Tìm hiểu bình tách dầu khí C1 trong hệ thống thu gom sản phẩm khai thác tại giàn MSPmỏ Bạch Hổ. Các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng bình tách

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ TÁCH SẢN PHẨM 2 1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH KHÍ RA KHỎI HỖN HỢP DẦU – KHÍ TRONG BÌNH TÁCH 2 1.1.1. Sự lắng đọng 2 1.1.2. Sự khuấy trộn 2 1.1.3. Sự đổi hướng 2 1.1.4. Nung nóng 3 1.1.5. Hoá chất 3 1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH DẦU RA KHỎI HỖN HỢP DẦU – KHÍ TRONG BÌNH TÁCH 5 1.2.1. Sự khác nhau về tỷ trọng 10 1.2.2. Sự va đập 10 1.2.3. Thay đổi hướng dòng chảy 10 1.2.4. Thay đổi tốc độ dòng chảy 11 1.2.5. Dùng lực ly tâm 11 1.2.6. Sự đông kết 11 1.2.7. Lọc bằng phin lọc 12 1.3. NHỮNG KHÓ KHĂN THƯỜNG GẶP TRONG QUÁ TRÌNH TÁCH 14 DẦU KHÍ 14 1.3.1. Tách dầu thô có bọt 14 1.3.2. Lắng đọng parafin 15 1.3.3. Cát, bùn, cặn khoan, muối và các tạp chất khác 15 1.3.4. Chất lỏng ăn mòn 15 1.4. CÁC THIẾT BỊ BÊN TRONG BÌNH TÁCH 16 1.4.1. Bộ điều khiển bao gồm 16 1.4.2. Các van sử dụng trong thiết bị tách và các thiết bị khác 16 1.4.3. Bộ điều khiển mức chất lỏng 16 1.4.4. Thiết bị điều khiển nhiệt độ 16 1.4.5. Các van an toàn 16 1.4.6. Thiết bị điều khiển áp suất 16 1.4.7. Van tháo chất lỏng 17 1.4.8. Những đầu mối an toàn hay các đĩa ngắt 17 1.4.9. Màng chiết tách 17 1.4.10. Cốc đo mực chất lỏng 18 1.4.11. Đồng hồ đo áp suất và các thiết bị cơ khí khác trong bình tách 18 1.5. PHÂN LOẠI BÌNH TÁCH 18 1.5.1. Cấu tạo chung của bình tách 18 1.5.2. Phân loại bình tách 20 1.5.2.1. Phân loại theo chức năng 20 1.5.2.2. Phân loại bình tách theo hình dạng 21 1.6. SƠ ĐỒ TỔ HỢP KHAI THÁC , THU GOM DẦU KHÍ TRÊN MSP8 29 CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA 30 BÌNH TÁCH C1 30 2.1. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ CHỨC NĂNG CỦA BÌNH TÁCH C1 30 2.1.1 Cấu tạo của bình tách C1 30 2.1.2. Chức năng của bình tách C1 31 2.1.3. Nguyên lý hoạt động 31 2.2. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA BÌNH TÁCH C1 32 2.3. Sơ đồ nguyên lý của bình tách C1 33 CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN BÌNH TÁCH C1 34 3.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 34 3.1.1. Tính toán dung lượng chất lỏng tách 34 3.1.2. Tính toán công suất bình 36 3.1.3. Tính toán kích thước của bình tách 39 3.1.4. Thời gian lưu giữ chất lỏng trong bình tách 41 3.1.5. Tính bền cho bình tách: 42 3.1.6. Khối lượng và diện tích sàn lắp đặt 43 3.1.6.1.Khối lượng 43 3.1.6.2. Diện tích mặt sàn lắp đặt 46 3.1.7. Sàn chịu tải 46 3.2. ÁP DỤNG KIỂM TOÁN CHO BÌNH C1 TRÊN GIÀN MSP8 MỎ BẠCH HỔ ( LƯU LƯỢNG 500 TẤNNGÀY ĐÊM) 46 3.2.1. Tính toán cân bằng pha 46 3.2.2. Tính kích thước bình 47 3.2.3. Khối lượng bình: 48 3.2.4. Diện tích mặt sàn lắp đặt 48 3.2.5. Sàn chịu tải: 48 3.2.6. Tính toán gia cố bình tách 48 CHƯƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP KĨ THUẬT NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG CHO BIHF TÁCH C1 TRÊN GIÀN MSP8 50 4.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách 50 4.2. Các biện pháp nhằm năng cao quá trình sử dụng bình tách 50 4.2.1. Các biện pháp về mặt kỹ thuật 50 4.2.2 Các biện pháp về mặt công nghệ 51 4.2.2.1. Khử nhũ trên đường vào của bình tách 51 4.2.2.2. Xử lý lắng đọng Parafin 52 4.2.2.3. Phương pháp ngăn ngừa, xử lý cặn 54 4. 2.2.4. Xử lý dầu bọt bằng hóa chất 54 4.2.2.1. Khử nhũ trên đường vào của bình tách 58 KẾT LUẬN 59

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ TÁCH SẢN PHẨM 2

1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH KHÍ RA KHỎI HỖN HỢP DẦU – KHÍ TRONG BÌNH TÁCH 2

1.1.1 Sự lắng đọng 2

1.1.2 Sự khuấy trộn 2

1.1.3 Sự đổi hướng 2

1.1.4 Nung nóng 3

1.1.5 Hoá chất 3

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH DẦU RA KHỎI HỖN HỢP DẦU – KHÍ TRONG BÌNH TÁCH 5

