Ụ Ụ MỤ LỤ .......................................................................................................................1 MỞ ĐẦU .........................................................................................................................5 1.Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................................... 5 2 . Mục đích nghiên cứu...................................................................................................... 5 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 6 4. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................................... 6 5. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................................ 6 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn........................................................................................ 6 HƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐƢỜNG ỐNG VẬN HUYỂN ................................7 1.1. H THỐNG THU GOM ẦU MỎ H HỔ. ..................................................... 7 1.1.1. Hệ thống thu gom dầu trên các giàn cố định. ................................................7 1.1.2. Hệ thống thu gom dầu trên các giàn mini MSP. ............................................9 1.1.3. Hệ thống thu gom dầu trên các giàn nhẹ......................................................10 1.2. SƠ ĐỒ THU GOM..................................................................................................... 10 1.2.1. Ph n oại.......................................................................................................10 1.2.2. Sơ đồ thu gom mỏ ạch Hổ.........................................................................12 1.3. QUÁ TRÌNH THU GOM VẬN HUYỂN ẦU KHÍ Ở MỎ H HỔ ........ 14 HƢƠNG II: Ơ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ÒNG HẢY TRONG ĐƢỜNG ỐNG VẬN HUYỂN ẦU THÔ....................................................................................................17 2.1. Á TÍNH HẤT Ơ ẢN ỦA ẦU MỎ ....................................................... 17 2.1.1. Thành phần dầu mỏ, ph n oại dầu mỏ ........................................................17 2.1.2. Mật độ dầu và khí.........................................................................................18 2.2. ÒNG HẢY HAI PHA TRONG ĐƢỜNG ỐNG............................................... 22 2.3. MÔ HÌNH ÒNG HẢY TRONG ĐƢỜNG ỐNG VÀ PHÂN LO I.............. 24 2.3.1. òng chảy ngang và gần ngang. ..................................................................242 2.3.2. ấu trúc dòng chảy của hỗn hợp dầukhí trong ống nằm ngang .................26 2.3.3. òng chảy trong ống đứng...........................................................................30 2.3.4. òng chảy trong ống nghiêng......................................................................31 2.3.5. X y dựng mô hình dòng chảy. .....................................................................32 2.3.5. Mô hình dòng chảy phụ thuộc vào Gradient áp suất. ..................................35 2.4. SỰ HUYỂN ĐỔI HẾ ĐỘ DÒNG HẢY......................................................... 38 HƢƠNG III: ẢNH HƢỞNG ỦA HI N TƢỢNG VA ĐẬP THỦY LỰ LÊN TUỔI THỌ ỦA ĐƢỜNG ỐNG..................................................................................46 3.1. KHÁI NI M HI N TƢỢNG VA ĐẬP THỦY LỰ ........................................... 46 3.2. SỰ TÁ ĐỘNG ỦA HI N TƢỢNG VA ĐẬP THỦY LỰ LÊN ĐƢỜNG ỐNG ÔNG NGH VẬN HUYỂN ẦU THÔ Ở MỎ H HỔ VSP............ 50 3.2.1. Vật iệu đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô ở mỏ ạch hổ VSP...50 3.2.2. Ảnh hƣởng của hiện tƣợng va đập thủy ực ên tuổi thọ của đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô........................................................................................50 3.2.3. Xung động áp suất trong vận chuyển hỗn hợp dầu khí................................54 3.3. Á GIẢI PHÁP H N HẾ HI N TƢỢNG VA ĐẬP THỦY LỰ LÊN TUỔI THỌ ĐƢỜNG ỐNG .............................................................................................. 56 3.3.1. Phƣơng pháp vận hành đƣờng ống (đóng mở van hợp ý). .........................56 3.3.2. Phƣơng pháp cơ học.....................................................................................57 3.3.3. ác iện pháp giảm xung.............................................................................57 3.3.4. Phƣơng pháp d ng tháp điều áp...................................................................63 KẾT LUẬN ...................................................................................................................70 ANH MỤ TÀI LI U THAM KHẢO ......................................................................71
