Tìm hiểu về tuyến ống dẫn nước ép vỉa từ giàn MSP 7 đến giàn BK 19” với chuyên đề “kiểm toán bền và ổn định cho tuyến ống

Từ những phân tích ở trên và được sự đồng ý của bộ môn, cùng với mong muốncủa em nhằm sử dụng có hiệu quả các đường ống phục vụ cho công tác bơm ép vỉa nên em đã chọn đồ án tốt nghiệp vớ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN

BẢNG QUY ĐỔI CÁC ĐƠN VỊ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG DÙNG TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ 2

1.1 Vai trò của đường ống trong nền kinh tế quốc dân 2

1.2 Sự phát triển của công trình đường ống trên thế giới 2

1.3 Sự phát triển của công trình đường ống tại Việt Nam 5

1.3.1 Khái quát chung 5

1.3.2 Sự phát triển của công trình đường ống ở Vietsovpetro 7

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ TUYẾN ỐNG DẪN NƯỚC ÉP VỈA TỪ GIÀN MSP7 ĐẾN GIÀN BK19 Ở MỎ BẠCH HỔ 8

2.1 Giới thiệu về mỏ Bạch Hổ 8

2.2 Giới thiệu giàn MSP7 và BK19 9

2.3 Tổng quan về hệ thống bơm ép nước vỉa 10

2.3.1 Bơm ép nước ngoài vành đai vùng chứa dầu 11

2.3.2 Bơm ép trên vành đai chứa dầu 11

2.3.3 Bơm ép trong vành đai vùng chứa dầu 12

2.4 Nước ép vỉa và các yêu cầu của nó 12

2.4.1 Giới thiệu chung 12

2.4.2 Xử lý nước ép vỉa 13

2.5 Thông tin về tuyến ống và môi trường thi công tuyến ống 16

2.5.1 Thông tin về tuyến ống 16

2.5.2 Thông tin về môi trường thi công tuyến ống 18

CHƯƠNG 3: KIỂM TOÁN BỀN VÀ ỔN ĐỊNH CHO TUYẾN ỐNG 21

3.1 Tính toán kiểm tra chiều dày chịu áp lực trong lớn nhất 21

3.1.1 Kiểm tra trong giai đoạn thử áp lực 25

3.1.2 Kiểm tra trong giai đoạn vận hành 27

3.2 Tính toán kiểm tra ổn định đàn hồi của tuyến ống 28

3.2.3 Kiểm tra ổn định trong giai đoạn vận hành 34

3.3 Tính toán kiểm tra khả năng mất ổn định lan truyền của tuyến ống 38

3.3.1 Kiểm tra ở giai đoạn thử áp lực 38

3.3.2 Kiểm tra ở giai đoạn vận hành 40

CHƯƠNG 4: BẢO DƯỠNG VÀ CÔNG TÁC CHUẨN BỊ ĐỂ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG 42

4.1 Mục đích của việc kiểm tra đường ống 42

4.2 Kiểm tra sự hư hỏng trên đường ống 42

4.3 Kiểm tra các dạng ăn mòn và nứt gãy 44

4.3.1 Hiện tượng ăn mòn 44

4.3.2 Phân loại ăn mòn 45

4.3.3 Tần suất và thời gian kiểm tra 48

4.3.4 Các dạng ăn mòn và nứt gãy 49

4.3.5 Các dụng cụ được sử dụng cho việc kiểm tra đường ống 49

4.4 Phương pháp bảo vệ chống ăn mòn 50

4.4.1 Sử dụng vật liệu chống ăn mòn 50

4.4.2 Sử dụng chất ức chế chống ăn mòn 51

4.4.3 Bảo vệ bằng các lớp bao phủ 51

4.4.4 Bảo vệ ca tốt bằng a nốt hi sinh 54

4.4.5 Bảo vệ kết hợp 55

4.5 Công tác chuẩn bị đưa tuyến ống vào vận hành 55

4.5.1 Mục đích, yêu cầu chung khi thử áp lực 55

4.5.2 Thử áp lực hệ thống 56

4.5.3 Phóng pig kiểm tra sự móp méo, loại bỏ cặn bẩn 56

4.5.4 Khử nước 57

4.5.5 Làm khô 57

KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO

STT SỐ HÌNH VẼ TÊN HÌNH VẼ TRANG

1 Hình 1.1 Hình ảnh minh họa phân bố hệ thống đường

2 Hình 1.2 Hình ảnh minh họa phân bố hệ thống đường

3 Hình 1.3 Hình ảnh minh họa phân bố một số công trình

đường ống điển hình ở Việt Nam 7

7 Hình 2.4 Minh họa tuyến ống từ giàn MSP7 đến giàn

12 Hình 4.5 Sơn phủ bên ngoài ống (polypropylen) 52

STT SỐ HIỆU BẢNG TÊN BẢNG TRANG

Thành phần hóa học trung bình của nước Biển Đông vùng thềm lục địa phía Nam Việt Nam

