Đồ án Tính toán công nghệ và chọn bình tách ngang trên giàn CTP-2 mỏ Bạch Hổ

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, dầu khí đã trở thành nguồn tài nguyên cung cấp năng lượng chủ yếu cho con người, cả trong lao động sản xuất lẫn trong cuộc sống hàng ngày. Chính vì vậy mà ngành công nghiệp dầu khí ở các nước trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã trở thành một ngành chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Trong công nghiệp dầu khí việc tách các pha khi khai thác dầu thô từ giếng khai thác lên là một công việc hết sức quan trọng. Việc tách riêng từng pha giúp cho việc vận chuyển được một cách dễ dàng, không những thế mà nó còn tránh được một số hiện tượng khi vận chuyển như: sự lắng đọng Parafin, tạo bọt khí, tạo nhũ tương. Tách các pha là một việc làm cần thiết để có dầu thương phẩm và thu được một lượng khí nhất định có thể sử dụng trực tiếp cho việc khai thác dầu. Đảm nhiệm việc tách pha lỏng - khí và xử lý chất lưu, dùng thiết bị tách pha. Để nâng khả năng tách nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng nhiên liệu ngày càng cao của xã hội, ngoài việc phải đẩy nhanh công tác tìm kiếm thăm dò và đưa các mỏ mới vào khai thác thì việc nghiên cứu thiết bị tách pha lỏng - khí trong khai thác dầu khí, từ đó làm sạch các chất lưu đạt tới giá trị thương mại và tiêu chuẩn môi sinh cao nhất là việc hết sức quan trọng. Với mong muốn được vận dụng những kiến thức học được, cùng với sự tâm đắc của bản thân về các thiết bị tách sản phẩm khai thác, em chọn đề tài mang tên: “Nghiên cứu hệ thống tách pha dầu khí nội mỏ Bạch Hổ”, chuyên đề: “Tính toán công nghệ và chọn bình tách ngang trên giàn CTP-2 mỏ Bạch Hổ”. Trong thời gian thực tập tìm hiểu thực tế và sưu tập tài liệu. Do số lượng tài liệu và thời gian nghiên cứu hoàn thành đồ án cũng như kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi có những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, các nhà chuyên môn và các bạn đồng nghiệp để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo bộ môn Thiết bị dầu khí và Công trình - khoa Dầu khí, các bạn cùng lớp và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của Thạc sĩ Đào Thị Uyên, người đã hướng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này. Hà Nội, ngày 04 tháng 05 năm 2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Cường B CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ TÁCH PHA VÀ HỆ THỐNG THU GOM - VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ Ở MỎ BẠCH HỔ 1.1. Hệ thống khai thác dầu khí Khai thác dầu khí bao gồm các công việc liên quan tới việc điều khiển dòng chảy HC qua các công đoạn khác nhau để thu được dầu - khí có giá trị thương mại. Tính hợp lý được thực hiện thông qua hai thông số là lưu lượng và áp suất, đòi hỏi việc thực hiện khai thác được một số lượng lớn nhất từ giá trị tại chỗ với chi phí ít nhất có thể, với một tốc độ khai thác theo yêu cầu của phát triển kinh tế và tốc độ đầu tư. Dòng HC trong dây chuyền khai thác có thể chia ra 3 giai đoạn: Đến nhà máy chế biến khí Đến nhà máy lọc dầu Máy nén khí Nước thải Bể chứa và trạm bơm Nước ép vỉa 3 Xử lý nước pwf pr pwb 2 1 Ống gom nước vỉa Xử lý dầu Ống gom dầu Ống gom khí Trạm xử lý khí Tách pha lỏng khí Mỏ HC Giếng HC Hình 1.1. Toàn cảnh hệ thống khai thác dầu khí 1.1.1. Dòng từ vỉa (Tầng chứa) vào đáy giếng Đây thực chất là một dòng thấm còn gọi là dòng chảy qua môi trường rỗng. Định luật thấm tuyến tính Darcy là cơ sở để mô tả dòng bằng toán học. Khi mô tả dòng khí, người ta còn vận dụng thêm định luật thấm phi tuyến Forchheimer. Điều kiện để có dòng chảy này là áp suất chất lưu trong lỗ rỗng pr phải lớn hơn áp suất ở đáy giếng pwf. Việc điều chỉnh dòng thông qua sự thay đổi áp suất đáy giếng pwf và áp suất vỉa pr. Giá trị pr ban đầu quyết định mức năng lượng tự nhiên, Khi suy giảm tới mức cần thiết ta có thể bổ sung bằng giải pháp nhân tạo: ép nước, ép khí. Mục đích cuối cùng của việc điều chỉnh là phải "kéo" được nhiều dầu khí nhất vào đáy giếng và với tiêu hao năng lượng vỉa ít nhất. 1.1.2. Dòng chảy từ đáy giếng lên miệng giếng Dòng chảy được kiểm soát bởi hai giá trị áp suất đáy pwf và miệng giếng pwh. Để có dòng chảy, áp suất pwf phải đủ lớn để sau khi chảy qua ống thẳng đứng còn lại giá trị dư là pwh. Dòng chảy trong ống được mô tả bằng định luật Bernoulli; Giếng dầu khí dù có thể nghiêng, cong, thẳng đứng ta vẫn xem bản chất là dòng chảy trong ống thẳng đứng vì bao giờ cũng có tổn hao thuỷ tĩnh. Tính hợp lý của dòng chảy là phải ít tổn hao năng lượng, đánh giá qua gradien áp suất với giá trị bé nhất. Mô tả và điều khiển dòng này là đối tượng của môn học khai thác giếng nói riêng hoặc kỹ thuật giếng nói chung. Giá trị áp suất đầu vào pwf có thể được bổ sung nhân tạo từ trên mặt bằng khí ép, điện, thuỷ lực hoặc năng lượng cơ học. 1.1.3. Dòng chảy trong hệ thống thu gom Được xem là dòng chảy trong ống nằm ngang. Điểm xuất phát là miệng giếng với thế năng áp suất pwh và điểm cuối cùng là bể chứa dầu thương mại (với pha lỏng) và sau trạm xử lý khí (với pha khí). Giá trị của pwh cũng như thiết bị tách pha ps phụ thuộc vào đặc tính hệ thống thu gom. Trong hệ thống kín các giá trị này phải cao hơn hệ thống hở. Sau thiết bị tách pha, dòng khí và dầu sẽ chảy riêng biệt qua các thiết bị công nghệ như tách pha bậc thấp hơn, xử lý - làm sạch các chất lưu cho đạt tới tiêu chuẩn thương mại. Để duy trì dòng chảy này, năng lượng được bổ sung nhờ các thiết bị bơm ép. 1.2. Sơ đồ thu gom dầu khí 1.2.1. Yêu cầu, nhiệm vụ của hệ thống Hệ thống thu gom dầu khí có các nhiệm vụ: - Tập hợp sản phẩm từ tất cả các giếng riêng rẽ, từ các khu vực trong mỏ lại với nhau. - Đo lường chính xác về số lượng và chất lượng của các thành phần trong sản phẩm khai thác theo những mục đích khác nhau. - Xử lý chất lưu khai thác thành các sản phẩm thương mại. Việc phân chia các sơ đồ thu gom thường căn cứ vào áp suất làm việc của thiết bị đo tách tại các trạm khu vực, được phân chia ra hệ thống kín, hệ thống hở; căn cứ vào đặc điểm địa hình: trên đất liền, ngoài biển, địa hình phẳng hoặc dốc, căn cứ vào tính chất hóa lý của dầu như dầu nặng nhẹ, dầu nhiều paraffin, dầu nhiều lưu huỳnh… Khi thiết kế một hệ thống thu gom cần phải căn cứ vào yếu tố tự nhiên và khả năng kỹ thuật, bao gồm: khả năng mặt bằng, địa hình của mỏ, khí hậu của vùng, năng lượng vỉa (áp suất, nhiệt độ), tính chất hóa lý của chất lưu. Về phương diện kỹ thuật phải căn cứ vào nguyên tắc, sơ đồ hệ thống đã lựa chọn, các phương pháp tác động vào vỉa và giá trị áp suất miệng giếng khi khai thác. 1.2.2. Sơ đồ thu gom hở Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: Trong sơ đồ hở (hình 1.2,a), áp suất của thiết bị tách đo có giá trị thấp, gần xấp xỉ với giá trị áp suất khí quyển. Tại đó thực hiện quá trình tách khí sâu, mức độ tách cao. Sơ đồ này được sử dụng phổ biến cho các thiết kế cách đây 3 đến 4 thập kỷ. Sau khi tách, dầu và khí đi theo các tuyến ống riêng biệt cho nên thường gọi là sơ đồ hai tuyến ống thu gom. Khí sau khi tách với áp suất dư 3 ÷ 5 kG/cm2 còn có thể tiếp tục chảy đến trạm xử lý. Còn dầu muốn tự chảy được phải tạo cho tuyến ống một độ dốc nào đó nên thông thường thiết bị tách được bố trí cao hơn mặt bằng tự nhiên, song phổ biến nhất là phải lắp trạm bơm đẩy. Hình 1.2. Sơ đồ thu gom hở và kín Chú thích: 1. Miệng giếng khai thác 5. Đường gom dầu 2. Ống xả 6. Đường gom hỗn hợp 3. Thiết bị tách đo 7. Đường xả một phần khí 4. Đường gom khí 8. Máy bơm Sơ đồ thu gom hở có ưu việt là việc đo lường cho các giếng chính xác vì áp suất thấp, giá trị dao động nhỏ, mặt khác giá trị áp suất miệng giếng bé nên có thể kéo dài khả năng tự phun, giảm được chi phí năng lượng khi khai thác cơ học (gaslift, bơm). Ngoài ra, do giá trị áp lực thấp nên mức độ an toàn khi vận hành cao. Tuy vậy, trong thời gian gần đây, ở các mỏ hiện đại, các sơ đồ này không còn được sử dụng do các hạn chế lớn. Trước hết chi phí đầu tư cao, do phải đầu tư hai tuyến ống riêng biệt, do phải trang bị thêm các trạm bơm, việc vận hành phải sử dụng nhiều nhân lực. Khi dùng sơ đồ này, sự hao hụt dầu tương đối cao từ 3 ÷ 5% do sự bay hơi thành phần nhẹ vào trong khí quyển. 