Vận chuyển đường ống dẫn dầu thô

Vận chuyển đường ống dẫn Dầu thô Tổng quan đường ống 1.1 Chức Đường ống sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Nó có nhiều loại kết cấu, kích thước phạm vi sử dụng khác nhau.Trong ngành cơng nghiệp Dầu khí có chức sau: -Vận chuyển dầu sản phẩm dầu từ nơi khai thác đến kho chứa, nhà máy chế biến, trạm cung cấp, xí nghiệp… -Vận chuyển nước, chất phụ gia hóa phẩm phục vụ cho cơng tác khai thác Dầu khí vào giao đoạn cuối 1.2 Phân loại đường ống Do yêu cầu đa dạng tính chất làm việc phức tạp nên hệ thống đường ống phân loại dựa nhiều tiêu chí khác nhau: - Theo phương pháp lắp đặt có ống ngầm đất, nước, mặt đất treo khơng - Theo đặc tính gồm có ống có áp ống khơng có áp: Loại ống có áp thơng thường chất lưu lấp đầy tiết diện ống Trong trường hợp khơng lấp đầy tự chảy có áp lực Còn ống khơng áp chuyển động thực nhờ trọng lực gây chênh lệch độ cao đầu ống - Theo trị số áp lực đường ống chia làm cấp Cấp ống có áp suất lớn từ 250- 1000 N/cm cấp ống có áp suất lớn từ 120- 250 N/cm2 - Theo đường kính đường ống chia làm cấp Cấp ống có đường kính từ 1000-1400 mm; cấp có đường kính từ 500-1000 mm; cấp có đường kính từ 300-500 mm; cấp có đường kính bé 300mm có áp suất lớn 250 N/cm2; cấp có đường kính bé 300mm áp suất từ 160 N/cm2 đến 250 N/cm2 - Theo độ dốc thủy lực gồm có ống đơn giản (ống khơng phân nhánh, đường kính khơng thay đổi) ống phức tạp - Theo mức độ ăn mòn chất chuyển tải người ta chia ống mơi trường khơng ăn mòn, ăn mòn (nếu mức ăn mòn 0,1 mm/năm), ăn mòn trung bình(0,1-0,5mm/năm) ăn mòn cao(>0,5mm/năm) - Theo khả vận tải có đường ống dẫn dòng pha hay hai pha, dẫn dầu hay khí Một số hình ảnh đường ống: Khả vận chuyển đường ống Để đánh giá khả vận chuyển đường ống, người ta sử dụng thông số đường ống dẫn như: đường kính độ nhám bề mặt, chiều dày thành ống, tính chất chất lưu…… Trong khai thác dầu mỏ, tính chất dầu mỏ thay đổi theo giai đoạn khai thác Ở giai đoạn đầu, giai đoạn gia tăng nhu cầu vận chuyển dầu tăng dần Tới giai đoạn ổn định, lượng dầu đạt giá trị cao nhất, đồng thời lượng nước vỉa khai thác nước bơm ép bắt đầu gia tăng (do mỏ vỉa khơng đủ áp suất tự phun, ta phải bơm ép nước, chất phụ gia hóa phẩm tác động vào vỉa để nâng cao hệ số thu hồi dầu) Trong giai đoạn cuối khối lượng vận chuyển chủ yếu nước Khả lưu thông đường ống xác định trạng thái bề mặt bên ống diện lớp lắng đọng asphan- nhựa- parafin Các lớp lắng đọng làm giảm tiết diện ống kết làm gia tăng tổn thất thủy lực.Trong trình bơm dầu, nguy tắc nghẽn đường ống dừng bơm cao Ở Việt Nam dầu khai thác mỏ với sản lượng dần, có hàm lượng parafin cao, điều tạo nhiều khó khăn việc vận chuyển sản phẩm giếng khai thác dầu tách khí Do dầu đông đặc linh động nhiệt độ tương đối cao (thường 3036 oC) nên vận chuyển loại dầu đường ống thường kèm theo tổn thất thủy lực lớn gây tắc nghẽn đường ống Cụ thể, ta xét số nguyên nhân làm cho khả vận chuyển đường ống bị suy giảm là: - Đường kính ống bị giảm tình trạng bề mặt thay đổi dẫn đến gia tăng tổn thất thủy lực Khi vận chuyển, dầu kéo theo vật chất học từ vỉa cát, bùn, sét, vảy gỉ nhựa… Khi tốc độ giảm lắng xuống hình thành lớp, nhiều khó phá hủy