14

2 Bảng 2.2 Hàm lượng cân bằng của H2S và CO2 15

3 Bảng 2.3 Một số hóa chất sử dụng để xử lý nước bơm

11 Bảng 3.1 Các vị trí trong quá trình tính toán 21

12 Bảng 3.2 Phân loại chất vận chuyển trong ống 22

ALS Trạng thái giới hạn sự cố

API Tiêu chuẩn API

C - Mn Cacbon - Mangan

DnV Tiêu chuẩn DnV

FLS Trạng thái giới hạn mỏi

SLS Trạng thái giới hạn vận hành

SMYS Ứng suất chảy dẻo đặc trưng của thép

SMTS Khả năng chịu kéo của thép

ULS Trạng thái tới hạn chịu lực

1 Mpa = 103 kN/m2

1 at = 98,1 kN/m2

MỞ ĐẦU

Hiện nay, ở mỏ Bạch Hổ có nhiều giếng khai thác dầu khí đã giảm áp suất, dẫnđến việc khai thác dầu khí theo phương pháp tự phun có hiệu quả không cao Do đó,người ta thường dùng các biện pháp nhân tạo tác động lên vỉa dầu nhằm duy trì áp suấtvỉa Để duy trì áp suất vỉa dầu đang khai thác nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu thì côngnghệ bơm ép nước vào vỉa dầu đóng một vai trò chủ đạo

Từ những phân tích ở trên và được sự đồng ý của bộ môn, cùng với mong muốncủa em nhằm sử dụng có hiệu quả các đường ống phục vụ cho công tác bơm ép vỉa nên

em đã chọn đồ án tốt nghiệp với tên đề tài:

“Tìm hiểu về tuyến ống dẫn nước ép vỉa từ giàn MSP - 7 đến giàn BK - 19” với chuyên đề: “Kiểm toán bền và ổn định cho tuyến ống”.

Để hoàn thành tốt đồ án này, ngoài những kiến thức đã được học và sự nỗ lực củabản thân, em đã nhận được sự giúp đỡ từ các thầy, cô trong Khoa Dầu khí, đặc biệt là

sự chỉ dẫn tận tình của TS Nguyễn Văn Thịnh cũng như là các bác, các chú, các anhchị công tác trong Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro

Em xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô trong trường Đại học Địa chất cũng như là các cán bộ, viên chức trong Xí nghiệp Vietsovpetro đã tạo mọiđiều kiện cho em trong đợt thực tập, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Thiết bị Dầukhí và Công trình và hơn nữa là thầy TS Nguyễn Văn Thịnh đã tận tình chỉ bảo để emhoàn thành tốt đồ án này

Tuy nhiên, do kiến thức và hiểu biết còn hạn chế nên cuốn đồ án không thể tránhkhỏi những thiếu sót về nội dung và hình thức Em rất mong nhận được những ý kiếnđóng góp của các thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, tháng 6 năm 2017

Sinh viên

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG ỐNG DÙNG TRONG

NGÀNH CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ

1.1 Vai trò của đường ống trong nền kinh tế quốc dân

Ngày nay trong các ngành sản xuất công nghiệp, đường ống được sử dụng rộng rãi

ở nhiều lĩnh vực khác nhau Nó có tác dụng quan trọng trong việc vận chuyển các sảnphẩm công nghiệp mà thiếu nó thì quá trình tự động hóa của một số ngành công nghiệp

sẽ gặp nhiều khó khăn, thậm chí không thực hiện được Đường ống có nhiều loại kếtcấu, kích thước và phạm vi sử dụng khác nhau, do đó chúng phải được thiết kế, chếtạo, lắp ráp trên cơ sở có căn cứ kỹ thuật, đảm bảo cho hệ thống hoạt động được antoàn, liên tục và đạt hiệu quả cao trong sử dụng

Trong ngành công nghiệp Dầu khí không thể không nhắc đến tầm quan trọng củacông trình đường ống Nó giúp chúng ta vận chuyển chất lưu, hỗn hợp thành phần dầu,khí, nước … một cách dễ dàng, thuận tiện nhất cho quá trình khai thác và tiêu dùng.Vận chuyển bằng đường ống cho phép hạn chế đến mức tối thiểu mất mát trong quátrình lao động Vận chuyển bằng đường ống có thể tiến hành tự động hóa trong quátrình vận chuyển cao hơn các phương pháp khác như tàu, xe Nhưng ngoài những ưuđiểm thì nó có những nhược điểm về chi phí thiết kế, lắp đặt cao

1.2 Sự phát triển của công trình đường ống trên thế giới

Hiện nay, đường ống phát triển ở hầu khắp các châu lục trên thế giới Qua thờigian, việc sử dụng đường ống để dẫn dầu, khí và các sản phẩm phục vụ trong ngànhcông nghiệp Dầu khí đã chứng minh được tính ưu việt về kinh tế, thân thiện với môitrường của đường ống vận chuyển so với hình thức vận chuyển khác

Việc sử dụng đường ống đầu tiên để vận chuyển hydrocacbon được ghi lại là ởTrung Quốc, cách đây khoảng 2500 năm người ta đã biết sử dụng ống tre để vậnchuyển khí đốt tự nhiên từ các giếng cạn để đun nước biển tách muối

Dầu đã được khoan ở Baku, Azerbaijan vào năm 1848 và ở Ba Lan vào năm 1854.Năm 1865, một đường ống dẫn dầu có đường kính 6 inch được xây dựng ở bangPennsylvania, Hoa Kỳ vận chuyển 7000 thùng/ngày Và từ đó hệ thống đường ốngdùng trong ngành Dầu khí phát triển mạnh mẽ

Năm 1906, một đường ống dài 755 km, đường kính 8 inch được xây dựng từOklahoma đến Texas

Cùng thời gian đó, một tuyến ống có chiều dài như trên được xây dựng ở Baku vớiđường kính từ 8 - 12 inch.

