Đang tải... (xem toàn văn)
Tính cấp thiết của đề tài Giàn đầu giếng mỏ Đại Hùng (DH-02) tập trung vào khai thác tại khối N, được đưa vào khai thác tháng 11/2011. Giàn DH-02 được thiết kế là giàn không người ở, mọi quá trình liên quan tới vận hành đều được điều khiển từ giàn xử lý trung tâm DH-01. Hiện tại đang ở giai đoạn đầu của quá trình khai thác với áp suất vỉa lớn và có khả năng khai thác tự phun, tự vận chuyển về giàn DH-01. Khi mỏ ở trong giai đoạn thiết kế và tính toán, các thông số khai thác (lưu lượng dầu, khí và tính chất dầu-khí) đều dựa trên kết quả thử vỉa, thí nghiệm và mô hình dòng chảy trong tuyến ống đều dựa trên kết quả này dẫn tới chưa có tính thực tiễn. Sau một thời gian khai thác, các thông số khai thác đã được xác định lại và có sự khác biệt lớn so với thời điểm nghiên cứu ban đầu. Do đó cần thiết phải xác định lại mô hình dòng chảy trong tuyến ống, để từ đó xác định được ảnh hưởng của các chế độ dòng chảy này lên tuyến ống, cũng như tác động tới quá trình vận hành nội mỏ. 2. Mục đích nghiên cứu Mục đính chính của đề tài là xác định mô hình dòng chảy chính đang tồn tại trong tuyến ống vận chuyển chất lưu khai thác từ giàn đầu giếng DH-02 sang giàn xử lý trung tâm DH-01 trong tương lai, khi các dự án mới được triển khai tại khu vực mỏ như đưa thêm vào khai thác các giếng mới, thu gom khí đồng hành... Dựa trên mô hình dòng chảy đó, tính toán được tổn hao áp suất trong quá trình vận chuyển và so sánh với tổn hao thực tế, khi có sự khác biệt, từ đó điều chỉnh các thông số để phù hợp với điều kiện thực tại. Dựa trên thông số đã điều chỉnh, tính toán các thông số sao cho phù hợp với các chế độ khai thác trong tương lai. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đề tài sẽ tập trung chủ yếu vào việc tính toán tổn hao áp suất sau khi đã xác định được mô hình dòng chảy trong tuyến ống vận chuyển từ giàn DH-02 sang DH01 tại các phân đoạn có chênh cao khác nhau. Cụ thể tại 05 phân đoạn ống xuyên 8 suốt nội mỏ (đoạn ống đứng từ giàn DH-02 xuống đáy biển, đoạn bằng từ đáy biển tới giàn DH-01, đoạn nằm vắt lên phao đỡ trung gian, đoạn thả tự do trong nước biển và đoạn lên trên giàn DH-01). 4. Nội dung nghiên cứu Việc tính toán thủy lực sẽ dựa chế độ dòng chảy trong tuyến ống thuộc chế độ dòng chảy nào (dòng chảy tầng, dòng chảy rối, dòng phun, dòng nút, dòng vành xuyến, dòng chuyển tiếp và dòng tràn). Sau khi đã có tính toán đầy đủ về chế độ dòng chảy, xác định tổn hao áp suất cuối cùng tại đoạn cuối tuyến ống lưu lượng dầu và khí cần yêu cầu vận chuyển theo các giai đoạn khác nhau đồng thời dựa trên cơ sở thực tiễn nội mỏ (yếu tố vận hành của các thiết bị).