1 Ụ Ụ MỤ LỤ MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu 6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn HƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐƢỜNG ỐNG VẬN HUYỂN 1.1 H THỐNG THU GOM ẦU MỎ H HỔ 1.1.1 Hệ thống thu gom dầu giàn cố định 1.1.2 Hệ thống thu gom dầu giàn mini MSP 1.1.3 Hệ thống thu gom dầu giàn nhẹ 10 1.2 SƠ ĐỒ THU GOM 10 1.2.1 Ph n oại 10 1.2.2 Sơ đồ thu gom mỏ ạch Hổ 12 1.3 QUÁ TRÌNH THU GOM VẬN HUYỂN ẦU KHÍ Ở MỎ H HỔ 14 HƢƠNG II: Ơ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ÒNG HẢY TRONG ĐƢỜNG ỐNG VẬN HUYỂN ẦU THÔ 17 2.1 Á TÍNH HẤT Ơ ẢN ỦA ẦU MỎ 17 2.1.1 Thành phần dầu mỏ, ph n oại dầu mỏ 17 2.1.2 Mật độ dầu khí 18 2.2 ÒNG HẢY HAI PHA TRONG ĐƢỜNG ỐNG 22 2.3 MÔ HÌNH ÒNG HẢY TRONG ĐƢỜNG ỐNG VÀ PHÂN LO I 24 2.3.1 òng chảy ngang gần ngang 24 2.3.2 ấu trúc dòng chảy hỗn hợp dầu-khí ống nằm ngang 26 2.3.3 òng chảy ống đứng 30 2.3.4 òng chảy ống nghiêng 31 2.3.5 X y dựng mô hình dòng chảy 32 2.3.5 Mô hình dòng chảy phụ thuộc vào Gradient áp suất 35 2.4 SỰ HUYỂN ĐỔI HẾ ĐỘ DÒNG HẢY 38 HƢƠNG III: ẢNH HƢỞNG ỦA HI N TƢỢNG VA ĐẬP THỦY LỰ LÊN TUỔI THỌ ỦA ĐƢỜNG ỐNG 46 3.1 KHÁI NI M HI N TƢỢNG VA ĐẬP THỦY LỰ 46 3.2 SỰ TÁ ĐỘNG ỦA HI N TƢỢNG VA ĐẬP THỦY LỰ ỐNG ÔNG NGH VẬN HUYỂN ẦU THÔ Ở MỎ LÊN ĐƢỜNG H HỔ - VSP 50 3.2.1 Vật iệu đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô mỏ ạch hổ - VSP 50 3.2.2 Ảnh hƣởng tƣợng va đập thủy ực ên tuổi thọ đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô 50 3.2.3 Xung động áp suất vận chuyển hỗn hợp dầu khí 54 3.3 Á GIẢI PHÁP H N HẾ HI N TƢỢNG VA ĐẬP THỦY LỰ LÊN TUỔI THỌ ĐƢỜNG ỐNG 56 3.3.1 Phƣơng pháp vận hành đƣờng ống (đóng mở van hợp ý) 56 3.3.2 Phƣơng pháp học 57 3.3.3 ác iện pháp giảm xung 57 3.3.4 Phƣơng pháp d ng tháp điều áp 63 KẾT LUẬN 70 ANH MỤ TÀI LI U THAM KHẢO 71 Ụ ỂU ảng 1.1 Thông số hệ thống công nghệ đƣờng ống vận chuyển dầu thô mỏ ạch Hổ ảng 2.1 Trị số hàm số 1, F2, F3 & F4 41 ảng 2.2 Giá trị số đối v i nh tƣơng dầu Arkhange st 43 ảng 2.3 Trị số hàm (kq); H(k,q) Z(k,q) 43 ảng 3.1 Một số kết nghiên cứu ng đọng paraffin ằng phƣơng pháp ngón tay ạnh 67 ảng 3.2 Mức độ hòa tan ng đọng paraffin số hóa ph m 68 Ụ V Hình 1.1 Sơ đồ thu gom hở 11 Hình 1.2 Sơ đồ thu gom kín 12 Hình 1.3 Sơ đồ thu gom, vận chuyển dầu khí mỏ ạch Hổ 13 Hình 2.1 Sơ đồ dòng hai pha ỏng - khí ống 22 Hình 2.2 Sơ đồ mối quan hệ gi a trƣợt t c ngh n dòng chảy 23 Hình 2.3 Mô hình dòng chảy nằm ngang gần ngang 25 Hình 2.4 òng chảy hỗn hợp dầu - khí 27 Hình 2.5 iểu đồ aker 28 Hình 2.6 Sơ đồ nút ỏng khí ống nằm ngang 29 Hình 2.7 Sơ đồ tuyến sau chế độ trọng trƣờng 30 Hình 2.8 Mô hình dòng chảy đƣờng ống đứng 31 Hình 2.9 Mô hình dòng chảy toàn ộ phạm vi góc nghiêng 32 Hình 2.1 ản đồ mô hình dòng chảy cho ống ngang 33 Hình 2.11 ản đồ mô hình dòng chảy cho ống th ng đứng 34 Hình 2.12 ản đồ mô hình dòng chảy cho ống th ng đứng 34 Hình 2.13 ản đồ mô hình cho đƣờng ống ngang 35 Hình 2.14 Mô hình dòng chảy gradient áp suất đƣợc x y dựng dòng chảy ngang 36 Hình 2.15 Mô hình dòng chảy gradient áp suất đƣợc x y dựng cho dòng chảy theo chiều th ng đứng 37 Hình 2.16 iểu đồ trạng thái gradient áp suất dòng chảy th ng đứng 37 Hình 2.17 Mối quan hệ gi a hệ số cản thủy ực số Reynold 39 Hình 3.1 Sơ đồ tính toán thủy ực tốc độ truyền sóng C 47 Hình 3.2 Đồ thị iểu diễn dao động áp suất đƣờng ống 52 Hình 3.3 ao động áp suất mô hình đƣờng ống vận chuyển hỗn hợp dầu, khí nƣ c ƣu ƣợng khác 53 Hình 3.4 Sơ đồ tuyến ống vận chuyển dầu thô 54 Hình 3.5 Thiết ị kh xung viện dầu Grozmri 61 Hình 3.6 Thiết bị kh xung viện dầu tacta 62 Hình 3.7 Thiết ị kh xung viện dầu khí Xi iri 62 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên ý àm việc tháp