Năm 1912, một đường ống dẫn khí dài 272 km, đường kính 16 inch được xâydựng trong 86 ngày ở đảo Bow, Canada Nó đã trở thành một trong những tuyến ốngdài nhất ở Bắc Mỹ

Theo Cục Quản lý Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ thuộc Cục Năng lượng Thế giới

đã dự đoán nhiên liệu hóa thạch sẽ vẫn là nguồn năng lượng chính, đáp ứng hơn 90%

sự gia tăng nhu cầu năng lượng trong tương lai

Nhu cầu về dầu của toàn cầu sẽ tăng khoảng 1,6% mỗi năm, từ 75 triệu thùng dầumỗi ngày vào năm 2000 lên đến 120 triệu thùng dầu mỗi ngày vào năm 2030 Nhu cầuđối với khí thiên nhiên sẽ tăng mạnh hơn so với bất kỳ nhiên liệu hóa thạch khác: lượngkhí tiêu thụ sẽ tăng gấp đôi từ nay đến năm 2030 [5]

Sự tăng lên không ngừng của nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm Dầu khí kéo theo sự rađời của hàng loạt các dự án khai thác Dầu khí trên biển Bắt đầu từ đường ống đầu tiêncho đến nay hàng vạn kilomet đường ống đã được xây dựng trên khắp thế giới từ biểnBắc, Địa Trung Hải, Australia, Đông Nam Á, Mỹ Latinh… Một số đường ống đã đượclắp đặt ở độ sâu đến 700m, kích thước ống lên tới 56 inch Các công nghệ liên quanđến công trình đường ống cũng phát triển rất nhanh chóng Điển hình là các thiết bị thicông thả ống, công nghệ gia tải cho ống, công nghệ nối ống …

Theo ước tính trên thế giới, mỗi năm có khoảng 32000 km đường ống mới được xâydựng và 50% trong số đó dự kiến được xây dựng ở Bắc Mỹ và Nam Mỹ Ngoài ra, mỗinăm có khoảng 8000 km đường ống vận chuyển ra nước ngoài được xây dựng với 60%

là ở Tây Bắc Châu Âu, Châu Á Thái Bình Dương và vịnh Mexico Tổng chiều dài củađường ống truyền dẫn áp lực cao trên khắp thế giới ước tính vào khoảng 3500000 km(tính đến năm 2012) Nó được chia ra gồm đường ống vận chuyển khí tự nhiên (64%),đường ống vận chuyển các sản phẩm dầu khí (19%) và đường ống vận chuyển dầu thô(17%) [5]

Dưới đây là bản đồ một số hệ thống đường ống trên thế giới và khu vực Đông NamÁ

Hình 1.1: Hình ảnh minh họa phân bố hệ thống đường ống tại Bắc Mỹ [6]

Hình 1.2: Hình ảnh minh họa phân bố hệ thống đường ống tại Đông Nam Á [6]

1.3 Sự phát triển của công trình đường ống tại Việt Nam

1.3.1 Khái quát chung

Với vai trò quan trọng của nó trong ngành công nghiệp Dầu khí, hệ thống đườngống ở Việt Nam đã và đang được xây dựng, phát triển mạnh mẽ, bao gồm các đườngống nội mỏ và các đường ống đưa dầu, khí vào bờ

Một số mốc thời gian và hệ thống đường ống điển hình ở Việt Nam [5]:

Ngày 26/4/1995, hệ thống đường ống dẫn khí Bạch Hổ Long Hải Dinh Cố

-Bà Rịa dài 124 km, chiều dày 16 inch, công suất thiết kế 2 tỉ m3 khí/năm đượchoàn thành xây dựng và đưa vào vận hành

- Năm 1998, đường ống dẫn dầu từ Dinh Cố - Thị Vải chính thức đi vào hoạtđộng để vận chuyển các sản phẩm lỏng từ nhà máy chế biến khí Dinh Cố đếnThị Vải

- Cuối tháng 11/2001, đường ống dẫn khí dài 46,5 km từ mỏ Rạng Đông về mỏBạch Hổ được hoàn thành, góp phần đưa thêm 1 triệu m3 khí/ngày đêm của mỏRạng Đông về mỏ Bạch Hổ

- Tháng 12/2002, dự án khí Nam Côn Sơn 1 đã được hoàn thành với tổng chiềudài trên 400 km từ mỏ Lan Tây đến Phú Mỹ, gồm: đường ống ngoài biển từLan Tây đến Dinh Cố dài 370 km với đường kính 26 inch, áp suất thiết kế 171bar và đường ống trên bờ có đường kính 30 inch, áp suất thiết kế là 84 bar, ápsuất vận hành là 60 bar vận chuyển khí tự nhiên từ Lan Tây - Long Hải - Phú

Mỹ Sau 5 năm vận hành, dự án đã được bàn giao cho PVGas

- Tháng 4/2007, dự án khí PM3 - Cà Mau chính thức hoàn thành, cung cấp khícho nhà máy Điện Cà Mau 1, Cà Mau 2 bằng đường ống dài trên 300 km,đường kính 18 inch và công suất thiết kế 2 tỉ m3 khí/năm

- Năm 2008, hệ thống đường ống dẫn khí từ Phú Mỹ - Nhơn Trạch - Hiệp Phướcchính thức đi vào hoạt động với tổng chiều dài là 71,1 km để cung cấp khí chonhà máy điện và các khu công nghiệp, kết nối các hệ thống khí ở Đông Nam -Tây Nam với nhau