Với dầu nhiều parafin, gặp điều kiện nhiệt động không thuận lợi đông đặc, kết tinh bám dính vào thành ống Tương tự vận chuyển nước vỉa dầu ngậm nước lớp kết tinh muối, đồng thời nước thúc đẩy hình thành lớp oxit thành ống Các lớp kết tủa bám dính thành ống làm giảm đường kính ống, độ nhám tăng lên - Độ bền đường ống giảm theo thời gian sử dụng chịu lực học lâu dài tiếp xúc với môi trường Khi tiếp xúc với môi trường, phần lớn ống dẫn bị han gỉ, bị mài mòn, xói mòn dòng chảy hỗn hợp lỏng rắn làm cho bề dày bị giảm Trong thời gian làm việc, ống chịu tải học, đặc biệt vận chuyển dầu có hàm lượng từ trung bình đến cao, dẫn đến tượng mỏi vật liệu sức chịu tải giảm Để đảm bảo trình sản xuất bình thường, tiết kiệm vật liệu lượng, phải hiểu rõ nguyên nhân biết cách lựa chọn giải pháp cần thiết, phù hợp để ngăn ngừa lắng đọng, kết tinh, bám dính, han gỉ hình thành va đập áp suất đường ống Ở nước ta, với điều kiện khí hậu ẩm, khai thác ngồi biển, hệ thống thu gom mỏ nhỏ giàn nhẹ hệ thống kín, khí khai thác xa bờ, vận chuyển theo dòng pha nên việc đưa giải phám làm tăng khả lưu thông tuyến đường ống cần thiết Một số vấn đề liên quan đến tắc nghẽn đường ống 3.1Lắng đọng parafin đường ống vận chuyển a Giới thiệu - Parafin: Là hỗn hợp Hydrocacbon phức tạp, thành phần chủ yếu Hydrocacbon thể rắn, hợp chất từ C17 C100, thường mạch no Tỉ trọng thường từ 0,860,94 Parafin bị tính lưu biến tạo thành thể rắn nhiệt độ từ 2535 oC Khi bắt đầu kết tinh tính linh động gây khó khăn cho việc vận chuyển, làm tăng tổn hao áp suất nhiều không vận chuyển - Nguyên nhân gây kết tinh, lắng đọng parafin: + Khả hòa tan parafin dầu + Do nhiệt độ kết tinh parafin cao + Do hàm lượng parafin dầu cao + Do độ nhám thành ống + Do tốc độ giảm áp lớn, tốc độ dòng chảy thấp - Các biện pháp khắc phục Người ta thường sử dụng giải pháp khắc phục là: bọc bảo ôn cho đường dẫn dầu, xây dựng hệ thống làm chất lắng đọng bên đường ống, gia nhiệt cho dầu, sử dụng hóa phẩm làm giảm nhiệt độ đông đặc, độ nhớt dầu… Tuy nhiên, giai đoạn, trường hợp cụ thể, giải pháp lúc áp dụng có hiệu quả.Chính thế, ta cần lựa chọn giải pháp thích hợp b Lắng đọng parafin đường ống giải pháp khắc phục cụ thể Tại điều kiện nhiệt độ tiệm cận nhiệt độ đông đặc dầu, tượng lắng đọng parafin-keo nhựa bề mặt thành đường ống khai thác đường ống thu gom, vận chuyển diễn mạnh mẽ, làm giảm khả lưu thông đường ống Theo khảo sát, thông số đặc trưng dầu thô số mỏ Vietsovpetro sau: Bảng 1: Đặc trưng lý hóa số mỏ Dầu Khí Vietsovpetro Theo kết nghiên cứu, dầu khai thác mỏ Bạch Hổ số mỏ khác Vietsovpetro, parafin kết tinh mạnh khoảng nhiệt độ 3540 độ C Trong đó, nhiệt độ dầu chuyển động đường ống dao động mức 3445oC Hình cho thấy nhiệt độ bắt đầu xuất tinh thể parafin dầu 5860oC, nhiệt độ kết tinh mạnh mẽ parafin dầu xuất khoảng 3540oC Người ta nghiên cứu chứng minh rằng: - Ở nhiệt độ vận chuyển dầu 65 oC: thấy tượng lắng đọng parafin - Đến nhiệt độ 35oC: lắng đọng parafin khoảng 1,0kg//ngày - Đến nhiệt độ 30oC:lắng đọng parafin khoảng 3,5kg/m2/ngày - Đến nhiệt độ 25oC: lắng đọng parafin khoảng 10kg/m2/ngày Bên cạnh đó, người ta nhận định rằng: Tại điều kiện vận chuyển mà nhiệt độ dầu đường