1.2.3. Sơ đồ thu gom kín. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: Trong sơ đồ kín (hình 1.2 b, c), áp suất của bình tách đo tại các trạm có giá trị lớn, khí sau khi được tách để thực hiện việc đo lường, phần lớn hoặc toàn bộ được gộp lại với dầu và chảy cùng một ống gom còn gọi là sơ đồ một tuyến ống. Trong ống gom, dòng chảy là dòng hai pha khí - lỏng. Các thiết kế trong thời gian gần đây đều hướng theo sơ đồ kín vì có một số ưu thế nhất định sau. Ưu điểm: - Dòng chảy trong ống gom gồm hai pha khí lỏng, tốc độ lớn và tốc độ sẽ tăng dần theo chiều dài tuyến ống, giảm sự lắng đọng của vật liệu cơ học. Đặc biệt với dầu có nhiều parafin, hỗn hợp lỏng khí hạn chế sự kết tinh và cùng với tốc độ lớn sẽ góp phần ngăn ngừa sự lắng đọng, giảm nguy cơ tắc nghẽn đường ống. - Giảm kinh phí đầu tư và vận hành nhờ tiết kiệm được kim loại, giảm được số lượng nhân lực vận hành, giảm được công suất bơm đẩy. - Sơ đồ cho phép tăng khả năng tự động hóa. Nhược điểm: - Đo lường không chính xác do áp lực bình tách đo cao và khó loại trừ các va đập áp suất. - Đòi hỏi áp lực miệng giếng cao nên sẽ giảm thời gian tự phun và khi chuyển qua khai thác cơ học sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng hơn. - Có thể xảy ra rò rỉ qua các đầu mối, van… - Các dao động áp suất với biên độ lớn có thể làm đứt đường ống, làm mất tác dụng các thiết bị đo - kiểm tra, chất lượng tách khí của thiết bị tách sẽ xấu đi và có thể làm gián đoạn sự làm việc ở các giếng tự phun. Khi thiết bị tách làm việc kém dẫn tới hàm lượng khí ở các trạm chứa thương mại cao, có thể gây ra các sự cố nghiêm trọng như cháy, nổ, ngộ độc. 1.2.4. Sơ đồ thu gom trên biển. Bắt đầu từ những năm 70 của thế kỷ trước, tỷ lệ dầu được khai thác từ các thềm lục địa ngày càng gia tăng. Phần lớn các quốc gia ở Đông Nam Á, sản lượng khai thác ngoài biển là chủ yếu. Riêng nước ta hiện nay, tỷ lệ này là 100%. Dầu sản xuất ngoài biển đắt hơn trên đất liền do phải xây dựng một hệ thống thu gom tốn kém. Các sơ đồ được lựa chọn tùy thuộc vào cự ly so với đất liền và chiều sâu nước biển. Với các mỏ gần bờ, người ta xây dựng các giàn nhẹ để thi công 4 ÷ 6 giếng, các giàn này nối với bờ bằng các cầu vượt bằng thép hoặc bê tông, vừa là đường giao thông, vừa để lắp đặt các ống xả. Hỗn hợp theo các ống xả vào đất liền. Các trạm tách đo, xử lý đều bố trí trên bờ. Với các mỏ xa bờ, trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển, độ ngậm nước còn thấp thì dầu đã tách khí có thể được chở về đất liền để xử lý. Khi việc phát triển mỏ đã bước qua giai đoạn ổn định thì tất cả mọi công đoạn thu gom, xử lý đều phải tiến hành ngoài biển. Dầu thương mại đưa vào bờ bằng tàu chở dầu hoặc đường ống, còn khí vận chuyển nhờ đường ống là chủ yếu, nếu dùng tàu thì khí phải hóa lỏng. Điều kiện biển nông, các trạm thu gom khu vực là các giàn cố định, tất cả các đầu giếng đều bố trí trên giàn, cao hơn mặt nước biển. Nếu biển nông (20 ÷ 30 m), khí tượng không phức tạp, mật độ giếng cao thì các đường ống gom sẽ được lắp trên các cầu dẫn nối liền các giàn với nhau. Ở điều kiện ngược lại thì hệ thống ống thu gom sẽ bố trí dưới đáy biển. Trong sơ đồ thu gom với đầu giếng ngầm, khi chiều sâu nước biển vượt 90 ÷ 100 m, việc xây dựng các trạm thu gom kiểu giàn cố định là không kinh tế mà phải dùng các giàn nổi, các đầu giếng bố trí ngầm trong nước, các ống xả và thu gom là các ống mềm. Tùy theo chiều sâu, các đầu giếng được lắp ngay trên đáy biển hoặc ở một độ sâu nào đó thợ lặn có thể tới được để an toàn cho đầu giếng, các phương tiện vận tải biển vận hành an toàn. 1.2.5. Hệ Thống thu gom - vận chuyển dầu khí ở mỏ Bạch Hổ Bạch Hổ là mỏ nằm ngoài khơi cách đất liền khoảng (100 ÷ 130) km. Chiều sâu mực nước biển tại nơi khai thác là 50 ÷ 70 m. Vì vậy mọi công đoạn thu gom, xử lý đều được tiến hành ngoài biển, dầu được đưa vào bờ bằng các tàu. Do vậy hệ thống thu gom, vận chuyển dầu khí ở mỏ Bạch Hổ bao gồm 2 phần chính: - Hệ thống thu gom trong từng giàn (hệ thống này được đặt trên từng giàn cố định hoặc giàn công nghệ trung tâm). - Hệ thống thu gom từ các giàn về các trạm rót dầu không bến (hay còn gọi là các tàu chứa hoặc kho nồi xuất chứa dầu). Hệ thống thu gom trên giàn cố định Giàn cố định dùng để khoan khai thác đồng thời 16 ÷ 24 giếng. Dầu khai thác trên giàn cố định lần lượt được tách khí trong các bình tách bậc 1 thể tích 12,5/25 m3 và sau đó trong bình tách bậc 2 vừa đồng thời làm nhiệm vụ bình chứa thể tích 100 m3. Cuối cùng, dầu được tách khí từ các bình chứa được bơm đi các kho nổi chứa/xuất dầu (XNXCD). Khí tách ra được dẫn qua hệ thống đuối của giàn cố định. Trên giàn cố định sản lượng khai thác dầu và khí của từng giếng có thể xác định bằng cách cho dòng chất lưu đi qua bình đo. Sau đó được tách, khí và dầu được dẫn ra các đường ống riêng biệt để đo lưu lượng. Khối lượng dầu bơm đi khỏi giàn cũng được đo đạc và thống kê nhờ hệ thống đo đặt trên đầu ra của máy bơm. Trên các giàn cố định không có thiết bị xử lý nước, vì vậy không thể tiến hành tách và xử lý nước. Bảng 1.1. Thông số làm việc của các giàn tách khí sơ bộ trên các giàn nhẹ Giàn Áp suất, atm Lưu Lượng Pvào Pkhí Pkhí Ql, m3/ngđ Qd, t/ngđ Qd, t/ngđ BK3 20,5 12,5 20 7274 4882 10215583 21 14 20,5 7034 4776 955873 20 14 18 6715 4577 855220 BK4 20 18,5 17,5 5297 3706 68320 20 13,5 17 5441 3768 708000 20 12,8 17,2 5264 3661 698000 BK5 20 12,8 19,5 1744 1332 213980 20 13,5 18 2212 1683 270862 20 12,8 19,3 2232 1699 269664 BK6 26 11,5 22 8228 5866 1069024 20 13,6 16,3 8426 1540 1135614 20 13,5 15,7 8710 1519 10874496 BK8 28 15,5 18,8 2050 1540 257492 20,5 15,5 19,5 2043 1519 261094 27 15,5 19 2022 1527 251481 Bảng 1.2. Các thông số của bình tách áp lực trên giàn cố định Giàn Thể tích,m3 Công suất thiết kế Công suất thực tế Chất lỏng, T/ngđ Chất khí, ng.m/ngđ Chất lỏng, T/ngđ Chất khí, ng.m/ngđ MSP-1 12,5 2400 480 2400 480 16,5 3200 6400 2600 520 CTP-2 25 5000 1000 5000 1000 25 5000 1000 5000 1000 75 5000 1000 5000 1000 MSP-3 12,5 2400 300 800 100 MSP-4 12,5 2400 300 2400 100 MSP-5 12,5 2400 300 800 100 MSP-6 25 2400 600 2400 300 MSP-7 25 2400 600 - - MSP-8 25 2400 600 3400 850 MSP-9 25 5000 1000 5000 1000 MSP-10 25 2400 600 2400 500 MSP-11 25 2400 600 2400 500 Tổng 48800 10020 44600 8450 1.3. Tổng quan về thiết bị tách pha Thiết bị tách là một thuật ngữ dùng để chỉ một bình áp suất sử dụng để tách chất lưu thành các pha khí và lỏng. Các thiết bị truyền thống thường gọi là bình tách hoặc bẫy, lắp đặt tại vị trí sản suất hoặc ở các giàn ngay gần miệng giếng, cụm phân dòng, trạm chứa để tách chất lỏng giếng thành khí và lỏng. Do bố trí gần đầu giếng nên được thiết kế với tốc độ dòng tức thời cao nhất. Các thiết bị chỉ dùng để tách nước hoặc chất lỏng (dầu + nước) ra khỏi khí, thường có tên gọi là bình nốc ao hoặc bẫy. Nếu thiết bị tách nước lắp đặt gần miệng giếng thì khí và dầu lỏng thoát ra đồng thời còn nước tự do thoát ra ở phần đáy bình. Còn ở các bình tách lỏng cho phép tách tất cả chất lỏng ra khỏi khí thì dầu và nước thoát ra ở đáy bình, còn khí thoát ra ở phần đỉnh bình. Thiết bị tách truyền thống làm việc ở áp suất thấp, thường gọi là buồng Flat. Chất lưu vào từ các bình tách cao áp, còn chất lưu đi ra được truyền tới các bể chứa, cho nên thường đóng vai trò bình tách cấp hai hoặc cấp ba, có vai trò tách khí nhanh. Hệ thống các thiết bị tách dầu khí Hình 1.3. Hệ thống các thiết bị tách dầu khí Chú thích: 1. Manifold cho khai thác và thử giếng với 3 