- Dự án Nam Côn Sơn 2 bắt đầu triển khai từ năm 2011, theo thiết kế có côngsuất 18,4 triệu m3 khí/năm và khoảng 1320 tấn codensat/ngày đêm, có tổngmức đầu tư khoảng 1,3 tỷ USD, bao gồm: 325 km đường ống biển, 30 kmđường ống bờ, xuất phát từ mỏ Hải Thạch - Mộc Tinh, đi qua giàn Thiên Ưng -Mãng Cầu và tiếp bờ tại Long Hải Tháng 5/2016, Dự án Nam Côn Sơn 2 giaiđoạn 1chính thức đưa vào sử dụng Giai đoạn 1 của dự án là xây dựng khoảng

151 km đường ống dẫn khí từ giàn Thiên Ưng đến khu vực giàn BK4A của mỏBạch Hổ

Hình 1.3: Hình ảnh minh họa phân bố một số công trình đường ống

điển hình ở Việt Nam [8]

1.3.2 Sự phát triển của công trình đường ống ở Vietsovpetro

Tuyến ống đầu tiên để phục vụ công tác thăm dò và khai thác Dầu khí đã được lắp

đặt bởi doanh Vietsovpetro khi xây dựng mỏ Bạch Hổ

Hiện nay, Vietsovpetro có hệ thống đường ống tập trung chủ yếu ở mỏ Bạch Hổ và

mỏ Rồng, tất cả tạo nên một hệ thống đường ống liên kết giữa các giàn giúp hiệu quảkhai thác một cách cao nhất

Tính đến năm 2015, mỏ Bạch Hổ đã có các hệ thống đường ống bao gồm:

- Tổng chiều dài đường ống dẫn dầu là 150,361 km

- Tổng chiều dài đường ống dẫn gaslift là 84,107 km

- Tổng chiều dài đường ống dẫn khí là 36,177 km

- Tổng chiều dài đường ống dẫn hỗn hợp dầu, khí là 43,519 km

Và cho đến cuối năm 2016, mỏ Bạch Hổ đã lắp đặt trên 750 km đường ống kết nốitất cả các công trình nội mỏ và liên mỏ với nhau [2]

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ TUYẾN ỐNG DẪN NƯỚC ÉP VỈA TỪ GIÀN

MSP7 ĐẾN GIÀN BK19 Ở MỎ BẠCH HỔ

2.1 Giới thiệu về mỏ Bạch Hổ

Mỏ Bạch Hổ là vùng mỏ dầu khí lớn nằm trong lô 09 thềm lục địa Việt Nam thuộc

bồn trũng Cửu Long và cách thành phố Vũng Tàu 145 km về hướng Đông Nam, nơi cócăn cứ sản xuất Vietsovpetro Vị trí của mỏ nằm trong khoảng từ 80o30’ đến 11o00’ vĩtuyến Bắc và từ 106o40’ đến 108o40’ kinh độ Đông, phía Đông Nam là mỏ Đại Hùng,phía Tây Nam cách mỏ Rồng 35 km

Mỏ có trữ lượng khoảng 300 triệu tấn và được khai thác thương mại từ giữa năm

1986 Đơn vị khai thác là Xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt-Xô (Vietsovpetro) thuộcTập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam Hiện nay, sản lượng dầu khai thác đang giảmmạnh Năm 2009, sản lượng dầu thô khai thác được vào khoảng 5,4 triệu tấn, đến năm

2012, con số này giảm xuống còn 3,81 triệu tấn Kể từ khi khai thác đến cuối năm

2016, mỗi ngày Vietsovpetro đã khai thác được từ mỏ này khoảng 223,6 triệu tấn dầuthô và 31 tỉ m3 khí [9]

Hình 2.1: Vị trí địa lý của mỏ Bạch Hổ

2.2 Giới thiệu giàn MSP7 và BK19

Giàn MSP7 là giàn khoan cố định, trên giàn bố trí tháp khoan di động có khả năngkhoan ở nhiều giếng khoan.

Chức năng giàn MSP có thể khoan, khai thác và xử lý Hệ thống công nghệ trêngiàn cho phép đảm nhiệm nhiều công tác, từ xử lý sơ bộ sản phẩm dầu khí cho đếntách lọc sản phẩm dầu thương phẩm hay xử lý sơ bộ khí đồng hành Mức độ xử lýtuỳ thuộc vào hệ thống thiết bị trên từng giàn Sản phẩm dầu khí được xử lý trêngiàn MSP có thể là từ các giếng khoan của nó hoặc được thu gom từ giàn nhẹ BK

Hình 2.2: Hình ảnh minh họa giàn MSP

Giàn BK19 là giàn nhỏ nhẹ không có tháp khoan, có từ 6 đến 12 giếng đượckhoan từ phương tiện khoan tự nâng Trên đó trang bị các máy móc, thiết bị côngnghệ để xử lý sơ bộ dầu khai thác Giàn BK có các thiết bị công nghệ ở mức tốithiểu để đo lưu lượng và tách nước sơ bộ Sản phẩm từ giàn BK sẽ được dẫn bằngđường ống về MSP hoặc giàn công nghệ trung tâm để xử lý

Hình 2.3: Hình ảnh minh họa giàn BK

2.3 Tổng quan về hệ thống bơm ép nước vỉa

Trong công nghệ khai thác Dầu khí, bơm ép nước vào vỉa là phương pháp phổ biến

để duy trì áp suất vỉa, kéo dài thời gian tự phun của giếng khai thác, là một trong nhữngbiện pháp thu hồi dầu hiệu quả nhất

