Bài giảng công nghệ khí (ths hoàng trọng quang) chương 1

CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN GVGD: ThS Hoàng Trọng Quang GVTG: ThS Hà Quốc Việt NỘI DUNG Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 GIỚI THIỆU NGUỒN GỐC KHÍ THIÊN NHIÊN THÀNH PHẦN CỦA KHÍ THIÊN NHIÊN PHÂN LOẠI KHÍ THIÊN NHIÊN MỤC ĐÍCH XỬ LÝ SẢN PHẨM CỦA KHÍ THIÊN NHIÊN QUI CÁCH SẢN PHẨM KHÍ THIÊN NHIÊN 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM GIỚI THIỆU Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Khí thiên nhiên dạng lượng hóa thạch không màu, không mùi, thành phần chủ yếu metan, thành phần phụ gồm Etan, Propane, Butan, CO2, H2S… Khí thiên nhiên cháy môi trường không khí sinh nhiệt Tuỳ thuộc vào thành phần hỗn hợp khí thiên nhiên mà giá trị nhiệt lượng khí cung cấp từ 700Btu/scf đến 1600Btu/scf Nguồn nhiên liệu & nguyên liệu lý tưởng cho: Sinh hoạt: nấu ăn, sưởi ấm, đun nước Công nghiệp: nhiên liệu nguyên liệu cho nhà máy, trình xử lý chế biến thực thẩm, sấy khô, Nguồn lượng: nhà máy điện, tuabin Nhiên liệu cho phương tiện vân chuyển: xe tải, xe bus So với nhiên liệu hoá thạch khác khí thiên thiên nhiên gây ô nhiễm (Bảng 1) 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Hình 1: Sơ công nghiệp dầu khí (Adapted from Canon, 1993) TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Hình 2: Ngành công nghiệp khí thiên nhiên 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM CÁC DẠNG SỬ DỤNG Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Hình 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM MỨC ĐỘ GÂY Ô NHIỄM Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Bảng 11/14/2013 CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG SƠ CẤP Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 HÌNH 4: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM TRỮ LƯỢNG KHÍ CỦA CÁC NƯỚC HÀNG ĐẦU Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 HÌNH 5: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM SẢN LƯỢNG KHAI THÁC KHÍ VÀ TRỮ LƯỢNG THEO KHU VỰC Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Bảng 2: 11/14/2013 10 QUY CÁCH SẢN PHẨM CỦA KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Sản phẩm lỏng BẢNG 11/14/2013 41 Sản phẩm lỏng khí thiên nhiên Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Các sản phẩm khí thiên nhiên thu hồi dạng lỏng ứng dụng BẢNG Sản xuất khí hóa lỏng (NGL) Sử dụng Nguyên liệu hoá dầu Ethane Propane Công nghiệp, lượng nước, Nguyên liệu hoá dầu Khí hoá lỏng (LPG, hỗn hợp C3/C4) Công nghiệp, lượng nước, Nguyên liệu hoá dầu Chất phụ gia dầu cho vận hành áp thấp, nguyên liệu hoá dầu n-Butane Nguyên liệu tinh chế cho trình alkyl hoá i-Butane Dầu lửa tự nhiên (C5 nặng hơn) 11/14/2013 Nguyên liệu tinh chế cho trình biến đổi Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 42 QUY CÁCH SẢN PHẨM CỦA KHÍ VẬN CHUYỂN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 BẢNG 10 Quy cách sản phẩm Khí vận chuyển đường ống 11/14/2013 43 KHÍ THIÊN NHIÊN VÀ CÁC SẢN PHẨM SAU XỬ LÝ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 HÌNH 14 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 44 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Lấy mẫu có ý nghĩa quan trọng việc xác định thành phần khí Mẫu có ảnh hưởng lớn đến độ xác kết nghiên cứu Vì thế, việc lấy mẫu khí thiên nhiên cần phải tiến hành cẩn thận, theo trình tự yêu cầu Tuy nhiên thực tế việc lấy mẫu khí thiên nhiên lại thực tốt Khí thiên nhiên, dòng chảy thường có kèm theo thành phần condensat, lấy mẫu hoàn toàn trạng thái nguyên Mức độ phản ánh trạng thái thiên nhiên phức tạp dòng chảy hai pha – với thay đổi mô hình dòng chảy mẫu tượng chất lỏng không trượt (liquid holdup) thay đổi theo gradient vận tốc lưu chất – cho độ tin cậy tuyệt đối 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 45 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Trong trường