Giếng khai thác tiếp nhận dầu khí từ vỉa chứa sản phẩm thông qua phần mở vỉa, đồng thời là đường ống dẫn chất lưu lên bề mặt cũng như cung cấp chức năng điều chỉnh sản lượng khai thác chất lưu của giếng. Đường ống thu gom có nhiệm vụ tập hợp dòng sản phẩm từ các giếng khai thác và dẫn tới bình tách để tách riêng nước, khí và dầu phục vụ cho xử lý đạt yêu cầu sản phẩm dầu khí thương mại. Máy bơm, máy nén được sử dụng để vận chuyển dầu khí tới điểm tiếp nhận thông qua hệ thống đường ống xuất bán. Tính chất lưu biến của dầu và khí thay đổi theo nhiệt độ, áp suất trong suốt quá trình chảy từ vỉa vào giếng cũng như qua hàng loạt các thiết bị thu gom, xử lý. 1.1. Vỉa dầu khí Trên cơ sở các điều kiện về năng lượng nội tại và ngoại biên hỗ trợ cho quá trình khai thác, các vỉa dầu có thể được phân chia thành các loại: vỉa có hỗ trợ năng lượng nước biên; vỉa có hỗ trợ năng lượng mũ khí; vỉa có hỗ trợ năng lượng khí hòa tan; và kết hợp của nhiều dạng năng lượng
1 Quy trình cơng nghệ khai thác dầu khí Một hệ thống khai thác dầu khí bao gồm: vỉa chứa, giếng khai thác, hệ thống thu gom xử lý dầu khí, đường ống xuất bán sản phẩm dầu khí Hình 1.1 Sơ đồ tổng thể hệ thống khai thác dầu khí Giếng khai thác tiếp nhận dầu khí từ vỉa chứa sản phẩm thơng qua phần mở vỉa, đồng thời đường ống dẫn chất lưu lên bề mặt cung cấp chức điều chỉnh sản lượng khai thác chất lưu giếng Đường ống thu gom có nhiệm vụ tập hợp dòng sản phẩm từ giếng khai thác dẫn tới bình tách để tách riêng nước, khí dầu phục vụ cho xử lý đạt yêu cầu sản phẩm dầu khí thương mại Máy bơm, máy nén sử dụng để vận chuyển dầu khí tới điểm tiếp nhận thơng qua hệ thống đường ống xuất bán Tính chất lưu biến dầu khí thay đổi theo nhiệt độ, áp suất suốt trình chảy từ vỉa vào giếng qua hàng loạt thiết bị thu gom, xử lý 1.1 Vỉa dầu khí Trên sở điều kiện lượng nội ngoại biên hỗ trợ cho trình khai thác, vỉa dầu phân chia thành loại: vỉa có hỗ trợ lượng nước biên; vỉa có hỗ trợ lượng mũ khí; vỉa có hỗ trợ lượng khí hòa tan; kết hợp nhiều dạng lượng Hình 1.2 Vỉa chứa dầu khí dạng hỗ trợ lượng 1.2 Giếng khai thác Các giếng khai thác khoan thẳng đứng nghiêng định hướng tới vỉa sản phẩm Đầu giếng phần thiết bị bề mặt lắp đặt bên van chủ đạo, nơi cố định đầu ống chống đầu ống nâng Toàn cụm thiết bị đầu giếng đặt lên cột ống chống dẫn hướng, cột ống chịu nén thường trám xi măng tới bề mặt Cột ống nâng thả bên cột ống chống khai thác với treo đầu cột ống chống khai thác, đầu lại cố định packer phía đáy giếng 1.2.1 Thiết bị lòng giếng Có nhiệm vụ cách ly điều khiển dòng sản phẩm theo hướng định, thực quy trình cơng nghệ cần thiết q trình khai thác nhờ kỹ thuật cáp tời mà không cần dập giếng, tiến hành công việc khảo sát giếng giếng hoạt động Các thiết bị lòng