điều áp 63 Ở ĐẦU Tính cấp thiết đề tài XNL K Việt-Nga Vietsovpetro (VSP) đơn vị khai thác dầu thô v i sản ƣợng triệu n m, đứng đầu công ty khai thác dầu khí Việt Nam nay; hàng n m đóng góp phần không nhỏ cho ng n sách nhà nƣ c Hiện mỏ ạch Hổ XNL K sở h u: giàn cố định, giàn NTT, giàn nhẹ khai thác Ngoài có tàu chứa dầu đƣợc ố trí để tiếp nhận dầu thô t giàn, sau xuất án Mỗi giàn cách t 5-7km, gi a giàn tàu chứa cách khoảng 3-5km ầu thô khai thác t giếng ên s qua giàn NTT để x ý tách nƣ c, tách khí tạp chất Sau đó, đƣợc ơm vận chuyển t i hệ thống tàu chứa thông qua hệ thống đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô V i số ƣợng giàn khoan tàu chứa dầu thô nhiều trải rộng diện tích thềm ục địa n, nên hệ thống đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô phức tạp chủ yếu s dụng ống th p có đƣờng kính t 219-426 mm Hàng n m, XNL K Việt-Nga Vietsovpetro phí khoản tiền n để s a ch a thay đƣờng ống công nghệ ị hƣ hỏng ó nhiều nguyên nh n g y hƣ hỏng đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô nhƣ mòn r , hóa chất, môi trƣờng àm việc, ma sát, tác động xói mòn đ c iệt va đập thủy ực g y nên tác hại n cho hệ thống đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô Việc nghiên cứu tìm hiểu dòng chảy đƣờng ống nói chung chế tác động tƣợng va đập thủy ực nói riêng để đƣa giải pháp hạn chế k o dài thời gian s dụng hệ thống đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô yêu cầu thực tiễn đề tài ục đích nghiên cứu Trên sở ph n tích dòng chảy đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô để đánh giá mức độ tác động ảnh hƣởng tƣợng va đập thủy ực ên độ ền hệ thống đƣờng ống đề xuất giải pháp nhằm hạn chế tác động c ng nhƣ k o dài thời gian s dụng hệ thống đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Chất ƣu vận chuyển đƣờng ống công nghệ hệ thống đƣờng ống vận chuyển dầu thô mỏ ạch Hổ ội dung nghiên cứu Tập trung nghiên cứu nội dung sau: - Tổng quan đƣờng ống vận chuyển dầu thô - Nghiên cứu, ph n tích dòng chảy chất ỏng đƣờng ống - Nghiên cứu tƣợng va đập thủy ực - Ph n tích ảnh hƣởng tƣợng va đập thủy ực ên độ ền hệ thống đƣờng ống đề xuất giải pháp nhằm hạn chế tác động Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu ý thuyết: sở ý thuyết dòng chảy đa pha đƣờng ống, thủy ực học, áp suất, nhiệt độ, ƣu ƣợng pha, để x y dựng mô hình dòng chảy đƣờng ống, t tìm chế tác động tƣợng va đập thủy ực đề xuất số giải pháp hạn chế - Đánh giá kết nghiên cứu thông qua số iệu thống kê t thực tế Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đánh giá đƣợc mức độ nguy hiểm tƣợng va đập thủy ực tác động ên đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô àm sở cho việc tính toán thiết kế hiệu ch nh hệ thống đƣờng ống XNLDDK Việt-Nga Vietsovpetro Đề xuất giải pháp giảm thiểu, hạn chế ảnh hƣởng tƣợng va đập thủy ực ên đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô, n ng cao tuổi thọ hiệu kinh tế s dụng ƢƠ TỔ T U QU VỀ ĐƢỜ ẦU Ỏ Ố VẬ 1.1 T Ố 1.1.1 ệ thống thu gom dầu giàn cố định UYỂ Ổ Tại mỏ Bạch Hổ, giàn cố định (MSP) đƣợc xây dựng theo thiết kế mẫu MSP 16716 tổ hợp KORAL (Liên Xô c ) soạn thảo n m 1976, s dụng công nghệ thiết bị, vật tƣ phƣơng tiện kỹ thuật nghành công nghiệp Liên Xô c sản xuất vào nh ng n m 197 Trên MSP có tổ hợp thiết bị khai thác, chức n ng đƣợc dùng để thu gom, x lý vận chuyển sản ph m 16 giếng khoan Công suất thiết kế tổ hợp – 2400T/ngày, hệ số khí, dầu dƣ i 140 m3 T Sơ đồ công nghệ tổ hợp đƣợc tính cho việc x lý dầu không chứa nƣ c, tức sản ph m MSP s đƣợc x lý tàu chứa Dầu sau đƣợc tách khí bình tách cao áp (bình tách cấp v i áp suất khoảng 14÷16 kG/cm2) bình tách thấp áp (bình tách cấp v i áp suất khoảng 1,5÷3 kG/cm2) v i hàm ƣợng nƣ c khoảng 15% đƣợc ơm tàu chứa để x lý Các giàn cố định đƣợc liên kết v i đƣờng ống ngầm cho nh ng mục đích khác nhau: đƣờng ống dầu khí, đƣờng ống khí, đƣờng ống gaslift, đƣờng ống ơm p Khi giếng khoan giàn MSP-1 tìm đƣợc dầu tầng móng công suất thiết kế tổ hợp thiết bị khai thác MSP-1 (24 T ngày) không đủ công suất để thu gom, s lý vận chuyển sản ph m Hệ thống x lý khí, hệ thống vòi đốt không đủ công suất ƣu ƣợng sản ph m giếng khai thác tầng móng t ng hệ số khí, dầu t ng ên m3 T Để đảm