1.2.1 Sự khác nhau về tỷ trọng 10

1.2.2 Sự va đập 10

1.2.3 Thay đổi hướng dòng chảy 10

1.2.4 Thay đổi tốc độ dòng chảy 11

1.2.5 Dùng lực ly tâm 11

1.2.6 Sự đông kết 11

1.2.7 Lọc bằng phin lọc 12

1.3 NHỮNG KHÓ KHĂN THƯỜNG GẶP TRONG QUÁ TRÌNH TÁCH 14

DẦU KHÍ 14

1.3.1 Tách dầu thô có bọt 14

1.3.2 Lắng đọng parafin 15

1.3.3 Cát, bùn, cặn khoan, muối và các tạp chất khác 15

1.3.4 Chất lỏng ăn mòn 15

1.4 CÁC THIẾT BỊ BÊN TRONG BÌNH TÁCH 16

1.4.1 Bộ điều khiển bao gồm 16

1.4.2 Các van sử dụng trong thiết bị tách và các thiết bị khác 16

1.4.3 Bộ điều khiển mức chất lỏng 16

1.4.4 Thiết bị điều khiển nhiệt độ 16

1.4.5 Các van an toàn 16

1.4.6 Thiết bị điều khiển áp suất 16

1.4.7 Van tháo chất lỏng 17

1.4.10 Cốc đo mực chất lỏng 18

1.4.11 Đồng hồ đo áp suất và các thiết bị cơ khí khác trong bình tách 18

1.5 PHÂN LOẠI BÌNH TÁCH 18

1.5.1 Cấu tạo chung của bình tách 18

1.5.2 Phân loại bình tách 20

1.5.2.1 Phân loại theo chức năng 20

1.5.2.2 Phân loại bình tách theo hình dạng 21

1.6 SƠ ĐỒ TỔ HỢP KHAI THÁC , THU GOM DẦU KHÍ TRÊN MSP8 29

CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA 30

BÌNH TÁCH C1 30

2.1 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ CHỨC NĂNG CỦA BÌNH TÁCH C1 30

2.1.1 Cấu tạo của bình tách C1 30

2.1.2 Chức năng của bình tách C1 31

2.1.3 Nguyên lý hoạt động 31

2.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA BÌNH TÁCH C1 32

2.3 Sơ đồ nguyên lý của bình tách C1 33

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN BÌNH TÁCH C1 34

3.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN 34

3.1.1 Tính toán dung lượng chất lỏng tách 34

3.1.2 Tính toán công suất bình 36

3.1.3 Tính toán kích thước của bình tách 39

3.1.4 Thời gian lưu giữ chất lỏng trong bình tách 41

3.1.5 Tính bền cho bình tách: 42

3.1.6 Khối lượng và diện tích sàn lắp đặt 43

3.1.6.1.Khối lượng 43

3.1.6.2 Diện tích mặt sàn lắp đặt 46

3.1.7 Sàn chịu tải 46

3.2 ÁP DỤNG KIỂM TOÁN CHO BÌNH C1 TRÊN GIÀN MSP8 MỎ BẠCH HỔ ( LƯU LƯỢNG 500 TẤN/NGÀY ĐÊM) 46

3.2.1 Tính toán cân bằng pha 46

3.2.2 Tính kích thước bình 47

3.2.3 Khối lượng bình: 48

3.2.6 Tính toán gia cố bình tách 48

CHƯƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP KĨ THUẬT NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG CHO BIHF TÁCH C1 TRÊN GIÀN MSP8 50

4.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách 50

4.2 Các biện pháp nhằm năng cao quá trình sử dụng bình tách 50

4.2.1 Các biện pháp về mặt kỹ thuật 50

4.2.2 Các biện pháp về mặt công nghệ 51

4.2.2.1 Khử nhũ trên đường vào của bình tách 51

4.2.2.2 Xử lý lắng đọng Parafin 52

4.2.2.3 Phương pháp ngăn ngừa, xử lý cặn 54

4 2.2.4 Xử lý dầu bọt bằng hóa chất 54

4.2.2.1 Khử nhũ trên đường vào của bình tách 58

KẾT LUẬN 59

1 Hình 1.1 Sơ đồ bình tách đứng đặc biệt để tách

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành dầu khí Việt Nam ngày càng phát triển, sản lượng khai thác dầu thô

và khí đồng hành ngày càng tăng Dầu thô và khí đồng hành chủ yếu được khai tháctại phần thềm lục địa phía Nam Việt Nam Dầu thô được khai thác trên các mỏ ởViệt Nam là dầu có hàm lượng parafin tương đối cao, độ nhớt ,nhiệt độ đông đặccao nên việc khai thác, vận chuyển hỗn hợp dầu khí, vận chuyển dầu gặp nhiều khókhăn, đòi hỏi phải xử lý nhiều sự cố kỹ thuật xảy ra trên đường ống vận chuyểnnhư: sự cố tắc đường ống do lắng đọng parafin, xung động trong hệ thống vậnchuyển hỗn hợp dầu khí, làm giảm công suất tách, giảm mức độ an toàn với thiết bịcông nghệ

Với mục đích áp dụng lý thuyết và thực tế sản xuất trong quá trình thu gom,vận chuyển hỗn hợp dầu khí, được sự đồng ý của bộ môn Thiết bị dầu khí, trườngđại học Mỏ -địa chất và với sự giúp đỡ của các cán bộ trong xí nghiệp Khoan và sửagiếng trực thuộc XNLD Vietsopetro Em đã kết thúc đợt thực tập sản xuất, thực tậptốt nghiệp, thu thập tài liệu, hoàn thành đồ án này dưới sự hướng dẫn trực tiếp củathầy Lê Đức Vinh