hợp thực tế, bình tách lắp đặt đầu giếng để tách lấy khí condensat xác định lưu lượng pha Các phân tích sau khí khỏi bình tách khí chất lỏng cho phép tái kết hợp để đạt kết phân tích dòng chảy giếng Điều lý bình đo chí lắp đặt khơi nơi có không gian khối lượng chụi hạn chế tiêu tốn nhiều tiền vốn đầu tư Việc lấy mẫu đem lại kết nghèo nàn nói chung số nguyên nhân gây ra: Do tầm quan trọng yếu tố kinh tế kỹ thuật Người thực lấy mẫu chưa huấn luyện đủ kỹ cần thiết liên quan Do bỏ qua không tuân theo quy trình dẫn tiêu chuẩn 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 46 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Yêu cầu tiến hành lấy mẫu mỏ: Không sử dụng ống lấy mẫu bẩn chứa mẫu trước Không tiến hành lấy mẫu điều kiện áp suất nhiệt độ chưa đạt mức ổn định Không lấy mẫu áp suất bình tách có khác biệt với áp suất ống mẫu Không để mẫu bị xâm nhập khí Phải đánh dấu mẫu lấy rõ ràng, cụ thể Việc lấy mẫu lưu chất hydrocacbon nguy hiểm Mọi người liên quan đến công tác lấy mẫu cần phải huấn luyện làm quen với nguyên tắc, quy tắc an toàn Không đổ đầy hoàn toàn chất lỏng vào ống lấy mẫu 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 47 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Hefley cộng (1985) đưa báo cáo việc lấy mẫu khí thiên nhiên Chương trình lấy mẫu tảng để bổ sung sửa chữa tiêu chuẩn GPA 2166 để kiểm tra phương pháp lấy mẫu GPA 2166 cách chi tiết Tiêu chuẩn GPA 2166-86 mẫu tốt đạt cả phương pháp Tuy nhiên báo cáo xếp loại độ xác phương pháp theo thứ tự giảm dần sau: Sự thay nước(water displacement) Làm liên tục (Continuous Purge) Purge and fill 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 48 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Sự thay Glycol Áp suất giảm (Reduced Pressure) Floating Piston Cylinder Bơm Helium đến 5psig Bình chân không Trong thực tế phương pháp Purge and Fill phương pháp phổ biến nhất, phương pháp Floating Piston Cylinder sử dụng ngày nhiều Một vài vấn đề xảy trình lấy mẫu khí thiên nhiên: Sự ngưng tụ Hydrocacbon thay đổi áp suất nhiệt độ trình lấy mẫu Sự dính bám giọt nhỏ chất lỏng sương (mist) Các phân tử mẫu phản ứng với bình chứa Một vài thành phần mẫu bị hòa tan môi trường trung gian 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 49 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Các trình quan trọng công tác lấy phải đảm lượng tương đối nhỏ thành phần có khả ngưng tụ giữ lại pha khí loại bỏ tới sắc phổ kế hay phổ khối Trong khí thiên nhiên, lượng khí H2S nhỏ bỏ qua Khí H2S tác dụng nhanh với thép bon có tất khí mẫu Bình lấy mẫu thép không rỉ nên sử dụng nghi ngờ có diện hàm lượng lớn H2S khí mẫu Mặt khác thân loại thép không rỉ Austenic cúng có khả hấp thụ lượng nhỏ H2S Tiêu chuẩn GPA 2261 đề nghị khí tiến hành phân tích nguồn hàm lượng H2S nhỏ 3% phương pháp 2377 theo tiêu chuẩn GPA 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 50 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Quy trình lấy mẫu Toole đề nghị: Sử dụng thiết bị lấy mẫu có chứa tách khí khỏi nước dạng lọc lại hệ thống lấy mẫu phù hợp với dòng chảy tính từ van nguồn Điều có tính chất bắt buộc mẫu khí ướt Sử dụng ống lấy mẫu gia nhiệt để ngăn cản toạ thành condensat nhiệt độ môi trường xung quanh thấp suốt trình lấy mẫu Giữ cho đường ống dẫn lấy mẫu ngắn tốt Điều nên làm tất trình lấy mẫu kể khí ướt khí khô Làm sạch, sấy khô làm khô chân không ống lấy mẫu trước đưa tới mỏ Điều giúp cho tránh khỏi chất lỏng xâm nhập lẫn vào từ mẫu lấy trước Làm ống mẫu cách cẩn thận 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 51 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Quy trình lấy mẫu Toole đề nghị: Các ống mẫu trống rỗng từ đầu đến cuối đuôi kim loại đầu vào giãn nở khí nén ép tới điều kiện áp suất Đối với mẫu để xác định hiệu suất tỏa nhiệt phân tích sắc phổ, sử dụng ống mẫu thép cacbon hay thép không