Bài giảng thu gom, xử lý, vận chuyển, tàng trữ dầu, khí, nước ths nguyễn khắc long

CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA- Cơ sở tách khí khỏi dầu: Sự giảm áp suất của hỗn hợpNguyên tắc cân bằng hoạt nhiệt lỏng – khí - Cơ chế tạo khí tiếp xúc flash vaporisation: áp s

Trang 2

PHẦN 3

CƠ CHẾ VÀ CÔNG NGHỆ - KỸ THUẬT

TÁCH PHA LỎNG - KHÍ

Chương 1: Cơ chế và phương pháp tách pha

Chương 2: Thiết bị tách pha

Chương 3: Tính toán công nghệ thiết bị tách pha.

Trang 3

PHẦN 3

CƠ CHẾ VÀ CÔNG NGHỆ - KỸ THUẬT

TÁCH PHA LỎNG - KHÍ

Trang 4

CHƯƠNG 1

CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA

1 Mục đích tách pha

2.Cơ chế tách

3.Phương pháp tách dầu ra khỏi khí

4.Phương pháp tách khí ra khỏi dầu

Trang 5

CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA

- Thu hồi khí dầu làm nguyên liệu cho công nghiệp hoá hoặc dùnglàm nhiên liệu

- Giảm xáo trộn của dòng khí - dầu, giảm sức căng kháng thuỷ lựctrên các ống dẫn và hạn chế sự tạo thành nhũ tương

- Giải phóng các bọt khí đã tách trên đường ống

- Giảm các va đập áp suất khi tạo trên ống thu gom hỗn hợp dầu - khídẫn tới các trạm bơm hoặc trạm xử lý

- Tách nước khỏi dầu khi khai thác các nhũ tương không ổn định

1 Mục đích tách pha

Trang 6

- Cơ sở tách khí khỏi dầu:

Sự giảm áp suất của hỗn hợpNguyên tắc cân bằng hoạt nhiệt lỏng – khí

- Cơ chế tạo khí tiếp xúc (flash vaporisation): áp suất trong bơm đầu tiên được nângcao hơn điểm bọt, rồi giảm đột ngột từng nấc một, sau đó ghi nhận giá trị thể tíchtương ứng Tại mỗi nấc áp suất ta không thể phân biệt thể tích khí và dầu mà chỉ cóthể ghi thể tích tổng

- Cơ chế tạo khí vi sai (vi phân) (differential vaporisation): tách vi sai thường bắt đầubởi áp suất điểm bọt vì nếu trên giá trị này thì lại giống với trường hợp tách tiếp xúc.Khác với tách tiếp xúc, sau mỗi lần giảm áp thì khí được giải phỏng khỏi bình bằng

2 Cơ chế tách

Trang 7

- Trong tách tiếp xúc, khi giảm áp từ đầu đến giá trị cuối cùng thì khí không đượctách mà luôn tiếp xúc cân bằng với dầu nên thành phần Hydrocacbon không thay đổi

- Trong tách vi sai: sau mỗi nấc giảm áp, khí được giải phóng nên thành phầnHydrocacbon trong bình thay đổi và liên tục giàu thêm các thành phần nặng, còntrọng lượng trung bình phân tử khí tăng lên

- Nói chung, tách vi sai cho nhiều dầu hơn là tách tiếp xúc Trong thực tế, tách tiếpxúc ứng với tách một bậc Tách vi sai ứng với tách nhiều bậc

2 Cơ chế tách

Trang 8

Tách khí ra khỏi dầu trong thiết

Trang 9

Các phương pháp dùng để tách dầu ra khỏi khí trong bình tách bao gồm:

Trang 10

Tách trọng lực:

- Nguyên lý tách dựa vào sự chênh lệch về mật độ

- Ở điều kiện nhiệt độ áp suất chuẩn (200C, 14,7 Psia), khối lượng riêng của dầu lớnhơn khí từ 400 ÷ 1600 lần

- Các hạt lỏng có kích thước khoảng 100μm hay lớn hơn thường được tách ra khỏidòng khí trong các bình tách có kích thước trung bình, còn các hạt nhỏ hơn chỉ có thểtách bằng các thiết bị chiết sương

3 Phương pháp tách dầu ra khỏi khí

Trang 11

Tách va đập:

- Dòng khí có chứa hỗn hợp lỏng đập vào một tấm chắn, chất lỏng sẽ dính lên bề mặt tấm chắn và chập lại với nhau thành các giọt lớn và

lắng xuống nhờ trọng lực.