giếng tính từ đáy ống khai thác trở lên bao gồm: a Phễu định hướng Ống hình cơn, miệng quay xuống đáy giếng, gắn đáy cột ống nâng có nhiệm vụ hướng thiết bị đo thả bẳng tời qua đáy cột ống nâng trình khảo sát hay sửa chữa giếng cách dễ dàng khơng bị vướng Ngồi phễu có khả tạo dòng xốy giúp đưa nước cát lên bề mặt kịp thời b Thiết bị định vị Có nhiệm vụ định vị, cách ly khóa giữ ác thiết bị chuyên dụng (van cắt, van an tồn giếng sâu …) điều khiển dòng tùy theo yêu cầu kỹ thuật khác c Ống đục lỗ Đoạn ống dài khoảng 300 – 500 mm, không nhỏ đường kính ống khai thác đục lỗ 10 mm với tổng tiết diện lỗ lớn tiết diện ngang ống khai thác Ống cho phép dòng sản phẩm chảy liên tục vào ống khai thác tiết hành thao tác khảo sát giếng kỹ thuật cáp tời d Van cắt Là nút chặn tạm thời thường đặt paker thủy lực có chức tạo vùng kín tạm thời nhằm mục đích mở packer, thiết bị bù trừ đưa chúng vào làm việc e Packer Thiết bị cách ly vùng không gian vành xuyến cột ống khai thác ống chống khai thác, nhằm bảo vệ ống chống khai thác; kiểm soát áp suât điều khiển dòng sản phẩm; tiết kiệm trì lượng khai thác; đáp ứng yêu cầu phương pháp khai thác học f Van tuần hồn Van có nhiệm vụ tạo dòng tuần hồn tạm thời giữ vùng khơng gian ngồi cột ống khai thác mà không cần tháo thiết bị đầu miệng hay cột ống nâng thao tác gọi dòng, bơm hóa chất, dập giếng hay tiến hành sữa giếng Có thể thả nhiều van tuần hồn giếng khai thác van hoạt động theo thứ tự có chọn lọc g Thiết bị bù trừ Dùng để bù trừ thay đổi độ dài ống khai thác tác động nhiệt độ, áp suất trọng lượng thân cột ống khai thác h Túi hông Là dạng đặc biệt thiết bị định vị, gắn phía ngồi cột ống khai thác dùng để đặt van điều khiển, van tuần hoàn, van bơm ép hóa chất, van tiết lưu hay van gaslift khởi động mà không ảnh hưởng đến tiết diện ống khai thác cho phép thiết bị thả cáp tời qua lại cách dể dàng i Van an toàn giếng sâu Dùng để đóng giếng ngăn dòng sản phẩm phun lên bề mặt có cố hệ thống khai thác Van làm việc chế độ tự động điều khiển từ bề mặt 1.2.2 Thiết bị miệng giếng Tùy thuộc điều kiện địa chất đặc tính vỉa mà cấu trúc giếng khác nhau, thơng thường đựa chia làm ba phận sau: Hình 1.3 Sơ đồ đầu giếng khoan với thông khai thác a Đầu treo ống chống Là phần thiết bị bề mặt lắp đặt bên van chính, nơi cố định đầu ống chống đầu ống nâng Tùy thuộc vào chương trình chống ống khoan giếng, vài đầu cột ống chống lắp đặt sau trám xi măng Đầu ống chống cấu tạo hình bên để giữ nêm treo cột ống chống Dùng để làm kín khoảng khơng ngồi ống chống, treo ống khai thác bệ đặt thông khai thác Những yêu cầu cấu trúc đầu ống chống là: Đảm bảo độ kín khoảng khơng ngồi ống chống Kiểm tra áp suất tất khoảng khơng ngồi ống chống Treo nhiều loại ống chống khác loại đầu ống chống b Đầu