rỉ sét DOT3A, DO3AA, thể tích chứa 300 cu.in Các ống lấy mẫu nhỏ sử dụng cho phân tích GC Tuy nhiên, xác định nhiệt lượng Btu cải tiến tạo chắn cho phân tích sắc phổ Btu tính toán từ trình phân tích không vượt mức độ dao động +_ Btu theo giá trị đo Giữ cho ống mẫu thẳng đứng làm đầy nó, làm đường ống phần đáy Không đặt nằm ngang ống mẫu xuống đất Sử dụng cực dò ống mà vào sâu 1/3 ống mẫu Điều nhằm tránh tạo ngưng tự nhiễm bẩn đường vào mẫu vào ống mẫu 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 52 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Nhóm nghiên cứu GPA (McCann cộng sự, năm 1988) trình bày công trình nghiên cứu lấy mẫu hỗn hợp khí thiên nhiên cho phiên tương lai tiêu chuẩn GPA 2174-83 Bốn phương pháp lấy mẫu sau chấp nhận: Sự dịch chuyển xylanh-piston (GPA, tiêu chuẩn 2174-83) Sự thay nước (sự dịch chuyển tổng cộng-80% hydrocacbon/20% phần trống bị chuyển dịch) Sự dịch chuyển nước (sự dịch chuyển phần-80% hydrocacbon/20% phần trống bị chuyển dịch/10% nước lại xi-lanh) Sự dịch chuyển Ethylene Glycol (sự dịch chuyển tổng cộng-80% hydrocacbon/20% phần trống bị chuyển dịch) Những cảnh báo sau đưa việc lấy mẫu dùng phương pháp di chuyển piston xi-lanh (Toole, 1981) Áp suất đáy piston phải cao áp suất ống lúc bắt đầu hoạt động 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 53 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Xả dần áp suất để đưa mẫu vào trì áp suất bên piston ao cho gần khác lượng nhỏ đủ để di chuyển piston Không xả hết áp suất khỏi đáy piston sau mẫu đưa vào làm bay số chất lỏng chuyển sang thành khí Như sau phải thử mẫu lại Không hoàn toàn cho 100% mẫu làm đầy xi-lanh Đặt 25% áp suất đệm để đề phòng dao động nhiệt độ xung quanh Theo Toole (1981), di chuyển piston xi-lanh sử dụng cho việc lấy mẫu khí ướt với kết tốt việc lấy mẫu đại diện Gây áp lực lên đáy xi-lanh dòng khí để làm đầy áp suất ống Nối xi-lanh với nguồn (bắt buộc sử dụng dây dẫn hướng) mở van tới xilanh Làm đầy xi-lanh lấy mẫu chất lỏng 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 54 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Đặc biệt ý đến tính kiểm tra kỹ xi-lanh chứa mẫu Sau số phương pháp (Welker, 1985): Dùng dung môi dễ bay làm khô không khí Rửa làm khô không khí Phương pháp chân không Phương pháp chân không làm đầy psig helium Quy trình phải tuân thủ nghiêm ngặt chi tiết Như qua chương biết thành phần có khí thiên nhiêm số đặc tính chúng Những thành phần tiến hành xác định việc tiến hành phân tích mẫu Đòng thời ta biết trình khai thác việc lấy mẫu thường xuyên tiếp tục Vì cung cấp cho người đọc số yêu cầu, cách thức tối thiểu việc lấy mẫu 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 55 [...]... quặng vỉa (FeS) 11 /14 /2 013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 22 THÀNH PHẦN KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Bảng 7: 11 /14 /2 013 23 THÀNH PHẦN KHÍ THIÊN NHIÊN TẠI MỘT SỐ MỎ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Bảng 8: 11 /14 /2 013 24 THÀNH PHẦN KHÍ THIÊN NHIÊN TẠI MỘT SỐ MỎ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Bảng 9: 11 /14 /2 013 25 PHÂN LOẠI KHÍ THIÊN NHIÊN... cơng nghệ xử lý khí thiên nhiên 11 /14 /2 013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 19 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Thành phần thường thấy trong khí thiên nhiên, bảng sau: Bảng 5 Loại Hàm lượng Các hợp chất hydrocacbon Metan 79 – 98% Etan 1 – 10 % Propan Rất ít – 5% Butan Rất ít – 2% Pentan Rất ít – 1% Hexan Rất ít – 0,5% Heptan Rất ít – 0,5% Các hợp chất khơng phải hydrocacbon 11 /14 /2 013 Nitơ... HCM 27 KHÍ KHƠ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Khí khơ (Dry Gas): khí chứa tối đa 0.1gallons condendate trong 10 00ft3 khí Thành phần chính là C1 có thêm thành phần khơng chứa HC như N2 và CO2 Từ vỉa lên bề mặt: tồn tại dưới dạng đơn pha khí (thành phần condensate