- Khi hàm lượng chất lỏng cao hoặc kích thước các hạt bé, để tăng hiệu quả tách người ta cần tạo ra nhiều va đập nhờ sự bố trí các mặt chặn kế tiếp nhau.

Trang 12

Thay đổi hướng và vận tốc chuyển động:

- Nguyên tắc: lực quán tính của chất lỏng lớn hơn chất khí.

-Khi dòng khí có mang theo chất lỏng gặp các chướng ngại vật sẽ thay đổi hướng

chuyển động một cách đột ngột

- Tách nhờ thay đổi vận tốc dòng chảy: Là phương pháp thực hiện bằng cách tăng

hay giảm đột ngột vận tốc dòng chảy dựa vào sự khác biệt quán tính hay sự linh động

của dầu và khí

Trang 13

Sử dụng lực ly tâm:

-Khi dòng hơi chứa lỏng buộc phải chuyển động theo quỹ đạo vòng với tốc độ đủlớn, lực ly tâm sẽ đẩy chất lỏng ra xa hơn, bám vào thành bình, chập dính với nhau

thành các giọt lớn và lắng xuống dưới nhờ trọng lực.

- Còn chất khí do có lực ly tâm bé nên sẽ ở phần giữa bình và thoát ra ngoài theo

đường thoát khí

Trang 14

Đông tụ (chiết sương)

- Các đệm đông tụ là một phương pháp có hiệu quả để tách lỏng ra khỏi khí tự nhiên.

- Ứng dụng: hệ thống vận chuyển và phân phối khí

-Kết hợp nhiều cơ chế: va đập, thay đổi hướng, thay đổi tốc độ dòng và keo tụ Hiệuquả phụ thuộc vào diện tích có thể tập hợp và chập dính các hạt chất lỏng

-Các thiết bị đông tụ trong bình tách có thể là lưới thép, đĩa hình yên ngựa, Berl, vòngRasching… phải có diện tích bề mặt lớn

Trang 15

Thấm (filtering)

-Sử dụng các vật liệu xốp

- Khí qua vật liệu xốp sẽ chịu va đập, thay đổi hướng và tốc độ chuyển động

-Áp dụng: dùng cho các bộ chiết kiểu phin lọc

Trang 16

Các phương pháp dùng để tách khí ra khỏi dầu trong bình tách bao gồm:

-Các giải pháp cơ học: dao động (agitation), va đập (baffling), lắng

Trang 17

Các giải pháp cơ học:

- Các rung động điều hòa có kiểm soát tác động lên dầu sẽ làm giảm

sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu

- Các tấm chắn: phân tán dầu cho khí dễ dàng thoát ra, trải dầu thành

những lớp mỏng trên đường chảy xuống phần lắng

- Dưới tác dụng của lực ly tâm, dầu nặng hơn nên được giữ lại ở thành bình còn khí chiếm vị trí phía trong của dòng xoáy lốc

4 Phương pháp tách khí ra khỏi dầu

Trang 18

Các giải pháp nhiệt:

-Nhiệt đóng vai trò làm giảm sức căng bề mặt trên các bọt khí và giảm độ nhớt của

dầu, giảm khả năng lưu trữ khí bằng thủy lực

- Cho dầu thô đi qua nước nóng

- Là phương pháp hiệu quả với dầu bọt

Các giải pháp hóa học:

-Sử dụng hóa phẩm giảm sự tạo bọt và tăng khả năng tách (silicone 1 – 106

) Tác dụng chính của hóa chất là giảm sức căng bề mặt, làm giảm xu hướng tạo bọt

của dầu và do đó tăng khả năng tách khí

4 Phương pháp tách khí ra khỏi dầu

Trang 19

Bọt dầu sẽ làm giảm đáng kể năng suất của bình tách bởi vì thời gian lưu giữ cần

thiết để tách hết lượng bọt trong dầu thô càng dài.

