Nghiên cứu, xử lý dầu nhiều paraffin mỏ Rồng và Bạch Hổ bằng phương pháp nhiệt hóa để nâng cao hiệu quả thu gom

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHAN ĐỨC TUẤN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ DẦU NHIỀU PARAFFIN MỎ BẠCH HỔ VÀ RỒNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT - HÓA ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU GOM Ngành: Kỹ thuật dầu khí Mã số: 9520604 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Trần Đình Kiên TS Nguyễn Thúc Kháng Hà Nội, 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Tác giả Luận án Phan Đức Tuấn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THU GOM, XỬ LÝ VÀ VẬN CHUYỂN DẦU TRÊN CÁC MỎ QUA HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM DƯỚI BIỂN 1.1 Đặc tính lý hóa dầu nhiều paraffin mỏ Vietsovpetro 1.1.1 Hàm lượng paraffin dầu khai thác mỏ Vietsovpetro 1.1.2 Nhiệt độ đông đặc dầu thô 1.1.3 Độ nhớt 1.1.4 Sự đa dạng đặc tính lý hóa dầu thơ 11 1.2 Tổng quan công nghệ xử lý vận chuyển dầu nhiều paraffin kinh nghiệm xử lý vận chuyển dầu nhiều paraffin giới 14 1.2.1 Tổng quan phương pháp xử lý vận chuyển dầu thô 14 1.2.2 Kinh nghiệm vận chuyển dầu nhiều paraffin giới 20 1.3 Những khó khăn thách thức điều kiện đặc thù Vietsovpetro xử lý vận chuyển dầu nhiều paraffin 23 1.3.1 Thách thức tính chất dầu thơ khai thác mỏ Vietsovpetro 23 1.3.2 Vấn đề lắng đọng paraffin đường ống vận chuyển dầu 23 1.3.3 Lắng đọng muối hệ thống thu gom, xử lý vận chuyển dầu vấn đề tạo nhũ bền vững 25 1.3.4 Đặc tính đường ống dùng để vận chuyển dầu mỏ Bạch Hồ, Rồng mỏ kết nối 26 1.3.5 Vấn đề xung động áp suất hệ thống thu gom, vận chuyển 27 iii 1.4 Các giải pháp công nghệ xử lý vận chuyển dầu nhiều paraffin ứng dụng Vietsovpetro 29 1.4.1 Xử lý dầu gia nhiệt 29 1.4.2 Xử lý dầu hóa phẩm giảm nhiệt độ đơng đặc 30 1.4.3 Sử dụng địa nhiệt xử lý dầu hóa phẩm PPD 30 1.4.4 Giải pháp sử dụng nhiệt lượng thải gas-turbine phát điện 30 1.4.5 Vận chuyển dầu bão hịa khí 30 1.4.6 Bơm dầu nhiều paraffin với dung môi dầu độ nhớt thấp 31 1.5 Các đề tài cơng trình liên quan 31 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LẮNG ĐỌNG PARAFFIN, TÍNH LƯU BIẾN VÀ CÁC NHÓM GIẢI PHÁP XỬ LÝ DẦU NHIỀU PARAFFIN TRONG QUÁ TRÌNH VẬN CHUYÊN DẦU Ở MỎ BẠCH HỔ VÀ RỒNG 36 2.1 Lắng đọng paraffin, chế gây lắng đọng giải pháp xử lý 36 2.1.1 Lắng đọng paraffin khai thác dầu khí 36 2.1.2 Cơ chế gây lắng đọng paraffin 37 2.1.3 Các phương pháp xử lý lắng đọng dầu thô nhiều paraffin 41 2.1.4 Sử dụng hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc (PPD) cho dầu thô 42 2.2 Tổng hợp đánh giá kết nghiên cứu tính lưu biến dầu mỏ Vietsovpetro 46 2.2.1 Mơ hình chất lỏng nhớt dẻo Bingham 46 2.2.2 Mơ hình chất lỏng nhớt dẻo khơng tuyến tính Bulkley-Herschel 49 2.3 Nghiên cứu tính lưu biến nhũ tương mỏ Bạch Hổ Rồng giai đoạn cuối mỏ 53 2.3.1 Mơ hình tốn học tính lưu biến nhũ dầu nước mỏ Bạch Hổ 53 2.3.2 Tổng hợp kết nghiên cứu tính lưu biến nhũ tương dầu - nước mỏ Bạch Hổ Rồng 55 2.4 Các kết nghiên cứu tính lưu biến nhũ tương dầu - nước mỏ Cá Tầm 56 2.4.1 Sơ lược mỏ Cá Tầm 57 iv 2.4.2 Phương pháp tạo nhũ tương phòng thí nghiệm 57 2.4.3 Phương pháp xác định độ nhớt