1 MỤC LỤC MỤC LỤC PHỤ LỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THU GOM Ở MỎ ĐẠI 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 đầu giếng 16 1.2.1.Khối thượng tầng giàn đầu giếng DH-02 16 1.2.2.Khung dẫn hướng khoan chân đế giàn đầu giếng DH-02 17 1.3.Phân loại đường ống khu vực phạm vi nội mỏ 20 1.3.1Tại khu vực giàn DH-01 20 1.3.1.1.Đường ống thu gom 20 1.3.1.2.Đường ống xả 23 1.3.1.3.Đường ống vận chuyển 24 1.3.2.Tại khu vực giàn DH-02 25 CHƢƠNG II: THÀNH PHẦN VÀ TÍNH NĂNG TUYẾN THU GOM KÍN TỪ GIÀN DH-02 ĐẾN GIÀN DH-01 27 2.1.Đặc tính tuyến ống 27 2.1.1.Cụm phóng nhận thoi 27 2.1.2.Tuyến ống cứng 29 2.1.3.Đoạn ống tĩnh 31 2.1.3.1.Sơ đồ bố trí tuyến ống 31 2.1.3.2.Đặc điểm tuyến ống tĩnh 34 2.1.4.Đoạn ống động 37 2.1.4.1.Sơ đồ bố trí tuyến ống 37 2.1.4.2.Đặc điểm tuyến ống 39 CHƢƠNG III: CẤU TRÚC DÒNG NHIỀU PHA TRONG ĐƢỜNG ỐNG 43 3.1.Mơ hình pha lỏng khí 43 3.2.Mơ hình hỗn hợp hai pha lỏng-khí 43 3.2.1.Dòng chảy tuyến ống ngang 44 3.2.2.Dòng chảy tuyến ống đứng 46 3.3.Mơ hình hỗn hợp hai pha lỏng-khí với pha rắn 48 CHƢƠNG IV: GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN CHUYỂN HỖN HỢP DẦU KHÍ TỪ DH-02 SANG DH-01 Ở MỎ ĐẠI 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 dòng đa pha 50 4.1.2.1.Tổn hao ma sát 51 4.1.2.2.Thành phần áp suất thủy tĩnh 51 4.1.3.Các thông số tính tốn 52 4.1.3.1.Vận tốc riêng 52 4.1.3.2.Tác 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 đường ống cho năm 2014 61 4.2.1.Tính tốn tổn hao cho áp suất bình tách làm việc 14 bar 61 4.2.2.Tính tốn cho áp suất chế độ 20 bar 25 bar 76 4.2.3.Tổng hợp tính tốn cho năm 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 Đại Hùng 10 Hình 1.2: Thiết bị nội Mỏ Đại 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 DH-02 16 Hình 1.6: Chân đế giàn đầu giếng DH-02 18 Hình 1.7: Sơ đồ xử lý giàn DH-02 19 Hình 2.1: Sơ đồ cụm phóng nhận thoi 28 Hình 2.2: Sơ đồ tuyến ống thép cứng 29 Hình 2.3: Điểm kết nối ống cứng ống mềm đáy 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 đồ 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 đồ kết nối tuyến ống với giàn DH-01 42 Hình 3.1: Sơ đồ dòng chảy tầng 43 Hình 3.3: Các dạng dòng 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 đứng 47 Hình 3.6: Chế độ dịng chảy với vận tốc dịng khí 48 Hình 3.6: Dạng dịng 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: Đồ thị tổng hợp chế độ 14 bar 78 Hình 4.4: Đồ thị tổng hợp chế độ 25 bar 80 Bảng 1.1: PHỤC LỤC BẢNG 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: Đặc tính ống 30 Bảng 2.2: Đặc 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: Đặc tính tuyến ống động 39 Bảng 2.6: Thông số lớp tuyến ống động 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 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn thạc sỹ kỹ thuật cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu tình hình thực tế hướng dẫn PGS TS Lê Xn Lân Các số liệu, mơ hình kết luận văn trung thực, tên đề tài luận văn không trùng lặp với luận văn trước Học viên Hồng Mạnh Hùng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Giàn đầu giếng mỏ Đại Hùng (DH-02) tập trung vào khai thác khối N, đưa vào khai thác tháng 11/2011 Giàn DH-02 thiết kế giàn không người ở, trình liên quan tới vận hành điều khiển từ giàn xử lý trung tâm DH-01 Hiện giai đoạn đầu 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 tính chất dầu-khí) dựa kết thử vỉa, thí nghiệm mơ hình dịng chảy tuyến ống dựa kết dẫn tới chưa có tính thực tiễn Sau thời gian khai thác, thông 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 độ dòng chảy lên tuyến ống, tác động tới trình vận hành nội mỏ Mục đích nghiên cứu Mục đính đề tài xác định mơ hình dịng chảy tồn tuyến ống vận chuyển chất lưu khai thác từ giàn đầu giếng DH-02 sang giàn xử lý trung tâm DH-01 tương lai, dự án triển khai khu vực mỏ đưa 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 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 độ khai thác tương lai Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đề 