Những đĩa khử bọt được lắp đặt từ cuối đầu vào đến cuối đầu ra của bình tách, chúngđược đặt cách nhau 4 inch tạo thành một hình chóp ở tâm theo chiều đứng của bình

5 Khó khăn gặp trong quá trình tách

Trang 20

Trang 21

5.3 Cát, Bùn, Cặn khoan, muối và các tạp chất khác

- Những hạt cát vừa với số lượng nhỏ có thể loại bỏ bằng lắng đọng trong bình tách

đứng với một cái phễu dưới đáy và loại bỏ chúng theo định kỳ

- Muối có thể loại bỏ chúng bằng cách cho thêm nước vào trong dầu và khi muối hòa tan thì nước được tách khỏi dầu và được xả ra ngoài.

5.4 Chất lỏng ăn mòn:

-Nước, H2S và CO2, đôi khi tạo thành hydrate

-Nước lắng xuống phần dưới của ống làm giảm diện tích chảy của khí và làm rỉ sétđường ống

- Khí chua: gây rỉ sét khi gặp nước trong đường ống

5 Khó khăn gặp trong quá trình tách

Trang 22

CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA

1 Chức năng và yêu cầu của bình tách

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách của thiết bị tách pha

3 Hiệu quả làm việc của thiết bị tách pha

4 Tên gọi và phân loại

5 Các giai đoạn tách

6 Các bộ phận của bình tách

Trang 23

1 Chức năng và yêu cầu của thiết bị tách pha

1.1 Chức năng của thiết bị tách pha

Thiết bị tách pha là một thuật ngữ dùng để chỉ một bình áp suất sử dụng để táchchất lưu thu được từ các giếng dầu khí thành các pha khí và lỏng

1.1.1 Chức năng cơ bản bao gồm tách dầu khỏi khí, tách khí khỏi dầu và tách nước khỏi dầu

t = 2 - 4 phút, loại 2 pha t =30s – 2 ph, loại 3 pha t =2 -10 ph

1.1.2 Chức năng phụ của bình tách bao gồm duy trì áp suất tối ưu và mức chất lỏng trong bình tách

1.1.3 Các chức năng đặc biệt của thiết bị tách bao gồm tách dầu bọt, ngăn ngừa

Trang 24

1 2 Yêu cầu đối với thiết bị tách

- Không để bình tách làm việc với tối đa dung tích của nó và thực hiện đầy đủ cácchức năng, dựa vào các phương pháp và các nguyên tắc đã nêu trên

- Kiểm soát nguồn năng lượng vỉa, tạo tốc độ chất lưu phù hợp để pha khí và phalỏng ở trạng thái cân bằng, nhằm mục đích tách bằng trọng lực

- Tách dầu – khí và loại bỏ các tạp chất trong giai đoạn tách sơ cấp (cơ bản) Đây

là giai đoạn cần được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả

- Làm sạch các sản phẩm tách sơ cấp như: khử các hạt lỏng trong khí, tránh tìnhtrạng tồn tại các nút lỏng

Trang 25

1 2 Yêu cầu đối với thiết bị tách

- Ngăn chặn hiện tượng khí – dầu trộn lẫn vào nhau trở lại

- Có các thiết bị tương ứng để điều chỉnh quá trình hồi áp suất và mực chất lỏngtrong bình

- Đảm bảo an toàn và hoạt động hiệu quả nhờ các đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ vàmực chất lỏng cung như các van an toàn

Trang 26

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách của thiết bị tách pha

- Nhiệt độ tách: Nhiệt độ cao hơn sẽ tăng sự bay hơi của hydrocarbon, giảm sự thu hồithành phần lỏng