ống thấp, dầu chuyển động đường ống có tính chất lưu biến chất lỏng phi Niu-Tơn, kết bên đường ống dẫn dầu xuất vùng ứ đọng parafin mềm dầu đông Ở đoạn đầu đường ống, nhiệt độ trung bình dầu cao, dầu mang tính chất chất lỏng Niu-Tơn, dòng chảy dầu chảy rối, nghĩa dầu dịch chuyển theo toàn tiết diện ống Hình ảnh minh họa lắng đọng parafin: Hình 2: Lắng đọng Parafin đường ống dẫn dầu từ mỏ Bạch Hổ sang FSO-3 mỏ Rồng (lấy thời gian sửa chữa Plem UBN-3) Hình 3: Lắng đọng parafin từ RP-1 đến FSO-3 Một số giải pháp cụ thể tác động lên ống tác động lên chất lỏng: - Duy trì áp suất vận chuyển cao (1015 at) để hạn chế việc tách khí tốc độ chảy cao để gây động lực hạn chế lắng đọng - Duy trì nhiệt độ dầu cao nhiệt độ đơng đặc parafin ( hay gọi giải pháp gia nhiệt, vận chuyển dầu nóng ) Người ta thường dùng thiết bị nung điện ngầm, lò đốt điện dùng khí để gia nhiệt dầu thơ có nhiệt độ cao nhiệt độ đơng đặc từ 2025 oC Phương pháp dễ thực hiện, thuận tiện sử dụng khu vực khai thác nào… - Vận chuyển dầu khí nước: Làm tăng độ linh động dầu - Sơn phủ đường ống nhằm giảm độ nhám khả bám dính ống: Các vật liệu bảo vệ đường ống phải có tính kết dính với parafin- nhựa dầu thô Khi chế tạo ta phủ lên bề mặt ống lớp sơn tráng epoxi thủy tinh Cố tạo cho lớp có tính phân cực (tính háo nước) Tuy nhiên, xử lý nhiệt lớp phủ bền nên thời gian sử dụng không lâu dài - Phương pháp điện trường: Như biết, dầu thơ khai thác có lẫn tạp chất nước muối khoáng, ảnh hưởng từ trường, phân tử nước, muối khoáng thay đổi hướng làm thay đổi cấu trúc tinh thể parafin Mức độ tác động trường điện từ phụ thuộc vào cường độ hướng dòng chất lỏng tốc độ bơm dầu qua trường điện từ Thường miệng giếng khai thác, người ta đặt thử nghiệm máy phát điện từ Nguyên tắc máy cho dòng dầu qua đoạn ống làm vật liệu khơng nhiễm từ, ống có bố trí cuộn cảm ứng cho dòng điện qua cuộn cảm ứng tạo từ trường biến thiên làm cho dầu nhiễm từ dẫn đến làm thay đổi cấu trúc tinh thể parafin, ngăn ngừa lắng đọng parafin ống Phương pháp thường áp dụng kết hợp với phương pháp khác - Pha loãng dầu, giải pháp để giảm độ nhớt dầu, giảm tổn hao áp suất, tăng tốc độ vận chuyển giảm nồng độ parafin - Sử dụng chất phụ gia: phương pháp sử dụng rộng rãi Nó giải cách tổng hợp nhiệm vụ chống lắng đọng parafin, chống ăn mòn, chống lắng đọng muối tác động vào vùng đáy giếng để nâng cao hệ số thu hồi dầu Chỉ cần lượng nhỏ chất phụ gia cho vào làm thay đổi chất ranh giới dầu – nước, thay đổi mạng tinh thể parafin, giảm điểm đông, độ nhớt… Tùy thuộc vào chất dầu thô, điều kiện vận chuyển khai thác mà người ta chọn lựa loại phụ gia khác Các chất phụ gia sản xuất có gốc polyetylene, polyisobutylene, polyeste…… - Phương pháp tẩy rửa parafin đường ống : Sau thời gian khai thác, vận chuyển dầu thô, dù sử dụng phương pháp gia nhiệt, dùng chất phụ gia… khơng khắc phục hồn tồn lắng đọng parafin thành ống Theo định kỳ, người ta xử lý cách tẩy rửa đường ống Có thể sử dụng condensat vùng khai thác dầu, dầu diesel dầu hỏa để tẩy rửa Dùng dầu diesel condensate nóng cho lưu thơng ống để tẩy rửa parafin, đoạn ống có lưu lượng bơm thấp nhanh tạo lắng đọng, dùng hỗn hợp nước thêm vào dầu vận chuyển với tốc