Đồ án mang tên ‘‘Tìm hiểu bình tách dầu khí C-1 trong hệ thống thu gom sản phẩm khai thác tại giàn MSP-mỏ Bạch Hổ Các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng bình tách’’ với mục tiêu là nghiên cứu các phương pháp

tách dầu từ hỗn hợp dầu khí, cấu trúc thiết bị bình tách dầu khí, nguyên lý hoạtđộng, các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả, công suất tách của bình tách dầu khí, tínhtoán thiết bị bình tách dầu khí, đưa ra phuơng pháp tính kích thước bình tách

Đồ án tốt nghiệp được xây dựng dựa trên quá trình học tập, nghiên cứu tạitrường kết hợp với thực tế sản xuất nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức đãhọc Với mức độ tài liệu và thời gian nghiên cứu hoàn thành đồ án cũng như kiếnthức và kinh nghiệm còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi có những thiếu sót Emrất mong nhận được sự góp ý bổ sung của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp

Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo Lê Đức Vinh, các thầy cô trong bộmôn Thiết bị dầu khí - Khoa dầu khí, các bạn cùng lớp, cùng toàn thể cán bộ nhân viên thuộc

XN Khoan đã giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Đặng Đình Ngọc

CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ TÁCH SẢN PHẨM 1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH KHÍ RA KHỎI HỖN HỢP DẦU – KHÍ TRONG BÌNH TÁCH

Do nhiều nguyên nhân khác nhau như đảm bảo chất lượng dầu thô và lợi ích

từ khí tự nhiên cũng không nhỏ Vì vậy phải tách khí không hoà tan khỏi dầu trongquá trình xử lý Các cơ chế để tách khí ra khỏi dầu trong bình tách là: lắng đọng,khuấy, làm lệch, nung nóng, hoá học và lực ly tâm

1.1.1 Sự lắng đọng

Khí chứa trong dầu thô là khí không hoà tan và thường tách khỏi dầu khi có

đủ thời gian để dầu lắng xuống Khi tăng thời gian lưu giữ chất lỏng đòi hỏi phảităng kích thước của bình hay độ sâu của mực chất lỏng trong bình tách Sự tăng độsâu của mực chất lỏng trong bình tách có thể sẽ không làm tăng sự tách của khíkhông hoà tan khỏi dầu bởi vì ‘‘sự chồng chất’’ của dầu sẽ ngăn cản khí nổi lêntrên bề mặt của chất lỏng Việc tách tối đa của khí ra khỏi dầu đạt được khi phầnchứa dầu trong bình tách là mỏng (tỷ số diện tích bề mặt và thể tích dầu lớn)

1.1.2 Sự khuấy trộn

Phương pháp này rất cần thiết trong việc thu hồi khí không hoà tan bị giữ lạitrong dầu do sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu Khi có hoạt động khuấy trongbình thì thời gian để các bọt khí trong dầu tách ra ngắn hơn nhiều so với không cóhoạt động khuấy Tuy vậy các hoạt động khuấy này cũng được điều chỉnh ở mộtmức thích hợp để không xảy ra phản tác dụng Mặt khác trong thiết kế và lắp đặtcác chi tiết bên trong sao cho hợp lý

1.1.3 Sự đổi hướng

Một thiết bị khử khí ở cửa vào như hình (1.1) có thể lắp đặt ở cửa vào củabình tách để hỗ trợ trong việc hướng dòng chất lưu đi vào bình tách không bị khuấyđộng mạnh và cũng hỗ trợ trong việc tách khí ra khỏi dầu Thiết bị này làm cho dầu

đi qua nó sẽ tán xạ hay tạo thành lớp mỏng để khí tách ra khỏi dầu nhanh hơn.Thiết

bị này cũng khử sự va đập của chất lỏng ở tốc độ cao vào thành đối diện của bìnhtách Hình (1.1) là hình vẽ của bộ làm lệch hướng dòng chảy được lắp trong bìnhtách giữa đầu vào và mức dầu làm cho dầu khi chảy từ cửa vào đến khoang dầuluôn ở dạng lớp mỏng Khi dầu chảy qua thiết bị này nó được dàn mỏng ra và có xuhướng cuộn tròn làm tăng hiệu quả làm tan các bọt khí, đặc biệt chúng có hiệu quảtrong việc xử lý dầu có bọt Bộ làm lệch có đục lỗ được dùng để tách khí không hoà

tan trong dầu, chúng gây nên sự khuấy động nhẹ làm cho khí thoát ra khỏi dầu thôkhi dòng dầu chảy qua.

1.1.4 Nung nóng

Nung nóng làm giảm sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu, vì vậy nó hỗ trợcho việc thoát khí khỏi dầu dễ dàng hơn Phương pháp hiệu quả nhất trong việcnung dầu thô là cho chúng đi qua một thùng nước được nung nóng Một cái đĩa làmtán xạ chất lỏng thành dòng hay lớp mỏng sẽ làm tăng ảnh hưởng của bình nướcnóng, dòng dầu đi lên qua bình nuớc nóng sẽ tạo ra sự khuấy động nhẹ rất cần thiếtcho sự kết tụ và tách khí sủi bọt từ trong dầu Bình nước nóng cũng làm tăng hiệuquả của việc tách khí ra khỏi dầu thô dạng bọt Trên thực tế bình nước nóng khôngđược lắp trong một số bình tách nhưng nhiệt lượng có thể cung cấp cho dầu bằngnhững bộ nung nóng bằng lửa ,bộ trao đổi nhiệt…một cách gián tiếp hay trực tiếp.Những bộ xử lý nhũ tương cũng được dùng như vậy