- Áp suất tách: Ở áp suất cao hơn sẽ cho phép nhiều hydrocarbon được ngưng tụ, tăngthu hồi lỏng Tuy nhiên, sau khi đạt tới giá trị max nhất định, áp suất cao sẽ làm chothành phần lỏng giảm

- Số bậc tách (Number of stages): nói chung khi tăng số bậc tách thì sẽ tăng hiệu quảtách, kết quả tăng lượng dầu ổn định (2-3 stages)

- Kích thước, hình dáng và cấu trúc bên trong của bình tách

- Tính chất vật lý, hóa học của chất lưu đi vào bình tách

Trang 27

3 Hiệu quả làm việc của thiết bị tách pha

Hiệu quả làm việc của một thiết bị phụ thuộc vào hai chỉ tiêu cơ bản: số lượng chất lỏngthoát ra theo đường khí đánh giá bằng hệ số mang lỏng Kl và số lượng khí thoát ra theođường lỏng bởi hệ số Kg:

,

ql,qg: lưu lượng chất lỏng theo đường khí và khí theo đường lỏng

Vg,Ql: lưu lượng khí và lỏng của thiết bị trong điều kiện làm việc của bình

Thông thường Kl<50 cm3/1000m3 ; Kg<200.103 cm3/m3

Trang 28

3 Hiệu quả làm việc của thiết bị tách pha

Đánh giá hiệu quả qua mức độ tách và chất lượng (độ sạch) của chất lỏng cũng như của khí được tách.

- Mức độ tách đánh giá theo sự thay đổi tốc độ khối của các chất lưu ở đầu ra và đầu vào.

- Mức độ hoàn thiện về mặt kỹ thuật của thiết bị quyết định bởi mức độ sạch của khí cũng như lỏng, năng suất (tức là tốc độ luân chuyển) và tiêu hao kim loại, thường đánh giá qua 3 chỉ tiêu:

 Đường kính tối thiểu của giọt chất lỏng được giữ lại trong thiết bị.

 Tốc độ cực đại của dòng khí.

 Thời gian lưu trữ.

Trang 29

4 Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha

Tên gọi:

-Bình tách hoặc bẫy, lắp đặt tại vị trí sản suất hoặc ở các giàn ngay gần miệng giếng,

cụm phân dòng, trạm chứa để tách sản phẩm từ giếng thành khí và lỏng

- Các thiết bị chỉ dùng để tách nước hoặc chất lỏng (dầu + nước) ra khỏi khí, thường có

tên gọi là bình nốc ao hoặc bẫy.

- Buồng Flat: chất lưu vào từ các bình tách cao áp, còn chất lưu đi ra được truyền tới

các bể chứa, cho nên thường đóng vai trò bình tách cấp hai hoặc cấp ba

- Bình giãn nở: Các bình tách bậc một làm việc ở các trạm tách nhiệt độ thấp hoặc tách lạnh, được trang bị thêm nguồn nhiệt để nung chảy hydrat

Trang 30

Tên gọi:

-Các bình lọc khí cũng tương tự như bình tách dùng cho các giếng có chất lưu chứa ít

chất lỏng hơn so với chất lưu của giếng khí và giếng dầu, thường dùng trên các tuyếnống phân phối, thu gom khí Được chế tạo theo kiểu lọc thô và lọc ướt

- Bình thấm khí (bầu lọc kiểu thô) dùng để tách bụi Môi trường thấm trong bình có tác

dụng loại bỏ bụi, cặn, gỉ và các vật liệu lạ ra khỏi dòng khí và đồng thời cũng thườngdùng để tách lỏng

Trang 31

Phân loại:

- Theo số pha (chức năng của bình tách) thì có:

Bình tách hai pha: được sử dụng để tách khí từ lỏng: khí từ dầu trong mỏ dầu,hoặc khí từ nước trong mỏ khí Lỏng và khí đi theo 3 đường khác nhau

Bình tách 2 pha thường dùng trong thu gom, đường ống phân phối, những chỗ khôngyêu cầu phải kiểm soát slug hoặc heads của chất lỏng