đường van được điều khiển bởi chương trình thử giếng tự động bằng khí nén hoặc điện 2. Giếng số 7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 3. Áp suất dòng chảy 4. Đường thử áp suất cao 5. Dòng 2 hoặc 3 pha 6. Thiết bị thử giếng 7. Thiết bị thử giếng áp suất cao 8. Thiết bị thử giếng áp suất thấp 9. Đường ống dẫn khí 10. Thiết bị tách bậc nhất, tách ở áp suất cao 11. Thiết bị tách bậc nhất, tách ở áp suất thấp 12. Thiết bị tách bậc hai, tách ở áp suất cao 13. Đường dẫn khí áp suất cao 14. Đường dẫn khí áp suất thấp 15. Đường dẫn dầu đi cất chứa 16. Thiết bị xử lý nhũ tương 17. Thiết bị đo thể tích 18. Đường xả nước muối sau khi đã đo thể tích 19. Đường ống dẫn khí 20. Bồn năng luợng 21. Đường thoát hơi 22. Đường cất chứa dầu/đường khí áp suất cao/đường khí áp suất thấp 23. Chương trình thử giếng tự động 1.3.1. Các phương pháp tách dầu ra khỏi khí Trong dòng khí thường có những bụi dầu dạng sương mù hoặc thậm chí còn là các giọt dầu. Để tách chúng ra, trong thiết bị tách thường lắp bộ chiết sương. Tuy nhiên dòng khí khi ra khỏi bình tách vẫn có một lượng dầu nhất định tùy thuộc vào sự hoàn thiện về kỹ thuật và dầu sẽ ngưng tụ do giảm nhiệt độ. Các phương pháp dùng để tách dầu ra khỏi khí trong bình tách bao gồm: Trọng lực, va đập, thay đổi hướng và tốc độ chuyển động dòng hỗn hợp, dùng lực ly tâm, cơ chế keo tụ và thấm. 1.3.1.1. Phương pháp tách trọng lực Nguyên lý tách dựa vào sự chênh lệch về tỷ trọng. Bởi vì khí nhẹ hơn dầu. Theo các nhà nghiên cứu ở điều kiện chuẩn các giọt dầu nặng hơn khí tự nhiên từ 400 đến 1600 lần. Tuy nhiên khi áp suất và nhiệt độ tăng thì sự chênh lệch đó sẽ giảm nhanh. Chẳng hạn ở áp suất 50 at thì sự chênh lệch chỉ còn từ 6 đến 10 lần. Nếu kích thước các giọt đủ lớn thì chúng sẽ dễ dàng lắng đọng và tách ra. Tuy nhiên điều đó ít xảy ra vì kích thước các hạt lỏng thường bé làm cho chúng có xu hướng nổi trong khí và không thể tách ra khỏi dòng khí trong thời gian ngắn, đặc biệt nếu tốc độ dòng khí cao. Các hạt chất lỏng có kích thước từ 100 µm trở lên được tách nhờ cơ chế phân ly trọng lực, còn các hạt có kích thước nhỏ hơn cần nhờ đến bộ chiết sương. 1.3.1.2. Phương pháp tách va đập Khi dòng khí có chứa hỗn hợp lỏng va đập vào tấm chắn, khi đó chất lỏng sẽ được giữ lại trên bề mặt tấm chắn, chúng sẽ nhập lại với nhau thành các hạt lớn và lắng xuống dưới nhờ tác dụng của trọng lực. Khi hàm lượng chất lỏng cao hoặc kích thước các hạt chất lỏng bé, lúc này để tách có hiệu quả cần phải tạo ra nhiều va đập nhờ vào sự bố trí các tấm chắn kế tiếp nhau theo những góc nghiêng nhất định. 1.3.1.3. Phương pháp thay đổi hướng và tốc độ chuyển động Cơ chế này dựa trên nguyên tắc lực quán tính của chất lỏng lớn hơn chất khí. Khi dòng khí có mang theo chất lỏng gặp các chướng ngại vật sẽ thay đổi hướng chuyển động một cách đột ngột. Do có quán tính lớn, chất lỏng vẫn tiếp tục đi theo hướng cũ, va vào bề mặt vật cản và dính vào đó, chập lại và dính vào với nhau tạo thành những giọt lớn và lắng xuống dưới nhờ trọng lực. Còn chất khí do có quán tính bé hơn, chấp nhận sự thay đổi hướng một cách dễ dàng và bỏ lại các hạt chất lỏng để bay theo hướng mới. Vai trò của quán tính cũng được vận dụng để tách lỏng - khí bằng phương pháp thay đổi tốc độ dòng khí đột ngột. Khi giảm tốc độ dòng khí đột ngột, do quán tính chất lỏng lớn sẽ vượt lên trước và tách ra khỏi chất khí. Ngược lại khi tăng tộc một cách đột ngột thì chất khí sẽ vượt lên trước nhờ quán tính bé hơn. 1.3.1.4. Phương pháp sử dụng lực ly tâm Khi dòng hơi chứa lỏng buộc phải chuyển động theo quỹ đạo vòng với tốc độ đủ lớn, lực ly tâm sẽ đẩy chất lỏng ra xa hơn, bám vào thành bình, chập dính với nhau thành các giọt lớn và lắng xuống dưới nhờ trọng lực. Còn chất khí do có lực ly tâm bé nên sẽ ở phần giữa bình và thoát ra ngoài theo đường thoát khí. Đây là một trong các phương pháp hiệu quả nhất để tách lỏng ra khỏi khí. Hiệu quả sẽ tăng cùng với sự tăng tốc dòng khí, nên ta có thể giảm được kích thước của thiết bị. 1.3.1.5. Phương pháp đông tụ Các đệm đông tụ là một phương pháp có hiệu quả để tách lỏng ra khỏi khí tự nhiên. Một trong các ứng dụng phổ biến nhất là tách dầu trong hệ thống vận chuyển và phân phối khí. Vì lúc đó tỷ lệ lỏng trong khí nói chung là thấp. Để tách lỏng trong đệm đông tụ sử dụng tập hợp các cơ chế: va đập, thay đổi hướng, thay đổi tốc độ dòng và keo tụ. Hiệu quả phụ thuộc vào diện tích có thể tập hợp và chập dính các hạt chất lỏng. Khi dùng đệm cho các thiết bị tách, người ta thường lưu ý hai điều: các đệm nếu được chế tạo từ vật liệu dòn rất dễ hỏng khi vận chuyển và lắp đặt; các đệm kiểu lưới thép đan có thể bị tắc bít do lắng động Parafin và các vật liệu khác. 1.3.1.6. Phương pháp thấm Trong một số trường hợp, phương pháp thấm cũng phát huy tác dụng tốt. Vật liệu xốp có tác dụng loại bỏ hoặc tách dầu ra khỏi dòng khí. Khí qua vật liệu xốp sẽ chịu va đập, thay đổi hướng và tốc độ chuyển động. Khi đó khí dễ dàng đi qua, còn các hạt chất lỏng được giữ lại. Để thực hiện quá trình tách dầu ra khỏi khí, người ta phải sử dụng kết hợp nhiều cơ chế tách khác nhau để thu được dòng sản phẩm có chất lượng tốt với hàm lượng pha lỏng cần lẫn trong khí ở hàm lượng cho phép. 1.3.2. Các phương pháp tách khí ra khỏi dầu Dựa trên ba cơ chế: cơ học, nhiệt học và hóa học. Việc tách khí ra khỏi dầu là một việc cần thiết để thu được dầu có đủ tiêu chuẩn xuất khẩu. Bên cạnh đó việc tách khí ra khỏi dầu còn thu được một lượng rất lớn để sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau. 1.3.2.1. Các giải pháp cơ học Thực hiện quá trình tách bằng cách tạo dao động, va đập, lắng và lực ly tâm. - Các rung động điều hòa có kiểm soát tác động lên hỗn hợp cần tách sẽ làm giảm sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu giúp cho quá trình tách khí dễ dàng hơn khi đó các bọt khí sẽ liên kết lại với nhau và thoát lên trên. - Quá trình va đập: trên đường hỗn hợp dầu khí đi vào bình tách, nhờ các chi tiết tạo ra sự va đập ở trong bình sẽ tạo ra những va đập cần thiết để phân tán dầu cho khí thoát ra, các tấm chắn còn được bố trí trên đường lắng của dầu để trải dầu thành những lớp mỏng trên đường chảy xuống phần lắng làm tăng hiệu quả tách bọt khí. - Quá trình lắng: quá trình này cần một khoảng thời gian đủ để khí tự do tách ra khỏi dầu. Việc kéo dài thời gian lưu trữ sẽ kéo theo sự gia tăng đường kính và chiều sâu lớp chất lỏng trong bình tách. Tuy nhiên, nếu chiều sâu lớp chất lỏng lắng quá lớn lại gây cản trở quá trình thoát khí tự do. - Dưới tác dụng của lực ly tâm thì dầu nặng hơn sẽ được giữ lại ở thành bình còn khí sẽ chiếm vị trí giữa bình. 1.3.2.2. Giải pháp nhiệt Nhiệt đóng vai trò làm giảm sức căng bề mặt trên các bọt khí và giảm độ nhớt của dầu, giảm khả năng lưu trữ khí bằng thủy lực. Phương pháp hiệu quả nhất để làm nóng dầu thô là cho chúng đi qua nước nóng. Trước hết dầu được phân tán thành các tia hoặc các mạch nhỏ để tăng khả năng tiếp xúc dầu với nước nóng, chảy qua nước nóng đi lên, kết hợp với các rung động các bọt khí sẽ keo tụ và tách ra khỏi dầu. Đây là phương pháp hiệu quả nhất với các loại dầu bọt, tuy vậy không dùng cho các bình tách mà chỉ áp dụng cho các bể chứa công nghệ. Nhiệt được cung cấp trực tiếp bởi nồi hơi và qua các bộ phận trao đổi nhiệt. 1.3.2.3. Giải pháp hóa học Tác dụng chính của hóa chất là giảm sức căng bề mặt, làm giảm xu hướng tạo bọt của dầu và do đó tăng khả năng tách khí. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 2.1. Chức năng của bình tách 2.1.1. Chức năng cơ bản Bao gồm tách dầu khỏi khí, tách khí khỏi dầu và tách nước khỏi dầu. Việc tách khí có thể được bắt đầu khi chất lỏng đi từ vỉa vào giếng, khi di chuyển trong ống nâng và ống xả. Vì vậy những trường hợp trước khi vào bình tách, dầu khí đã được tách hoàn toàn, lúc đó bình tách chỉ còn tạo không gian cho khí và dầu đi theo đường riêng. Sự chênh lệch mật độ lỏng - khí nói chung bảo đảm cho quá trính tách dầu, tuy nhiên vẫn cần đến các phương tiện cơ khí chẳng hạn như bộ chiết sương và các phương tiện khác trước khi xả dầu, khí ra khỏi bình. Tốc độ giải phóng khí ra khỏi dầu là một hàm số biến thiên theo áp suất và nhiệt độ. Thể tích khí tách ra khỏi dầu phụ thuộc vào tính chất vật lý và hoá học của dầu thô, áp suất và nhiệt độ vận hành, tốc độ lưu thông, hình dáng kích thước của bình tách và nhiều yếu tố khác. Tốc độ lưu thông qua bình và chiều sâu lớp chất lỏng ở phần thấp quyết định thời gian lưu giữ hoặc thời gian lắng. Thời gian này thường từ 1 ÷ 3 phút là thoả mãn trừ trường hợp dầu bọt, còn phải tăng lên từ 5 ÷ 20 phút tùy theo độ ổn định của bọt và kết cấu của bình, chung nhất là từ 2 ÷ 4 phút, loại 2 pha từ 20 giây đến 2 phút, loại 3 pha từ 2 đến 10 phút, khoảng thời gian có thể gặp là từ 20 giây đến 2 giờ. Hệ thống khai thác và xử lý đòi hỏi phải tách hoàn toàn khí hoà tan, bao gồm rung lắc, nhiệt, keo tụ, lắng. Nếu dầu có độ nhớt cao hoặc sức săng bề mặt lớn thì phải sử dụng các vật liệu lọc. Nước trong chất lưu giếng cần được tách trước khi đi qua các bộ phận giảm áp như van, vòi để ngăn ngừa sự ăn mòn, tạo thành hydrat hoặc tạo thành nhũ tương bền gây khó khăn cho việc xử lý. Việc tách nước thực hiện trong các thiết bị 3 pha bằng cơ chế trọng lực kết hợp với hoá chất. Nếu thiết bị có kích thước không đủ lớn để tách theo yêu cầu thì chúng sẽ được tách trong các bình tách nhanh lắp ở đường vào hoặc ra của thiết bị tách có vai trò tách sơ bộ hoặc bổ sung. Nếu nước bị nhũ hoá thì cần có hoá chất để khử nhũ. 2.1.2. Chức năng phụ Bao gồm duy trì áp suất tối ưu và mức chất lỏng trong bình tách. Trong quá trình làm việc áp suất trong bình tách cần được duy trì ở giá trị sao cho chất lỏng và chất khí thoát theo đường riêng biệt tương ứng vào hệ thống thu gom và xử lý. Đồng thời mực chất lỏng trong bình cần được khống chế bởi van điều khiển rơle phao để ngay khí thoát theo đường lỏng và ngược lại. 2.1.3. Các chức năng đặc biệt Bao gồm tách dầu bọt, ngăn ngừa lắng đọng parafin, ngăn ngừa sự han gỉ và tách các tạp chất. Trong một số loại dầu thô các bọt khí tách ra được bọc bởi một màng dầu mỏng, tạo thành bọt phân tán trong chất lỏng. Một số loại khác lại có độ nhớt và sức căng bề mặt cao, khí tách ra cũng bị giữ lại trong dầu tương tự như bọt. Bọt có độ ổn định khác nhau tuỳ theo thành phần và hàm lượng tác nhân tạo bọt có trong dầu. Dầu tạo bọt thường có tỷ trọng thấp hơn 40 độ API, độ nhớt lớn hơn 53 cp và nhiệt độ làm việc thấp hơn 160 độ F. Sự tạo bọt làm giảm khả năng tách của thiết bị, các dụng cụ đo làm việc không chính xác, tổn hao thế năng của dầu - khí một cách vô ích và đòi hỏi các tiết bị đặc biệt cản phá hoặc ngăn ngừa sự tạo bọt theo phương pháp rung lắc, lắng, nhiệt và hoá học. Các thiết bị tách dầu nhiều parafin có thể gặp trở ngại do parafin lắng đọng làm giảm hiệu quả và có thể phải ngừng hoạt động do bình hẹp dần hoặc bộ chiết sương có đường dẫn chất lỏng bị lấp. Giải pháp hiệu quả có thể dùng hơi nóng hoặc dung môi để làm tan parafin. Tuy nhiên tốt nhất là dùng giải pháp ngăn ngừa bằng nhiệt và hoá chất, phía trong thiết bị sơn phủ một lớp chất dẻo. Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất của tầng chứa, chất lưu có thể mang theo các tạp chất cơ học như cát, bùn, muối kết tủa với hàm lượng đáng kể. Việc tách chúng trước khi chảy vào đường ống là một việc làm rất cần thiết. Các hạt tạp chất với số lượng nhỏ được tách theo nguyên tắc lắng trong các bình trụ đứng với đáy hình côn và xả cặn định kỳ. Muối kết tủa được hoà tan bởi nước và xả theo đường xả nước. 2.2. Phân loại bình tách 2.2.1. Phân loại bình tách theo hình dạng - Bình tách hình trụ đứng - Bình tách hình trụ nằm ngang - Bình tách hình cầu a. Bình tách hình trụ đứng - Bình tách trụ đứng 2 pha: dầu - khí - Bình tách trụ đứng 3 pha: dầu - khí - nước - Bình tách 3 pha sử dụng lực ly tâm Hình 2.1. Bình tách hình trụ đứng 2 pha Chú thích: 1. Cửa vào của hỗn hợp 4. Đường xả khí 2. Bộ phận tạo va đập 5. Đường xả chất lỏng 3. Bộ phận chiết sương Hình 2.2. Bình tách hình trụ đứng 3 pha Chú thích: 1. Đường vào của hỗn hợp 5. Đường thu gom các hạt chất lỏng 2. Bộ phận tạo va đập 6. Đường xả nước 3. Bộ phận chiết sương 7. Đường xả dầu 4. Đường xả khí Hình 2.3. Bình tách hình trụ đứng 3 pha sử dụng lực ly tâm Chú thích: 1. Cửa vào của hỗn hợp 2. Bộ phận chuyển động xoáy 3. Vòng hình tròn 4. Bề mặt tiếp xúc dầu - khí 5. Bề mặt tiếp xúc dầu - nước b. Bình tách hình trụ nằm ngang - Hiện nay các thiết bị tách trụ ngang được sản xuất với 2 dạng: + Bình tách một ống trụ đơn + Bình tách gồm hai ống trụ Loại kép gồm hai bình bố trí chồng lên nhau, cái này phía trên cái kia. Loại đơn phổ biến hơn vị có diện tích lớn cho dòng khí, mặt tiếp xúc dầu khí rộng và thời gian lưu trữ dài nhờ có thể tích dầu lớn và thay rửa dễ dàng. Đường kính thay đổi từ 10 in đến 16 ft, chiều dài từ 4 ÷ 70 ft. Cả hai loại này đều có thể áp dụng tách 2 pha hoặc 3 pha. - Các thiết bị tách hình trụ nằm ngang được minh hoạ ở các bình tách sau: + Bình tách trụ ngang 2 pha hoạt động (dầu - khí). + Bình tách trụ ngang một ống, 3 pha hoạt động (dầu - khí - nước). Hình 2.4. Bình tách hình trụ nằm ngang 2 pha Chú thích: 1. Đường vào của hỗn hợp 4. Đường xả khí 2. Bộ phận tạo va đập 5. Đường xả chất lỏng 3. Bộ phận chiết sương Hình 2.5. Bình tách hình trụ nằm ngang 3 pha Chú thích: 1. Đường vào của hỗn hợp 2. Bộ phận tạo va đập 3. Bộ phận chiết sương 4. Đường xả khí 5. Đường xả nước 6. Đường xả dầu c. Thiết bị tách hình cầu Thiết bị tách hình cầu thường có đường kính từ 24 ÷ 72 in, gồm 2 loại sau: - Bình tách hình cầu 2 pha hoạt động (dầu - khí). - Bình tách hình cầu 3 pha hoạt động (dầu - khí - nước). Hình 2.6. Bình tách hình cầu 2 pha Chú thích: 1. Bộ phận ly tâm - kiểu thiết bị thay đổi hướng cửa vào 2. Màng chiết 3. Phao đo mức chất lỏng 4. Thiết bị điều khiển mức chất lỏng trong bình 5. Van xả dầu tự động Hình 2.7. Bình tách hình cầu 3 pha Chú thích: 1. Thiết bị đầu vào 5. Thiết bị điều khiển mức nước 2. Bộ phận chiết sương 6. Thiết bị điều khiển mức dầu 3. Phao báo mức dầu trong bình 7. Phao xả dầu tự động 4. Phao báo mức nước trong bình 8. Phao xả nước tự động 2.2.2. Phân loại theo chức năng Gồm có 2 loại: Bình vừa tách vừa đo và bình chỉ có tách. 2.2.3. Phân loại theo áp suất làm việc Trong thực tế, ta gặp các bình tách có áp suất làm việc với các áp suất từ giá trị chân không cho tới 300 at và phổ biến là trong giới hạn 1,5 ÷ 100 at. Gồm có: - Bình tách chân không - Loại thấp áp: áp suất làm việc của binh là 0,7 ÷ 15 at - Loại trung áp: áp suất làm việc của binh là 16 ÷ 45 at - Loại cao áp: áp suất làm việc của binh là 45 ÷ 100 at 2.2.4. Phân loại theo nguyên lý tách cơ bản - Nguyên lý trọng lực: dựa vào sự chênh lệch mật độ của các thành phần chất lưu. Các bình tách loại này ở cửa vào không thiết kế các bộ phận tạo va đập, lệch dòng hoặc đệm chắn. Còn ở cửa ra của khí có lắp đặt bộ phận chiết sương. - Nguyên lý va đập hoặc keo tụ: gồm tất cả các thiết bị ở cửa vào có bố trí các tấm chắn va đập, đệm chắn để thực hiện tách sơ cấp. - Nguyên lý tách ly tâm: có thể dùng cho tách sơ cấp và cả thứ cấp, lực ly tâm được tạo ra theo nhiều phương án: + Dòng chảy vào theo hướng tiếp tuyến với thành bình. + Phía trong bình có cấu tạo hình xoắn, phần trên và dưới được mở rộng hoặc mở rộng từng phần. 2.2.5. Theo số pha được tách: Bình tách hai pha: tách riêng pha khí và pha lỏng. Bình tách ba pha: tách sản phẩm thành ba pha khí, dầu, nước riêng biệt. 2.2.6. Theo cấp tách. Có bình tách cấp 1, cấp 2, cấp 3. 