1.1.5 Hoá chất

Hoá chất làm giảm sức căng bề mặt của dầu thô và hỗ trợ trong việc giảiphóng khí ra khỏi dầu Những hoá chất như thế làm giảm đáng kể khuynh hướngtạo bọt của dầu và vì vậy làm tăng công suất của bình tách khi mà bọt dầu đã được

xử lý

Hình 1.1 Sơ đồ bình tách đứng đặc biệt để tách dầu thô chứa nhiều bọt

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH DẦU RA KHỎI HỖN HỢP DẦU – KHÍ TRONG BÌNH TÁCH

Những hạt chất lỏng còn sót lại trong khi chất lưu đi qua các thiết bị táchban đầu (khi mà trong bình tách đã phân biệt rõ hai dòng chất lưu khí và lỏng) đượctách lần cuối bằng một bộ thiết bị gọi là bộ chiết sương hay màng ngăn Hơi ngưng

tụ trong khí không thể thu hồi bằng bộ chiết này Sự ngưng tụ của hơinày xảy ra do

sự giảm nhiệt độ hoặc sau khi khí vừa được thu hồi từ bình tách Bởi vì khí vừangưng tụ có thể có những đặc tính tự nhiên ở nhiệt độ và áp suất của bình tách Sựngưng tụ của hơi này xảy ra nhanh chóng sau khi ra khỏi bình tách

Sự khác nhau về tỷ trọng của chất lỏng và khí có thể hoàn thành việc táchnhững hạt chất lỏng còn lại trong khí khi mà tốc độ dòng khí chậm vừa phải để hoànthành sự tách Người ta có thể tính toán và giới hạn vận tốc của khí trong bình tách

để đạt được sự tách một cách hoàn toàn khi không có bộ chiết sương Tuy nhiên,theo quy ước thì các bộ chiết sương được lắp trong bình tách để hỗ trợ thêm côngviệc tách và làm giảm thấp nhất chất lượng chất lỏng khi bị khí mang theo

Các phương pháp để tách dầu từ khí trong bình tách là:

Sự khác nhau về tỷ trọng

 Sự va đập

 Thay đổi hướng dòng chảy

 Thay đổi tốc độ dòng chảy

 Dùng lực ly tâm

 Sự đông kết và lọc

Bộ chiết sương dùng trong bình tách có nhiều kiểu khác nhau: Hình (1.2) làmàng ngăn kiểu cánh quạt Hình (1.4) là màng ngăn kiểu ly tâm Hình (1.5) là màngkiểu sợi

B A

B C

A B C

A

B C

A :Va đập B: Thay đổi h ớng dòng chảy C: Thay đổi vận tốc dòng chảy (a) Thiết bị tách s ơng

Hỡnh 1.2 Thiết bị chiết sương

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo bình tách đứng

Van an toàn

Đường khí ra Van an toàn

Thiết bị tách cửa vào

Màng ngăn

A

A

Hình 1.4 Bình tách 2 pha sử dụng phương pháp lực ly tâm

1 Khí ở dạng sương

1.2.1 Sự khác nhau về tỷ trọng

Khí tự nhiên nhẹ hơn hydrocacbon lỏng Do sự khác nhau về tỷ trọng và lựchấp dẫn, những phần tử hydroccacbon lỏng lơ lửng trong dòng khí tự nhiên sẽ thoátkhỏi dòng khí nếu như vận tốc dòng khí chậm vừa phải Những hạt lớn sẽ lắngxuống nhanh hơn, và những hạt nhỏ sẽ lắng xuống chậm hơn

Với điều kiện áp suất và nhiệt độ tiêu chuẩn thì những hạt hydrocacbon lỏng

có tỷ trọng từ 400-16000 lần so với khí tự nhiên Tuy nhiên khi áp suất và nhiệt độkhí tăng lên thì sự khác nhau về tỷ trọng sẽ giảm xuống, ở áp suất làm việc 53 at thì

tỷ trọng hydrocacbon lỏng chỉ nặng gấp 6-10 lần so với khí Vì vậy áp suất có ảnhhưởng tới kích thước của bình tách, kích thước và kiểu của màng ngăn để tách hoàntoàn chất lỏng và khí

Trên lý thuết các hạt chất lỏng có tỷ trọng từ 6-10 lần tỷ trọng khí có thểnhanh chóng lắng xuống và tách khỏi khí Tuy nhiên điều này không xảy ra bởi vìnhững hạt chất lỏng quá nhỏ đến mức chúng có khuynh hướng trôi nổi trong khí vàkhông thoát ra khỏi khí khi khí ở trong bình

Trong hầu hết các bình tách có các kích thước trung bình,những phần tửhydrocacbon lỏng có đuờng kính 100m hoặc lớn hơn sẽ hoàn toàn lắng xuốngkhỏi khí Tuy nhiên những màng ngăn dùng để lọc những phần tử chất lỏng nhỏ hơncòn lại trong khí Khi áp suất làm việc của bình tăng lên sự khác nhau về tỷ trọngkhí và chất lỏng giảm xuống Vì thế cần phải vận hành bình tách ở áp suất thấp kếthợp với các phương pháp xử lý ở những điều kiện và yêu cầu khác nhau

1.2.2 Sự va đập

Nếu dòng khí có chứa những phần tử chất lỏng chuyển động khi va đập vàothành ( bề mặt ) thì các phần tử có thể bám vào và ngưng tụ trên bề mặt Khi chấtlỏng ngưng tụ thành những hạt đủ lớn thì chúng rơi vào khoang chứa chất lỏng Nếuhàm lượng chất lỏng trong khí cao hoặc các phần tử lỏng là nguyên chất, những mặt

va đập được lắp đặt để thu hồi dầu dạng sương Hình 1.2 là hình vẽ của một bộmàng ngăn sử dụng để lặp đi lặp lại sự va đập để thu hồi dòng chất lỏng trong khí