động học 58 2.4.4 Mơ hình tốn học lưu biến cho dầu thô mỏ Cá Tầm –Vietsovpetro 59 2.5 Tổng hợp đánh giá giải pháp giải pháp công nghệ xử lý vận chuyển dầu nhiều paraffin ứng dụng Vietsovpetro 63 2.5.1 Xử lý dầu gia nhiệt dùng hóa phẩm Crompic 63 2.5.2 Vận chuyển hỗn hợp dầu – khí 66 2.5.3 Vận chuyển dầu bão hịa khí thiết bị tách khí sơ 66 2.5.4 Xử lý gia nhiệt kết hợp với hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc để vận chuyển dầu mỏ Rồng sang mỏ Bạch Hổ 68 2.5.5 Sử dụng địa nhiệt kết hợp với hóa phẩm giảm nhiệt độ đơng đặc vận chuyển dầu mỏ Rồng 68 2.5.6 Vận chuyển dầu pha loãng với condensate 70 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT HÓA ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU GOM VÀ VẬN CHUYỂN DẦU NHIỀU PARAFFIN CỦA VIETSOVPETRO VÀ CÁC MỎ KẾT NỐI BẰNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM NGOÀI KHƠI 72 3.1 Giải pháp xử lý nhiệt – hóa xử lý vận chuyển dầu thô 72 3.1.1 Xử lý gia nhiệt cho dầu 72 3.1.2 Xử lý dầu hóa phẩm PPD 75 3.1.3 Xử lý gia nhiệt kết hợp với PPD 80 3.2 Nghiên cứu hoàn thiện giải pháp nhiệt hóa xử lý dầu điều kiện đặc thù Vietsovpetro 82 3.2.1 Giải pháp gia nhiệt lượng nhiệt từ khí thải Turbin 83 3.2.2 Nghiên cứu phương pháp xử lý dầu lượng địa nhiệt 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT PLEM : Cụm phân dòng ngầm cho FSO CPP : Giàn công nghệ trung tâm MSP : Giàn cố định mỏ Bạch Hổ RP : Giàn cố định mỏ Rồng BT : Giàn đầu giếng (giàn nhẹ mini) BK : Giàn RC : Giàn nhẹ mỏ Rồng ThTC : Giàn nhẹ mỏ Thỏ Trắng GTC : Giàn nhẹ mỏ Gấu Trắng GVC : Giảng viên GOST : Hệ thống tiêu chuẩn CHLB Nga API : Hệ thống tiêu chuẩn Viện Dầu khí Hoa Kỳ PPD : Hóa phẩm giảm nhiệt độ đơng đặc dầu FSO, UBN : Kho chứa xuất dầu thô KL : Khối lượng nhẹ mỏ Bạch Hổ XNLD Vietsovpetro, Vietsovpetro : Liên doanh Việt – Nga Vietsovpetro Bạch Hổ : Mỏ Bạch Hổ Gấu Trắng : Mỏ Gấu Trắng Nam Rồng – Đồi Mồi : Mỏ hợp Nam Rồng – Đồi Mồi Rồng : Mỏ Rồng Thỏ Trắng : Mỏ Thỏ Trắng NCS : Nghiên cứu sinh UPOG : Thiết bị tách khí sơ TS : Tiến sĩ P : Áp suất, kg/cm2 - atm - Pa λ : Độ dẫn nhiệt, W/(m·C) φ : Độ dốc, độ μ : Độ nhớt động lực, Pa.s vi υ : Độ nhớt động học, m2/s Ø : Đường kính ống, mm M : Khối lượng phân tử, g/mol ρ : Khối lượng riêng, kg/m3 Q : Lưu lượng (dầu, khí, nước), m3/ngày T : Nhiệt độ, oC t : Thời gian, - phút - giây S : Tiết diện, m2 G : Tỷ số khí dầu, m3/ m3 τ : Ứng suất trượt, Pa v : Vận tốc dòng chảy, m/s WAT : Nhiệt độ xuất lắng đọng pafaffin-sáp WDT : Nhiệt độ không xuất lắng đọng pafaffin vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Cấu trúc paraffin Hình Hình ảnh minh họa lắng đọng hữu 37 Hình 2 Đường cong chảy dầu mỏ Bạch Hổ 47 Hình Đường cong chảy dầu mỏ Rồng 47 Hình Đường cong chảy dầu tầng Oligoxen mỏ Bạch Hổ 50 Hình Đường phụ thuộc độ nhớt dầu tầng Oligoxen vào nhiệt độ 50 Hình Phương trình mơ tả đặc trưng lưu biến dầu tầng Oligoxen mỏ Bạch Hổ 51 Hình Sơ đồ chuẩn bị mẫu nhũ tương dầu-nước phịng thí nghiệm 57 Hình Hệ thống MV viscometer Rotovisco VT-550 58 Hình Sự phụ thuộc độ nhớt hỗn hợp dầu thô vào hàm lượng nước 60 Hình 10 Nhiệt độ đơng đặc dầu xử lý dung dịch 10% Crompic 64 Hình 11 Hệ thống công nghệ giải pháp xử lý gia nhiệt dùng