2.3. Phạm vi ứng dụng Trong công nghiệp dầu khí bình tách được chế tạo theo 3 kiểu hình dạng cơ bản: bình tách hình trụ đứng, bình tách hình trụ ngang và bình tách hình cầu. Mỗi loại thiết bị có những ưu điểm nhất định trong quá trình sử dụng. Vì vậy việc lựa chọn trong mỗi ứng dụng thường dựa trên hiệu quả thu được trong quá trình lắp đặt và duy trì giá trị. 2.3.1. Bình tách hình trụ đứng Bình tách hình trụ đứng thường được sử dụng trong các trường hợp sau: - Chất lỏng giếng có tỷ lệ lỏng/khí cao. - Dầu thô có chứa lượng cát, cặn và các mảnh vụn rắn. - Sự lắp đặt bị giới hạn về chiều ngang nhưng không bị giới hạn về chiều cao của thiết bị. - Được lắp đặt ở những nơi mà thể tích chất lỏng có thể thay đổi nhiều và đột ngột như: các giếng tự phun, các giếng gaslift gián đoạn. - Đầu vào của các thiết bị sản xuất khác sẽ không làm việc phù hợp với sự có mặt của chất lỏng ở trong khí đầu vào. - Sử dụng tại những điểm mà việc áp dụng bình tách hình trụ đứng mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn. 2.3.2. Bình tách hình trụ nằm ngang Phạm vi của nó được sử dụng trong các trường hợp sau: - Tách lỏng - lỏng trong bình tách 3 pha trong sự sắp đặt để hiệu quả hơn trong việc tách dầu - nước. - Tách bọt dầu thô nơi mà diện tích tiếp xúc pha lỏng - khí lớn hơn và cho phép tạo ra phần vỡ bọt nhanh hơn và sự tách khí từ lỏng hiệu quả hơn. - Bình tách hình trụ nằm ngang được lắp đặt tại các vị trí giới hạn về chiều cao, vì bóng của nó có thể che lấp vùng phụ cận. - Được lắp đặt tại những giếng khai thác ổn định lưu lượng. - Việc lắp đặt tại những nơi mà những thiết bị điều khiển hay những điều kiện đòi hỏi sự thiết kế các đập ngăn nước bên trong và ngăn chứa dầu để loài trừ việc sử dụng bộ điều khiển ranh giới chất lỏng dầu - nước. - Dùng nơi có nhiều thiết bị cơ động, được yêu cầu cho việc kiểm tra hay sản xuất. - Thượng nguồn của những thiết bị sản xuất sẽ không hoạt động hài hòa nhiều như có chất lỏng trong khí ở đầu vào. - Hạ nguồn của những thiết bị sản xuất mà cho phép hoặc tháo ra chất lỏng ngưng tụ hay đông tụ. - Dùng cho những trường hợp mà giá trị kinh tế của thiết bị tách trụ đứng đem lại thấp hơn. 2.3.3. Bình tách hình cầu Phạm vi sử dụng: - Những chất lỏng giếng với lưu lượng dầu - khí cao, ổn định và không có hiện tượng trào dầu hay va đập của dòng dầu. - Được lắp đặt ở những vị trí mà bị giới hạn về chiều cao. - Hạ nguồn của những thiết bị xử lý nước bằng Glycol và các thiết bị làm ngọt khí để làm sạch và tăng giá xử lý chất lỏng như là Amin và glycol. - Được lắp đặt tại những địa điểm yêu cầu thiết bị tách phải nhỏ và dễ dàng di chuyển tới nơi lắp đặt. - Lắp đặt tại những nơi mà hiệu quả để lại từ thiết bị tách hình cầu là cao hơn. - Yêu cầu làm sạch nhiên liệu và xử lý khí cho mỏ hoặc nhà máy sử dụng. 2.4. Ưu - nhược điểm của các loại bình tách Để đánh giá và so sánh các loại bình trong quá trình làm việc, người ta căn cứ vào một vài thông số sau: Bảng 2.1. So sánh sự thuận lợi và không thuận lợi của các loại bình tách STT Các vấn đề so sánh Bình tách hình trụ nằm ngang Bình tách hình trụ đứng Bình tách hình cầu 1 Hiệu quả tách 1 2 3 2 Sự ổn định của chất lưu 1 2 3 3 Khả năng thích ứng với sự thay đổi điều kiện 1 2 3 4 Tính chất cơ động của sự hoạt động 2 1 3 5 Dung tích 1 2 3 6 Giá thành của một đơn vị dung tích 1 2 3 7 Vật liệu ngoài 3 1 2 8 Khả năng xử lý bọt dầu thô 1 2 3 9 Khả năng thích ứng để sử dụng di động 1 3 2 10 Khoảng không gian yêu cầu cho lắp đặt Mặt phẳng đứng Mặt nằm ngang 1 3 3 1 2 2 11 Tiện lợi cho việc lắp đặt 2 3 1 12 Tiện lợi cho việc kiểm tra, bảo dưỡng thiết bị 1 3 2 Chú thích: 1. Tiện lợi nhất 2. Trung bình 3.kém tiện lợi 2.5. Cấu tạo chung của bình tách Hình 2.8. Sơ đồ bình tách 2 pha trụ đứng Chú thích: 1. Đường vào của hỗn hợp 5. Bộ phận chiết sương 2. Tấm lệch dòng 6. Đường xả khí 3. Thiết bị điều khiển mức 7. Van an toàn 2.5.1. Bộ phận tách cơ bản A Được lắp đặt trực tiếp ở cửa vào đảm bảo nhiệm vụ tách khí ra khỏi dầu, tức là giải phóng được các bọt khí tự do. Hiệu quả làm việc phụ thuộc vào cấu trúc đường vào. Có 2 cách bố trí bộ phận tách cơ bản: hướng tâm và ly tâm (tiếp tuyến). a. Theo nguyên tắc hướng tâm Nguyên tắc hướng tâm phải tạo được các va đập, thay đổi hướng chuyển động và tốc độ chuyển động. Hỗn hợp sản phẩm dầu khí phải được phân tách tạo rối qua các vòi phun và đập vào các tấm chắn để thực hiện quá trình tách cơ bản. Hỗn hợp sản phẩm dầu khí sẽ theo đường số 5 vào ống phân tách, qua các vòi phun 4 thì được tăng tốc và đập vào các tấm chắn 3, đổi chiều chuyển động và giảm tốc độ thoát qua khe hở giữa các tấm chặn, kết dính lại rồi đi xuống bộ phận tách thứ cấp theo lỗ thoát chất lỏng 6. Hình 2.9. Sơ đồ tách cơ bản kiểu cửa vào hướng tâm Chú thích: 1. Thành bình 4. Vòi phun 2. Đoạn ống đục lỗ 5. Đường vào của hỗn hợp 3. Tấm chặn 6. Lỗ thoát chất lỏng b. Theo nguyên tắc ly tâm Hình 2.10. Sơ đồ tách cơ bản bằng lực ly tâm Chú thích: 1. Cửa vào 6. Ống hướng khí 2. Đĩa gây va đập cửa vào kiểu ly tâm 7,10. Nối với bộ điều chỉnh mức 3. Thiết bị tách lần 2 dùng lực ly tâm 8. Đầu nối để dẫn chất lỏng 4. Đầu nối của van an toàn 9. Ống xả 5. Đường khí ra Bộ phận tách cơ bản sử dụng nguyên lý lực ly tâm thường thiết kế hai bình trụ đồng tâm, dòng sản phẩm hỗn hợp dầu khí sẽ đi vào khoảng không gian giữa 2 bình theo hướng tiếp tuyến với thành bình, dầu có xu hướng bám dính vào thành bình. Tùy thuộc vào loại bình tách mà có thể bố trí bộ phận tách cơ bản có cấu tạo khác nhau. - Đối với bình trụ đứng: sử dụng bộ phận tách cơ bản là hai bình hình trụ đồng tâm có đường kính không đổi, bình trong có rãnh kiểu nan chớp. Khi dòng hỗn hợp sản phẩm dầu khí đi vào theo hướng tiếp tuyến với thành bình và chuyển động theo quỹ đạo vòng xoáy, do khí có lực ly tâm bé sẽ đi vào bình trụ trong qua các nan chớp và thoát lên phía trên. Còn lại dầu có lực ly tâm lớn hơn sẽ văng ra và bám dính vào thành bình của bình trụ ngoài, kết dính với nhau và lắng xuống phía dưới đến bộ phận tách thứ cấp tiếp theo. - Đối với bình trụ ngang: cũng sử dụng bộ phận tách cơ bản là hai hình trụ đồng tâm nằm ngang, trong đó bình trụ trong có đường kính thay đổi (hoặc sử dụng một phần hình trụ, một phần hình côn). Dòng hỗn hợp sản phẩm dầu khí đi vào sẽ được hướng theo rãnh hình xoắn ốc để tạo lực ly tâm (tạo xoáy) nhằm dễ dàng phân ly pha lỏng và pha khí. - Ngoài ra còn tách sơ bộ bằng đầu xoáy lốc thủy lực. 2.5.2. Bộ phận tách thứ cấp B Là phần lắng trọng lực, thực hiện tách bổ sung các bọt khí còn sót lại ở phần A chưa tách triệt để. Để tăng hiệu quả tách các bọt khí ra khỏi dầu, cần hướng các lớp mỏng chất lưu theo các mặt phẳng nghiêng (tấm lệch dòng), phía trên có bố trí các gờ chặn nhỏ, đồng thời phải kéo dài đường chuyển động bằng cách tăng số lượng các tấm lệch dòng. 2.5.3. Bộ phận lưu giữu chất lỏng C Là phần thấp nhất của thiết bị dùng để gom dầu và xả dầu ra khỏi bình tách. Dầu ở đây có thể là một pha hoặc hỗn hợp dầu - khí tuỳ thuộc vào hiệu quả làm việc của phần A và phần B, vào độ nhớt và thời gian lưu giữ. Trường hợp hỗn hợp thì phần này có nhiệm vụ lắng để tách khí, hơi ra khỏi dầu. Ở thiết bị 3 pha, nó còn có chức năng tách nước 2.5.4. Bộ phận chiết sương D Là bộ phận được lắp ráp ở phần cao nhất của thiết bị nhằm giữ lại các giọt dầu nhỏ bị cuốn theo dòng khí. Dầu thu giữ ở đây thì theo đường tháo khô chảy trực tiếp xuống phần lưu giữ chất lỏng. a. Bộ phận chiết sương kiểu đồng tâm Hình 2.11. Bộ phận chiết sương kiểu đồng tâm Chú thích: 1. Đường vào của hỗn hợp dầu khí 2. Thành bình tách 3. Cửa thu khí từ bộ phận cơ bản lên bộ phận chiết sương 4. Lỗ thoát khí trên 5. Lỗ thoát khí dưới 6. Lỗ thu khí sau khi tách 7. Đường khí ra sau khi tách 8. Các ống đồng tâm 9. Đường thu hồi các giọt dầu Bộ phận chiết sương kiểu đồng tâm có cấu tạo đơn giản bao gồm 3 ống hình trụ được ghép đồng tâm với nhau có lỗ thoát khí ở trên (số 4) và lỗ thoát khí ở dưới (số 5). Các lỗ này có nhiệm vụ hướng dòng khí được tách ra từ bộ phần tách