1.2.3 Thay đổi hướng dòng chảy

Khi hướng chảy của dòng khí chứa chất lỏng bị thay đổi đột ngột thì quántính sẽ làm cho chất lỏng chuyển động theo hướng dòng chảy Sự tách sương chấtlỏng từ khí sẽ bị ảnh hưởng bởi vì khí nhẹ hơn sẽ dễ dàng thay đổi hướng dòng chảy

và tách khỏi những phần sương chất lỏng Vì thế chất dễ dàng có thể ngưng tụ trên

bề mặt hoặc rơi xuống buồng chứa chất lỏng phía duới Màng ngăn ở Hình 1.2 thểhiện sử dụng phương pháp này.

1.2.4 Thay đổi tốc độ dòng chảy

Việc tách chất lỏng và khí bị ảnh hưởng do sự tăng hay giảm tốc độ của khímột cách đột ngột Cả hai yếu tố đều sử dụng sự khác nhau về quán tính của khí vàlỏng Khi giảm vận tốc thì quán tính của chất lỏng sẽ lớn hơn và sẽ mang nó theo vàtách khỏi khí Chất lỏng sau đó ngưng tụ trên các bề mặt và chảy vào trong khoangchất lỏng của bình tách Khi tăng vận tốc của dòng khí, do có lực quán tính nhỏ chonên pha khí vượt lên trước và tách khỏi pha dầu Hình 1.2 là hình vẽ của một màngngăn kiểu cánh quạt dùng để thay đổi vận tốc dòng chảy Màng ngăn này được dùngtrong bình tách đứng hình 1.3

1.2.5 Dùng lực ly tâm

Nếu dòng khí có mang theo chất lỏng chuyển động theo đường tròn với vậntốc đủ lớn, lực ly tâm sẽ làm chất lỏng bắn vào thành bình Tại đây thì chất lỏngngưng tụ thành những hạt chất lỏng có kích thước ngày càng lớn và cuối cùng chảyxuống khoang chất lỏng phía dưới bình Phương pháp dùng lực ly tâm là một trongnhững phương pháp hiệu quả nhất trong việc tách sương chất lỏng từ khí Hiệu quảcủa bộ màng ngăn này tăng khi tốc độ dòng khí tăng Vì vậy với cùng tốc độ dòngchảy vào bình cho trước với bình tách ly tâm cần kích thước nhỏ hơn là đủ

Hình (1.4) minh hoạ một bình tách 2 pha nằm ngang sử dụng hai giai đoạnchiết sương, ly tâm để tách sương chất lỏng khỏi khí Thiết bị gây va đập cửa vào làmột cái phễu với những cánh quạt hình xoắn ốc hướng ra ngoài truyền một chuyểnđộng xoáy cho chất lưu khi chúng đi vào bình tách Những hạt chất lỏng lớn hơn bịbắn vào vỏ của bình và rơi xuống khoang chứa chất lỏng Khí chảy vào thiết bị thứcấp gồm những cánh quạt hình xoắn ốc hướng vào trong để tăng tốc cho đến 0,72,7 m/s ở đầu ra của thiết bị thứ cấp Dầu được tách từ thiết bị ly tâm sơ cấp chảy từkhoang trên xuống khoang dưới qua đường dẫn bên dưới ở bên phải Khoang dướicủa bình tách được chia thành hai ngăn, chất lỏng được lấy ra từ hai ngăn bằng hai

bộ điều khiển mức chất lỏng và hai van thu hồi dầu

Bình tách và bình lọc dùng lực ly tâm để thu hồi sương dầu từ khí có thể xử

lý một lượng khí lớn

1.2.6 Sự đông kết

Những tấm đệm đông kết được dùng như những phương tiện có hiệu quảtrong việc tách và thu hồi sương dầu từ một dòng khí tự nhiên Một trong những

công dụng đặc biệt nhất là tách sương chất lỏng từ khí trong hệ thống vận chuyển vàphân phối khí nơi mà lượng chất lỏng trong khí là nhỏ Những tấm đông kết thườngdùng làm ở dạng vòng, dạng lưới bằng những vật liệu khác nhau Chúng sử dụng sựkết hợp giữa va đập, thay đổi hướng, thay đổi vận tốc và loại bỏ sương chất lỏng từkhí Những tấm này cung cấp một diện tích bề mặt lớn lắng đọng sương chất lỏng.Hình (1.6) là lược đồ của một màng ngăn dạng lưới dùng trong một số bình tách vàbình lọc khí Những gói này được làm bằng vật liệu giòn nên có thể bị vỡ trong khi

di chuyển và lắp đặt vì vậy chúng được lắp đặt ở nơi sản xuất trước khi đem đến nơi

sử dụng Lưới đan có thể bị kẹt, tắc nghẽn do sự lắng đọng của parafin và các vậtliệu khác vì thế làm bình tách hoạt động không hiệu quả sau một thời gian sử dụng.Mặc dù các tấm đông kết hoạt động rất hiệu quả trong việc thu hồi dầu từ khí nhưngmàng ngăn kiểu cánh quạt được sử dung rộng rãi hơn vì chúng có thể dùng trongnhiều điều kiện khác nhau Do nhược điểm của các tấm đông kết, công dụng củachúng chỉ hạn chế trong máy lọc khí và dùng trong hệ thống phân phối, vận chuyểnthu gom khí