ống khai thác Bộ đầu treo đầu ống khai thác nằm bên thông nối với đường ống dập giếng đường tuần hoàn nghịch Tất đầu ống chống lắp áp kế hiển thị áp suất khoảng không vành xuyến cột ống Có chức nắng sau: Treo cột ống khai thác Làm kín cho phép kiểm tra áp suất cần Gọi dòng, dập giếng khai thác giếng … Điều chỉnh chế độ làm việc giếng khảo sát giếng c Cây thông khai thác Cụm thiết bị khai thác lắp đặt bên thiết bị đầu giếng gọi thông sử dụng để kiểm sốt dòng chảy sản phẩm giếng Cây thông kết nối với đầu cột ống nâng thông qua thiết bị nhỏ đặc biệt Van lắp bên đường ống dẫn sản phẩm Ngoài ra, thơng trang bị van nhánh, van đỉnh để dễ dàng điều chỉnh dòng đóng giếng cần thiết Một áp kế thường lắp đỉnh thông để báo áp suất bên cột ống nâng Các áp kế khác lắp đặt với van nhánh để kiểm sốt dòng chảy chất lưu Trong tất giếng hoạt động, lưu lượng chất lưu điểu chỉnh van điều dòng (choke) lắp nhánh khai thác Van điều dòng tạo đối áp cho tồn thiết bị lòng giếng điều chỉnh giảm áp đáy giếng tránh làm hỏng vỉa Với giếng khai thác khí, van điều dòng có tác dụng làm giảm ngưng tụ khí thành tạo hydrat khí ống nâng Vận hành cụm thiết bị đầu giếng khai thác cần có quy chế đóng mở cụ thể Trước mở van điều tiết phải tiến hành kiểm tra toàn thiết bị khai thác bề mặt, đặc biệt van an toàn, đầu nối, thiết bị trao đổi nhiệt, nhằm đảm bảo dòng chất lưu chảy thơng suốt qua hệ thống thu gom xử lý Ngoài ra, thùng chứa, bể chứa cần phải sẵn sàng đảm bảo đủ cho lần mở giếng 1.3 Thu gom xử lý dầu khí Thu gom dầu khí trình vận chuyển sản phẩm khai thác theo đường ống từ giếng đến điểm thu gom trung tâm Thu gom dầu thơ mỏ nhờ áp lực miệng giếng, chênh lệch địa hình đầu vào đầu đường ống dùng máy bơm Quy trình thu gom dầu khí phải tiến hành đồng thời với việc đo lưu lượng giếng nhằm hiệu chỉnh thông số thiết kế khai thác giếng, kiểm tra điều chỉnh khai thác toàn mỏ Quy trình xử lý để nhận dầu thương phẩm gọi xử lý dầu thô Xử lý dầu thơ bao gồm q trình tách khí, ổn định dầu, tách nước, tách muối, làm nước thải khỏi dầu bị nhũ tương hóa tạp chất học Xử lý dầu khí mỏ cơng việc cần thiết nhằm làm giảm chi phí vận chuyển, giảm ăn mòn thiết bị hệ thống vận chuyển dầu khí Hình 1.4 Sơ đồ ngun lý thu gom xử lý khai thác khơi 1.3.1 Bình tách a Bình tách test Dùng để tách lưu lượng từ hay nhiều giếng để phân tích đo lưu lượng cách chi tiết Bằng cách này, xác định chất lượng chất lưu điều kiện dòng chảy áp suất khác Giai đoạn thường diễn giếng bắt đầu đưa vào khai thác sau đặn, thường đến hai tháng Bộ phần sử dụng để sản xuất khí đốt để phát điện b Bình tách khai thác Dòng chảy dầu khí dòng đa pha ln có lưu lượng lớn, chảy rối, dãn nở mạnh, đơi có tham gia nước, nước lẫn cát Tách dòng chất lưu thành dòng đơn pha qua nhiều giai