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 đoạn ống xuyên suốt nội mỏ (đoạn ống đứng từ giàn DH-02 xuống đáy biển, đoạn từ đáy biển tới giàn DH-01, đoạn nằm vắt lên phao đỡ trung gian, đoạn thả tự nước biển đoạn lên giàn DH-01) Nội dung nghiên cứu Việc tính tốn thủy lực dựa chế độ dịng chảy tuyến ống thuộc chế độ dòng chảy (dòng chảy tầng, dòng chảy rối, dòng phun, dòng nút, dòng vành xuyến, dòng chuyển tiếp dòng tràn) Sau có tính tốn đầy đủ chế độ dòng chảy, xác định tổn hao áp suất cuối đoạn cuối tuyến ống lưu lượng dầu khí cần yêu cầu vận chuyển theo giai đoạn khác đồng thời dựa sở thực tiễn nội mỏ (yếu tố vận hành thiết bị) Phƣơng pháp nghiên cứu Để nhằm đánh giá tác động tổn hao áp suất tuyến ống, mối quan hệ dòng chảy đa pha tuyến ống Beggz Brill áp dụng cho đề 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 dòng (hệ số Froude) mối quan hệ dịng chảy pha lỏng pha khí để định tỷ trọng thực, hệ số ma sát thực, độ nhớt thực Các thông số phục vụ cho cơng tác tính tốn tổn hao áp suất đoạn ống có độc chênh cao khác nhau, dọc theo đường tuyến ống từ giàn DH-02 sang DH-01 Các kết nghiên cứu đề tài Đề tài cụ thể mơ hình dịng chảy phân đoạn ống tổn hao áp suất toàn chế độ khai thác khác thời điểm tương lai chế độ khai thác khác Dựa kết qủa để xác định biện pháp tối ưu hóa q trình vận chuyển, phù hợp với điều kiện thực tiễn mỏ Ý nghĩa thực tiễn đề tài Từ kết đạt qua toán thủy lực, xác định mơ hình dịng chảy tuyến ống phân đoạn khác nhau, xung áp xuất biến thiên tuyến ống phân đoạn 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 không bị xung động mạnh biến thiên áp suất Ngồi cịn xác định mức độ giảm áp tuyến ống chế độ lưu lượng khác nhau, từ xem xét chuyển đường dầu nhận từ giàn DH-02 vào giàn DH-01 bình tách cấp phù hợp Đảm bảo tuyến ống vận hành tối ưu hiệu Cấu trúc khối lƣợng đề tài Luận văn chia thành 04 chương riêng biệt, cụ thể Chương I giới thiệu tổng quát sơ đồ thu gom nội mỏ Chương II chi tiết tuyến ống thu gom hữa, Chương III nêu lý thuyết cụ thể mơ hình dịng chảy tồn tuyến ống đứng ống xiên chế độ lưu lượng khác cuối Chương IV tập trung vào việc tính tốn mơ hình dịng chảy áp suất tổn hao tồn tuyến ống, từ đưa giải pháp tối ưu cho trình vận chuyển Khối lượng tính tốn đề tài lớn với đầy đủ mơ hình khai thác thời điểm tương lai 10 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THU GOM Ở MỎ ĐẠI HÙNG Mỏ Đại Hùng thuộc lơ 05-1a, nằm phía Đơng-Bắc Bồn trũng Nam Cơn Sơn, cách bờ khoảng 250km (Hình 1.1), Mỏ khai thác khu vực có mực nước sâu trung bình 110m Hình 1.1: Sơ đồ lơ 05-1a, Mỏ Đại Hùng Sử dụng giàn bán tiềm thủy (Floating Production Unit -FPU) DH-01 kết nối với 12 giếng ngầm Dầu khai thác từ 11 giếng, giếng lại dùng cho công tác bơm ép (giếng 4P thuộc khối L) trì áp suất vỉa Có 03 giếng tạo thành cụm giàn (1P, 2P 3P) giếng khác có vị trí xa giàn DH-01 (4X, 4P, 5P, 6P/7P, 7X, 8P, 9P, 10P 12X Các giếng kết nối với giàn DH-01 thông qua 01 đường 71 ReNS = 428.69*1.66*0.149*103/0.1 = 1,058,161.39 Ta sử dụng cơng thức (4.47) tính fL fL = 0.0014 + 0.125/1,058,161.390.32 = 0.00287 Từ đồ thị với CL = 0.505 ta suy fNS/fL = 1.4 fNS = fL*fNS/fL = 0.00287*1.4= 0.004 ftp = 0.00503*e0.423 = 0.006 Tổn hao ma sát: ΔPf = 2*0.006*1.662*428.68*64.41/(9.81*0.149) = 299.38 kPa (0.003bar) Tính tốn tổn hao đoạn ống số Áp suất cuối đầu ống số áp suất đầu vào đoạn 4, dùng cho tính tốn thể tích khí chỗ thành phần khác P4 = Áp suất đầu vào + ΔPHH – ΔPf = 20.29 – 2.5 – 0.003 = 17.78 bar Qg=ZnRT/P = 0.935*944,223.06 (mol/ngày)*8.3144*(273+70)/(17.78*105) = 1,416.05 (m3/ngày) Vận tốc pha lỏng: Vsl = 4*1,266/(0.1492*24*60*60*3.14) = 0.84 (m/s) Vận tốc pha khí: Vsg = 4*1,416.05/(0.1492*24*60*60*3.14) = 0.937 (m/s) Vận tốc hỗn hợp: Vm = 0.84 + 0.937 = 1.777 (m/s) Chỉ số Frm: Frm = 1.7772/(9.8*0.149) = 2.15 Tỷ phần lỏng đầu vào: CL = 0.84/1.777 = 0.47 72 L*1 = 316*0.50.302 = 215.903 L*2 = 0.0009252*0.5-2.4684 = 0.0059 L*3 = 0.1*0.5-1.4516 = 0.2973 L*4 = 0.5*0.5-6.739 = 78.63 Từ giá trị ta thấy CL ≥ 0.4 L*3