1.2.7 Lọc bằng phin lọc

Dùng phin lọc dễ thấm qua rất có hiệu quả trong việc thu hồi dầu từ khí Vậtliệu có tính thấm lọc sương chất lỏng từ khí có thể sử dụng nguyên lý của sự va đập,thay đổi hướng dòng chảy và hỗ trợ cho việc tách sương chất lỏng từ khí, áp suấtgiảm qua màng ngăn càng thấp càng tốt trong khi hiệu quả tách tối đa vẫn được duytrì Tóm lại sự giảm áp suất qua màng ngăn là lớn nhất nếu ta sử dụng phương phápphin lọc và nhỏ nhất là phương pháp kết tụ Còn những kiểu khác thì thay đổi trong

khoảng này

Hình 1.6 Bình tách có màng ngăn dạng lưới kiểu ngưng tụ

Cửa ra chất lỏng

Đầu vào chất lỏng Condensate Màng ngăn kiểu ngưng tụ Đường khí ra

1.3 NHỮNG KHÓ KHĂN THƯỜNG GẶP TRONG QUÁ TRÌNH TÁCH DẦU KHÍ

1.3.1 Tách dầu thô có bọt

Khi áp suất giảm tới một mức độ nào đó, những bọt khí được bao bọc bởimột lớp dầu mỏng khi có khí hoà tan trong dầu Điều này gây nên hiện tượng bọt,váng hoặc bị tán xạ lơ lửng trong dầu và tạo nên những chất gọi là bọt dầu Độ nhớt

và sức căng bề mặt của dầu có thể giữ khí trong dầu và gây tạo bọt trong dầu Dầuthô sẽ dễ dàng tạo bọt khi:

lý bọt dầu từ 10-15% Những nhân tố chính trong việc hỗ trợ làm vỡ những bọt dầu

là khuấy, nung nóng, hoá chất và lực ly tâm Những nhân tố này cũng được dùng đểtách khí sủi bọt trong dầu Những kiểu bình tách sử dụng trong việc xử lý bọt dầuthô vừa được cải tiến, chúng được sản xuất ở nhiều nơi khác nhau và một số bìnhđược thiết kế cho những ứng dụng riêng

1.3.2 Lắng đọng parafin

Parafin lắng đọng trong thiết bị tách làm giảm hiệu suất tách của thiết bị và

nó có thể lắng đọng cục bộ trong bình cản trở hoạt động của màng chiết

Để loại trừ ảnh hưởng của parafin lắng đọng có thể dùng hơi nóng hoặc dungmôi hoà tan hoàn toàn parafin

Giải pháp tốt nhất là ngăn cản sự lắng đọng ban đầu của nó bằng nhiệt hayhoá chất Một phương pháp khác là phủ bọc bên trong của bình một lớp nhựa (phùhợp mọi thời điểm) Độ nặng của parafin sẽ làm cho nó rơi khỏi bề mặt trước khi tụlại một lớp dày đến mức gây hại

1.3.3 Cát, bùn, cặn khoan, muối và các tạp chất khác

Nếu dòng chất lưu đi lên chứa một lượng đáng kể cát và các vật liệu khácthì cần phải loại bỏ chúng trước khi đưa chúng vào đường ống Những hạt cát vừavới số lượng nhỏ có thể loại bỏ bằng lắng đọng trong bình đứng với một cái phễudưới đáy và loại bỏ chúng theo định kỳ Muối có thể loại bỏ chúng bằng cách chothêm nước vào trong dầu và khi muối hoà tan thì nước được tách khỏi dầu và được

sự giảm áp suất và nhiệt độ sẽ tạo thành hydrat nếu nhiệt độ thấp hơn nhiệt độhydrat Mặt khác, khi nước lắng xuống phần dưới của ống làm giảm diện tích chảycủa khí và làm rỉ sét đường ống vì nước là chất gây rỉ mạnh Khí chua (khí có chứa

1.4 CÁC THIẾT BỊ BÊN TRONG BÌNH TÁCH

1.4.1 Bộ điều khiển bao gồm

+ Những thiết bị điều khiển mức chất lỏng đối với dầu và bề mặt tiếp xúcdầu –nước (sử dụng trong các bình tách 3 pha: dầu –khí –nước)

+ Những van điều khiển áp suất (cho khí hồi lưu để duy trì áp suất trong thiết

bị tách), bộ điều khiển áp suất

1.4.2 Các van sử dụng trong thiết bị tách và các thiết bị khác

+ Van điều khiển xả dầu

+ Van điều khiển xả nước (trong các thiết bị tách 3 pha hoạt động dầu –khí –nước)+ Các van thải

+ Van giảm áp

+ Các van sử dụng cho kính quan sát mực chất lỏng trong thiết bị

+ Các thiết bị đo áp suất

+ Các nhiệt kế (dụng cụ đo nhiệt độ tách)

+ Các thiết bị điều khiển sự giảm áp (cho điều khiển khí)

+ Các kính quan sát mực chất lỏng

+ Đường ống và ống khai thác (đường ống dẫn sản phẩm)

1.4.3 Bộ điều khiển mức chất lỏng

Thông thường là một phao nổi hoạt động gắn với một van trên cửa vào thiết

bị tách, nó có tác động kích thích van tạo ra âm thanh báo động để ngăn cản nguyhiểm từ sự thay đổi đột ngột mức chất lỏng trong bình tách quá cao hoặc quá thấp

1.4.4 Thiết bị điều khiển nhiệt độ

Bộ điều khiển nhiệt độ phải đảm bảo sự đóng các đơn vị an toàn, báo độnghay mở ra các con đường vòng qua thiết bị khi nhiệt độ bình tách quá cao hoặc quáthấp Các thiết bị này ít được lắp đặt trên các thiết bị tách, chúng chỉ được ứng dụngtrong các trường hợp đặc biệt

