Nghiên cứu giải pháp hoợp lý nâng cao hiệu quả vận chuyển hỗn hợp dầu khí từ giàn whp dh 02 sang giàn fpu 01

0 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC MỎ - ðỊA CHẤT - HOÀNG MẠNH HÙNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HỢP LÝ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN CHUYỂN HỖN HỢP DẦU – KHÍ TỪ GIÀN WHP DH-02 SANG GIÀN FPU DH - 01 Ngành: Kỹ Thuật Dầu Khí Mã số: 60.52.06.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ XUÂN LÂN HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan: Bản luận văn thạc sỹ kỹ thuật cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, ñược thực sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu tình hình thực tế hướng dẫn PGS TS Lê Xuân Lân Các số liệu, mơ hình kết luận văn trung thực, tên đề tài luận văn khơng trùng lặp với luận văn trước Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2014 H ọc viên Hoàng Mạnh Hùng MỤC LỤC LỜI CAM ðOAN MỤC LỤC PHỤ LỤC HÌNH PHỤ LỤC BẢNG MỞ ðẦU……………………………………………………………………………………….7 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THU GOM Ở MỎ ðẠI HÙNG 10 1.1.Giàn xử lý trung tâm DH-01 12 1.1.1.Khối thượng tầng 12 1.1.2.Các trang thiết bị ngầm 14 1.2.Giàn ñầu giếng 16 1.2.1.Khối thượng tầng giàn ñầu giếng DH-02 16 1.2.2.Khung dẫn hướng khoan chân ñế giàn ñầu giếng DH-02 17 1.3.Phân loại ñường ống khu vực phạm vi nội mỏ 20 1.3.1Tại khu vực giàn DH-01 20 1.3.1.1.ðường ống thu gom 20 1.3.1.2.ðường ống xả 23 1.3.1.3.ðường ống vận chuyển 24 1.3.2.Tại khu vực giàn DH-02 25 CHƯƠNG II: THÀNH PHẦN VÀ TÍNH NĂNG TUYẾN THU GOM KÍN TỪ GIÀN DH-02 ðẾN GIÀN DH-01 27 2.1.ðặc tính tuyến ống 27 2.1.1.Cụm phóng nhận thoi 27 2.1.2.Tuyến ống cứng 29 2.1.3.ðoạn ống tĩnh 31 2.1.3.1Sơ ñồ bố trí tuyến ống 31 2.1.3.2ðặc ñiểm tuyến ống tĩnh 34 2.1.4.ðoạn ống ñộng 37 2.1.4.1.Sơ ñồ bố trí tuyến ống 37 2.1.4.2.ðặc ñiểm tuyến ống 39 CHƯƠNG III: CẤU TRÚC DỊNG NHIỀU PHA TRONG ðƯỜNG ỐNG 43 3.1.Mơ hình pha lỏng khí 43 3.2.Mô hình hỗn hợp hai pha lỏng-khí 43 3.2.1.Dòng chảy tuyến ống ngang 44 3.2.2.Dòng chảy tuyến ống ñứng 46 3.3.Mơ hình hỗn hợp hai pha lỏng-khí với pha rắn 48 CHƯƠNG IV: GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN CHUYỂN HỖN HỢP DẦU KHÍ TỪ DH-02 SANG DH-01 Ở MỎ ðẠI HÙNG 50 4.1.Mối quan hệ dòng hai pha theo Beggs Brill 50 4.1.1.Các thành phần tổn hao áp suất ống 50 4.1.2.Lý thuyết dịng đa pha 50 4.1.2.1Tổn hao ma sát 51 4.1.2.2Thành phần áp suất thủy tĩnh 51 4.1.3.Các thơng số tính tốn 52 4.1.3.1Vận tốc riêng 52 4.1.3.2Tác dụng phần chất lỏng thực tế 52 4.1.4.Tính tốn tổn hao thủy tĩnh 57 4.1.5.Tính tốn tổn hao áp suất ma sát 59 4.2.Tính tốn thủy lực ñường ống cho năm 2014 61 4.2.1.Tính tốn tổn hao cho áp suất bình tách làm việc 14 bar 61 4.2.2Tính tốn cho áp suất chế ñộ 20 bar 25 bar 76 4.2.3Tổng hợp tính tốn cho năm cịn lại 76 4.3.Giải pháp nâng cao hiệu vận chuyển 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83 PHỤ LỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ lơ 05-1a, Mỏ ðại Hùng 10 Hình 1.2: Thiết bị nội Mỏ ðại Hùng, lô 05-1a 11 Hình 1.3: Giàn DH-01 13 Hình 1.4: Sơ đồ xử lý Giàn DH-01 15 Hình 1.5: Giàn đầu