bảo khai thác hết ƣợng sản ph m giếng MSP-1 Viện NIPI tiến hành thiết kế để t ng công suất thiết bị tổ hợp khai thác, hệ thống x lý khí, hệ thống vòi đốt Công suất MSP-1 đƣợc t ng lên 5000T/ngày Bảng 1.1: Thông số hệ thống công nghệ đường ống vận chuyển dầu thô mỏ Bạch Hổ Đƣờng Stt Tuyến ống kính, chiều Vật dày D* liệu (mm) 01 MSP-1-FSO-1 325*16 CT20 N m Chiều dài l p tuyến ống đ t (m) 1986 1621 219*10.97 02 MSP-1-MSP-3 325*16 Áp suất Áp Lƣu ƣợng làm suất (tấn/ngày) việc th (MPa) (MPa) 7500 1,0 2,5 6300 4,0 6,0 3172 CT20 1986 680 03 MSP-1-MSP-8 325*16 CT20 1989 6250 7500 4,0 6,0 04 MSP-1-MSP-8 323.8*15.9 CT20 1997 4225 7500 4,0 6,0 05 MSP-1-BK-2 325*16 CT20 1989 2108 7500 4,0 7,0 06 MSP-1-BK-2 219*12.7 CT20 1989 2032 2000 1,6 1,8 07 MSP-3-MSP-4 219*12.7 CT20 1987 930 2000 4,0 6,0 08 MSP-3-MSP-5 325*16 CT20 1987 1005 7500 3,0 6,0 09 MSP-4-MSP-1 219*10.97 CT20 1987 2226 5900 4,0 5,5 10 MSP-5-MSP-10 323.8*15.9 1992 2740 7500 4,0 6,0 11 MSP-6-MSP-4 325*16 CT20 1988 1284 7500 3,0 6,0 12 MSP-7-MSP-5 325*16 CT20 1988 1480 7500 4,0 6,0 13 MSP-8-MSP-4 325*16 CT20 1989 1030 7500 4,0 6,0 14 MSP-8-MSP-9 323.8*15.9 1994 3150 7500 4,0 6,0 15 MSP-9-MSP-11 323.8*15.9 1995 2722 7500 4,0 6,0 16 MSP-9-BK-3 2002 2773 10000 4,0 6,0 APIX60 APIX60 323.8*15.9 APIX60 APIX60 17 MSP-10-MSP-9 18 CTP-2-FSO-1 325*16 19 CTP-2-FSO-1 325*16 20 CTP-2-BT-7 426*16 323.8*15.9 RBCTP2 426*16 RBCTK322 FSO-4 426*16 RBCTK323 FSO-4 426*16 RBCTK324 25 1.1.2 FSO-3 BK-2-CTK-3 1992 2440 7500 3,5 5,0 CT20 1991 3130 7500 2,0 2,0 CT20 1991 3080 7500 2,0 2,0 1994 10580 1500 5,2 7,8 2000 2850 1500 5,2 7,8 2000 2760 7500 5,2 7,8 2000 2760 7500 5,2 7,8 2002 16125 15000 4,0 6,0 15000 4,0 6,0 X60 APIX52 RBCTK321 API- 426*16 426*16 APIX52 APIX52 APIX52 APIX52 APIX52 2002 ệ thống thu gom dầu giàn mini 1721 1247 SP Tính đến phần l n giàn MSP phía B c mỏ Bạch Hổ khai thác t 26÷31 n m Để tiếp tục gi cho giàn MSP trạng thái kỹ thuật ình thƣờng đáp ứng đƣợc yêu cầu sản xuất “Vietsovpetro” tiến hành hoạt động s a ch a l n M t khác, để giảm chi phí vận hành đảm bảo thực đƣợc số chức n ng phù hợp v i tình hình số giàn MSP (MSP 3, 5, 7) đƣợc hoán cải tổ hợp công nghệ thành giàn mini MSP Sau hoán cải, Block-Module 9, , 11, 12, 13, 14 đƣợc c t bỏ hoàn toàn hệ thống bình tách thấp áp cấp II c ng máy ơm vận chuyển dầu không đƣợc d ng đến Dầu khai thác t giếng đƣợc tách sơ ộ khí bình tách khí bậc giàn sau đƣợc thu gom giàn trung t m để tách khí bậc Nhƣ vậy, sơ đồ thu gom dầu giàn mini MSP sau hoán cải chuyển t sơ đồ thu gom hở sang sơ 10 đồ thu gom kín Việc áp dụng công nghệ cho phép tiết kiệm n ng ƣợng ơm giảm thiểu thiết bị vận hành giàn MSP Ngoài t ng cƣờng khả n ng ƣu chuyển hỗn hợp dầu đƣờng ống nhờ ƣợng khí hòa tan 1.1.3 ệ thống thu gom dầu giàn nhẹ Tại giàn nhẹ hỗn hợp dầu khí đƣợc vận chuyển theo đƣờng ống đƣa giàn công nghệ trung tâm Tại giàn công nghệ trung tâm dầu đƣợc tách khí, tách nƣ c Khí đƣợc dẫn đến giàn nén khí, dầu theo đƣờng ống ngầm đến tàu chứa Khi vận chuyển hỗn hợp dầu khí theo đƣờng ống t giàn nhẹ giàn công nghệ trung tâm xảy tƣợng xung động áp suất xung động ƣu ƣợng Để giảm xung, giàn nhẹ thiết bị đo p thêm ình tách khí sơ ộ Bình tách khí sơ ộ dạng hình trụ nằm ngang, kích thƣ c nhỏ gọn công suất đƣợc thiết kế tƣơng ứng v i công suất l n giàn nhẹ T ngày đêm, áp suất việc thiết kế 45kG/cm2, nhiên áp suất việc thực tế thay đổi t 16÷24 kG/cm2 tùy thuộc vào chế độ công nghệ Dầu sau đƣợc tách khí sơ ộ áp lực tự nhiên theo đƣờng ống riêng đến giàn công nghệ trung tâm x lý Kích thƣ c đƣờng ống thu gom t giàn nhẹ giàn công nghệ trung tâm 219*12mm, 323.8*15.9mm, 426*16mm v i công suất vận chuyển đƣợc thiết kế tƣơng ứng , 75 , 15 T ngày đêm 1.2 SƠ ĐỒ T U Việc ph n chia sơ đồ thu gom thƣờng c n vào áp suất àm việc thiết ị đo tách trạm khu vực, đƣợc ph n chia hệ thống kín, hệ thống hở; c n vào đ c điểm địa hình: đất iền, iển, địa hình ph ng ho c dốc, c n vào tính chất hóa ý dầu nhƣ dầu n ng nhẹ, dầu nhiều paraffin, dầu nhiều ƣu huỳnh… Khi thiết kế hệ thống thu gom cần phải c n vào yếu tố tự nhiên khả n ng kỹ thuật, ao gồm: khả n ng m t ằng, địa hình mỏ, khí hậu v ng, n ng ƣợng v a (áp suất, nhiệt độ), tính chất hóa ý chất ƣu Về phƣơng diện kỹ thuật phải c n