1.4.5 Các van an toàn

Được lắp đặt hầu hết trên các thiết bị tách và thường được bố trí ở vùng điềukhiển áp suất tách của bình tách

1.4.6 Thiết bị điều khiển áp suất

Được lắp đặt để ngăn cản sự cố xảy ra do áp suất tách thay đổi đột ngột sovới điều kiện áp suất hoạt động bình thường Các bộ phận này có thể điều khiểnbằng cơ học, bằng khí nén hoặc bằng điện sao cho có thể gây tín hiệu báo động

hoặc đóng một van an toàn nhằm mục đích bảo vệ con nguời và thiết bị tách, cácthiết bị khác trong khu vực làm việc nơi xảy ra sự cố.

1.4.7 Van tháo chất lỏng

Nếu ta tháo một thể tích nhỏ nhất chất lỏng từ bình tách thì có thể gây kíchthích hoặc lôi kéo các van bên trong, hoặc tác dụng có hại vào các vị trí van xả chấtlỏng và có thể gây ra sự ăn mòn thân van thải dẫn đến sự tăng cường mà chúng cóthể gây nổ vỡ tại chỗ hay dưới mức áp suất làm việc Tuy vậy van xả vẫn hết sứccần thiết vì các bộ phận xử lý như thiết bị tách ở điều kiện áp suất thấp, các bộ làmbền, dòng ra của bình tách có thể yêu cầu dòng chảy phải ổn định Van điều khiểntháo chất lỏng có đường kính nhỏ hơn dòng ra để đảm bảo dòng qua van luôn chảy

ổn định và liên tục

1.4.8 Những đầu mối an toàn hay các đĩa ngắt

Một đầu mối an toàn hay các đĩa ngắt ( Rapture disks) là một thiết bị chứamột miếng kim loại mỏng được thiết kế để làm gián đoạn khi áp suất trong thiết bịtách vượt quá giới hạn cho phép (giới hạn này được xác định trước) Giá trị nàybằng khoảng từ 1,25-1,5 áp suất nhiệt kế Đĩa có vai trò quan trọng nhất thườngđược kiểm tra sự làm việc sao cho nó hoạt động không gián đoạn khi xẩy ra sự cốcho tới khi các van an toàn hoạt động và ngăn chặn sự vượt trội về áp suất trongthiết bị tách

1.4.9 Màng chiết tách

Các màng chiết tách trong các thiết bị tách có tác dụng ngăn cản chất lỏng bịcuốn theo dòng khí Tại đây có thể gây ra sự cố khi sự sụt áp qua màng chiết trở nênquá lớn (vượt trội giới hạn sự sụt áp cho phép) Nếu sự sụt áp qua màng chiết (đobằng inch cột dầu) vượt quá giới hạn thì dầu sẽ bị cuốn theo dòng khí vượt quamàng chiết và đi ra ngoài cùng với khí Khả năng có thể xảy ra là sự tắc nghẽn từngphần của màng chiết do parafin hoặc các vật liệu khác Điều này giải thích tại saomột số thiết bị tách không có sự xác định giới hạn dung tích nhưng không vượt quágiới hạn mức chất lỏng mà ở đó chất lỏng có thể theo dòng khí ra ngoài Như vậy nócũng giải thích tại sao dung tích của một số thiết bị có thể nhỏ đi sử dụng

Trong những năm gần đây những thiết bị tách với sự giúp đỡ của các màngchiết mà không phải yêu cầu tháo bớt hay giảm nguyên liệu đầu vào Những thiết kếnày đã loại trừ được những sự cố gây ra ở đầu vào của thiết bị tách

1.4.11 Đồng hồ đo áp suất và các thiết bị cơ khí khác trong bình tách

Các thiết bị này cần phải được kiểm tra sự hoạt động thống nhất Các van rẽnhánh được sử dụng để đồng hồ đo áp suất có thể dễ dàng lấy ra kiểm tra, làm sạch

và sửa chữa thay thế

1.5 PHÂN LOẠI BÌNH TÁCH

1.5.1 Cấu tạo chung của bình tách

Mỗi bình tách thông thường bao gồm 5 phần chính:

- Ngăn tách chính: dùng để tách một khối lượng lớn dầu khỏi khí

- Ngăn làm sạch khí: xảy ra quá trình tách tiếp các phần còn lại như bọt khí bằngthiết bị khử mùi

- Ngăn thu dầu

- Ngăn chắn nước

- Ngoài ra còn có một bộ phận điều khiển áp suất trong bình thích hợp và thiết bịđiều khiển mực chất lỏng trong bình

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo bình tách cơ bản

Van an toàn

Đường khí ra Van an toàn

Thiết bị tách cửa vào

Màng ngăn

A

A

1.5.2 Phân loại bình tách

Trong thực tế do yêu cầu công nghệ mà bình tách được phân ra làm nhiềuloại, ta có thể phân loại như sau:

1.5.2.1 Phân loại theo chức năng

Tuỳ theo từng chức năng của bình tách mà ta có thể phân loại như sau:

1 Bình tách dầu và khí (oil and gas separator)

2 Bình tách 3 pha dầu, khí và nước

3 Bình tách dạng bẫy (trap)

4 Bình tách từng giai đoạn (stage separator)

5 Bình tách nước (water knockout), kiểu khô hay ướt

có kích thước đủ để kiểm soát tốc độ dòng chảy tức thời lớn nhất

+ Tách lỏng (liquid kockout) dùng để tách chất lỏng, dẫn dầu lẫn nước khỏikhí, nước và dầu lỏng thoát ra theo đường đáy bình, còn khí đi theo đường trên đỉnh