giếng WHP-DH2 16 Hình 1.6: Chân đế giàn đầu giếng DH-02 18 Hình 1.7: Sơ ñồ xử lý giàn DH-02 19 Hình 2.1: Sơ ñồ cụm phóng nhận thoi 28 Hình 2.2: Sơ đồ tuyến ống thép cứng 29 Hình 2.3: ðiểm kết nối ống cứng ống mềm ñáy biển 30 Hình 2.4: Sơ đồ mốc 0÷1,000m 32 Hình 2.5: Sơ đồ mốc 1,000÷2,250m 32 Hình 2.6: Sơ ñồ mốc 2,250÷3,500m 33 Hình 2.7: Sơ đồ mốc 3,500÷4,497m 34 Hình 2.8: Sơ đồ bố trí lớp 36 Hình 2.9: Sơ đồ bố trí tuyến ống động 38 Hình 2.10: Sơ đồ pheo neo trung gian 38 Hình 2.11: Sơ đồ bố trí lớp 40 Hình 2.12: Sơ ñồ kết nối tuyến ống với giàn DH-01 42 Hình 3.1: Sơ ñồ dòng chảy tầng 43 Hình 3.3: Các dạng dịng chảy tuyến ống ngang 45 Hình 3.4: Chế độ dịng chảy với vận tốc dịng khí 45 Hình 3.5: Các dạng dịng chảy tuyến ống ñứng 47 Hình 3.6: Chế độ dịng chảy với vận tốc dịng khí 48 Hình 3.6: Dạng dòng chảy tồn pha rắn 49 Hình 4.1: Quan hệ giữ hệ số ma sát hỗn hợp tỷ phần lỏng đầu vào 64 Hình 4.2: ðồ thị tổng hợp chế ñộ 14 bar 78 Hình 4.4: ðồ thị tổng hợp chế ñộ 25 bar 80 PHỤC LỤC BẢNG Bảng 1.1: Thông số giàn DH-01 12 Bảng 1.2: Chiều dài tuyến ống mềm khai thác giếng 21 Bảng 1.3: Thông số kỹ thuật ống mềm 21 Bảng 2.1: ðặc tính ống 30 Bảng 2.2: ðặc tính tuyến ống tĩnh 34 Bảng 2.3: Thông số lớp tuyến ống tĩnh 35 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật chi tiết 36 Bảng 2.5: ðặc tính tuyến ống động 39 Bảng 2.6: Thông số lớp tuyến ống ñộng 39 Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật chi tiết 40 Bảng 4.1: Thông số khai thác cho năm 61 Bảng 4.2: Tóm tắt tổn hao áp suất chế độ dịng chảy năm 2014 20 bar 25 bar 76 Bảng 4.3: Tổng hợp tổn hao áp suất dạng dòng chảy cho năm 77 MỞ ðẦU Tính cấp thiết ñề tài Giàn ñầu giếng mỏ ðại Hùng (DH-02) tập trung vào khai thác khối N, ñược ñưa vào khai thác tháng 11/2011 Giàn DH-02 ñược thiết kế giàn khơng người ở, q trình liên quan tới vận hành ñều ñược ñiều khiển từ giàn xử lý trung tâm DH-01.Hiện ñang giai ñoạn ñầu trình khai thác với áp suất vỉa lớn có khả khai thác tự phun, tự vận chuyển giàn DH-01.Khi mỏ giai đoạn thiết kế tính tốn, thơng số khai thác (lưu lượng dầu khí) dựa kết quảthử vỉa, thí nghiệm mơ hình dịng chảy tuyến ống ñều dựa kết dẫn tới chưa có tính thực tiễn.Sau thời gian khai thác, thơng số khai thác xác định lại có khác biệt lớn so với thời điểm nghiên cứu ban đầu Do cần thiết phải xác định lại mơ hình dịng chảy tuyến ống, để từ xác định ảnh hưởng chế ñộ dòng chảy lên tuyến ống, tác ñộng tới trình vận hành nội mỏ Mục ñích nghiên cứu Mục ñính ñề tài xác định mơ hình dịng chảy tồn tuyến ống vận chuyển chất lưu khai thác từ giàn ñầu giếng DH-02 sang giàn xử lý trung tâm DH-01 tương lai, dự án ñược triển khai khu vực mỏ ñưa thêm vào khai thác giếng mới, thu gom khí đồng hành Dựa mơ hình dịng chảy đó, tính tốn tổn hao áp suất trình vận chuyển so sánh với tổn hao thực tế, có khác biệt, từ đố điều chỉnh thơng số để phù hợp với điều kiện thực Dựa thơng số điều chỉnh, tính tốn thơng số cho phù hợp với chế ñộ khai thác tương lai ðối tượng phạm vi nghiên cứu ðề tài tập trung chủ yếu vào việc tính tốn tổn hao áp suất sau xác định mơ hình dịng chảy tuyến ống vận chuyển từ giàn DH-02 