bị loại trừ) 11 /14 /2 013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 28 Biểu đồ pha của khí khơ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright... chất & Dầu khí Copyright 2008 Khí khơ Thành phần chủ yếu là C1, thêm vào đó là những thành phần vô cơ như N2 và CO2 HÌNH 7: 11 /14 /2 013 Khí khô tồn tại 1 pha duy nhất từ điều kiện vỉa lên đến điều kiện bề mặt Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 29 KHÍ ƯỚT Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Khí ướt (Wet Gas): khí chứa tối thiểu 0.1gallons condendate trong 10 00ft3 khí Ở điều kiện bề mặt khác với... dầu khí theo thành phần Hydrocacbon Bảng 3 Phần trăm phần mol 11 /14 /2 013 Dạng chất lưu Methane (C1) Trung gian (C2-C6) Heptanes+ Dầu đen 30 35 35 Dầu bay hơi 55 30 15 Condensate 70 22 8 Khí khơ 90 9 1 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 17 TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Sản phẩm dầu mỏ phân chia theo tỷ số khí dầu, oAPI, đặc tính sắc Bảng 4 phổ Tỷ số khí dầu... khí Copyright 2008 Các khí hydrocarbon chủ yếu là metan C1 (90 – 95%), các đồng đẳng của metan (C2, C3, C4) và một phần nhỏ các khí khác Phân loại: Tính chất vật lý: khí khơ, khí ướt, khí ngưng tụ Tính chất hóa học: khí chua, ngọt Thành phần: khí gầy, khí béo Thuật ngữ “Raw Gas”: chỉ khí thiên nhiên lấy từ vỉa chưa được xử lý (chưa tách nước, các chất trơ, H2S khí ngưng tụ và bất kỳ loại HC nào) 11 /14 /2 013 ... được tách tại đầu giếng Khí khơng đồng hành (nonassociated gas) khai thác trực tiếp từ các vỉa khí Khí condensat: có hàm lượng HC lỏng cao khi áp suất và nhiệt độ giảm Phân loại giếng: giếng khí là giếng có tỷ số khí dầu (GOR) > 10 0.000 SCF/STB; Giếng condensate: 5000 ≤ GOR ≤ 10 0000 SCF/STB; Giếng dầu: GOR < 5000 SCF/STB 11 /14 /2 013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 12 THÀNH PHẦN CỦA KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa... Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 HÌNH 6: 11 /14 /2 013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 11 NGUỒN GỐC KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Khí thiên nhiên được hình thành từ sự phân hủy xác của động vật và thực vật và được giữ lại trong lỗ rỗng ở những tầng chứa sâu hoặc từ các mỏ khí than sâu hơn 3000ft (coal-bed methane) Khí thiên nhiên thường phân làm 03 loại: Khí đồng hành... HÌNH 11 : Dầu nặng Dầu nặng chứa nhiều hơn 25% thành phần C7 + Dầu nặng thì có sự co thể tích không đáng kể khi ta khai thác GOR điển hình ít hơn 10 00 SCF/Bbl Khí cân bằng là khí khô và số lượng chất lỏng khai thác được từ vỉa khí thì thường bò bỏ qua 11 /14 /2 013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 35 SO SÁNH GIÃN ĐỒ PHA CÁC LOẠI CHẤT LƯU VỈA Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 HÌNH 12 : P1 =... nhiên, ) 11 /14 /2 013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 13 Thành phần Hydrocacbon Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Methane (CH4 hoặc C1): thành phần chính trong hỗn hợp Ethane (C2H6 hoặc C2): thành phần nhiều thứ 02 trong hỗn hợp, nhiệt đốt nóng cao hơn methane (17 69 BTU’s/SCF –so với 10 10 BTU’s/SCF hoặc 66.0 MJ/m3 so với 37.7 MJ/m3) Propane (C3H8 hoặc C3): thành phần quan trọng của khí đường ... khí thiên thiên nhiên gây nhiễm (Bảng 1) 11 /14 /2 013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHIỆP KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11 /14 /2 013 Hình 1: ... Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Bảng 8: 11 /14 /2 013 24 THÀNH PHẦN KHÍ THIÊN NHIÊN TẠI MỘT SỐ MỎ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Bảng 9: 11 /14 /2 013 25 PHÂN LOẠI KHÍ THIÊN NHIÊN... gallons C3+ 10 0ft3 qua đơn vị hấp thụ 11 /14 /2 013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 37 HỆ THỐNG THU GOM, XỬ LÝ, CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 HÌNH 13 11 /14 /2 013 Trường