đoạn áp suất thường giảm nhiều giai đoạn Thông thường trải qua ba giai đoạn để tách riêng biệt thành phần đó, mục đích thu lưởng lỏng tối đa ổn định dầu khí, tách loại bỏ nước Trong thực tế có loại bình tách phân loại thành: bình tách đứng; bình tách ngang; bình tách hình cầu Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý tách ba pha nằm ngang 1.3.2 Xử lý khí nén Xử lý khí trải qua số giai đoạn, giai đoạn lấy khí từ mức áp suất thích hợp bình tách khai thác, từ giai đoạn trước Một giai đoạn điển hình hiển thị bên hình 1.6, khí làm lạnh lần đầu thơng qua trao đổi nhiệt Sau qua máy sàn để loại bỏ chất lỏng cuối vào máy nén để nén khí Bao gồm thành phần: a Bộ trao đổi nhiệt Để máy nén hoạt động hiệu nhiệt độ khí cần phải thấp Nhiệt độ thấp lượng tiêu hao, nhiên dòng chất lưu từ giếng lên nhiệt độ nóng nên ta cần phải làm mát dòng khí Có hai loại trao đổi nhiệt dạng dạng ống Các chất lỏng làm mát thường nước tinh thiết, ức chế ăn mòn Khi thiết kế trao đổi nhiệt cần phải trọng đến cân lượng nhiệt b Máy sàn máy nghiền Khi tách chất lưu hay qua trao đổi nhiệt có tích tụ hạt lỏng, cần loại bỏ trước đưa vào máy nén, khơng chúng làm mòn thiết bị máy nén Máy sàn máy nghiền loại bỏ hạt lỏng thông qua việc glycol hấp thụ Glycol xử lý bơm từ bể chứa, chảy từ mức đến mức khác so với dòng khí tràn qua mép bẫy Sau hấp thụ chất lỏng xong tái chế glycol để tiếp tục trình cách loại bỏ chất lỏng hấp thụ theo sơ đồ bên Hình 1.6 Tái chế glycol c Máy nén Máy nén sử dụng nhiều giai đoạn trình khai thác dầu khí, từ lúc khai thác đến nhà máy khí, đường ống, nhà máy hóa dầu Máy nén sử dụng để cung cấp khí với áp lực cao cho vận chuyển đường ống cho khí nâng Có hai dạng máy nén sử dụng vận chuyển khí: máy nén dạng piston máy nén dạng ly tâm 1.4 Vận chuyển dầu khí Sau xử lý tách dầu khí nước, sản phẩm thương mại vận chuyển tới tàng trữ xuất bán bán Các loại bơm dạng piston máy nén khí sử dụng tương ứng cho dầu khí để cung cấp lượng học cần thiết để đẩy dầu khí qua đường ống Đường ống dẫn dầu, khí sản phẩm cơng nghiệp dầu khí có tầm quan trọng đặc biệt khai thác dầu khí từ thu gom phân phối So với phương tiện vận chuyển tàu biển, đường ống có ưu đặc biệt vận chuyển ổn định, liên tục với khối lượng lớn quãng đường xa với giá thành thấp Vận chuyển dầu khí đường ống có tính linh hoạt cao có khả vượt qua phức tạp địa khắc nhiệt môi trường xung quanh Trong hệ thống thiết bị khai thác dầu khí ngồi biển, đường ống nội mỏ có nhiệm vụ kết nối giàn đầu giếng với giàn tàu xử lý trung tâm Đường ống xuất bán dẫn dầu tới tầu chứa dẫn khí bờ tới hộ tiêu thụ Hiện tượng lắng đọng paraffin 2.1 Khái niệm dầu paraffin Dầu parafin hỗn hợp hydrocacbon dạng rắn điều kiện bình thường Lắng đọng parafin rắn hỗn hợp gồm tinh thể