sang DH01 phân đoạn có chênh cao khác Cụ thể 05 phân ñoạn ống xuyên suốt nội mỏ (ñoạn ống ñứng từ giàn DH-02 xuống ñáy biển, ñoạn từ ñáy biển tới giàn DH-01, ñoạn nằm vắt lên phao ñỡ trung gian, ñoạn thả tự nước biển ñoạn lên giàn DH-01) Nội dung nghiên cứu Việc tính tốn thủy lực dựa chế độ dịng chảy tuyến ống thuộc chế độ dịng chảy (dịng chảy tầng, dòng chảy rối, dòng phun, dòng nút, dòng phun, dịng chuyển tiếp dịng tràn) Sau có tính tốn đầy đủ chế độ dịng chảy, tổn hao áp suất cuối tạo ñoạn cuối tuyến ống lưu lượng dầu khí cần yêu cầu vận chuyển theo giai ñoạn khác nhauñồng thời dựa sở thực tiễn nội mỏ (yếu tố vận hành thiết bị) Phương pháp nghiên cứu ðể nhằm ñánh giá ñược tác ñộng tổn hao áp suất tuyến ống, mối quan hệ dịng chảy đa pha tuyến ống Beggz Brill ñược áp dụng cho ñề tài Lý thuyết Beggz Brill dựa lưu lưu lượng dầu-khí yêu cầu cần vận chuyển, xác định ngược lại thể tích thực q trình vận chuyển Trên sở tính tốn tỷ phần chất lỏng đoạn ống, hệ số dịng (hệ số Froude) mối quan hệ dòng chảy pha lỏng pha khí để định tỷ trọng thực, hệ số ma sát thực, ñộ nhớt thực Các thơng số phục vụ cho cơng tác tính tốn tổn hao áp suất đoạn ống có độc chênh cao khác nhau, dọc theo đường ñi tuyến ống từ giàn DH-02 sang DH-01 Các kết nghiên cứu ñề tài ðề tài cụ thể mơ hình dịng chảy phân ñoạn ống tổn hao áp suất tồn chế độ khai thác khác thời ñiêm tương lai chế ñộ khai thác khác nhau.Dựa kết qủa để đề xác định biện pháp tối ưu hóa q trình vận chuyển, phù hợp với điều kiện thực tiễn mỏ Ý nghĩa thực tiễn ñề tài Từ kết ñạt ñược qua tốn thủy lực, xác định mơ hình dịng chảy tuyến ống phân ñoạn khác nhau, xung áp xuất biến thiên tuyến ống phân ñoạn có ảnh hưởng tới cấu trúc tuyến ống hay khơng.Từ đưa giải pháp tăng/giảm áp suất, lưu lượng dầu-khí nhằm đảm bảo tuyến ống khơng bị xung động mạnh biến thiên áp suất Ngồi cịn xác định mức độ giảm áp tuyến ống chế ñộ lưu lượng khác nhau, từ xem xét chuyển đường dầu nhận từ giàn DH-02 vào giàn DH-01 bình tách cấp phù hợp ðảm bảo tuyến ống ñược vận hành tối ưu hiệu Cấu trúc khối lượng ñề tài Luận văn ñược chia thành 04 chương riêng biệt, cụ thể Chương I giới thiệu tổng quát sơ ñồ thu gom nội mỏ Chương II ñi chi tiết tuyến ống thu gom hữa, Chương III nêu lý thuyết cụ thể mơ hình dịng chảy tồn tuyến ống ñứng ống xiên chế ñộ lưu lượng khác cuối Chương IV tập trung vào việc tính tốn mơ hình dịng chảy áp suất tổn hao toàn tuyến ống Khối lượng tính tốn đề tài lớn với đầy đủ mơ hình khai thác thời ñiểm tương lai ... 46 3.3.Mơ hình hỗn hợp hai pha lỏng -khí với pha rắn 48 CHƯƠNG IV: GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN CHUYỂN HỖN HỢP DẦU KHÍ TỪ DH- 02 SANG DH- 01 Ở MỎ ðẠI HÙNG 50 4.1.Mối quan hệ... chảy với vận tốc dòng chất lưu 50 CHƯƠNG IV: GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN CHUYỂN HỖN HỢP DẦU KHÍ TỪ GIÀN DH- 02 SANG GIÀN DH- 01 Ở MỎ ðẠI HÙNG 4.1 Mối quan hệ dòng hai pha theo Beggs Brill... thơng qua 02 đường ống mềm có đường kính 150mm, sau ñó từ phao neo trung gian dầu ñược ñẩy sang tàu chứa ống mềm Khí tách khỏi dầu đốt chỗ khơng có thiết bị thu gom khí giàn DH0 1 Giàn DH- 02 giàn ñầu