Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng giàn nén khí nhỏ vòm bắc mỏ bạch hổ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM VĂN QUYÊN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG GIÀN NÉN KHÍ NHỎ VÒM BẮC MỎ BẠCH HỔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VŨNG TÀU – 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM VĂN QUYÊN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG GIÀN NÉN KHÍ NHỎ VỊM BẮC MỎ BẠCH HỔ Chuyên ngành: Kỹ thuật Khoan, Khai thác Công nghệ Dầu khí Mã số: 60.53.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Hoàng Dung VŨNG TÀU - 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực sở nghiên cứu lý thuyết thực tiễn sản xuất hướng dẫn khoa học PGS.TS Hồng Dung Các số liệu, mơ hình tính tốn kết luận văn trung thực, giải pháp nghiên cứu xuất phát từ thực tiễn kinh nghiệm, chưa công bố hình thức trước trình, bảo vệ cơng nhận “Hội đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật ” Một lần nữa, xin khẳng định trung thực lời cam kết Tác giả Phạm Văn Qun TĨM TẮT Khí đồng hành sản phẩm đầu giàn khai thác dầu sản phẩm đầu giàn nén khí, vấn đề thu gom tối đa thành phẩm nhu cầu cấp thiết Điều thực hội tụ yếu tố mặt vật chất, tri thức tính cấp thiết hiệu kinh tế Giàn nén khí nhỏ với thiết bị đại, đội ngũ tri thức gồm nhiều kỹ sư đào tạo bản, với nhu cầu khí cho kinh tế Việt Nam thúc đẩy vấn đề thu gom tối đa khí đồng hành thành nhu cầu cấp thiết thực qua giải pháp nâng cao hiệu sử dụng Giàn nén khí nhỏ, vịm Bắc mỏ Bạch Hổ Giải pháp nâng cao hiệu sử dụng Giàn nén khí nhỏ, vịm Bắc mỏ Bạch Hổ trình bày ngắn gọn số vấn đề chủ yếu sau Chương 1: Tổng quan Giàn nén khí nhỏ Chương 2: Cơ sở lý thuyết công nghệ để xử lý, chế biến khí hydrocarbon Chương 3: Hiện trạng làm việc Giàn nén khí nhỏ Chương 4: Giải pháp nâng cao hiệu sử dụng Giàn nén khí nhỏ - vịm Bắc mỏ Bạch Hổ Kết luận kiến nghị LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập thời gian thực luận văn tốt nghiệp, người viết nhận quan tâm giúp đỡ quý thầy cô, đồng nghiệp bạn hữu Đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy PGS.TS Hồng Dung (ĐHM-ĐC); q thầy phịng đào tạo sau đại học, khoa Dầu Khí, mơn Khoan - Khai thác Dầu Khí đặc biệt thầy PGS.TS Lê Xuân Lân (ĐHM-ĐC) giúp đỡ người viết hoàn thành luận văn Người viết xin chân thành cảm ơn: - Ban giám hiệu Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất - Thầy PGS.TS Hoàng Dung (ĐHM - ĐC) - Q thầy, Khoa Dầu Khí Bộ môn Khoan - Khai thác Trường ĐH Mỏ - Địa Chất - Q thầy, phịng quản lý đào tạo sau đại học Trường ĐH Mỏ - Địa Chất - Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp Hà Nội, tháng 03 năm 2012 Phạm Văn Quyên MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan …… Tóm tắt, lời cảm ơn………………………………………………………… Mục