parafin số chất khác Trong hỗn hợp thường parafin chiếm 10 đến 75%, asphalt đến 5%, hắc ín 10 đến 30%, tạp chất học đến 5% Theo tiêu chuẩn ROCT 912-66 dầu nhiều paraffin phân loại dựa vào hàm lượng paraffin cao phân tử Khi hàm lượng lớn 6% trọng lượng dầu gọi dầu nhiều paraffin 2.2 Sự lắng động paraffin Các lớp lắng đọng paraffin hỗn hợp carbonhydro rắn với chất nhựa asphalten, chất keo có hàm lượng phân tử cao, nước cặn học Tỷ lệ thành phần paraffin lắng đọng thay đổi diện rộng, tùy thuộc vào thành phần dầu vị trí lấy mẫu Khi nhiệt độ dầu giảm, trước hết lượng carbonhydro trơ (khó nóng chảy, khả hòa tan kém) tách khỏi dầu Bởi phần lớp paraffin lắng đọng bao gồm paraffin khó nóng chảy với hỗn hợp chất keo, nhựa chất thơm Càng xa miệng giếng hàm lượng paraffin rắn thành phần paraffin lắng đọng giảm, lượng carbonhyđro lỏng tăng Như nhiệt độ nóng chảy paraffin rắn nói riêng hỗn hợp paraffin lắng đọng nói chung giảm Lớp paraffin lắng đọng gắn chặt vào thành ống có thành phần hạt nhỏ, mật độ cao chứa lượng carbonhyđro rắn lớn lớp ngồi có dạng thơ Điều chứng tỏ rằng, q trình tích tụ lớp paraffin hạt tinh thể paraffin nhỏ liên kết nhau, gắn chặt đẩy pha lỏng như: chất nhựa, chất thơm nằm chúng 2.3 Điều kiện tạo lớp lắng động paraffin Có ba yếu tố tạo điều kiện hình thành lớp lắng đọng paraffin: Yếu tố nhiệt độ: Sự tồn dầu hạt rắn paraffin tách từ trạng thái hòa tan dầu bị nguội Yếu tố khí: Dòng chảy đường ống có lẫn khí tự Yếu tố độ nhớt: độ nhớt dầu Ngoài trạng thái bên thành ống có độ nhám lớn, khơng nhẵn bóng làm tăng hệ số ma sát dẫn đến dọc đường, kéo theo tổn hao áp suất bơm chuyển tăng Khi áp suất giảm nhanh giảm đến giá trị khí bắt đầu tách khỏi hỗn hơp Khi trạng thái hệ công nhiệt động học làm cho tinh thể paraffin có điều kiện hình thành Bên cạnh đó, nhiệt độ kết tinh tinh loại paraffin loại dầu khác nhau, mỏ dầu khác nhau, có nhiệt độ kết tinh khác Nhiệt độ kết tinh paraffin nhiệt độ mà phân tử paraffin bắt đầu hình thành tinh thể Tại nhiệt độ lớn nhiệt độ kết tinh dầu thơ chất lỏng Newton, nhiệt độ thấp nhiệt độ kết tinh dầu thô chất lỏng phi Newton 2.4 Cơ chế kết tinh paraffin Khi nhiệt độ dầu giảm xuống đến nhiệt độ kết tinh paraffin, tinh thể paraffin bắt đầu hình thành trạng thái đơn Mặc dù tượng lắng đọng chưa xảy ra, tinh thể paraffin có khuynh hướng phân tán vào dầu nhiệt độ thành đường ống nhiệt độ dầu Vận chuyển dầu thô điều kiện nhiệt độ môi trường thấp, đường ống không bọc cách nhiệt, thành đường ống lạnh phía bên trong, tượng kết tinh, lắng đọng paraffin liên tục xảy nhiệt độ thành ống tiếp tục nhỏ nhiệt độ dầu đường ống Như vậy, giảm nhiệt độ dầu giảm chênh lệnh nhiệt độ thành ống dầu hai yếu tố quan trọng định đến khả kết tinh lắng đọng paraffin Ngoài số yếu tố