = Áp suất hoạt động cao nhất trong bình chứa đích + Áp suất mất trong đường ống xả* + Áp suất tĩnh do độ cao + Áp suất mất từ thiết bị và dụng cụ* Áp suất chênh lệch định mức của bơm(Pump Rated Differential Pressure) = Áp suất xả định mức - Áp suất hút định mức Áp suất xả tối đa khi đóng(Max Shut-off Discharge Pressure) = Áp suất hút tối đa + 120% của Áp suất chênh lệch định mức của bơm
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIÀN DC
Giới thiệu phần mềm mô phỏng
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học và kĩ thuật, sự ra đời của rất nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau đã tạo thuận lợi cho việc ra đời nhiều phần mềm mô phỏng phù hợp với mô phỏng các quy trình khác nhau Trên thị trường hiện nay các phần mềm thương mại được sử dụng cho mục đích mô phỏng công nghệ trong công nghiệp dầu khí nói chung rất nhiều Có thể kể đến những phần mềm nổi tiếng, có lịch sử phát triển lâu đời như: HYSYS, Pro/II, ProMax, ChemCAD, Design II for Windows,… những phần mềm này ra đời đã tạo ra cuộc cách mạng trong lĩnh vực mô phỏng, nhờ có máy tính mà những hệ phương trình phức tạp được giải quyết trong thời gian ngắn, giúp cho mô hình của các công nghệ chính xác hơn và khả thi hơn khi xây dựng, giúp cho việc nghiên cứu các mô hình trong phòng thí nghiệm, hay đưa ra dự báo mang tính xu hướng cho công nghệ để áp dụng vào các nhà máy đang vận hành thực Trong đó phần mềm HYSYS hiện nay với nhiều cải tiến, tạo ra những lợi ích vượt trội cho phép mô phỏng được nhiều hệ thống trong công nghiệp dầu khí, nhận được sự quan tâm rất lớn của các kỹ sư công nghệ. HYSYS là phần mềm có khả năng tính toán đa dạng và cho kết quả chính xác cao, đồng thời cung cấp nhiều thuật toán sử dụng, trợ giúp trong quá trình tính toán công nghệ, khảo sát các thông số trong quá trình thiết kế nhà máy HYSYS cũng cho phép tính toán vấn đề tận dụng nhiệt, tối ưu hóa công nghệ, năng lượng trong quá trình sản xuất để tiết giảm chi phí Bên cạnh đó, với giao diện thân thiện, dễ sử dụng và nhiều ưu điểm kể trên, trong đồ án này nhóm đã sử dụng phần mềm HYSYS phiên bản 12.1 để thực hiện quá trình mô phỏng hệ thống bơm cho giàn WHP-DC.
Các bước mô phỏng giàn DC và bơm
Nhập cấu tử
Cấu tử cho các dòng dầu thô của giếng Khariab B, Shuaiba và dòng Lift Gas nhập theo dữ liệu được cho trước trong Process Design Basic trong Bảng 1.1
Từ Bảng 1.1 dòng dầu thô Khariab B sẽ lấy cấu tử theo cấu tử của tỉ lệ khí trên dầu (GOR) là 250.
Bảng 2.1 Thành phần dòng Kharaib B theo GOR 250
Dry Well Fluid Compositions, Mole fraction Kharaib B Wells GOR 250
Neo-Pentane 0.00010 i-Pentane 0.02760 n-Pentane 0.01400 n-Hexane 0.02830
Dodecanes 0.00000 khLC11-19, pseudo 0.20760 khLC20-35, pseudo 0.13030 khLC36+, pseudo 0.07410 shLC11-15, pseudo - shLC16-19, pseudo -
Từ Bảng 1.1 dòng dầu thô Shuaiba sẽ lấy cấu tử theo cấu tử của tỉ lệ khí trên dầu (GOR) là 500.
Bảng 2.2 Thành phần dòng Shuaiba theo GOR 500
Dry Well Fluid Compositions, Mole fraction Shuaiba Wells GOR 500
Neo-Pentane 0.00000 i-Pentane 0.02510 n-Pentane 0.01630 n-Hexane 0.03030
Dodecanes 0.00000 khLC11-19, pseudo - khLC20-35, pseudo -
42 khLC36+, pseudo - shLC11-15, pseudo 0.11210 shLC16-19, pseudo 0.06190 shLC20+, pseudo 0.11650
Bảng 2.3 Thông tin cấu tử giả
Thành phần Khối lượng mole (g/mol)
Nhiệt độ sôi ( o C) khLC11-19, pseudo 197.53 825.9
(1) Mở phần mềm mô phỏng hysys và chọn Component List.
(2) Chọn Add và bắt đầu nhập các cấu tử vào theo bảng 2.1 và 2.2.