vào nguyên t c, sơ đồ hệ thống ựa chọn, phƣơng pháp tác động vào v a giá trị áp suất miệng giếng khai thác Ph n oại a Sơ đồ thu gom hở 58 giếng, nhƣng số trƣờng hợp khác s dẫn đến giảm sản ƣợng giếng Áp suất ph n chia gi i hạn đƣợc gọi áp suất t i hạn (Pcr) Ở điều kiện áp suất t i hạn vận tốc chuyển động hỗn hợp dầu khí s đạt giá trị t i hạn (Vcr) ằng vận tốc truyền m môi trƣờng Lƣu ƣợng giếng điều kiện Vcr dƣ i ho c ằng Pcr ƣu ƣợng t i hạn (Qcr) Vcr Pcr hh (3.19) Trong đó: Vcr: Vận tốc t i hạn (m s); Pcr: Áp suất t i hạn (Pa); hh: Khối ƣợng riêng hỗn hợp dầu – khí – nƣ c điều kiện t i hạn (kg/m3); : Hàm ƣợng thể tích khí hỗn hợp khí – ỏng Xác định giá trị áp suất t i hạn có ý nghĩa đ c iệt quan trọng T giá trị ngƣời ta x y dựng chế độ àm việc hệ thống thu gom, vận chuyển hỗn hợp dầu – khí nhằm tránh nh ng xung động phức tạp ảnh hƣởng xấu đến sản ƣợng giếng dầu ính áp suất tới hạn hỗn hợp ầu – khí: Đối v i hỗn hợp dầu – khí nhà nghiên cứu xem x t kỹ áp suất t i hạn đƣợc xác định theo công thức: Pcr Q0 F G Gs dch kch G P0 T Z T0 (3.20) Trong đó: Q0: Lƣu ƣợng dầu t i hạn, (m3/s); : iện tích côn tiết ƣu, (m2); G: Hệ số khí dầu điều kiện tách tiêu chu n, (m3/m3); Gs: Lƣu ƣợng khí hoà tan dầu áp suất (Pa) nhiệt độ (oK) trƣ c côn tiết ƣu; dch: Khối ƣợng riêng dầu điều kiện chu n, (kg m3); kch: Khối ƣợng riêng khí điều kiện chu n, (kg m3); To, Po: Nhiệt độ áp suất điều kiện chu n; To = 293,15 oK; Z: Hệ số nén khí; Po = 0,98.105 Pa 59 Tuy nhiên xác định giá trị ƣu ƣợng t i hạn Q0 điều kiện thực tế mỏ khơi uôn g p khó kh n h ng hạn số dàn nhẹ ( K) thiết ị đo ƣu ƣợng nên t uộc phải đo sản ph m dàn công nghệ trung t m, ho c có nhƣng sau đo hỗn hợp dầu khí phải đƣa để tách khí dàn công nghệ trung t m Trong hai trƣờng hợp giá trị áp suất sau côn tiết ƣu ất kỳ giếng c ng n áp suất t i hạn cần xác định Nhƣ vậy, giá trị Q0 trƣờng hợp giá trị ƣu ƣợng t i hạn M t khác, vấn đề dự đoán, đánh giá nhanh ƣu ƣợng giếng ao c ng ài toán cần giải Hiện tồn công thức tính ƣu ƣợng t i hạn Poetman eck công thức thực nghiệm Gi ert; Ross, axende ; Achong Aussems nhƣ sau: - ông thức PO TMAN Q 1, 03F K: 0, 4513 R1 0, 766 2.Pm V0 1 0,5 X R1 0, 663 (3.21) Trong đó: Q: Lƣu ƣợng dầu, (m3/s); : iện tích côn tiết ƣu, (m2); V0: Thể tích dầu đơn vị khối ƣợng hỗn hợp điều kiện trƣ c côn tiết ƣu: v0 X0 X0 , (m3/kg) P0 d d R1. k T0 Pm T Z P0 R1: T số gi a thể tích khí thể tích dầu điều kiện trƣ c côn tiết ƣu; R1 P0 Z T G Pm , (m3/m3); Pm T0 G: Hệ số khí – dầu điều kiện tiêu chu n, (m3/m3); α: Hệ số Henry, (m3/m3.MPa); Pm: Áp suất miệng giếng, (MPa); ρd, ρk: Khối ƣợng riêng dầu khí, (kg m3); Z: Hệ số giãn nở khí; 60 T0, P0: Nhiệt độ áp suất điều kiện tiêu chu n; - ông thức GIL RT: Pm dc1,89 Q 10.R 0,546 (3.22) Pm dc2 Q 17, 4.R 0,5 (3.23) Pm dc1,93 Q 9,56.R 0,546 (3.24) Pm dc1,88 Q 3,82.R 0,65 (3.25) - ông thức ROSS: - ông thức AX N LL: - ông thức A HONG: - ông thức AUSS MS: Q 1,97 Pm d 0,68 3,89.R 0,68 (3.26) Trong đó: Q: Lƣu ƣợng chất ỏng giếng, (st d); Pm: Áp suất miệng giếng, (psi); dc: Đƣờng kính côn tiết ƣu, ( inch); 64 R: Hệ số khí dầu, (scf st ); - ông thức THỰ – BÍCH: Q0 6,9274 dc2 Pm (273 t ).G Trong đó: Qo: Lƣu ƣợng t i hạn giếng điều kiện tiêu chu n, (m3 ng.đ); dc: Đƣờng kính côn tiết ƣu, (mm); Pm: Áp suất miệng giếng, (1 5Pa); (3.27) 61 T: Nhiệt độ miệng giếng, (oC); G: Hệ số khí – dầu, (m3/T) ông thức (3.15) ph hợp v i nh ng nơi nhiệt độ cao Thay công thức (3.15) vào công thức (3.8) dễ dàng tìm đƣợc áp suất t i hạn (Pcr) hỗn hợp dầu khí Để giảm xung động áp suất, dao động ƣu ƣợng, trƣ c hết n ng áp suất vận chuyển ên cao Tuy nhiên phải đảm ảo chế độ àm việc hệ thống thu gom vận chuyển dầu – khí, áp suất vận chuyển đƣợc chọn có giá trị áp suất sau côn tiết ƣu Ps nhỏ áp suất t i hạn Pcr Trong trƣờng hợp chế độ àm việc hệ thống thu gom, vận chuyển dầu khí s không àm giảm ƣu ƣợng giếng, ngƣợc ại Ps > Pcr s àm giảm ƣu ƣợng giếng b ựa chọn thiết ị kh xung ph hợp Để kh xung động đƣờng củá giếng thiết ị tách dầu khí, ngƣời ta s dụng rộng rãi cụm tách sơ ộ Hiện nay, nhà nghiên cứu th nghiệm đƣa vào áp dụng nh ng thiết ị kh xung v i nh ng cấu trúc khác nhƣ sau: - Hệ thống kh xung trƣờng Đại học dầu mỏ Grozmri (hình 3.5) nh - : Thiết b kh xung viện