khác ảnh hưởng đến trình độ nhám bề mặt thành ống, kích thước hàm lượng paraffin tạo thành, chế độ dòng chảy… Khi nghiên cứu dòng chảy dầu thơ đường ống cách chi tiết, người ta đưa hai chế quan trọng hình thành lớp lắng đọng bề mặt thành ống Đó chế khuếch tán phân tử chế khuếch tán tinh thể trược phân tán 2.4.1 Cơ chế khuếch tán phân tử Khi nhiệt độ thành đường ống giảm đến nhiệt độ kết tinh paraffin chế khuếch tán phân tử bắt xuất Nguyên nhân dẫn đến vận động phân tử paraffin theo chế paraffin kết tinh thành ống làm mật độ phân bố paraffin vùng mặt cắt dòng chảy khơng đồng Paraffin khuếch tán từ lõi dầu nơi có mật độ cao vùng sát thành ống nới diễn trình kết tinh, có mật độ paraffin nhỏ Tố độ khuếch tán paraffin hồ tan thành ống tính theo phương trình Fick: m D dC �dC ��dT � D � � � � dr �dT ��dr � (2.1) Trong đó: m: Khối lương paraffin khuếch tán kết tinh thành ống đơn vị diện tích thời gian giây ( kg / m s ) : Khối lượng riêng paraffin rắn ( kg / m3 ) D: Hệ số khuếch tán paraffin dầu ( m / s ), tỷ lệ nghịch với độ nhớt động lực dầu dC/dT: Gradien tập trung paraffin hòa tan theo nhiệt độ (1/0C) dT/dr: Gradien nhiệt độ theo khoảng cách (0C/m) Trên nhiệt độ bão hòa paraffin, dầu chưa bão hòa paraffin gradien tập trung paraffin không Hệ số khuếch tán garadien tập trung paraffin tăng nhiệt độ thành ống giảm tới nhiệt độ kết tinh paraffin Tốc độ khuếch tán tăng với giá trị lớn tinh thể paraffin xuất đường ống, sau giảm dần nhiệt độ giảm đến gần nhiệt độ môi trường xung quanh Phương trình Kick rằng, nhiệt độ thành ống cao nhiệt độ dầu chất lắng đọng tan lại vào dầu 2.4.2 Cơ chế khuếch tán tinh thể trượt phân tán Khi nhiệt độ dầu giảm xuống thấp nhiệt độ kết tinh, tinh thể paraffin bắt đầu hình thành dầu Trong trình vận chuyển tinh thể paraffin có xu hướng khuếch tns thành đường ống dịch chuyển với tốc độ trung bình theo hướng dòng chảy Tại thành ống tinh thể kết tinh với paraffin kết tinh lắng đọng trước đó, bị trượt thành ống tác đụng vận tốc dòng chảy Hiện tượng gọi mơ hình chế khếch tán tinh thể trượt phân tán Từ xuất hiện tượng kết tinh paraffin lõi dầu, trung tâm kết tinh phân bố đồng chất lắng đọng khơng trước đó, có tượng khuếch tán phân tử Yếu tố ảnh hưởng đến lắng đọng theo chế vận tốc dòng chảy, mức độ tổn hao nhiệt hình dạng kích thước tinh thể, hạt paraffin hình thành dầu Cơ chế chiếm ưu hàm lượng paraffin lõi dầu cao, nhiệt độ phần lớn dầu giảm xuống nhiệt độ kết tinh paraffin Các phương pháp vận chuyển dầu nhiều paraffin 3.1 Vận chuyển dầu xử lý nhiệt kết hợp với hóa phẩm hạ nhiệt độ đông 3.2 Vận chuyển hỗn hợp nước- dầu 3.3 Vận chuyển dầu bão hòa khí 3.4 Vận chuyển dầu tách khí 3.5 Vận chuyển hỗn hợp dầu- khí 3.6 Vận chuyển dầu nóng 3.7 Vận chuyển dầu với dung mơi Tính