(3) Để tạo cấu tử giả, chọn Hypothetical trong phần Select của Component List sau đó nhập thông tin của cấu tử giả theo bảng 2.3.
(4) Để chọn hệ nhiệt động thì ở mục Fluid Packages chọn Peng-Robinson trong Property Package Selection theo yêu cầu của Chương 10 trong Process Design Basic.
Hình 2.3 Chọn hệ nhiệt động
Mô phỏng cụm đầu giếng
Hình 2.4 Cụm đầu giếng Khariab B giàn DC
Hình 2.5 Cụm đầu giếng Shuaiba giàn DC
(5) Sau khi nhập xong hệ nhiệt động, nhấp vào Simulation để vào môi trường mô phỏng.
(6) Tạo hai dòng feed KB_Fluid và SB_Fluid với điều kiện nhiệt độ, áp suất tiêu chuẩn
(60 o F, 1 atm) và cho trộn với dòng nước có áp suất và nhiệt độ theo điều kiện tiêu chuẩn để tạo ra dòng feed ứng với điều kiện thực tế ngoài giàn.
(7) Sau khi trộn xong, cho dòng đi qua một bình tách 3 pha để tách ra từng pha riêng (khí, dầu và nước).
(8) Sử dụng công cụ Adjust để hiệu chỉnh 3 dòng đi ra từ bình tách để ứng với các thông số của các case Water Cut theo Bảng 1.5 Để hiệu chỉnh thì ta chọn biến điều chỉnh vào mục Adjusted Variable để biến này thay đổi sao cho đạt được kết quả mong muốn ta nhập tại Target Variable.
Hình 2.6 Adjust dòng của giàn DC
- Đối với dòng khí: Biến điều chỉnh là Molar hoặc Mass flow và kết quả đạt được là Std Gas Flow.
- Đối với dòng dầu và nước: Biến điều chỉnh là Molar hoặc Mass flow và kết quả đạt được là Liq Vol Flow @Std Cond.
(9) Sau khi hiệu chỉnh xong thì dung mixer để gộp 3 dòng lại và cho qua Heater để đưa nhiệt độ và áp suất về điều kiện hoạt động (với KB là 56 o C, 117 barg và SB là 54 o C, 111 barg).
(10) Tạo dòng Dry Lift Gas với thành phần trong Bảng 1.4.
(11) Theo Process Design Basic thì tại cụm TEG dehydration thu được 3.5lb/MMScf nước từ Lift gas, nên ta cho dòng Dry Lift Gas trộn với dòng nước
(12) Adjust dòng Lift gas đã trộn với nước từ bước (11) để điều chỉnh ra lưu lượng phù hợp so với yêu cầu bảng 2.7
Bảng 2.4 Thông số thiết kế của dòng Lift Gas
Hình 2.7 Adjust dòng Lift Gas Manifold
(13) Sau khi Adjust dòng Lift gas Manifold, cho qua heater vì theo bảng vẽ PID dòng Lift gas được chuyển từ ngoài vào nên phải gia nhiệt để tránh gây tắc nghẽn đường ống.
(14) Với dòng Lift gas Manifold đã được adjust ta sử dụng công cụ virtual stream để có thể sử dụng 1 dòng lift gas nhưng có thể liên kết với các dòng flowline khác nhau (KB_Lift_Gas, SB_ Lift_Gas).
(15) Sau khi Virtual Stream, adjust dòng Lift gas Flowline đạt 3 MMSCFD theo yêu cầu.
(16) Dòng Lift gas Flowline vừa có được sẽ đem trộn với dòng Feed đã dựng được ở bước (9).
(17) Trộn xong thì dòng Feed này sẽ đi qua Choke Valve để điều tiết lưu lượng trước khi vào cụm hệ thống xử lí của giàn DC Khi qua Choke Valve lưu ý áp suất sẽ giảm 0.5 barg so với lúc trước khi vào.
Bảng 2.5 Tỉ lệ dòng Kharaib B và Shuaiba vào cụm xử lí của giàn DC
(18) Từ bảng 2.5, dòng Kharaib B sẽ có 6 giếng sản xuất và Shuaiba sẽ có 1 giếng sản xuất nên sử dụng công cụ Virtual Stream và điều chỉnh Multiplier của dòng Kharaib B tại Molar hoặc Mass flow là 6 còn Shuaiba sẽ giữ nguyên.
Hình 2.8 Virtual Stream cho dòng Kharaib B vào cụm xử lí của giàn DC
Mô phỏng cụm xử lí của giàn DC
Hình 2.9 Mô phỏng của cụm xử lí của giàn DC
Sau khi được phối trộn ở bước (18), dòng KB và SB đi vào Mixer để ra được dòng dầu của giàn DC.