Crompic xử lý để vận chuyển dầu mỏ Bạch Hổ 65 Hình Ảnh hưởng nhiệt độ đến độ nhớt dầu Bạch Hổ Rồng 75 Hình Cơ chế tác dụng phụ gia PPD lên dầu thô 77 Hình 3 Tốc độ lắng đọng paraffin dầu mỏ Rồng không xử lý xử lý hóa phẩm giảm nhiệt độ đơng đặc 78 Hình Độ nhớt dầu thơ mỏ Rồng khơng xử lý xử lý hóa phẩm 79 Hình Độ nhớt dầu thô mỏ Bạch Hổ không xử lý xử lý hóa phẩm 80 Hình Hình thái tinh thể paraffin dầu Bạch Hổ xử lý nhiệt 82 Hình Hình thái tinh thể paraffin dầu Bạch Hổ xử lý hóa phẩm PPD1 82 Hình Hình thể đám tinh thể paraffin dầu Rồng xử lý nhiệt 82 Hình Hình thái tinh thể paraffin dầu Rồng xử lý phụ gia 82 Hình 10 Sơ đồ hệ thống gia nhiệt cho dầu thô giàn CNTT-3 84 Hình 11 Sơ đồ hệ thống gia nhiệt cho dầu thô giàn CNTT-2 86 Hình 12 Sự phụ thuộc nhiệt độ vào chiều sâu tầng Móng 91 Hình 13 Sự phụ thuộc nhiệt độ vào chiều sâu tấng Mioxen 91 viii Hình 14 Sự phụ thuộc nhiệt độ vào chiều sâu tấng Oligoxen 92 Hình 15 Biểu diễn tương quan nhiệt độ xử lý dầu nhiệt độ đông đặc dầu đạt sau xử lý gia nhiệt 92 Hình 16 Sơ đồ nguyên tắc vị trí lắp đặt bơm ép hóa phẩm vào giếng 93 Hình 17 Gradient nhiệt độ giếng A với Q=95m3/ngày 96 Hình 18 Gradient nhiệt độ giếng B với Q=80m3/ngày 97 ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1 Đặc tính lý hóa dầu thơ mỏ Vietsovpetro Bảng Đặc tính lý hóa dầu thơ mỏ NR-ĐM (Giàn RC-DM) Bảng Đặc tính lý hóa dầu thơ mỏ NR-ĐM (Giàn RC-4) Bảng Đặc tính lý hóa dầu thơ mỏ Gấu Trắng 10 Bảng Đặc tính lý hóa dầu thơ mỏ Cá Tầm 10 Bảng Đặc tính lý hóa dầu thơ khai thác địa tầng khác mỏ Bạch Hổ 12 Bảng 1.7 Đặc tính lý hóa dầu thơ khai thác giếng mỏ Rồng 13 Bảng Tóm tắt giải pháp công nghệ vận chuyển dầu nhiều paraffin đường ống 20 Bảng 1Mơ hình lưu biến dầu mỏ Bạch Hổ 49 Bảng 2 Mơ hình lưu biến dầu mỏ Rồng 49 Bảng Các tham số lưu biến dầu tầng Oligocen mỏ Bạch Hổ 51 Bảng Đánh giá sai số mơ hình lưu biến dầu tầng Oligocen mỏ Bạch Hổ 52 Bảng Các thơng số mơ tả tính lưu biến nhũ tương dầu thô mỏ Cá Tầm 60 Bảng Các hệ số hệ phương trình (2.23) 61 Bảng Ảnh hưởng gia nhiệt đến nhiệt độ đông đặc dầu mỏ Bạch hổ Rồng 73 Bảng Ảnh hưởng hóa phẩm PPD đến nhiệt độ đông đặc dầu thô mỏ Rồng 79 Bảng 3 Bảng tính lượng nhiệt cần thiết để nung nóng dầu thơ giàn CNTT-2 từ 420C lên đến 600C 88 Bảng Giá trị nhỏ nhất, lớn trung bình độ dẫn nhiệt, gradient nhiệt độ dịng nhiệt bể trầm tích chứa dầu khí thềm lục địa Việt Nam [33] 90 Bảng Thông số vỉa, lưu lượng dự kiến, PVT giếng A 95 Bảng Chiều sâu lắp đặt van gaslift giếng A 95 Bảng Thông số vỉa, lưu lượng dự kiến, PVT giếng B 96 Bảng Chiều sâu lắp đặt van gaslift giếng B 97 ... paraffin mỏ Rồng Bạch Hổ phương pháp nhiệt - hóa để nâng cao hiệu thu gom? ?? mang tính cấp thiết thực tiễn cao Mục đích nghiên cứu luận án Nghiên cứu, phát triển phương pháp hóa - nhiệt xử lý dầu. .. paraffin dầu mỏ Rồng không xử lý xử lý hóa phẩm giảm nhiệt độ đơng đặc 78 Hình Độ nhớt dầu thô mỏ Rồng không xử lý xử lý hóa phẩm 79 Hình Độ nhớt dầu thơ mỏ Bạch Hổ khơng xử lý xử. .. chuyển dầu mỏ Rồng 68 2.5.6 Vận chuyển dầu pha loãng với condensate 70 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT HÓA ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU GOM VÀ VẬN CHUYỂN DẦU NHIỀU PARAFFIN