tốn nhiệt lượng đường ống vận chuyển dầu nhiều paraffin 4.1 Cơ sở lý thuyết Khi vận chuyển đường ống, nhiệt độ chất chuyền tải truyền qua ống môi trường nên nhiệt độ chất lưu giảm dần theo khoảng cách Với dầu, nhiệt độ giảm, độ nhớt tăng, dẫn đến tổn hao ma sát lớn làm tăng công suất vận chuyển, dầu có nhiều nhựa paraffin xảy đơng đặc gây tắc nghẽn dẫn tới phá hủy đường ống Khi vận chuyển khí, nhiệt độ giảm dẫn tới tượng ngưng tụ thành phần lỏng hình thành chất thể rắn Việc tính tốn nhiệt xác định thay đổi nhiệt độ dọc tuyến ống để xác định vị trí xảy tượng nhiệt độ chất lỏng vượt giới hạn thiết kế chất khí bắt đầu ngưng tụ Tổn hao nhiệt phân tố đơn vị thời gian là: dq K (t t0 ) De dx (4.1) Trong đó: t: Nhiệt độ chất lưu phân bố, 0C t0: Nhiệt độ môi trường, 0C De dx : Bề mặt phân tố bị làm lạnh, m2 K: Hệ số truyền nhiệt, W/m2 0C Mặt khác, chảy qua phân bố dx nhiệt độ giảm dt 0C, tổn hao áp suất nhiệt là: dq Gc p dt (4.2) G: Tốc độ khối, kg/s Cp: Nhiệt dung riêng, J/Kg 0C Ở chế độ chảy bình thường, nhiệt độ truyền vào mơi trường, đó: K (t t0 ) De dx Gc p dt (4.3) a De K Gc p Gộp giá trị không đổi thành số chung a, giả sử chiều dài tuyến ống L nhiệt độ đầu tuyến ống t cuối tuyến ống t phương trình dạng tích phân sau: dt L a� dx t t0 t t ln( ) aL t1 t0 t2 � t1 t2 t0 e aL t1 t0 (4.4) Thay giá trị nhiệt t2 cuối tuyến ống nhiệt độ t vị trí tuyến ống ta phương trình, phương trình Sukhop: t t0 (t1 t0 )e ax (4.5) Hệ số truyền nhiệt toàn phần xác định phụ thuộc vào hệ số truyền nhiệt từ lưu thể vào thành ống, hệ số truyền nhiệt từ đường ống mơi trường bên ngồi, độ dẫn nhiệt thành ống, lớp cách nhiệt… thông thường người ta tính K theo cơng thức: n D 1 1 � ln j 1 K Din 1.Din i 1 2. j D j Dout (4.6) Trong đó: n: Số lớp cách nhiệt j : Hệ số dẫn nhiệt lớp (W/m0C) Din: Đường kính đường ống (m) Dout: Đường kính ngồi lớp vỏ cách nhiệt (m) Dj, Dj+1: Đường kính tương ứng lớp cách nhiệt (m) 1 : Hệ số truyền nhiệt từ chất lưu đến thành ống (W/m2 0C) : Hệ só truyền nhiệt từ thành ngồi đường ống mơi trường (W/m C) Hệ số truyền nhiệt từ chất lưu đến thành ống xác định theo công thức Milkeev: 1 Nu D (4.7) Khi Re 2.103 0,25 Nu 0,17.Pr 0,43 Re 0,33 �Pr � Gr � � �Prw � 0,1 0,25 �Pr � 1 0,17 Pr 0,43 Re0,33 Gr 0,1 � � Din �Prw � (4.8) Khi Re 104 0,25 Nu 0, 021.Pr 0,43 �Pr � Re � � �Prw � 0,8 0,25 �Pr � 1 0, 021 d Pr 0.43 Re0.8 � � Di �Prw � Trong đó: 0 : Hệ số dẫn nhiệt dầu (W/m2 0C) (4.9) Pr: Số Prandtl Gr: Số Grashof Nhiệt dung riêng dầu xác định theo công thức Crego Smith, với t nhiệt độ dầu (0C) C0 107,325 (496,8 t ) 0 (4.10) Khi dầu có paraffin, ảnh hưởng lên nhiệt dung riêng dầu thô: Cp 31,51.