ầu Gro mri [1] Viện dầu Tacta đƣa hệ thống kh xung gồm đoạn ống nhánh k p, đƣợc p phần nghiêng đƣờng ống dẫn vào ình tách v i chiều dài 25- m đ t nghiêng góc (hình 3.6) 62 Hình 3.6: hiết b kh xung Viện x - viện ầu t t [1] ý vận chuyển dầu (L Nga) đƣa cấu trúc hệ kh xung nằm ngang, gồm đƣờng ống nằm ngang, ên đƣợc p đoạn ống dẫn khí chúng đƣợc nối v i hệ thống dẫn khí Hệ kh xung đƣợc p ch n àm t ng chất ƣợng khí thu gom (hình 3.7).Viện dầu khí Xi iri đƣa oại thiết ị thu gom khí sơ ộ: Hình 3.7: hiết b kh xung c viện ầu khí Xibiri [1] iảm ớt khí trình vận chuyển hỗn hợp Để giảm xung động phải có giải pháp àm thay đổi thông số chế độ dòng chảy dạng nút, dạng sóng v i màng ch n thành chế độ ọt, chảy ph n p, chế độ màng ph n tán (hình khuyên) ho c ph n tán Nội dung chủ yếu giải pháp thay đổi hàm ƣợng khí có hỗn hợp thay đổi vận tốc chuyển động huyển dòng chảy t dạng nút sang màng ph n tán, ho c ph n tán đạt dƣợc ằng cách t ng hàm ƣợng khí nhờ nạp vào dòng chảy thêm khí, ho c khí trơ, ho c thay đổi tiết diện ngang t ng ôhg t ng đoạn Trong thực tế việc thay dổi tiết diện ống theo t ng đoạn khó thực ƣu ƣợng dầu - khí uôn iến đổ theo thời gian Thay đổi chế độ dòng chảy ằng nạp thêm khí s àm t ng tổn hao áp ực vận chuyển, giảm công suất ống, giảm ƣu ƣợng giếng huyển dòng chảy t dạng nút ho c sóng v i p ch n sang dạng chảy ọt ho c 63 chảy p thực đƣợc khu mỏ khai thác thềm ục địa (khi dấy có x y dựng K, giàn khai thác cố định) ằng cách tách t khí khỏi hỗn hợp trƣ c vận chuyển vận chuyển Ngoài để giảm xung có iện pháp định kỳ r a ống, giảm ƣợng ng đọng paraffin, chất n học đƣờng ống vận chuyển dầu khí 3.3.4 Phƣơng pháp d ng tháp điều áp Nguyên t c vận hành tháp điều áp: Tháp điều áp đƣợc s dụng để giảm thiểu tác hại tƣợng ca đập thủy ực đƣờng ống ị dồn ại d ng ên tháp điều áp, độ cao cột áp Z tháp t y thuộc vào áp suất đập thủy ực ống Nhờ vậy, áp suất ống giảm h n Nguyên lý tính toán tháp điều áp dựa phƣơng trình RNOULLI cho dòng chảy không ổn định ống có áp: Z1 P1 v12 2g Z2 P2 Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý làm việc c v22 2g h f hqt (3.28) tháp điều áp Trong đó: , : ao độ dòng chảy tính theo đƣờng tâm ống nằm ngang sau ơm ống nằm ngang trƣ c tháp điều áp theo m t chu n đáy iển ( ); : Áp suất m t c t ƣ t (Pa); α: Hệ số Coriolit kể đến phân bố vận tốc, chảy rối lấy ; 64 : Vận tốc trung bình m t c t ƣ t & 2(m/s); : cột áp quán tính (mét cột chất lỏng), đ c trƣng cho ực quán tính cục tác dụng lên phần t chất lỏng Bỏ qua lực quán tính tháp điều áp thƣờng nhỏ so v i lực quán tính ống dẫn Nếu tiết diện ngang ống dẫn ω Suy ra: dQ ds L dQ hqt g dt x g dt x2 (3.29) : Hệ số hiệu ch nh động ƣợng, tính đến không vận tốc m t c t ƣ t; : Cột áp ma sát (mét cột chất lỏng): k Q2 hf 2g k (3.30) L ki , ki hệ số tổn thất cục vị trí ống; D : hệ số sức cản thủy lực đối v i dòng chảy rối: 0,3164 Re0,25 T công thức (3.29) viết thành: P1 P2 v12 v22 hqt Z1 Z hf g g Suy ra: P1 P2 v12 v22 k Q L dQ Z1 Z g dt 2g 2g 2g V i: đổi ; = (3.31) ; coi vận tốc trung bình dòng chảy ống không , nên (3.31) viết lại là: dQ g k Q2 Z dt L 2g (3.32) 65 Ngoài ra,t phƣơng trình iên tục dòng chảy không ổn định ống có áp, ta c ng có: Q0 Q 1 V i dZ dt diện tích tiết diện ngang tháp điều áp; ƣu ƣợng lấy t tháp điều áp Phƣơng trình đƣợc viết lại là: dZ Q Q0 dt 1 Hệ phƣơng trình (3.31) (3.32) cho ta biểu diễn mực dầu thô tháp điều áp Z(t) ƣu ƣợng ống dẫn theo thời gian Q(t) Để giải hệ (3.31)-(3.32), ta cần biết thêm điều kiện an đầu Z( ) Q( ) biểu diễn theo thời gian Ta c ng giải hệ (3.31)-(3.32) phƣơng pháp giải tích bỏ qua tổn thay đổi tức thời thời điểm thất (k=0) coi , tức sau thời điểm , Hệ hai phƣơng trình (3.31) (3.32) đƣợc gộp lại thành nhƣ sau: d 2Z f 2Z dt Trong đó: f g tần số riêng dao động hệ thống (tần số góc) L1 Phƣơng trình cho ời giải: V i , thông số tích phân, tùy thuộc vào điều kiện an đầu Rõ ràng, tính toán đƣợc mực dầu thô đƣa vào tháp điều áp có tƣợng va đập thủy lực xảy Ch cần ƣợng nhỏ dầu thô đƣợc tháo b t qua tháp điều áp tốc độ truyền sóng C s giảm h n, thế, mức độ va đập thủy lực s giảm nhiều 66 Nhƣ trên, đƣa phƣơng pháp hạn chế tƣợng va đập thủy lực.Tuy nhiên, để áp dụng phƣơng pháp cần phải tính toán đến nhiều yếu