Theo số liệu thống kê, hiện nay trên thế giới mỗi ngày lượng nước được bơm épvào các vỉa dầu là khoảng 200 triệu thùng với chi phí cho việc bơm ép nước trên toànthế giới là trên 50 tỷ USD/năm

Tại mỏ Bạch Hổ, nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu thì từ năm 1993, Xí nghiệp Liêndoanh Vietsovpetro bắt đầu tiến hành bơm ép nước vào các thân dầu trong móng khi ápsuất vỉa còn lớn hơn áp suất bão hòa khoảng 50 at

Hệ thống bơm ép tại mỏ Bạch Hổ là một tổ hợp lớn, bao gồm các hệ thống bơm, xử

lý trung tâm, hệ thống đường ống dẫn đến các giếng bơm ép và đường ống trong lònggiếng bơm ép Nguồn nước bơm ép tại mỏ Bạch Hổ chủ yếu là nước biển lấy tại độ sâu25m có ít tạp chất và ít các động thực vật, phù du trôi nổi

Kết quả của việc bơm ép vỉa là hệ số thu hồi dầu một số giếng đã được nâng lên

35 - 38%, rồi lên 40,3%, cao hơn nhiều so với hệ số thu hồi dầu theo chế độ khaithác tự phun chỉ khoảng 15 - 18% [3]

Việt Nam là quốc gia đầu tiên trên thế giới thăm dò và khai thác thành công các mỏdầu trong thân đá móng nứt nẻ Gần 90% sản lượng dầu khai thác của Việt Nam là từcác mỏ ở dạng này.

Hầu hết chuyên gia đều thống nhất, thân dầu trong đá móng nứt nẻ là một thân dầu

có cấu trúc địa chất phức tạp, tính bất đồng nhất cao, đặc biệt là các tính chất thủy độnglực học Điều này đòi hỏi phải có sự tiếp cận đặc biệt và phù hợp trong công tác nghiêncứu thân dầu này Trong số những giải pháp được đề cập thì giải pháp điều chỉnh chế

độ khai thác và bơm ép nước một cách tối ưu và có thể áp dụng để duy trì áp suất vỉađối với các thân dầu, cùng với việc sử dụng hệ thống gaslift Bản chất của giải pháptrên là thiết lập chế độ khai thác dầu và bơm ép hợp lý nhất như mạng lưới của từnggiếng, áp suất bơm, thời gian bơm ép nước

Đó là một trong những giải pháp nhân tạo tác động lên vỉa dầu nhằm mục đích duytrì năng lượng vỉa cho phép duy trì áp suất vỉa gần bằng giá trị ban đầu nhằm đạt được

hệ số khai thác lớn nhất

Trong thực tế dựa vào điều kiện của từng vỉa như tính chất thủy động, hình dạngvỉa, chế độ khai thác mà người ta bố trí hệ thống các giếng bơm ép sao cho hợp lý nhất.Trong đó có các cách bố trí sau đây:

2.3.1 Bơm ép nước ngoài vành đai vùng chứa dầu

Ở đây, các giếng bơm ép nằm ở chu vi phía ngoài vùng chứa dầu cách ranh giớidầu nước 800 - 1500m Trong cách bố trí này, tổn thất năng lượng trong quá trình bơm

ép lớn (do nước bơm ép phải đi một đoạn đường dài) nhưng lại tận dụng được tối đatác dụng của nước bơm ép (Các giếng khoan ở gần vành đai khai thác trước, lần lượtcác giếng khoan bên trong khai thác sau khi giếng bên ngoài ngập nước được chuyểnthành giếng bơm ép) Cách này có hiệu quả cao đối với vỉa có mối liên thông thủyđộng tốt (có độ thấm tốt, thành tạo từ cát sỏi đồng nhất), dầu có độ nhớt không cao Tuy nhiên, nó lại có hiệu quả không cao đối với vỉa không đồng nhất, có những pháhủy kiến tạo Nếu dầu có độ nhớt cao (nước vượt qua dầu) thì giếng khai thác dễ bịngập nước, dầu đọng lại trong vỉa

2.3.2 Bơm ép trên vành đai chứa dầu

Ở đây, các giếng bơm ép được bố trí ngay trên ranh giới dầu - nước Hệ thống nàyđược áp dụng với vỉa có kích thước nhỏ, mối liên hệ thủy động giữa dầu và đất đá xungquanh vỉa dầu kém Tuy nhiên nó có ưu điểm là tác động nhanh chóng lên vỉa, ít tổn

hao trong quá trình bơm ép, nhược điểm là dầu dễ tồn đọng trong vỉa, giếng khai thác

dễ ngập nước

2.3.3 Bơm ép trong vành đai vùng chứa dầu

Ở đây, các giếng bơm ép được bố trí bên trong vành đai vùng chứa dầu Hệ thốngbơm ép này được áp dụng khi biết rõ ràng điều kiện, thông tin địa chất của vỉa và diệntích của vỉa phải lớn

2.4 Nước ép vỉa và các yêu cầu của nó

2.4.1 Giới thiệu chung

Nước bơm ép có thể là nước mặt ao hồ, nước biển hoặc là nước vỉa

Đối với nước mặt ao hồ thì có một số đặc điểm như sau:

- Bão hòa ôxi

- Tính ăn mòn thay đổi theo thành phần nước

- Chứa các loại vi khuẩn, tảo

- Chứa nhiều tạp chất lơ lửng - muối sunfat kết tủa

- Có khả năng tạo lớp cặn trong vỉa

- Gây trương nở sét

Đối với nước biển thì có một số đặc điểm như sau:

- Bão hòa ôxi

- Tính ăn mòn cao

- Chứa tạp chất hữu cơ và hạt rắn lơ lửng

- Chứa vi khuẩn háo khí và vi khuẩn khử sunfat

- Chứa vi sinh vật bám dính

- Tạo kết tủa CaCO3 trong giếng bơm ép và các thiết bị gia nhiệt

- Chứa muối sunfat với hàm lượng cao Nếu nước vỉa có chứa Ba2+, Ca2+, Sr2+ thìtạo thành chất kết tủa

Đối với nước vỉa thì có một số đặc điểm như sau:

- Chứa khí H2S, CO2 và các nhân tố ăn mòn khác

- Chứa các chất rắn, đôi khi có cả dầu mỏ

- Chứa vi khuẩn khử sunfat

- Có khả năng tạo kết tủa, tạo lớp cặn trong vỉa

2.4.2 Xử lý nước ép vỉa

Nguồn nước thải trong quá trình khai thác thường được dùng để ép ngược lại vàovỉa vì có ưu việt hơn so với việc sử dụng các nguồn nước khác: có độ nhớt và độkhoáng hóa cao bảo toàn độ thấm tự nhiên của các vỉa chứa sét và không gây trương

nở, do có muối nên áp lực yêu cầu thấp hơn so với sử dụng nước ngọt Ngoài ra, nhiệt

độ nước vỉa nói chung cao hơn nước bề mặt, có tác dụng thuận lợi cho sự tiếp nhận củavỉa cũng như thay thế dầu

Nguồn nước bơm ép tại mỏ Bạch Hổ chủ yếu là nước biển lấy tại độ sâu 25m, tuynhiên, nó vẫn còn tồn tại một số tạp chất sau:

- Các tạp chất cơ học dạng hạt có kích thước nhỏ

- Các loại phù du, động thực vật, rong tảo, các vi khuẩn ưa khí và kị khí, đặc biệt

có vi khuẩn khử sunfat

- Hàm lượng ion sunfat khá cao có thể là nguồn nuôi vi khuẩn khử sunfat

- Lượng ôxi tự do luôn có trong nước biển là nguồn gây ăn mòn thiết bị Ngoài

ra, do sóng đánh liên tục, dòng chảy và các yếu tố khác cũng làm tăng các bọtkhí chứa ôxi trong nước

Với các mỏ khai thác ngoài biển thì việc sử dụng nước biển làm nước ép là thuậnlợi và kinh tế nhất

Những tính chất ảnh hưởng đến chất lượng nước ép vỉa bao gồm: hàm lượng chấtrắn lơ lửng, hàm lượng vi sinh, thành phần hóa học và khả năng ăn mòn

- Chất rắn lơ lửng là một hỗn hợp phức tạp gồm chủ yếu là vật liệu hữu cơ (các

vi sinh vật sống hoặc đã chết) và phụ thêm các hạt rắn vô cơ như bùn, sét Cáckhảo sát mỏ Bạch Hổ cho thấy nước biển có hàm lượng chất rắn lơ lửng tới 1mg/lít với khoảng 10000 hạt trên 2µm trong 0,5 ml nước Phần lớn các hạt cókích thước bé hơn 10µm không thể lắng nhờ trọng lực mà được giữ ở trạngthái lơ lửng như chất keo do lực hút và đẩy của các ion Để có thể tách chúng ởbầu lọc cần phải phá hủy hệ keo, làm kết dính các hạt bé thành hạt lớn

- Thành phần vi sinh: Nước biển chứa một tập hợp chất phức tạp các vi sinh cóchu kỳ sống khác nhau, có nhiều cách để phân loại Song nói chung có thể chia

ra gồm sinh vật phù du, sinh vật bơi và vi khuẩn Thuật ngữ phù du chỉ cácsinh vật sống trong nước, có thể là thực vật điển hình là các loài tảo, có chiềudài bé hơn 1 µm đến vài mm nhưng cũng có thể là động vật có chiều dài từ20µm đến 20 cm, ta cần phải loại bỏ để tránh lấp nhét các tầng chứa

- Thành phần hóa học: nước biển là một dung dịch của các chất rắn hòa tan vàkhông hòa tan Các nguyên tố có trong nước ở dạng ion tích điện Bảng dướiđây nêu ra kết quả phân tích nước biển Đông.

Bảng 2.1: Thành phần hóa học trung bình của nước biển Đông vùng thềm

lục địa phía Nam Việt Nam

- Sự ăn mòn: Nước biển là chất lỏng ăn mòn do có hòa tan rắn và khí Tính ănmòn của nước xuất hiện bởi các quá trình vật lý và hóa học nhất định Nhữngtrạm ép nước cần dùng các hợp kim đặt biệt ở dòng vào của cột tách khí Đa sốcác kim loại trong hệ thống tồn tại dưới dạng ôxit và muối Ăn mòn là một môitrường điện vì vậy cần có a nốt, ca tốt và môi trường dẫn điện Thành phầnnước biển chi phối rất lớn đến sự ăn mòn vì nó chi phối đến sự dẫn điện, độaxit và sự hòa tan của khí Sự hiện diện của khí hòa tan trong nước như O2,CO2, H2S sẽ làm cho tốc độ ăn mòn tăng nhanh Riêng ôxi có tác dụng thúcđẩy các phản ứng ở ca tốt