cơ bản đi lên và đi xuống với các tốc độ khác nhau bằng việc thay đổi tiết diện các hình trụ. Khí sau khi đã được tách khỏi các bụi dầu sẽ đi ra theo đường xả khí (số 7). Còn lại các giọt dầu bám vào thành ống sẽ chảy xuống phần lắng theo đường thu hồi (số 9). - Ưu điểm: chế tạo đơn giản, giá thành thấp và quá trình tách nhanh. - Nhược điểm: tách các bụi dầu ra khỏi dòng khí không triệt để. b. Bộ phận chiết sương kiểu nan chớp Tấm đục lỗ thẳng đứng Tấm uốn lượn sóng Hình 2.12. Bộ chiết sương kiểu nan chớp Bao gồm các tấm uốn lượn sóng và các tấm đục lỗ sau khi qua bộ phận tách cơ bản ở đầu vào, khí bay lên đi vào chi tiết gồm các tấm lượn sóng song song không đục lỗ, khí sẽ chuyển động theo khe hở giữa các tấm, chiều chuyển động được thay đổi liên tục, dầu sẽ bám dính vào các tấm này, sau đó va đập vào các tấm chắn thẳng đứng có đục lỗ, hướng các giọt dầu chảy xuống phần thu và theo đường ống chảy xuống phần thấp nhất của thiết bị. Hiệu quả sẽ được tăng lên khi trên các tấm lượn sóng có các gờ và các cánh phụ. - Ưu điểm: chế tạo đơn giản, giá thành thấp, quá trình tách nhanh và khả năng tách bụi dầu là tốt hơn so với bộ chiết sương dạng đồng tâm. c. Bộ chiết sương dạng cánh Hình 2.13. Bộ phận chiết sương dạng cánh Bộ chiết sương dạng cánh được cấu tạo từ các tấm thép góc lắp song song. Đỉnh của các tấm này được bố trí hướng lên phía trên, các khe hở được bố trí sao cho dòng khí qua đó chịu va đập, thay đổi hướng, tốc độ chuyển động để tách pha lỏng ra khỏi pha khí. Bộ chiết sương dạng cánh có cấu tạo đơn giản, nhưng hiệu quả tách cao và giá thành hợp lý. d. Bộ lọc sương Bộ lọc sương được cấu tạo từ các lớp đệm, phổ biến là các lưới thép, dùng để tách sương trong khí thiên nhiên. Nó được dùng nhiều trong hệ thống vận chuyển và phân phối khí khi hàm lượng chất lỏng ở trong khí thấp và chúng tồn tại ở dạng sương khó tách. Các tấm đệm này tạo ra một tập hợp các cơ chế: va đập, đổi hướng, thay đổi tốc độ và kết dính để tách lỏng khỏi khí. Đệm tạo ra mặt tiếp xúc lớn để gom và keo tụ sương chất lỏng. Bộ lọc kiểu này ít được sử dụng trong các bình tách dầu khí bởi vì đệm keo tụ thường được chế tạo từ vật liệu giòn, dễ hỏng khi vận chuyển và các mắt lưới thép có thể bị lấp nhét bởi paraffin hoặc các tạp chất. Hình vẽ của bộ lọc sương: Hình 2.14. Bộ lọc sương Chú thích: 1. Đường khí ra 4. Đường vào của hỗn hợp dầu khí 2. Các lớp đệm 5. Đường ra của chất lỏng 3. Giọt dầu ngưng tụ CHƯƠNG 3 CÁC LOẠI BÌNH TÁCH ĐANG SỬ DỤNG TẠI MỎ BẠCH HỔ Tới thời điểm 01/01/2005 trên mỏ Bạch Hổ đã có 11 giàn khoan cố định, 7 giàn nhẹ, đã khoan tổng cộng 246 giếng khoan trong đó có 22 giếng khoan thăm dò, 224 giếng khoan khai thác. Việc thu gom dầu từ các giếng khoan khai thác được thực hiện trên các giàn cố định (MSP) và giàn nhẹ (BK), sau đó dầu theo hệ thống dẫn đi tới 3 trạm rót dầu không bến 1, 2, 3. Có 2 trạm nén cục bộ và 2 trạm nén trung tâm để gom và tách khí đồng hành chuyển vào bờ. 3.1. Các sơ đồ thu gom ở mỏ Bạch Hổ 3.1.1. Sơ đồ hệ thống thu gom hở ở giàn cố định (MSP) Sơ đồ trên giàn sử dụng cho giai đoạn dầu chưa ngậm nước nên chỉ trang bị thiết bị tách hai pha. Sản phẩm khai thác từ các giếng (tối đa 16 cái) qua cụm phân dòng có thể được phân chia qua các đường khác nhau. Cụ thể là giếng đang thực hiện đo - kiểm tra dòng sẽ chảy vào bình tách đo C-1, giếng đang gọi dòng vào bình tách C-4 (là bình tách gọi dòng) - các giếng đang dùng phương pháp gaslift có thể nhận từ ống cấp khí qua bình tách gaslift C-2… Các bình tách này gọi là bình tách chuyên dụng. Các giếng khai thác bình thường thì dòng chảy vào bình tách khai thác C-3 gọi là bình tách tổng. Toàn bộ đầu tư các bình tách được dẫn tới bồn chứa E-1, tại đây thực hiện bậc tách cuối cùng. Dầu từ bể được cấp hóa chất từ bồn định lượng H-2, máy bơm ly tâm H-1 sẽ chuyển dầu tới trạm cuối nguồn là tàu chứa. Với các giếng có áp suất miệng rất thấp thì dòng định hướng cho chảy trực tiếp qua đường xả vào thẳng bể chứa. Đi qua giàn còn có hai tuyến ống phân phối nước cho các giếng ép và khí cho các giếng gaslift và một tuyến ống gom hỗn hợp dầu - khí dùng cho trường hợp hệ thống thì sản phẩm giếng sẽ gom theo ống hỗn hợp để chuyển về giàn công nghệ trung tâm. Chú thích hình (3.1): C-1: Bình tách đo E-1: Bồn chứa C-2: Bình tách gaslift H-1: Máy bơm ly tâm C-3: Bình tách khai thác H-2: Bồn định lượng C-4: bình tách gọi dòng Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống thu gom hở ở giàn cố định (MSP) 3.1.2. Sơ đồ thu gom kín ở giàn nhẹ (BK) Hình 3.2. Sơ đồ thu gom kín ở gian nhẹ (BK) Chú thích: ZZZ-100: Hệ thống Manhiphôn MBD-110: Bình đo PBA-180/190: Bộ phận bơm condensate MBD-120: Bình tách cao áp ZZZ-810: Thiết bị đo khí MBD-800: Thiết bị tách khí xuất MAK-140A/B: Bình lọc khí tinh MBF-130: Bình tách khí chức năng ZAH-150; ZAH-180: Thiết bị phóng thoi MBF-170: Thiết bị tách khí đốt Sản phẩm ra khỏi miệng giếng qua hệ thống phân dòng sẽ đi vào các bình đo và bình tách (sản phẩm cao áp đến bình cao áp, sản phẩm thấp áp đến bình thấp áp). Sản phẩm vào bình đo sẽ được tách để đo, sau khi đo xong thì hỗn hợp sản phẩm đến các bình tách, ở đây dầu khí nước và pha rắn (cát, Parafin…) được tách riêng; sản phẩm đến các bình tách chức năng, tại các bình tách chức năng thì dầu được tách triệt để (tách nước ra khỏi dầu), khí cũng được tách triệt để (tách khí khỏi dầu). 3.1.3. Sơ đồ hệ thống xử lý khí đồng hành trên giàn trung tâm Hình 3.3. Sơ đồ hệ thống xử lý khí đồng hành trên giàn trung tâm Chú thích: C-1-1/2/3: Bình tách khai thác cao áp C-4: Bình tách phân ly C-2-1/2/3/4: Bình tách khai thác thấp áp C-5: Bình phân ly khí T-1;T-2: Thiết bị làm lạnh bằng không khí C-6-1/2: Bình tách lọc khí nhiên liệu C-3: Bình làm sạch khí E-3: Bình nhận chất lỏng Khí cao áp được gom từ các thiết bị tách khai thác cao áp C-1-1/2/3 (với áp suất từ 10 ÷ 16 at), qua thiết bị làm lạnh bằng không khí T-1 (nhiệt độ từ 1000C xuống còn 500C), một phần Hydrocacbon nặng được ngưng tụ. Sau khi làm lạnh, khí được đưa đến bình làm sạch C-3, tại đây condensat được tách khỏi khí theo nguyên tắc ly tâm và trọng lực, lượng khí sạch được chia làm hai đường: phần lớn trực tiếp đến giàn nén và phần nhỏ được trích ra để sử dụng nội bộ và đến hệ thống điều khiển đuốc. Dòng khí dùng nội bộ phải qua bầu lọc gồm các bộ lọc để giữ lại vật liệu cơ học và ngưng tụ nhờ sự giảm nhiệt, khí này trở nên sạch bảo đảm yêu cầu sử dụng trên giàn. Trường hợp lượng khí quá lớn vượt công suất giàn nén thì phần còn lại trước khi đốt phải được phân ly. Nhiệm vụ của thiết bị phân ly là tách phần lỏng còn lại sau giai đoạn làm sạch, thực chất là các bình tách pha hình trụ ngang C-4, áp suất làm việc cỡ thấp (0,5 at). Khí thấp áp được gom từ các thiết bị tách khai thác thấp áp C-2-1/2/3/4 (không cần làm sạch vì lượng ngưng tụ thấp, có thể giãn trực tiếp đến giàn nén), qua hệ thống làm lạnh T-2, tương tự như hệ thống cao áp, lượng khí này phần lớn trực tiếp đến giàn nén; phần khí không đến giàn nén, phải đốt tại chỗ thì trước khi đốt phải qua bình phân ly C-5, (có cấu tạo tương tự như ở hệ thống cao áp, chỉ có công suất bé hơn), tất cả khí xả ra từ van an toàn cao áp và thấp áp đều được gom về bình phân ly trước khi đốt. Tất cả ngưng tụ thu được từ bình làm sạch, bình phân ly, bình lọc khí đều dẫn về bình chứa condensat. Áp suất trong bình tương đương áp suất của hệ thống khí áp suất thấp. 3.2. Các loại bình tách đang sử dụng tại mỏ Bạch Hổ 3.2.1. Bình tách C1 3.2.1.1. Bình tách C1-1, C1-2 Là loại bình tách cao áp 2 pha thường sử dụng phương pháp trọng lực. a. Các thông số bình - Loại chất lưu: dầu thô, khí, nước - Pha: 2 pha - Áp suất thiết kế: 27,5 bar - Nhiệt độ thiết kế: 1100C - Thể tích: 25 m3 - Đường kính trong: 2000 mm - Khoảng cách giữa hai đầu bình: 7000 mm - Dòng chất lưu vào: + Khí: 40088 kg/h + Dầu: 210786 kg/h + Nước: 50596 kg/h b. Điều kiện vận hành - Áp suất: 11,5 at min - Nhiệt độ: 1000C c. Hệ thống an toàn - Có 3 mức bảo vệ bình trong trường hợp áp suất cao và áp suất thấp: + Mức 1: mức áp suất cao và thấp PSH/L chỉ báo động trên SCADA. + Mức 2: áp suất rất cao và rất thấp PSHH/LL sẽ báo động và đóng van SDV-300/400. + Mức 3: hai van an toàn hoạt động mở về C4. - Bảo vệ bình trong trường hợp mức cao và thấp: + Mức cao và thấp LSH/L chỉ báo động ở SCADA. + Mức rất cao và rất thấp LSHH/LL sẽ báo động và đóng van SDV - 200. 