tố nhƣ khả n ng công nghệ, không gian l p đ t, hiệu làm việc, hiệu kinh tế…đ c biệt hai yếu tố: khả n ng công nghệ hiệu kinh tế Tại mỏ Bạch Hổ, v i hệ thống đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu mỏ phức tạp, tƣợng va đập thủy lực đƣờng ống xảy thƣờng xuyên mức độ khác nhau, s dụng phƣơng pháp d ng tháp điều áp để hạn chế tƣợng va đập thủy lực cần thiết: Thứ nhất: X t đến yếu tố khả n ng công nghệ: - Hoàn toàn tính toán thiết kế chế tạo tháp điều áp phù hợp v i t ng tuyến ống cụ thể - S dụng tháp điều áp hoàn toàn không ảnh hƣởng đến công việc vận hành công nghệ đƣờng ống - Hiệu suất vận chuyển đƣờng ống không thay đổi - Bố trí l p đ t tháp điều áp cuối tuyến ống nên hoàn toàn l p đ t giàn tàu chứa dầu thô Thứ hai: X t đến yếu tố kinh tế: Toàn hệ thống đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô số ƣợng đƣờng ống cần phải thay hàng n m l n Rõ ràng, thấy việc s dụng số tháp điều áp để hạn chế tƣợng va đập thủy lực hoàn toàn chấp nhận đƣợc (số ƣợng tháp không nhiều, kích cỡ tháp thiết kế không l n), giá thành tháp điều áp so v i giá thành tuyến ống không đáng kể V i mục đích n ng cao tuổi thọ cho đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô mỏ Bạch Hổ-Vietsovpetro, s dụng tháp điều áp để hạn chế tƣợng va đập thủy lực cần thiết, d ng tháp điều áp có chi phí đầu tƣ không n không ảnh hƣởng đến công nghệ vận chuyển dầu thô Ngoài giải pháp nêu để n ng cao khả n ng vận chuyển c ng nhƣ k o dài thời gian s dụng hệ thống đƣờng ống s dụng kết hợp v i giải pháp công nghệ nhƣ: - S ụng hó ph m giảm nhiệt độ t ng ường tính lưu biến tr nh vận hu ển: ầu thô 67 o đ c trƣng dầu thô nƣ c ta oại dầu nhiều paraffin có độ nh t nhiệt độ đông đ c cao Khi nhiệt độ giảm xuống dƣ i nhiệt độ kết tinh trình kết tinh paraffin t đầu xảy Lúc dầu chuyển t trạng thái Newton sang phi Newton, nghĩa dầu dịch chuyển, phải có ứng ức tác dụng vào dầu n ứng suất trƣợt dầu nhiệt độ Vì vậy, để trì trạng thái chảy dầu nhiệt độ tƣơng đối thấp, trƣ c hết phải giảm đƣợc nhiệt độ đông đ c dầu thô Kết nghiên cứu phòng thí nghiệm ( ảng 1) cho thấy, s dụng hóa ph m chuyên dụng giảm nhiệt độ đông đ c v i định ƣợng g t àm giảm nhiệt độ đông đ c dầu thô t 32oC – 34o xuống oC – 24o độ nh t hiệu dụng xuống ần so v i không s dụng hóa ph m ảng 3.1: Một số kết nghiên ứu l ng đọng p r in phương pháp ngón t lạnh Không hóa ph m Nhiệt độ Ứng suất Độ nh t trƣợt, Pa dẻo, Pa*s 20 32,7 553 24 19,1 26 Độ nh t δm Độ nh t Ứng suất Độ nh t trƣợt, Pa dẻo, Pa*s 1188 6,2 183 307 349 732 4,5 121 211 10,5 209 419 2,5 61 111 28 2,8 50 106 0,6 22 34 30 2,3 41 88 0,1 12 14 TĐĐ, OC hiệu dụng, Pa*s 32 – 34 hiệu dụng, Pa*s 20 - 24 Kết tính inh động dầu thô nhiệt độ thấp đƣợc t ng ên, khả n ng vận chuyển dầu nhiệt độ t ng rõ rệt, áp suất ơm dầu đƣờng ống giảm nhiều ần so v i không d ng hóa ph m, quan trọng vấn đề ng đọng paraffin đƣợc cải thiện - S ụng hó ph m để t Việc s dụng hóa ph m để x r l ng đọng p r in đường ống: ý sản ph m vận chuyển nhằm cải thiện dòng chảy, hạn chế ng đọng paraffin giải triệt để vấn đề ng đọng paraffin Vì vậy, sau thời gian àm việc đƣờng kính ống s ị giảm paraffin ng đọng Để cải 68 thiện khả n ng vận chuyển, tiến hành nghiên cứu ựa chọn hóa ph m t y r a paraffin ống nhiệt độ thấp Nhƣ iết, đƣờng ống àm việc độ thấp u nhiệt ng đọng paraffin r n hơn, việc t y r a phức tạp Vì vậy, để có hiệu ngƣời ta s dụng hỗn hợp dung môi thơm cao ph n t v i chất ức chế paraffin hay tổ hợp sinh hóa hất ức chế paraffin hay tổ hợp sinh hóa có tác dụng thấm ƣ t th m nhập cấu trúc r n paraffin, dung môi thơm cao ph n t có nhiệm vụ hòa tan paraffin Kết th nghiệm khả n ng hòa tan paraffin điều kiện phòng thí nghiệm đƣợc trình ày ảng ảng 3.2: Mứ độ h Mẫu paraffin Mẫu ng đọng ống s dụng t n l ng đọng p r in số hó ph m Nhiệt độ hòa Thời gian ng m Mức độ hòa tan,oC paraffin, ngày tan, % Tổ hợp hóa sinh 30 30 dung môi 40 - 50 60 – 70 40 – 50 60 – 70 30 25 - 35 Tên hóa ph m ung môi ức chế u dài paraffin Xylen Kết cho thấy, để đảm ảo khả n ng t y r a cao cần ng m chất ng đọng paraffin dung môi chất ức chế paraffin dung môi ức chế paraffin nhiệt độ thấp o trì khoảng thời gian tối thiểu 72 Nhiệt độ t y r a thấp mức hòa tan paraffin r n k m thời gian ng