(1677,5 3,39.t ) 200 C (1 P ) P.C pa (4.11) Trong đó: P: Hàm lượng paraffin (%) 200 C : Khối lượng riêng dầu thô 200C (kg/m3) CPa: Nhiệt dung riêng paraffin (J0/Kg0C), CPa= 2720 (J0/kg0C) Cơng thức tính số Prandtl Grasgof là: Pr Gr v.C. 0 C0 d 0 D g (tlq t w ) in v2 (4.12) D g (tlq tw ) in 2 (4.13) Trong đới chuyển tiếp 2.103 < Re < 104 hệ số 1 xác định gần phương pháp nội suy Tính hệ số truyền nhiệt từ đường ống môi trường xung quanh công thức thực nghiệm, đường ống dầu đặt đáy biển mơi trường có dòng chảy mạnh thường xun thay đổi hướng vận tốc Khi đó: 2 0,25 Nub b Dout �Pr � v D Nub Pr Re � b � Re b out b b �Prbw � , Với n Trong đó: z (4.14) vb : Vân tốc dòng nước biển (m/s) b : Độ nhớt động lực nước biển (Pa.s) b : Độ dẫn nhiệt nước biển (W/m0C) Prb : Số Prandtle nước biển Prbw : Số Prandtle nước biển nhiệt độ thành ống : Hệ số ảnh hưởng dòng chảy Nếu Re 2.103 a= 0,26 ; n= 0,32 ; z=0.6 Nếu Re 104 a= 0,023 ; n= 0,04 ; z=0,8 4.2 Ví dụ minh họa Bài tốn: Tính tốn tổn thất nhiệt cho đường ống bọc cách nhiệt từ A sang B với dầu có hàm lượng paraffin khoảng 20%, đồng thời ta có: Đường kính trong: Din 426mm Đường kính ngồi lớp cách nhiệt: Dout 528mm Lưu lượng vận chuyển: Q 9775m / d Nhiệt độ đầu vào: td 65 C Nhiệt độ trung bình nước biển: tmt 22 C 834kg / m3 Khối lượng riêng dầu 200 C: 20 C Hệ số dẫn nhiệt thép: t 50W / m C Tóm tắt: Vì đường ống bọc cách nhiệt nên nhiệt bên khơng đáng kế Do đó, để xác định tổn thất nhiệt xác ta chọn nhiệt độ dòng dầu đường ống có nhiệt độ trung bình 560 C Bước 1: Tính thơng số dầu 56 C, bao gồm khối lượng riêng độ nhớt, hệ số Reynold Bước 2: Tính hệ số truyền nhiệt dầu vào thành ống theo cơng thức 4.7 + Tính nhiệt dung riêng dầu theo công thức 4.10, nhiệt dung riêng có ảnh hưởng paraffin theo cơng thức 4.11 + Tính số Prandtle theo cơng thức 4.12, số Nuselt dầu Bước 3: Tính hệ số truyền nhiệt từ đường ống môi trường biển theo công thức 4.14 + Tính hệ số dẫn nhiệt nước biển, Reynold + Tính số Prandtle, Nuselt nước biển Bước 4: Tính tổn thất nhiệt cho đường ống t td tc + Tính hệ số truyền nhiệt K, Tính số Shukhov (a) theo cơng thức 4.6 + Tính nhiệt độ cuối đường ống theo công thức 4.5 Bước 5: Vẽ biểu đồ thể khả vận chuyển đường ống nguy lắng động paraffin dựa vào phương trình cơng thức 4.5 ... tương ứng cho dầu khí để cung cấp lượng học cần thiết để đẩy dầu khí qua đường ống Đường ống dẫn dầu, khí sản phẩm cơng nghiệp dầu khí có tầm quan trọng đặc biệt khai thác dầu khí từ thu gom... nhiều giai đoạn trình khai thác dầu khí, từ lúc khai thác đến nhà máy khí, đường ống, nhà máy hóa dầu Máy nén sử dụng để cung cấp khí với áp lực cao cho vận chuyển đường ống cho khí nâng Có hai... xuyến cột ống khai thác ống chống khai thác, nhằm bảo vệ ống chống khai thác; kiểm soát áp suât điều khiển dòng sản phẩm; tiết kiệm trì lượng khai thác; đáp ứng yêu cầu phương pháp khai thác học f