2H+ + 2e → H2 O2 + 2H2O → 4OH-Phản ứng của ôxi với hydro sẽ tiêu hao các điện tử và đẩy nhanh phản ứngchung, ngoài ra ôxi còn làm cho Fe2+ thành Fe3+ tạo ra kết tủa Đa số ion kimloại hòa tan thay thế ion kết tủa và quá trình ăn mòn gia tăng CO2 hòa tan trongnước tạo ra axit cacbonic, làm giảm độ pH, làm tăng tốc độ ăn mòn, bản thân

CO2 không ăn mòn như ôxi nhưng tạo ra các vết rỗ Tuy vậy, hàm lượng CO2trong nước biển rất thấp nên tác dụng ăn mòn của nó không đáng kể H2S có độhòa tan lớn và là một axit yếu, nó gây ra sự rỗ và tốc độ gia tăng khi hiện diện cảCO2, H2S không có trong nước ép nhưng có thể là sản phẩm trao đổi của vikhuẩn khử sunfat Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng ăn mòn là nhiệt độ, ápsuất, tốc độ dòng và sự xâm thực Hàm lượng cân bằng của CO2 và H2S phụthuộc vào độ pH Nếu pH < 5, các sunfit tồn tại dạng H2S, còn khi pH tăng lênthì H2S bị ôxi hóa thành HS- và S2+ Vì thế khi cần phải loại bỏ H2S ta phải giảm

Các biện pháp để tách khí hòa tan gồm thổi khí và phương pháp chân không Ta đãbiết, nước có thể hoà tan ôxi, CO2, H2S Nước biển Đông có chứa ít CO2 và H2S nênnhiệm vụ chính là tách ôxi hòa tan trong nước Ta không dùng phương pháp sục khí màdùng phương pháp chân không theo nguyên tắc giảm hàm lượng hòa tan bằng cáchgiảm áp suất cân bằng Mục đích tách ôxi là để giảm tính ăn mòn của nước Trong điềukiện bình thường, ôxi hòa tan cân bằng với khí quyển Khi ôxi trong không khí thay đổi

do bất kỳ nguyên nhân nào thì lượng ôxi hòa tan trong nước cũng thay đổi để giữ cânbằng Khi ôxi trong không khí giảm thì ôxi trong nước sẽ được tách vào không khí.Quá trình này được gọi là quá trình chuyển vị hoặc chuyển khối Độ hòa tan của khítrong nước tuân theo định luật Henry Đó là độ hòa tan của khí tỷ lệ thuận với áp suấtriêng phần của khí trên nước Áp suất riêng phần của khí trong hỗn hợp là áp suất khítạo ra nếu nó chiếm toàn bộ thể tích Mức hòa tan của ôxi tăng cùng với nhiệt độ và độmuối Nếu tách ôxi ra khỏi không khí thì ôxi sẽ tách ra khỏi nước, nghĩa là phải giảm

áp suất riêng phần của ôxi

Danh mục một số hóa chất được sử dụng để xử lý nước bơm ép được cho trongbảng sau:

Bảng 2.3: Một số hóa chất sử dụng để xử lý nước bơm ép

5 Corrosion inhibitor TECHNIHIB - 377 0,95 Liên tục

Đối với mỏ Bạch Hổ, sau khi xử lý, nước bơm ép phải thỏa mãn các yêu cầu dướiđây:

- Loại bỏ các hạt có kích thước trên 1µm phải đạt 96%

- Loại bỏ các hạt có kích thước trên 2µm phải đạt 98%

- Lượng tạp chất phải nhỏ hơn 3 mg/l

- Độ đục phải nhỏ hơn 0,15 NTU

- Hàm lượng Clo còn lại không vượt quá 0,5 mg/l ở filt lọc tinh

- Hàm lượng ôxi hòa tan không vượt quá 0,05 mg/l sau khi khử bọt ở tháp chânkhông và không vượt quá 0,015 mg/l sau khi khử ôxi ở chân tháp

- Không có H2S và ion Fe3+

- Không có vi khuẩn khử sunfat

- Không có sa lắng muối vô cơ

- Độ pH giới hạn trong khoảng từ 4,5 - 5,5

- Tốc độ ăn mòn kim loại phải nhỏ hơn 0,01mm/năm

2.5 Thông tin về tuyến ống và môi trường thi công tuyến ống

2.5.1 Thông tin về tuyến ống

Hình 2.4: Minh họa tuyến ống từ giàn MSP7 đến giàn BK19

Thông tin về tuyến ống thi công được cho trong bảng dưới đây:

Bảng 2.4: Thông số sử dụng cho tính toán tuyến ống [2]

2.5.2 Thông tin về môi trường thi công tuyến ống

Thông tin về môi trường thi công được cho trong bảng dưới đây:

Bảng 2.8: Thủy triều và nước dâng do bão [2]

Mực nước Triều cao nhất

(m)

Triều thấp nhất(m)

Nước dâng do bão

(m)