m ng đọng dung môi ức chế paraffin dài hương pháp hó họ : - Ngày gi i s dụng hóa ph m để khống chế c n hydrocacbon cách hòa tan sáp tích tụ, ức chế phát triển tinh thể hydrocacbon khả n ng ám dính chúng lên thành ống đƣờng ống dẫn Các hóa chất để s lý c n hydrocac on đƣờng ống dẫn bao gồm nh ng hóa chất ản nhƣ dung môi, chất phân tán, chất t y r a, chất biến tính tinh thể hydrocacbon + ung môi: đƣợc s dụng để hòa tan loại c n hydrocac on có hàm ƣợng chất thơm cao (condensate, ph n đoạn x ng nhẹ, dầu hỏa, dầu diếl, butan, pentan, xy en, to uen, enznen, cac ontetrac orit cac ondisu if) ung môi để s lý c n 69 hydrocacbon phải đảm bảo khả n ng thấm vào c n bã khả n ng hòa tan ại c n sáp dầu dung môi thƣờng đƣợc s dụng condensate, dầu hỏa, dầu diesel, toluene, xylen, benzene + Chất phân tán: hợp chất hóa học có khả n ng gi hạt hydrocacbon r n trạng thái phân tán chúng kết tinh sản ph m dầu thô Chất trung hòa lực hút gi a ph n t hydrocar on v i ực hút gi a phân t hydrocacbon v i thành đƣờng ống khai thác, đƣờng ống vận chuyển bề m t thiết bị Hiện tƣợng nhƣ ng n ng a tinh thể hydrocacbon trạng thái đơn ẻ, hình thành l p bề m t đƣờng ống + Chất t y r a: hợp chất hoạt động bề m t có xu hƣ ng thấm ƣ t tinh thể hydrocac on đƣờng ống dẫn có m t nƣ c Quá trình thấm ƣ t nhƣ s trung hòa lực kết dính gi tinh thể lực hút gi a tinh thể hydrocacbon v i đƣờng ống dẫn Chất t y r a s giúp cho việc phá vỡ c n hydrocac on ng n ng a hạt hyrocacbon phân tán, tích tụ dọc theo đƣờng ống khai thác ống dẫn + Chất biến tính: tinh thể hydrocac on thƣờng chất polymer (polyetylen ho c số polymer mạch nhánh có khả n ng ức chế ho c xen cài trình phát triển tinh thể để ng n cản l n lên chúng) Các chất làm biến tính tinh thể hydrocacbon s kết hợp v i phân t hydrocac on xen k vào tronh tinh thể hydrocacbon làm chúng không g n kết lại v i nhau, dẫn đến d dàng bị t y r a Trong thành phần dung môi chiếm tỷ lệ l n chất t y r a c n, đ y hóa ph m độc hại không khác hydrocacbon Thực tế, cho thấy việc ấp dụng chất hoạt động bề m t ho c chất t y r a hiệu việc loại bỏ ng c n hydrocacbon Hóa chất phân tán làm biến tính tinh thể có tác dụng cao việc ng n cản hình thành c n 70 KẾT UẬ ằng nghiên cứu ý thuyết thực nghiệm chứng tỏ va đập thủy ực tƣợng thƣờng xuyên xảy hệ thống đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu thô, g y nguy hiểm cho khả n ng àm việc đƣờng ống, ơm, thiết ị Nguyên nh n tƣợng va đập thủy ực thay đổi áp suất đột ngột hệ thống đƣờng ống đóng mở van đầu cuối đƣờng ống (đóng mở van không hợp ý không đồng ộ), dao động áp suất đƣờng ống hàm ƣợng khí đồng hành thay đổi ác giải pháp hạn chế tƣợng va đập thuỷ ực: - Vận hành ơm đƣờng ống đóng mở van hợp ý: phƣơng pháp dễ thực x t đến yếu tố kinh tế không cần chi phí đầu tƣ - ng ực học để phá hủy đƣa ng đọng khỏi vị trí hình thành - ác iện pháp kh xung: ựa chọn áp suất vận chuyển, s dụng thiết ị kh xung, giảm t khí trình vận chuyển hỗn hợp - S dụng số biện pháp hóa học để loại bỏ l ng đọng paraffin nhằm hạn chế xung động áp suất Để đạt hiệu cao ta nên kết hợp gi a phƣơng pháp học phƣơng pháp hóa học - Tại mỏ Bạch Hổ, v i hệ thống đƣờng ống công nghệ vận chuyển dầu mỏ phức tạp, tƣợng va đập thủy lực đƣờng ống xảy thƣờng xuyên mức độ khác nhau, s dụng phƣơng pháp d ng tháp điều áp để hạn chế tƣợng va đập thủy lực cần thiết: thứ x t đến yếu tố khả n ng công nghệ hoàn toàn tính toán thiết kế chế tạo tháp điều áp phù hợp v i t ng tuyến ống cụ thể, s dụng tháp điều áp hoàn toàn không ảnh hƣởng đến công việc vận hành công nghệ đƣờng ống, hiệu suất vận chuyển đƣờng ống không thay đổi, bố trí l p đ t tháp điều áp cuối tuyến ống nên hoàn toàn l p đ t giàn tàu chứa dầu thô; thứ hai x t đến yếu tố kinh tế d ng tháp điều áp có chi phí đầu tƣ không không ảnh hƣởng đến công nghệ vận chuyển dầu thô n 71 Ụ TÀ UT K [1 Ph ng Đình Thực (2001), X l v vận hu ển ầu mỏ, NX ĐHQG TP.Hồ hí Minh [2] Mechanistic Modeling of Gas-Lquid Two-Phase Flow in Pipes [3] Lê Xuân Lân (2005), Thu gom – x l – ầu khí – nướ Đ Mỏ-Đ hất [4 Nguyễn V n Thịnh (2 9), Nghiên ứu phương pháp thu gom hỗn hợp ầu khí đường ống bồn tr ng u long, Luận v n thạc sĩ kỹ thuật [5 Lê Hoàng Tuấn (1994) Sứ bền vật liệu tập & ĐH K TP.Hồ hí Minh 72