lục…………………………………………………………………… Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt …………………………………… Danh mục bảng biểu ……………………………………………………… Danh mục hình vẽ, đồ thị ………………………………………………… MỞ ĐẦU ………………………………………………………………… 11 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GIÀN NÉN KHÍ NHỎ ……………… 15 1.1 Giới thiệu ………………………………………… 15 1.1.1 Vị trí chức …………………………………………………… 15 1.1.2 Hệ thống thiết bị công nghệ giàn ……………………………… 17 1.2 Sơ đồ công nghệ ……………………………………………………… 20 1.2.1 Sơ đồ chung ………………………………………………………… 20 1.2.2 Xử lý khí trước nén ……………………………………………… 22 1.2.3 Q trình nén khí …………………………………………………… 22 1.2.4 Sơ đồ khí đầu ……………………………………………………… 23 1.2.5 Sơ đồ công nghệ tổ hợp máy nén …………………………………… 24 1.2.6 Hệ thống đuốc ……………………………………………………… 28 1.2.7 Hệ thống xử lý khí nhiên liệu ……………………………………… 28 1.3 Những bất cập thực tế vận hành ………………………………… 31 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỂ XỬ LÝ, CHẾ 32 BIẾN KHÍ HYDROCARBON …………………………………………… 32 2.1 Cơ sở tính tốn ………………………………………………………… 32 2.1.1 Giản đồ pha ………………………………………………………… 32 2.1.1.1 Giản đồ pha đơn cấu tử ……………………… 32 2.1.1.2 Giản đồ pha hỗn hợp khí đa cấu tử …………………………… 34 2.1.2 Cân pha lỏng – khí ………………………………………… 36 2.1.3 Nhiệt lượng ………………………………………………………… 41 2.1.4 Nhiệt dung riêng …………………………………………………… 41 2.1.5 Enthalpy ……………………………………………………………… 45 2.1.6 Entropy ……………………………………………………………… 48 2.2 Các phương pháp tách Condensate …………………………………… 51 2.2.1 Phương pháp ngưng tụ ……………………………………………… 51 2.2.2 Phương pháp hấp thụ ………………………………………………… 53 2.2.3 Phương pháp chưng cất ……………………………………………… 56 2.3 Các thiết bị ứng dụng cơng nghệ khí …………………………… 59 2.3.1 Bình tách …………………………………………………………… 59 2.3.2 Máy nén khí ………………………………………………………… 59 2.3.3 Turbine khí …………………………………………………………… 62 2.3.4 Thiết bị thu hồi nhiệt (Heat Recovery Steam Generator) …………… 64 2.3.5 Thiết bị làm mát, gia nhiệt, trao đổi nhiệt …………………………… 66 2.3.6 Van điều khiển ……………………………………………………… 66 2.3.7 Đặc tính q trình cơng nghệ ……………………………… 67 2.3.7.1 Q trình tiết lưu qua van ………………………………………… 67 2.3.7.2 Chọn van điều khiển ……………………………………………… 70 2.3.7.3 Hỗn hợp theo dòng ………………………………………………… 73 2.3.7.4 Quá trình gia nhiệt, trao đổi nhiệt ………………… 73 2.3.7.5 Qua máy nén khí, máy bơm, expander …………………………… 73 2.3.7.6 Qua bình tách ……………………………………………………… 73 Chương 3: HIỆN TRẠNG LÀM VIỆC CỦA GIÀN NÉN KHÍ NHỎ … 74 3.1 Hệ thống thu hồi khí vịm Bắc mỏ Bạch Hổ GNKN ………… 74 3.2 Khảo sát thực tế bất cập việc thu gom khí hệ thống ……… 75 3.3 Nội dung giải pháp đề suất kết …………………… 79 3.3.1 Thiết kế hệ thống bổ sung khí cao áp (10 bar) từ vịm Nam………… 79 3.3.2 Dùng tổ hợp máy nén khí GNKN để thơng đường ống … 82 3.3.3 Giải pháp hồi khí cao áp từ sau cấp nén thứ …………………… 82 3.4 Nhận xét ……………………………………………………………… 84 Chương 4: GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG GNKN… 85 4.1 Cơ sở thực tế để tính tốn nghiên cứu giải pháp ……………………… 85 4.1.1 Chế độ cơng nghệ Giàn nén khí nhỏ …………………………… 85 4.1.2 Chế độ công nghệ mỏ Bạch Hổ ………………………………… 86 4.1.3 Điều kiện an toàn cho phép ………………………………………… 88 4.2 Nghiên cứu thông số kỹ thuật cho thiết bị hệ thống để khắc phục 88 tồn tại, đề xuất giải pháp ………………………… 88 4.2.1 Tính tốn suy giảm nhiệt độ qua van tiết lưu …………………… 88 4.2.2 Kiểm tra nhiệt độ, áp suất khí có khả tạo hydrate giảm áp … 91 4.3 Giải pháp nâng cao hiệu sử dụng Giàn nén khí nhỏ ……………… 94 4.3.1 Phần mềm HYSYS ………………………………………………… 94 4.3.1.1 Giới thiệu HYSYS …………………………………………… 94 4.3.1.2 Quản lí Cơ sở Mô ………………………………………… 96 4.3.2 Ứng dụng HYSYS …………………………………………………… 102 4.4 Hệ thống điều khiển áp suất đường hồi khí …………………………… 116 4.4.1Nguyên lý làm việc …………………………………………………… 116 4.4.2 Nhiệm vụ …………………………………………………………… 116 4.4.3 Nguyên lý làm việc đường hồi khí cao áp ……………………… 120 4.4.3.1 Chế độ làm việc tự động …………………………………………… 120 4.4.3.2 Chế độ làm việc tay ……………………………………………… 120 4.5 Hiệu áp dụng giải pháp ……………………………………… 121 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………… 122 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ………………………… 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………… 124 PHỤ LỤC ………………………………………………………………… 126 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT AC: Thiết bị trao đổi nhiệt BE: Bình chứa dầu C: Máy nén khí CNT: Chưng cất nhiệt thấp E: Động khí E-18: Bể chứa condensate nhớt thải FQT: Bộ đo lưu lượng GCNTT: Giàn công nghệ trung tâm GNKN: Giàn nén khí nhỏ GNKTT: Giàn nén khí trung tâm HC: Hydrocarbon HRSG: Thiết bị thu hồi nhiệt ISA: Hệ đo lường theo tiêu chuẩn mỹ MFP: Tủ báo cháy MSP: Giàn khoan khai thác (giàn cố định) NNT: Ngưng tụ nhiệt thấp PCV: Van điều chỉnh áp suất PLC: Hệ thống tự động điều khiển PIC: Bộ điều khiển tín hiệu áp suất PPD: Giàn bơm nước ép vỉa RC: Bình hồi lưu RB: Bình gia nhiệt S: Bình tách SDV: Van ngắt SK-1: Cụm thu gom khí đầu vào SK-2: Cụm điều chỉnh áp suất đầu vào máy nén SK-3: Cụm xử lý khí nhiên liệu SK-4: Cụm bơm nhớt thải condensate T: Thiết bị trao đổi nhiệt V: Van tay 1st: Cấp nén thứ nhất, 2nd: Cấp nén thứ hai 3rd: Cấp nén thứ ba, 4th: Cấp nén thứ tư DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật tổ máy nén gas pittơng SHM/B … 24 Bảng 3.1: Thành phần khí đầu vào GNKN…………………………………… 75 Bảng 3.2: Thành phần khí từ giàn MSP-1…………………………………… 78 Bảng 4.1: Dự báo sản lượng khí giai đoạn 2011-2025 ……………………… 87 Bảng 4.2: Thành phần khí đầu GNKN …………………………………… 88 Bảng 4.3: Dịng khí vào bình S-1…………………………………………… 102 Bảng 4.4: Thành phần khí đầu vào bình tách S-1…………………………… 102 Bảng 4.5: Kết tính toán giải pháp phần mềm HYSYS ……………… 115 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1: Giàn nén khí nhỏ ………………………………………………… 15 Hình 1.2: Các bể trầm tích thềm lục địa Việt Nam …………………… 15 Hình 1.3: Sơ đồ phân bố cơng trình mạng ống cơng nghệ mỏ Bạch Hổ … 16 Hình 1.4: Sơ đồ cơng nghệ Giàn nén khí nhỏ ……………………………… 21 Hình 1.5: Sơ đồ cơng nghệ tổ hợp máy nén khí …………………………… 25 Hình 1.6: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý khí nhiên liệu ………………… 29 Hình 2.1: Giản đồ pha đơn cấu tử ………………………… 32 Hình 2.2: Giản đồ pha hỗn hợp khí đa cấu tử ……………………… 34 Hình 2.3: Đồ thị kiểm tra áp suất hội tụ …………………………………… 38 Hình 2.4: Đồ thị tra số cân K C2H6 ………………………… 39 Hình 2.5: Mơ hình tính tốn cân lỏng khí bình tách …………… 40 Hình 2.6: Đồ thị nhiệt dung riêng Cp (kJ/kgoC) khí hydrocacbon… 42 Hình 2.7: Đồ thị tra ∆Cp theo nhiệt độ áp suất qui đổi ………………… 43 Hình 2.8: Đồ thị nhiệt dung riêng khí có tỉ trọng 0,65~0,75 …………… 44 Hình 2.9: Nhiệt dung riêng HC lỏng 1:etan, 2: propan, 3: ibutan, … 44 Hình 2.10: Đồ thị Enthalpy hydrocacbon lỏng theo MW T ………… 46 Hình 2.11: Đồ thị Enthalpy khí theo MW T ………………………… 47 Hình 2.12: Đồ thị entropy S, enthalpy H khí thiên nhiên theo P, T …… 50 Hình 2.13: Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp bậc ………………………… 52 Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý thiết bị hấp thụ …………………………… 55 Hình 2.15: Sơ đồ tháp chưng - bốc …………………………………… 57 Hình 2.16: Sơ đồ tháp ngưng tụ - bốc ………………………………… 58 Hình 2.17: Cấu trúc Turbine …………………………………………… 62 Hình 2.18: Chu trình nhiệt động Brayton …………………………… 63 Hình 2.19: Ống “nhận nhiệt” hãng MitSui BadCock Enery Ltd ……… 64 Hình 2.20: Sơ đồ cấu tạo bên HRSG …………………… 65 Hình 2.21: Sơ đồ ứng dụng HRSG cơng nghiệp điện ……………… 65 Hình 2.22: Dự đốn sụt giảm nhiệt độ áp suất giảm qua van tiết lưu … 70 Hình 3.1: Sơ đồ thu gom khí đồng hành vịm Bắc mỏ Bạch Hổ …………… 74 Hình 3.2: Giản đồ pha khí vào GNKN ………………………………… 76 Hình 3.3: Giản đồ pha khí từ giàn MSP-1……………………………… 78 10 11 12 13 14 15 16 17 PHỤ LỤC 4: Cơng trình nghiên cứu cải tiến kỹ thuật - hợp lý hóa sản xuất Giàn nén khí nhỏ, số 1429 PHỤ LỤC 5: Cơng trình nghiên cứu cải tiến kỹ thuật - hợp lý hóa sản xuất Giàn nén khí nhỏ, số 1564 ... thành nhu cầu cấp thiết thực qua giải pháp nâng cao hiệu sử dụng Giàn nén khí nhỏ, vịm Bắc mỏ Bạch Hổ Giải pháp nâng cao hiệu sử dụng Giàn nén khí nhỏ, vịm Bắc mỏ Bạch Hổ trình bày ngắn gọn số vấn... TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM VĂN QUYÊN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG GIÀN NÉN KHÍ NHỎ VÒM BẮC MỎ BẠCH HỔ Chuyên ngành: Kỹ thuật Khoan, Khai thác Cơng nghệ Dầu khí Mã số: 60.53.50... Giàn nén khí nhỏ Chương 2: Cơ sở lý thuyết công nghệ để xử lý, chế biến khí hydrocarbon Chương 3: Hiện trạng làm việc Giàn nén khí nhỏ Chương 4: Giải pháp nâng cao hiệu sử dụng Giàn nén khí nhỏ