+ Expansion vessel thường là bình tách giai đoạn một trong đơn vị tách nhiệt

độ thấp hay tách lạnh Bình tách này có thể được lắp thiết bị gia nhiệt (heating oil )

có tác dụng làm chảy hydrat (như glycol) vào chất lưu vỉa từ giếng lên trước khi nốivào trong bình tách này

+ Bình tách làm sạch khí (gas scrubber): có thể hoạt động tương tự như bìnhtách dầu và khí

Bình tách dầu và khí thường dùng trong thu gom khí,và đường ống phânphối,những chỗ không yêu cầu phải kiểm soát slugg hoặc heads của chất lỏng Bìnhlàm sạch khí kiểu khô dùng thiết bị tách sương và thiết bị bên trong còn lại tương tựnhư bình tách dầu và khí

Bình làm sạch khí kiểu ướt hướng dòng khí qua bồn chứa dầu hoặc các chấtlỏng khác để rửa sạch bụi và các tạp chất khác còn lại khỏi khí Khí được đưa qua mộtthiết bị tách sương để tách các chất lỏng khỏi nó Một thiết bị lọc có thể coi như mộtthiết bị đặt trước một tổ hợp thiết bị tách khí để bảo vệ nó khỏi chất lỏng hay nước.

+ Thiết bị lọc (gas filter) được coi như một bình làm sạch khí kiểu khô đặcbiệt nếu đơn vị được dùng ban đầu để tách bụi khỏi dòng khí Thiết bị lọc trungbình được dùng trong bồn chứa để tách bụi, cặn đường ống (line scale), rỉ (rust) vàcác vật liệu khác khỏi khí

+ Flash chamber thường là bình tách dầu và khí hoạt động ở áp suất thấp vớichất lỏng từ bình tách có áp suất cao hơn được xả vào nó Đây thường là bình táchgiai đoạn 2 hoặc 3 với chất lỏng được thải vào bình chứa từ Flash chamber

1.5.2.2 Phân loại bình tách theo hình dạng

Ngoài sự phân loại theo chức năng thì dựa vào hình dạng bên ngoài của bìnhtách người ta có thể phân chia bình tách thành các loại sau:

tách khỏi dầu và đi lên Dầu, nước bị kéo xuống dưới theo máng dẫn Nước nặng

hơn chìm xuống dưới, dầu nổi lên trên

Hình 1.8 Bình tách hình trụ đứng 2 pha hoạt động dầu khí

6

11

79108

1

4

32

5

1 Cửa vào nguyên liệu

2 Van điều áp hồi khí lưu

3 Cửa thoát khí

4 Đệm triết

5 bộ phận tách khí trên cửa vào

6 Đĩa kim loại làm lệch hướng dòng

7 Miệng phao

8 Phao không trọng lượng

9 Thiết bị điều khiển mực chất lỏng

10 Van vận hành ngăn dầu

11 Cửa tháo dầu

1 Cửa vào nguyên liệu

2 Van điều áp hồi lưu khí

3 Đệm chiết

4 Bộ phận tách khí trên cửa vào

5 Đĩa kim loại làm lệch hướng dòng

6 Thiết bị điều khiển mực chất lỏng

7 Van vận hành ngăn dầu

8 Phao không trọng lượng

9 Thiết bị điều khiển mực chất lỏng

1-Cửa vào nguyên liệu

2-Bộ phận do chuyển động xoáy tròn3-Vòng hình nón

4-Bề mặt tiếp xúc dầu-khí

5-Bề mặt tiếp xúc dầu nước

Hình 1.10 Bình tách hình trụ đứng 3 pha sử dụng lực ly tâm

Loại 2 Thiết bị bình tách trụ ngang

Hiện nay các thiết bị tách trụ ngang được sản xuất với hai dạng:

+Bình tách một ống trụ đơn

+Bình tách gồm hai ống trụ

Cả hai loại này đều có thể áp dụng tách 2 pha, hoặc 3 pha, những thiết

bị tách ngang có sự thay đổi kích thước từ 20-30’ đường kính và 4-5 ft (S to S) lêntới 15-16 ft đường kính và 60-70ft (S to S)

Các thiết bị tách hình trụ nằm ngang được minh hoạ ở các bình tách sau: + Hình (1.10): Minh hoạ cấu tạo thiết bị tách trụ ngang 2 pha hoạt động(dầu–khí)

+ Hình (1.11): Minh họa thiết bị tách trụ ngang một ống, 3 pha hoạtđộng (dầu–khí – nước)

Hình 1.11 Bình tách hình trụ nằm ngang 2 pha dầu-khí

Nguyên liệu

12

3

4

56

Hình 1.12 Bình tách hình trụ nằm ngang 3 pha dầu-khí-nước

Loại 3 Thiết bị tách hình cầu

Thiết bị bình tách hình cầu có kích thước thay đổi từ 24-30’’, đường kính tới66-72’’ đường kính

Hình (1.12), (1.13) chỉ ra loại thiết bị hình cầu là những thiết bị tách đơn giản

+ Hình (1.12): Minh hoạ cấu tạo đơn giản thiết bị bình tách hình cầu 2 phahoạt động (dầu –khí)

+ Hình (1.13): Minh hoạ cấu tạo đơn giản thiết bị tách hình cầu 3 pha hoạtđộng (dầu –khí –nước)

Nguyên liệu lỏng

12

oil

oilwater

Nước

7

A

B6

7 Van vận hành ngăn nước

8 Phao không trọng lượng

9 Phao trọng lượng