Bình tách ba pha: được sử dụng để tách khí từ pha lỏng và nước từ dầu Nước,dầu khí đi theo 3 đường khác nhau

- Theo áp suất làm việc: Loại thấp áp từ 0,6 đến 6at, trung áp 6 đến 16at, cao áp từ 16

đến 64at

Trang 32

Phân loại:

-Theo phạm vi ứng dụng:

Bình tách thử giếng, nối với giếng cần phải thử hoặc cần phải kiểm tra, để tách

và đo chất lỏng, do đó có trang bị các loại đồng hồ để đo tiềm năng dầu, khí, nước

Bình tách đo: có nhiệm vụ tách dầu, khí, nước và đo các chất lưu có thể thực

hiện trong cùng một bình, các kiểu thiết kế đảm bảo đo các loại dầu khác nhau, có thểloại 2 hoặc 3 pha

Bình tách khai thác dùng tách chất lỏng giếng khai thác từ một giếng hoặc một

cụm giếng

Bình tách nhiệt độ thấp là một kiểu đặc biệt, chất lỏng giếng có áp suất cao

Trang 33

Phân loại:

- Theo nguyên lý tách cơ bản

Nguyên lý trọng lực: Các bình tách loại này ở cửa vào không thiết kế các bộphận tạo va đập, lệch dòng hoặc đệm chắn Còn ở cửa ra của khí (không nhiều) có lắpđặt bộ phận chiết sương

Loại va đập hoăc keo tụ bao gồm tất cả các thiết bị ở cửa vào có bố trí các tấm

va đập hoặc đệm chắn để thực hiện tách sơ cấp

Nguyên lý tách ly tâm có thể dùng cho sơ cấp hoặc dùng cả cho thứ cấp, lực lytâm được tạo ra theo nhiều cách

Trang 34

Phân loại:

- Theo hình dạng:

Bình tách đứng,Bình tách ngang,Bình tách hình cầu

Trang 35

Trang 36

Bình tách đứng:

•Ưu điểm:

- Bình tách đứng có thể điều khiển lượng tương đối lớn chất lỏng mà không bị cuốntheo dòng khí, nó điều khiển mức tốt hơn

- Khuynh hướng chất lỏng bay hơi trở lại được giảm thiểu vì diện tích mặt cắt ngang bé

- Chiếm không gian ngang bé phù hợp giàn khai thác chật hẹp

•Nhược điểm:

- Chi phí chế tạo, vận chuyển bằng tàu cao.

- Khi hai bình tách có cùng công suất thì bình tách đứng thường có kích thước lớn hơnbình tách ngang

Trang 37

Trang 38

Trang 39

Trang 40

Trang 41

Bình tách ngang:

- Bình có mặt phân cách khí-lỏng lớn (gas-liquid interface)

- Sự thay đổi về kiểm soát mực chất lỏng trong bình tách bị giới hạn nhiều hơn so với ởbình tách đứng do khoảng dâng tương đối thấp Đường kính thay đổi từ 10in đến 16ft;chiều dài từ 4 đến 70ft

Phân loại:

- Bình tách ngang 2 pha,

- Bình tách ngang 3 pha,

- Bình tách ngang kiểu đơn (một tầng)

- Bình tách ngang kiểu kép (hai tầng)

Trang 42

Bình tách ngang:

Ưu điểm :

- Hiệu quả với tách ba pha khí-dầu-nước; bình tách ngang có diện tích tiếp xúc dầu khílớn, cho phép khí thoát nhanh hơn, vì thế nó có thể xử lý thể tích khí nhiều, tính kinh tế

và hiệu suất cao,

- Chi phí chế tạo rẻ, chi phí vận chuyển bằng con lăn thấp hơn so với bình tách đứng,

- Thuận lợi hơn cho việc lắp đặt và bảo hành,

- Bình tách ngang hạn chế dòng rối và tạo bọt Với cùng một công suất cho trước bìnhtách ngang nhỏ hơn và rẻ hơn bình tách đứng

Định dạng
Số trang	72
Dung lượng	7,81 MB