Bảng 2.6 Công suất của dòng Flowline/Manifold cho giàn DC
No of manifold / connections Flang e Ratin g
9 3/- 2 9 Đối với dòng của thiết bị Test Seperator lưu lượng lỏng vào sẽ là 20000 blpd và dòng khí sẽ là 15 MMScfd. Đối với dòng Production Manifold để vào Inlet Seperator thì lưu lượng lỏng vào là 90000 blpd và dòng khí sẽ là 100 MMScfd.
Kết quả mô phỏng
Hình 2.10 Kết quả mô phỏng giàn DC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG
Tính toán ống
Đường ống cho pha khí Lift Gas Manifold trước khi qua máy gia nhiệt 50
Bảng 3.1 Các thông số của Lift Gas Manifold giàn DC
Thông số Thông số Đơn vị Chuyển đơn vị Đơn vị
Bulk viscosity, μ), cP 1.88E-02 cP 1.88E-05 kg/ ms Mass Flow total,
Bảng 3.3 Tiêu chuẩn của đường Lift Gas Manifold giàn DC
Medium Stiff for 3inch pipe α 316835.336 β -1.004681157
(1)Tính đường kính trong theo vận tốc tối đa:
(2) Dựa vào bảng tiêu chuẩn để có được đường kính ngoài và thành dày Với đường kính trong là 62.6 mm thì ta chọn ống NPS 3inch có đường kính ngoài là 88.9mm và thành dày là 5.49mm
(3) Tính đường kính trong thực:
So vận tốc và momentum thực tính được với tiêu chuẩn thì ta thấy nó thấp hơn so với tiêu chuẩn nên đạt yêu cầu.
Đường ống cho 1 pha lỏng đầu vào của bơm trường hợp WC 95%
Bảng 3.3 Các thông số của đường đầu vào của bơm trong DCWC 95%
Thông số Thông số Đơn vị Chuyển đơn vị
Mass flow total, MF 84.105 kg/s 667511
Bảng 3.4 Tiêu chuẩn của đường đầu vào của bơm cho giàn DC
Pipe support arrangement Medium Stiff for 10inch pipe α 385033.
(1) Tính đường kính trong theo vận tốc tối đa:
(2) Dựa vào bảng tiêu chuẩn để có được đường kính ngoài và thành dày Với đường kính trong là 162.1021 mm thì ta chọn ống NPS 10inch có đường kính ngoài là 273.1mm và thành dày là 9.27mm
(3) Tính đường kính trong thực:
So vận tốc và momentum thực tính được với tiêu chuẩn thì ta thấy nó thấp hơn so với tiêu chuẩn nên đạt yêu cầu.
Đường ống cho 3 pha Production Manifold trường hợp WC 95%
Bảng 3.5 Các thông số của đường Production Manifold của DCWC95%
Thông số Đơn vị Chuyển đơn vị
Bảng 3.6 Tiêu chuẩn của đường Production Manifold cho giàn DC
Medium Stiff for 22inch pipe α 490885.1
(1) Tính đường kính trong theo vận tốc tối đa:
(2) Dựa vào bảng tiêu chuẩn để có được đường kính ngoài và thành dày Với đường kính trong là 403.837 mm thì ta chọn ống NPS 22inch có đường kính ngoài là 559mm và thành dày là 9.53mm
(3) Tính đường kính trong thực:
So vận tốc và momentum thực tính được với tiêu chuẩn thì ta thấy nó thấp hơn so với tiêu chuẩn nên đạt yêu cầu.
Kết quả
Bảng 3.7 Kết quả tính đường ống cho giàn DC với các trường hợp Water Cut
For Test Seperator-Light liquid outlet
For Inlet Seperator-Inlet 50% WC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM
Tính toán bơm
Xác định loại bơm
- Hiện này có 2 loại bơm được sử dụng phổ biến là bơm li tâm và bơm piston.
- Ta sẽ sử dụng Pump Selection Guide để lựa chọn bơm cho phù hợp.
-Ở trường hợp này ta có áp đầu ra là 38 barg (1355.2 gal/min), lưu lượng là 308 m 3 /h (551Psi) Từ đây ta sẽ xác định được điểm (Guideline) trong hình 4.2.
- Từ đây ta thấy điểm nằm trong vùng của bơm li tâm.
Xác định ống đầu vào và ống đầu ra
Xác định ống đầu vào
Dựa vào các thông số trong hysys để tính toán flow velocity của ống đầu vào:
Tính toán lần lượt với cái ống từ 2 đến 12 inch
Bảng 4.1 Bảng tính toán lưu lượng ống
Pipesize ID,mm Flow velocity, m/s
Type of line ΔP( bar/km)P( bar/km)
Liquid at buble point or containing
Liuquid far from bubble point 2
Dựa vào bảng 4.3 ta chọn được ống 12 inch thoả mãn điều kiện ống 12 inch với vận tốc 12m/s.