3.2.1.2. Bình tách C1-3 Là bình tách cao áp 3 pha với công suất tách 10000 tấn dầu - nước/ngày và lượng nước tối đa có thể tới 80% khối lượng tách. a. Các thông số bình - Loại chất lưu: dầu thô, khí, nước - Pha: 3 pha - Áp suất thiết kế: 27,5 bar - Nhiệt độ thiết kế: 1250C - Thể tích: 75 m3 - Đường kính trong: 2850 mm - Khoảng cách giữa 2 đầu bình: 11400 mm. - Dòng chất lưu đầu vào: + Khí: 79067 kg/h + Dầu: 420025 kg/h +Nước: 333498 kg/h b. Điều kiện vận hành - Áp suất: 12 at - Nhiệt độ: 1000C c. Hệ thống an toàn - Có 3 mức bảo vệ bình trong trường hợp áp suất cao và áp suất thấp: + Mức 1: mức áp suất cao và thấp PSH/L chỉ báo động trên SCADA. + Mức 2: áp suất rất cao và rất thấp PSHH/LL sẽ báo động và đóng van SDV-500 hoặc M2-SDV-500 từ phía cụm phân dòng. + Mức 3: hai van an toàn hoạt động mở về C4. - Bảo vệ bình trong trường hợp mức dầu cao và thấp: + Mức cao và thấp LSH/L chỉ báo động ở SCADA. + Mức rất cao và rất thấp LSHH/LL sẽ báo động và đóng van SDV-500 hoặc M2-SDV-200 từ phía cụm phân dòng. - Bảo vệ bình trong trường hợp mức nước cao hoặc thấp: + Mức cao và thấp LSH/L chỉ báo động ở SCADA. + Mức rất thấp LSLL sẽ báo động và đóng van MIM nước đầu ra. 3.2.1.3. Bình tách C1-4, C1-5 Hai bình này hoạt động song song nhận khí từ GMS. Khí từ C1-4, C1-5 được đưa sang CCP và trên đường đi mỗi bình có lắp bộ đo lưu lượng khí riêng. Thông thường đặt áp suất tại bình này lớn hơn áp suất trong bình C3 một ít để MIM khí C3 làm việc trước thì tốt hơn. Ngoài ra nó còn có thể nhận condensate từ CCP sang đưa vào hệ thống xử lý. a.Thông số về bình - Loại chất lưu: dầu thô, khí - Pha: 2 pha - Áp suất thiết kế: 45,7 bar - Nhiệt độ thiết kế: 1250C - Thể tích: 49 m3 - Đường kính trong: 2400 mm - Khoảng cách giữa 2 đầu bình: 10000 mm b. Dòng chất lưu đầu vào cho mỗi bình - Khí: 67341 kg/h (5802 m3/h) - Lỏng: 41319 kg/h (64 m3/h) - Lượng lỏng bất ngờ có thể nhận là: 5 ÷ 6 m3 c. Điều kiện vận hành - Áp suất: 11 ÷ 12 at - Nhiệt độ: 26 ÷ 400C Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bình tách C1 3.2.2. Bình tách C2 3.2.2.1. Bình tách C2-1; C2-2 Là bình chứa dầu và bình chứa khí thấp áp, là bình tách 2 pha làm việc theo nguyên lý trọng lực. a. Các thông số của bình - Loại chất lưu: dầu thô, khí - Pha: 2 pha - Áp suất thiết kế: 6,6 bar - Nhiệt độ thiết kế: 1100C - Thể tích: 100 m3 - Đường kính trong: 3000 mm - Khoảng cách giữa 2 đầu bình: 13000 mm b. Dòng chất lưu đầu vào cho mỗi bình - Khí: 1604 kg/h - Dầu: 208737 kg/h c. Điều kiện vận hành - Áp suất: 1 ÷ 2 at - Nhiệt độ: 95,50C Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý của bình tách C2 3.2.2.2. Bình tách C2-3; C2-4 Là bình chứa dầu cho bơm thấp áp H-5 bơm đi tàu đồng thời là bình tách thấp áp trong quá trình xử lý dầu, hai bình này có thể làm việc song song hoặc độc lập để chứa dầu thương phẩm. a. Thông số về bình - Loại chất lưu: dầu thô, khí - Pha: 2 pha - Áp suất thiết kế: 6.6 bar - Nhiệt độ thiết kế: 1250C - Thể tích: 207 m3 - Đường kính trong: 3900 mm - Khoảng cách giữa 2 đầu bình: 16000 mm b. Dòng chất lưu đầu vào cho mỗi bình - Khí: 1485 kg/h - Dầu: 417357 kg/h c. Điều kiện vận hành - Áp suất: 1 ÷ 2 at - Nhiệt độ: 970C 3.2.3. Bình tách C3 3.2.3.1. Bình đo C3a Dùng để đo giếng, xác định lưu lượng dầu, khí và từ đó xác định tỷ lệ dầu khí, đóng vai trò là bình tách cao áp làm việc song song với bình C1-1/2/3. Là bình tách 2 pha lỏng khí làm việc theo nguyên tắc trọng lực, áp suất làm việc được duy trì ở min là 11,5 at. Hai van an toàn lắp trên bình để bảo vệ. a. Thông số về bình - Loại chất lưu: dầu, khí, nước - Áp suất thiết kế: 27,5 bar - Nhiệt độ thiết kế: 1250C - Thể tích: 12,65 m3 - Đường kính trong: 1700 mm - Khoảng cách giữa 2 đầu bình: 5000 mm b. Dòng chất lưu đầu vào - Khí: 16035 kg/h - Dầu: 84314 kg/h - Nước: 20239 kg/h c. Điều kiện vận hành - Áp suất: 11,5 at min - Nhiệt độ: 1000C 3.2.3.2. Bình tách C3b Bình thu hồi chất lỏng và làm sạch khí. Khí đi vào bình qua ống 16’’, phần chất lỏng trong khí bị lọc lại và tích tụ lại ở dưới bình và tự động xả xuống bình E3 hoặc C2-4. Phần vỏ bình và các thiết bị phụ trợ được bộ sấy mềm ở nhiệt độ 600C đề phòng hỗn hợp lưu chất có sáp. Bình được trang bị 2 van an toàn. a. Thông số bình - Chất lưu: khí và chất lỏng hydrocacbon - Áp suất thiết kế: 27,5 bar - Nhiệt độ thiết kế: 1100C - Thể tích: 6,55 m3 - Đường kính trong: 1300 mm - Khoảng cách giữa 2 đầu bình: 4500 mm b. Dòng chất lưu đầu vào cho mỗi bình - Khí: 112425 kg/h - Chất lỏng: 6730 kg/h c. Điều kiện vận hành - Áp suất: 10 at min - Nhiệt độ: 350C min Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bình tách C3 3.2.4. Bình tách C4 Là bình phân ly khí, có chức năng giữ lại chất lỏng trong dòng khí trước khi ra đuốc cao áp và đặc biệt chất lỏng xuất hiện trong các tình huống bất thường như nổ van an toàn các bình tách cao áp. Bình gồm 2 phần chính: - Phần bình nằm ngang phía trên: lối vào ở một đầu và lối ra ở giữa bình. - Phần bình nằm ngang phía dưới: tích tụ và chứa chất lỏng từ phần bình phía trên bảo đảm cho bình phía trên chỉ chứa pha khí. a. Thông số về bình tách - Chất lưu: khí và hydrocacbon - Loại: bình tách ngang có ngăn chứa chất lỏng - Áp suất thiết kế: 6,6 bar - Nhiệt độ thiết kế: 1000C - Thể tích: 9,82 m3 - Phần thân trên: ID 1900´8000 mm - Phần thân dưới: OD 710´6500 mm b. Dòng chất lưu đầu vào - Khí: 109313 kg/h - Chất lỏng: là không đáng kể trong điều kiện bình thường c. Điều kiện vận hành - Áp suất: 0,5 at max - Nhiệt độ: 35 ÷ 620C Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bình tách C4 3.2.5. Bình tách C5 Bình phân ly khí C5 có chức năng giữ lại chất lỏng trong dòng khí trước khí ra đuốc thấp áp và đặc biệt xuất hiện trong các sự cố bất thường như nổ van an toàn tại các bình thấp áp. Bình có 2 phần chính: - Phần nằm ngang phía trên: tách khí. - Phần bình nằm ngang phía dưới: tích tụ và chứa phần chất lỏng phía trên chảy xuống và bảo đảm cho phần trên chỉ tách khí. 3.2.6. Bình tách C6-1/2 Là loại bình tách lọc khí nhiên liệu, dùng để xử lý khí cao áp trước khi cấp cho các máy phát tại giàn. Khí từ bình tách C3 hoặc bình tách C9 được giảm xuống còn 3 at trước khi vào bình. Bình tách C6 được cấu tạo bởi 2 phần là phần phin lọc và phần thu hồi chất lỏng. a. Thông số bình tách - Dòng chất lưu đầu vào cho mỗi bình: + khí: 3112 kg/h ( 3000 Nm3/h) - Hiệu quả tách: + Tách 100% hạt chất rắn lớn hơn 1 micron + Tách 100% hạt chất lỏng lớn hơn 3 micron - Áp suất thiết kế: 16 bar - Nhiệt độ thiết kế: 1100C - Thể thích : 9,83 m3 - Phần thân trên: ND 16’’´2150 mm - Phần chứa chất lỏng phía dưới: ND 10’’´1850 b. Điều kiện vận hành - Áp suất: 3 at - Nhiệt độ: 460C 3.2.7. Bình tách D1 Bình tách khí trong nước. Là bình tách 3 pha xử lý nước vỉa nhận từ C1-3 và EG. Trong bình tách có ngăn tách dầu nước, sau đó dầu được đưa xuống E8 và khí được đưa ra C5. 