độ lớn để tẩy rửa lắng đọng, nhiên lại phải tốn cho tách loại nước Nhược điểm phương pháp tẩy rửa phải ngừng làm việc Và hệ thống đường ống có nhiều cấp đường kính, tạo nút vận chuyển có nhiều đoạn ống đứng nên việc tẩy rửa khó khăn 3.2 Lắng đọng muối đường ống vận chuyển Khi có nước xảy lắng đọng muối ăn mòn đường ống Lắng đọng muối thường hay gặp nơi có thay đổi nhiệt độ, áp suất như: đường ống sau côn, phin lọc thô, van tiết lưu….Khi áp suất thay đổi đột ngột phá vỡ cân dẫn đến loại muối vô lắng đọng Sự thay đổi áp suất riêng phần CO2 tạo nên lắng đọng mạnh muối CaCO3 Thường có mặt loại lắng đọng muối chính: cacbonat( chiếm 60% chất lắng đọng), sunfat (chiếm 30%) clorit (chiếm 10%) Ngoài có loại silicat Một số hình ảnh minh họa cho lắng đọng muối: Muối thường có mặt nước vỉa nước đồng hành tồn dạng: + Muối hòa tan NaCl, CaCl2 + Muối khơng hòa tan gồm nhóm: Cacbonat ( CaCO3, MgCO3), nhóm sunfat ( CaSO4, MgSO4), nhóm silicat ( CaSiO3, MgSiO3) 10 Trong đó, lắng đọng muối sunfat khó xử lý nhất, muối clorit hòa tan nước nên dễ dàng loại bỏ Giải pháp hóa học: Dùng axit HCl để hòa tan muối, nhiên người ta dùng axit gây ăn mòn thiết bị đường ống, làm hỏng nhanh chi tiết có cao su, lớp cách điện Vì người ta thường sử dụng hợp chất phốt phát tạo vỏ bọc cho tinh thể ngăn chúng dính liền không cho lắng đọng Kết luận Dầu khai thác số mỏ Việt Nam loại dầu nhiều parafin, có độ nhớt nhiệt độ đông đặc cao so với nhiệt độ môi trường bên Vận chuyển dầu đường ống gặp nhiều khó khăn tượng lắng đọng parafin muối Lắng đọng parafin muối đường ống khai thác, vận chuyển gây nên tắc nghẽn đường ống dừng khai thác vận chuyển Cùng với đó, hệ thống đường ống sử dụng để vận chuyển có nhiều loại (có loại khơng bọc cách nhiệt), có nhiều cấp đường kính, nhiều ống đứng khúc cong gây tổn thất thủy lực lớn Từ khó khăn, thách thức người ta đưa giải pháp nhằm ngăn ngừa lắng đọng parafin muối Đây việc làm cần thiết nhằm cho phép vận chuyển an tồn dầu thơ có hàm lượng parafin cao, qua tiết kiệm chi phí vận hành bảo dưỡng Trên thực tế, người ta sử dụng tổ hợp giải pháp như: trì áp suất vận chuyển cao; giải pháp gia nhiệt kết hợp với sử dụng chất phụ gia; sơn phủ đường ống; phương pháp điện trường; tẩy rửa đường ống…… TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Lê Xuân Lân (2005), Thu gom, xử lý dầu-khí- nước, Hà Nội ThS Nguyễn Văn Thịnh (2006), Bài giảng Cơng trình đường ống bể chứa, Hà Nội Đồ án môn học : “Nghiên cứu chế lắng đọng parafin giới thiệu số phụ gia có hiệu chống lắng đọng parafin cho dầu thơ” sinh viên Hồng Mạnh Hùng 11 12 ... dòng pha hay hai pha, dẫn dầu hay khí Một số hình ảnh đường ống: Khả vận chuyển đường ống Để đánh giá khả vận chuyển đường ống, người ta sử dụng thông số đường ống dẫn như: đường kính độ nhám bề... kiện vận chuyển mà nhiệt độ dầu đường ống thấp, dầu chuyển động đường ống có tính chất lưu biến chất lỏng phi Niu-Tơn, kết bên đường ống dẫn dầu xuất vùng ứ đọng parafin mềm dầu đông Ở đoạn đầu đường. .. thác, vận chuyển gây nên tắc nghẽn đường ống dừng khai thác vận chuyển Cùng với đó, hệ thống đường ống sử dụng để vận chuyển có nhiều loại (có loại khơng bọc cách nhiệt), có nhiều cấp đường kính,