- Tính toán kết quả:
PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DẦU NHIỀU PARAFIN KHI VẬN CHUYỂN
3.1. Những khó khăn, phức tạp trong vận chuyển dầu nhiều parafin.
Hệ thống thu gom, xử lý và vận chuyển dầu trên mỏ Rồng và Bạch Hổ, được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển mỏ trong một thời kỳ nhất định. Hệ thống sẽ làm việc có hiệu quả trong khoảng thời gian khi chỉ tiêu khai thác trùng hợp với các chỉ tiêu thiết kế, phần thời gian còn lại hệ thống sẽ không đủ tải hoặc là quá tải.Sang các chỉ tiêu quy hoạch và phát triển mỏ thay đổi theo thời gian, và có độ chênh lệch lớn. Bởi vậy, không thể có được một hệ thống thu gom và vận chuyển sản phẩm phù hợp cho cả quá trình phát triển mà mỏ Bạch Hổ và Rồng cũng không phải là một trường hợp ngoại lệ.
Khi vận chuyển dầu có nhiệt độ đông đặc cao, một trong những yếu tố cơ bản để giảm tổn hao nhiệt trên tuyến đường ống là bọc cách nhiệt đường ống nhưng hệ thống này đã được đưa vào hoạt động từ ngày 27/9/2001 chỉ để vận chuyển dầu từ giàn CNTT- 2 đến FSO- 3 (Tàu chứa dầu Ba Vì).
Tại mỏ Rồng và Bạch Hổ, trong điều kiện khai thác dầu ở thềm lục địa ngoài biển khơi nên cấu trúc của tất cả các đường ống đều gồm các đoạn ống đứng, các đoạn ống nằm ngang được đặt ngầm dưới nước ở đáy biển và liên kết trực tiếp với các giàn cố định, giàn nhẹ và giàn CNTT. Các đường ống được xây dựng từ các loại thép có đường kính 219.12mm ; 325.16mm và 426.16mm. Hầu hết đường ống được lắp đặt cho tới thời điểm này đều không được bọc cách nhiệt. Việc chôn vùi các đường ống vào trong các lớp đất đá dưới đáy biển cũng không được thực hiện Như vậy sẽ không bảo vệ được đường ống khỏi bị hư hỏng mà còn không đảm bảo được sự cách nhiệt tốt giữa dầu trong đường ống với môi trường nước biển bên ngoài. Để đảm bảo vận hành an toàn đường ống trong điều kiện đặc thù như vậy cần phải tìm ra các giải pháp công nghệ xử lý dầu để vận chuyển cho từng trường hợp cụ thể (phụ thuộc vào tính chất của dầu và đặc tính của đường ống).
Đường ống không được bọc cách nhiệt khi vận chuyển là rất lớn dẫn đến những phức tạp trong hệ thống thu gom và vận chuyển dầu sau đây:
Khi nhiệt độ giảm, từ trong dầu các tinh thể parafin được hình thành, khi nhiệt độ đạt tới một giá trị nào đó thì các tinh thể này sẽ liên kết với nhau tạo thành mạng tinh thể, làm tăng độ nhớt của dầu và tăng nguy cơ dầu đông đặc trong đường ống, tạo điều kiện thuận lợi thành tạo lắng đọng parafin - keo - nhựa.
Vận chuyển hỗn hợp dầu - khí trong trường hợp phải thực hiện ở nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ đông đặc của dầu, dẫn đến tổn hao áp suất trong hệ thống thu gom gia tăng. Thực tế đã ghi nhận bên trong tất cả các đường ống của hệ thống thu gom đều có một lớp parafin rắn chắc.
Khi nhiệt độ giảm quá trình kết tinh và hình thành cấu trúc mạng tinh thể parafin trong dầu bắt đầu xảy ra. Lúc này dầu biểu hiện tính chất phi Newton. Tính chất chảy của dầu thường được mô tả bằng phương trình Shvedov - Bingham. Trong quá trình hình thành cấu trúc như vậy ứng suất trượt ban đầu có thể tăng lên khá lớn. Ứng suất trượt được xác định vào một thời điểm nào đó, nó không chỉ phụ thuộc vào chế độ nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào trạng thái trước đó của dầu. Các thông số lưu biến của chất lỏng sẽ không giống nhau khi chúng được đo ở các điều kiện khác nhau và phụ thuộc vào tốc độ gia nhiệt và làm lạnh. Điều đó đã tạo ra một khó khăn lớn để có được một mô hình lưu biến mô phỏng những biểu hiện của dầu khi bơm nó qua đường ống.