CHƯƠNG 3: KIỂM TOÁN BỀN VÀ ỔN ĐỊNH CHO TUYẾN ỐNG

3.1 Tính toán kiểm tra chiều dày chịu áp lực trong lớn nhất

Áp lực trong xuất hiện trong quá trình vận hành của tuyến ống hay áp lực thử khi thicông tuyến ống là tải trọng chính tác dụng lên đường ống Điều kiện ống đủ bền đểchịu áp lực trong là điều kiện tiên quyết và cũng là bài toán quan trọng nhất trong thiết

kế đường ống

Vì ống tròn chịu áp lực trong nên ứng suất xuất hiện trong ống bao gồm ứng suấtvòng và ứng suất dọc chiều dài ống Với các ứng suất dọc chiều dài thì sự dãn nở vìnhiệt, lực căng dư do thi công thường nhỏ hơn so với ứng suất vòng Vì vậy ứng suấtvòng là nguyên nhân chủ yếu gây ra phá hoại đường ống, gây ra nổ ống hoặc làm ống

bị chảy dẻo khi mà khả năng chịu áp lực trong của đường ống không đảm bảo

Ống ngầm trong trạng thái vận hành hay thử áp lực đều chịu áp lực ngoài và áp lựctrong, áp lực trong là áp lực mà chất vận chuyển chảy trong ống gây nên, áp lực ngoài

là áp lực thủy tĩnh do cột nước bên trên ống gây nên, sự chênh lệch giữa áp suất ngoài

và áp suất trong đường ống gây nên ứng suất vòng của ống

Ta lựa chọn chiều dày ống tối thiểu để ứng suất vòng không vượt quá ứng suất chophép Việc tính toán lựa chọn chiều dày là một quá trình lặp được thực hiện đồng thờikhi giải quyết các bài toán khác nhau của công trình đường ống biển như: tính toánchịu áp lực trong, ổn định vị trí, ổn định lan truyền, ổn định tổng thể, ứng suất trongquá trình thi công lắp đặt Và bây giờ chúng ta phải kiểm tra xem nó có thỏa mãn điềukiện bền hay không

Các vị trí trong quá trình tính toán, kiểm tra tuyến ống được cho trong bảng sau:

Bảng 3.1: Các vị trí trong quá trình tính toán [2]

STT Vị Trí Vùng tính toán Độ sâu nước Tọa độ

- Phân loại chất lỏng trong ống

Bảng 3.2: Phân loại chất vận chuyển trong ống [2]

C Các chất không cháy được hoặc không độc ở dạng khí trong điều kiệnnhiệt độ và áp suất khí quyển Ví dụ như: CO2, không khí.

D Các chất không độc, 1 pha ở dạng khí tự nhiên

E

Các chất lỏng cháy được hoặc độc có dạng là chất khí trong điều kiệnnhiệt độ và áp suất khí quyển và có thể chuyển từ dạng khí sang dạng lỏng Ví dụ: gas lỏng tự nhiên

Trong đồ án này, chất vận chuyển trong ống là nước ép vỉa, nên chọn chất vận chuyển thuộc loại A

Thấp Khi xảy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người ít, ảnh hưởng môi trường không nghiêm trọng, ảnh hưởng thấp đối với kinh tế

Thường phân loại cho trạng thái lắp đặt

Vừa

Khi xảy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người lớn, ảnh hưởng tới môi trường nghiêm trọng, rất ảnh hưởng đối với kinh tế hoặc hậu quả chính trị Thường phân loại cho trạng thái vận hành đối với vùng bên ngoài giàn

Cao Khi xảy ra rủi ro mức độ ảnh hưởng tới con người lớn, ảnh hưởng tới môi trường nghiêm trọng, hậu quả to lớn đối với kinh tế hoặc

chính trị Thường phân loại cho trạng thái vận hành đối với vùng 2

Bảng 3.5: Phân cấp an toàn theo chất vận chuyển, giai đoạn và vùng tính toán [1]

Giai đoạn

Loại chất lỏng A, C Loại chất lỏng B, D, E Vùng tính toán Vùng tính toán

Như vậy, ta có cấp an toàn của tuyến ống được cho như trong bảng dưới đây.

Bảng 3.7: Cấp an toàn của tuyến ống

Bảng 3.10: Hệ số cường độ vật liệu phụ thuộc vào trạng thái tính toán [1]

Các giai đoạn làm việc của đường ống:

- Giai đoạn thi công, lắp đặt

- Giai đoạn thử áp lực hệ thống

- Giai đoạn vận hành

- Giai đoạn tạm ngừng vận hành sửa chữa, bảo dưỡng

- Giai đoạn dừng khai thác Trong các giai đoạn ở trên thì ta thấy giai đoạn thử áp lực hệ thống và giai đoạn vậnhành là bất lợi nhất Vì trong các giai đoạn này đường ống chịu 1 áp lực lớn nên cầnphải tính toán

3.1.1 Kiểm tra trong giai đoạn thử áp lực

Biểu thức kiểm tra:

P d D−t1

2t1 ≤ µ.(SMYS - f y ,temp) (3.1) [1]

Các đại lượng trong biểu thức được cho ở bảng dưới đây

Bảng 3.11: Giải thích các đại lượng trong biểu thức (3.1)

t Chiều dày cần thiết đường ống chịu áp lực trong mm

tfab = 0,125t Chiều dày dự trữ kể đến sai số do chế tạo [1] mmSMYS Ứng suất chảy dẻo đặc trưng của thép kN/m2

fy,temp

Độ giảm cường độ của ứng suất cho phép gây ra bởi nhiệt độ, giá trị được chọn dựa vào Tiêu chuẩn DnV -

OS - F101 - 2012 [1]

µ Hệ số phụ thuộc vào cấp an toàn, chọn dựa vào bảng 3.9

Trong trường hợp này, ta sẽ kiểm tra chung cho tất cả các vị trí, vì ở giai đoạn thử