Bảng 4.3 Chọn ống theo Criteria
Xác định ống đầu ra
Tương tự dựa vào các thông số trong hysys để tính toán flow velocity của ống đầu ra:
Tính lần lượt các ống từ 2 inch đến 12 inch:
Bảng 4.4 Bảng tính toán lưu lượng ống
Pipe size ID,mm Flow velocity, m/s
Bảng 4.5 Bảng Discharge Line Criteria
Type of line ΔP( bar/km)P( bar/km) Max velocity(m/s)
Pump's ΔP≤ 50 barP≤ 50 bar 3.5 4.5 1.5 for the small giameter to
Pump's ΔP≤ 50 barP> 50 bar 7 9 1.5 for the small giameter to
6 for the big lines + Ta có áp suất đầu ra của bơm là 38 bara(< 50 bar) nên ta sẽ chọn theo trường hợp 1.
+ trường hợp 1: lưu lượng là 1.5 m/s cho ống nhỏ ( < 12 inch) và lưu lượng là 6 m/s cho ống lớn(>12 inch)
+ Dựa vào bảng ta chọn được ống 12 inch
Bảng 4.6 Chọn ống theo Criteria
Pipe size ID,mm Flow velocity, m/s Allowble velocity Result
Xác định áp suất hút
4.2.3.1 Áp suất hút định mức
Vận tốc thực (V), m/s Đường kính trong thực (ID), mm Độ nhớt (μ), cP), cP
Thành dày (ε), mm), mm Đường kính trong thực (ID), mm
- Tính độ mất áp (Pressure drop), ∆P:
Tính cho pha khí, ta có công thức trong API RP 14E:
𝐼𝐷 5 Trong đó Độ mất áp (∆P), psi/ft Áp suất vận hành (�𝐷1), psi
Tỉ trọng của dòng khí tại điều kiện tiêu chuẩn (S), lb/h
Lưu lượng dòng khí (Qg), MMScfd
Moody friction factor, f Độ dài ống (L), ft Đường kính trong thực (ID), inch
Vì công thức trong API RP 14E tính theo hệ đơn vị Imperial và bài tính đang sử dụng hệ đơn vị SI nên để chuyển đổi đơn vị cho độ mất áp từ Imperial sang SI:
∆P (barg m ) = ∆P ( psi ft) ∗ 0.226206Làm các bước như trên ta sẽ thu được kết quả như sau:
Bảng 4.7 Bảng kết quả Suction line
Bảng 4.8 Bảng kết quả Discharge Line
B 90769932 Áp suất hút định mức = 7+(0.5)*9.81*928.2–(0.06*0.075)=8.04 bar
1 NPSHa: là cột áp sẵn có của chất lỏng ở đầu hút của bơm trừ đi áp suất hơi của lưu chất tại điều kiện làm việc.
2 NPSHr: là cột áp tối thiểu cần có ở đầu hút của bơm hoạt động bình thường, tránh hiện tượng xâm thực.
3 Hiện tượng xâm thực hay còn gọi là hiện tượng khí thực, tiếng anh là
“Cavitation” Đây là hiện tượng các chi tiết máy bơm bị ăn mòn do xuất hiện các bọt khí trong quá trình hút nước.
4 Để tránh hiện tượng xâm thực thì NPSHr < NPSHa
Hp: Đầu áp suất tuyệt đối do áp lực trên bề mặt chất lỏng đi vào đường hút.
Hf: đầu mất mát do ma sát trong đường ống hút
Ha: Đầu tăng tốc (acceleration head):
Hv: "Velocity head" (đầu vận tốc)
Hvp: Áp suất hơi tuyệt đối của chất lỏng tại nhiệt độ hút.
Xác định áp suất xả
- Áp suất xả định mức (Rated Discharge Pressure) = 38+ 1+0.06*20*1.59 bar
Trong đó: Áp suất hoạt động cao nhất : là áp suất đầu ra Áp suất mất trong đường ống xả= độ mất áp x chiều dài ống xả Áp suất tĩnh do độ cao = 1 bar
- Áp suất chênh lệch định mức của bơm (Pump Rated Differential Pressure) = 39- 8.040.96 bar
- Áp suất xả tối đa khi đóng (Max Shut-off Discharge Pressure) = 7+ 120% 30.96E.19
Kết quả
Làm tương tự ta sẽ thu được 3 bơm của 3 case trong bảng 4.9
Bảng 4.9 Kết quả 3 bơm của 3 case
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kiến nghị
Đồ án này cần thêm thời gian để hoàn chỉnh và chỉnh sửa nên một số hạng mục trong đồ án vẫn chưa được hoàn thiện một cách tốt nhất.