Vấn đề phức tạp là việc nghiên cứu cơ chế bền vững của cấu trúc dầu (sự phụ thuộc của ứng suất trượt ban đầu theo thời gian khi dầu ở trạng thái tĩnh và không có trao đổi nhiệt). Ảnh hưởng đến ứng suất trượt ban đầu không chỉ đường ống, nhiệt độ, thời gian tự bền vững của cấu trúc mà còn do trạng thái trước đó của dầu. Vì vậy trên một mẫu duy nhất không thể xác định được sự phụ thuộc của ứng suất trượt ban đầu vào thời gian và nhiệt độ. Mỗi lần thí nghiệm cần một mẫu dầu mới được gia nhiệt và sau đó làm lạnh mẫu đó với một vận tốc cho trước tới nhiệt độ cần nghiên cứu. Giữ mẫu ở điều kiện không có sự trao đổi
nhiệt, ở trạng thái tĩnh trong một khoảng thời gian nhất định sau đó tiến hành đo. Quá trình đo được tiến hành với vận tốc biến dạng của mẫu dầu bộ nhất. Kết quả thu được có thể sử dụng làm cơ sở để đánh giá khả năng khởi động lại đường ống sau khi ngừng bơm và xác định được thời gian dừng đường ống an toàn. Kết quả tốt nhất vẫn là số liệu thu được khi thử nghiệm trên các đường ống thực tế ngoài mỏ. Thế nhưng trong nhiều trường hợp điều đó không thể thực hiện được, bởi vậy Viện NCKH và TK dầu khí biển đã thiết kế một mô hình đường ống. Mô hình này được chế tạo bằng thép không rỉ có đường kính trong là 7mm và chiều dài 17,52m. thể tích của mô hình đường ống là 681cm3.
Toàn bộ đường ống được lắp đặt trong thùng chứa nước cùng với bộ ổn nhiệt. Để tạo áp suất đẩy cần thiết cho dầu dịch chuyển đã sử dụng khí nitơ nén. Áp suất của khí nitơ được điều chỉnh bằng bộ giảm áp và đo bằng áp kế chuẩn. Những kinh nghiệm tích luỹ được cho thấy rằng, nếu thí nghiệm được tiến hành theo đúng các điều kiện mô phỏng thì các số liệu thu nhận được ngoài thực tế và trên mô hình sẽ tương đương nhau.
Khi vận chuyển sản phẩm khai thác từ các giàn nhẹ về giàn cố định hoặc đến FSO - 3 với hàm lượng nước gia tăng thì vấn đề gia tăng tổn hao áp suất và xung động dòng gây ra là rất lớn. Vận chuyển dầu có hàm lượng nước nhiều hơn 68% sẽ tạo điều kiện cho pha nước tiếp xúc với bề mặt của đường ống và dẫn đến nguy cơ ăn mòn rất cao. Còn nếu như hàm lượng nước nhỏ hơn 68% thì có thể tránh được hiện tượng này nhưng lại khó khăn do áp suất bơm dầu cao.
Việc vận chuyển dầu mỏ Rồng đến kho nổi chứa xuất dầu FSO-3 gặp rất nhiều khó khăn do lưu lượng bơm thấp trong khi đường ống lại quá lớn, dễ gây nguy cơ lắng đọng parafin trên thành ống, thậm chí có thể làm tắc đường ống. Để giải quyết vấn đề này, đồng thời tẩy lớp lắng đọng keo - nhựa - parafin tạo thành trong đường ống thì vận tốc dòng chảy trong đường ống phải được nâng lên đến giá trị tới hạn bằng cách bơm vào đường ống đang vận chuyển dầu một lượng nước sao cho hàm lượng nước của dầu đạt từ 68% trở lên. Sau khi lớp keo - nhựa - parafin mềm tạo thành trên đường ống bị cuốn theo dòng nhũ dầu -
nước ở chế độ chảy rối. Lúc đó năng lực của đường ống dần được phục hồi và cuối cùng là đường kính hiệu dụng của nó tăng lên.
Vận chuyển sản phẩm có hàm lượng nước cao với lưu lượng nhỏ sẽ xảy ra hiện tượng phân lớp trong đường ống của hệ thống thu gom.Nhũ tương dầu nước sẽ phân chia thành lớp dầu và nước.Nước sẽ tích tụ lại trong các đoạn ống có vị trí thấp gây nên hiện tượng ăn mòn. Ngoài ra, sản phẩm của quá trình ăn mòn (oxít sắt) ở trong nhũ sẽ tạo điều kiện thuận lợi hình thành nhũ đa thành phần có độ bền cao và để xử lý loại nhũ này cần phải sử dụng những phương pháp đặc biệt.
Trong thực tế khai thác dầu, phần lớn các sản phẩm khai thác từ giếng, trong một chừng mực nào đó, thường có chứa một lượng nước vỉa nhất định và trong quá trình chuyển động dọc thân giếng, đường ống, hiện tượng xung rối sẽ hình thành nhũ tương. Trong những điều kiện thuỷ động lực nhất định, nhũ tương này có thể bị phân lớp trong đường ống dẫn của hệ thống thu gom dầu khí. Quá trình phân lớp nhũ tương, sẽ dẫn đến quá trình hình thành và tích tụ nước ở một số vị trí của đường ống dẫn. Điều này sẽ làm tăng nhanh quá trình ăn mòn bân trong ống và tăng ma sát thủy lực đường ống, giảm đường kính hiệu dụng của hệ thống đường ống dẫn.
Những vấn đề phức tạp trong khai thác dầu ở mỏ Rồng và Bạch Hổ là ăn mòn thiết bị khai thác (đường ống, bể chứa . . .). Cặn asphalten - nhựa - parafin và các chất vô cơ thường làm bít đường ống dẫn. Bên cạnh đó thiết bị khai thác dầu hiện nay đang hoạt động được làm từ thép cacbon không tráng phủ lớp bảo vệ bên trong, do đó khả năng bị ăn mòn và tốc độ ăn mòn rất cao.
Đường ống không được bọc cách nhiệt, tổn hao nhiệt khi vận chuyển là rất