3.2.8. Bình tách E a. Bình tách E1 Là bình xử lý: - Nhận dầu khí từ các giếng qua đường xả kỹ thuật 8’’ ở Manifold. - Nhận dầu khí từ van an toàn bình đo qua đường ống 6’’. - Nhận dầu khí từ van an toàn các giếng qua đường ống 16’’. b. Bình tách E3 Nhận chất lỏng xả tự động từ: - C3,4,5 và C6-1/2 - Các máy nén gas và gasheater block-12. - Từ đường condensate đen giàn CCP, PPD. c. Bình tách E7 Bình chứa dầu bẩn nhận dòng dầu dưới tác dụng trọng lực chảy xuống từ F1. Dầu bẩn là hỗn hợp 95% nước, một lượng dầu và cặn rắn. Là bình tách có bộ đo mức để ra lệnh chạy hoặc dừng bơm. Nó được điền đầy Nitơ thông qua đường cân bằng 4’’ nối với F1 và E8. d. Bình tách E8 Là bình chứa dầu, nhận dầu từ thiết bị vớt của bình CV1/2 và từ ngăn dầu của bình D1. e. Bình tách EG1/2/3/4 Các bình tách nước. Có 2 phần chính là: - Phần trên: tách khí - Phần dưới: tách dầu và nước Bình tách trọng lực không tách hoàn toàn được pha nước, bình EG sẽ làm nốt phần việc này bằng phương pháp tĩnh điện. Đặc biệt khi nước lẫn trong dầu dưới dạng nhũ tương thì lực điện trường sẽ tách lượng nước này ngoài ra một lượng nhũ phẩm hoá nhũ sẽ được bơm vào để tăng hiệu quả tách. 3.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số loại bình tách 3.3.1. Bình tách dầu - khí dạng đứng Trên hình (3.8) hỗn hợp dầu khí được dẫn qua đoạn ống 1 đi vào ống xẻ rãnh bộ thu và phân tán 2. Trên 2 có các khe rãnh để xé dòng hỗn hợp thành các tia nhỏ trước khi đi vào tấm nghiêng 6. Trên mặt phẳng nghiêng bố trí các thanh chặn nhỏ để tăng cường khả năng tách khí. Dưới tác dụng của trọng lực chất lỏng chảy xuống phía dưới bình, còn khí bay lên trên. Các tấm vách ngăn 10 có tác dụng làm ổn định mực chất lỏng với dòng chảy xung động lớn. Bộ điều khiển mực dạng phao 7 có bố trí cơ cấu điều khiển tự động 8 để xả dầu ra khỏi bình tách theo chu kỳ. Ống thủy tinh 11 dùng để xác định lưu lượng chất lỏng trong bình tách. Phần trên của bình tách được lắp đặt một cơ cấu để lọc các hạt chất lỏng bị cuốn lên theo khí. Cơ cấu này hoạt động theo những nguyên lý: va đập, thay đổi hướng và tốc độ của dòng khí đi lên, ly tâm và sử dụng lưới kết tụ. Các hạt chất lỏng được giữ lại chảy xuống theo ống 12. Trên đoạn ống dẫn khí ra 13, người ta đặt bộ điều khiển áp suất 3 để duy trì áp suất trong bình không đổi. Ở trên cùng của bình có van an toàn 5 để xả khí khi áp suất trong bình vượt qua giới hạn cho phép. Loại bình tách thẳng đứng này cho phép xác định chính xác khối lượng chất lỏng và thường sử dụng khi sản phẩm khai thác chứa nhiều cát và tạp chất cơ học khác. Hình 3.8. Sơ đồ cấu tạo bình tách dầu - khí dạng đứng Chú thích: 1. Đường dẫn hỗn hợp dầu khí vào 8. Van xả dầu tự động 2. Bộ phận thu và phân tán 9. Đường ra của dầu 3. Van điều khiển áp suất 10. Các tấm vách ngăn 4. Bộ lọc kiểu nan chớp 11.Ống thủy tinh đo mực 5. Van an toàn 12. Ống thu dầu ngưng tụ 6. Các tấm nghiêng 13. Đường xả khí 7. Bộ điều khiển mực kiểu phao 14. Đường xả 3.3.2. Bình tách dầu - khí dạng nằm ngang Trên hình (3.9) hỗn hợp dầu khí được đưa vào bình theo đường 1 đến bộ phận phân ly 2, tại đây khí được tách ra khỏi dầu. Phần dầu sau khi được tách, các giọt dầu bám trên 3 và đi xuống phần lắng. Một phần nhỏ tồn tại dưới dạng sương bị cuốn vào dòng khí và đi vào chớp chắn 4. Tại đây các giọt dầu sẽ kết dính lại đi vào phần lắng, còn khí sẽ đi vào vách ngăn và xả ra ngoài theo 6. Bộ phần điều chỉnh van điều khiển 7 và 9 điều khiển việc xả dầu. Hình 3.9. Sơ đồ cấu tạo bình tách dầu - khí dạng nằm ngang Chú thích: 1. Đường vào của hỗn hợp dầu khí 7. Van xả tự động 2. Bộ phận phân ly 8. Đường xả dầu 3. Tấm chắn nghiêng 9. Hệ thống phao điều khiển 4. Chớp chắn 10. Đường xả cặn 5. Vách ngăn 11. Đường thu hồi dầu ngưng tụ 6. Đường xả khí 3.3.3. Bình tách cấp 1 có hệ thống thu gom khí sơ bộ Hình 3.10. Sơ đồ cấu tạo bình tách cấp 1 có hệ thống thu gom khí sơ bộ Chú thích: 1, 3. Đoạn ống nghiêng của bộ giảm xung 8. Khoang bẫy các hạt lỏng 2. Đoạn ống nằm ngang của bộ giảm xung 9. Thiết bị Ejector 4. Đoạn ống thoát khí 10. Các mặt phẳng nghiêng 5. Bộ phận giảm xung động 11. Bộ điều khiển tự động kiểu phao 6. Màng lưới chặn 12. Hệ thống van xả dầu 7. Các vách ngăn của chớp 13. Vách ngăn Đây là loại bình được đánh giá là hiệu quả nhất. Tại đầu vào của thiết bị tách, người ta đặt một thiết bị giảm xung. Hỗn hợp dầu - khí từ đường ống đi vào bình theo đoạn ống nghiêng số 1 (góc nghiêng từ 300 đến 400), rồi đến đoạn ống nằm ngang số 2 (dài từ 2 m đến 3 m), tiếp tục đi qua ống nghiêng số 3 (dài từ 15m đến 20m và góc nghiêng từ 100 đến 150). Từ đoạn ống số 3 khí được thu hồi và đi vào thiết bị số 4 để đi vào bộ phận giảm xung 5. Sau đó khí được dẫn vào khoang số 8. Khoang số 8 là khoang bẫy các hạt chất lỏng gồm mạng lưới chặn số 6 và khung chớp số 7. Từ khoang số 8 khí sẽ đi vào thiết bị số 9 rồi đi ra ngoài. Các giọt dầu tách ra sẽ đi qua tấm chắn số 10 xuống phía dưới của bình. Dầu còn sót một phần khí qua đoạn ống số 3 và đi vào bình tách. Khi mức chất lỏng trong bình đủ lớn và tràn vách ngăn số 14 tới các mặt phẳng nghiêng số 10. Tại đây dầu sẽ được trải thành từng lớp mỏng để khí dễ dàng tách ra khỏi dầu và bay lên khoang bẫy dầu số 8 hoặc lên thẳng thiết bị số 9. Dầu thương phẩm sẽ được xả ra ngoài qua bộ điều khiển phao số 11 theo đường xả dầu số 12. Các vách ngăn trong bình có tác dụng làm ổn định mức chất lỏng trong bình. - Ưu điểm: + Tách dầu - khí độc lập. + Hiệu quả tách cao. - Nhược điểm: + Bình tách tương đối kồng kềnh do bộ phận nhô lên phía trên. + Ít được sử dụng ở ngoài giàn khoan. 3.3.4. Bình tách có hệ thông thải nước sơ bộ Đặc trưng của bình tách kiểu này là kiểu 2 khoang: khoang tách khí số 3 và khoang lắng số 6. Hai khoang này được ngăn cách với nhau bởi các vách ngăn hình cầu số 15 và được liên hệ với nhau qua các thiết bị kết tụ tạo giọt chất lỏng số 14. Sản phẩm khai thác đi vào khoang tách khí theo vòi dẫn số 1 tới tấm rót trải dầu số 2, tấm này có tác dụng tách khí triệt để. Khí được tách ra và đưa vào khoang số 6 qua van số 4, từ khoang lắng số 6 khí được đưa qua bộ phận bẫy dầu số 7 và đi vào đường ống thu gom khí. Chất lỏng bị cuốn theo dòng khí sẽ được giữ lại ở thiết bị số 7, kết dính lại với nhau và chảy xuống khoang lắng số 6 nhờ trọng lực. Nhũ tương dầu - nước từ khoang số 3 qua thiết bị tạo giọt số 14 đi vào khoang lắng số 6. Sự chênh lệch áp suất giữa khoang số 3 và khoang số 6 cỡ khoảng hơn 0,2MP. Để quá trình phân chia có hiệu quả, người ta đưa thêm vào bộ phận tạo giọt số 14. Thiết bị số 14 được chia từ 3 đoạn ống nằn ngang có đường kính tăng dần theo hướng dòng chảy. Do có cấu tạo như vậy, nên quá trình tạo giọt nước xảy ra tuần tự như sau: Các hạt chất lỏng sẽ có kích thước lớn dần do dòng chảy rối, tiếp theo đến các hạt nhẹ kết hợp với nhau để tạo thành giọt lớn và cuối cùng là quá trình phân lớp dưới tác dụng của trọng lực. Độ dài chung của ống khoảng 500 m. Khoang lắng có thiết bị phân dòng số 5 dạng đục lỗ để phân bố nhũ tương đều khắp khoang lắng. Dầu đã tách nước và nước được tự động xả ra khỏi bình nhờ bộ điều chỉnh số 10, 12. Đoạn ống số 8, 9 là đường ra của 2 chế độ tương ứng, là bình tách đầy và chưa đầy. Hình 3.11. Sơ đồ cấu tạo bình tách có hệ thống thải nước sơ bộ Chú thích: 1. Vòi dẫn hỗn hợp dầu - khí - nước 7. Thiết bị bẫy các hạt dầu 2. Thanh rót trải dầu 8, 9. Các ống xả dầu 3. Khoang tách khí 10. Hệ thống tự động xả dầu 4. Van xả tự động 11. Bộ phận thu dầu 5. Bộ phận phân dòng 12. Hệ thống tự động xả nước 6. Khoang lắng 13. Bộ phận thu nước 14. Hệ thống tạo bọt 16. Đường nước vòng trở lại 15. Vách ngăn hình cầu 3.3.5. Bình tách bậc cuối Dưới tác dụng của vòi phun 2 dầu được khuếch tán trong khoang khí của bình tách. Các hạt dầu khuếch tán có bề mặt tiếp xúc lớn với khí lại được tách khí thêm lần nữa, sau đó lắng xuống lưới kết tụ 3 và chảy xuống dưới. Dầu được tách khí tự chảy vào bình chứa dầu thương phẩm, khí cao áp và thấp áp từ thiết bị 4 đi vào thiết bị làm lạnh 5 và vào bình tách 6. Tại đây xảy ra quá trình tách hydrocacbon nhẹ (từ C1C4) và hydrocacbon nặng ( C5). Hình 3.12. Sơ đồ cấu tạo bình tách bậc cuối Chú thích: 1. Bộ phận thu và phân tán 5. Thiết bị làm lạnh 2. Hệ thống vòi phun 6. Bình tách 3. Lưới kết tụ hạt dầu 7. Hệ thống tự động xả dầu đã tách khí 4. Ejector 8. Bộ phận thu giữ hạt dầu 3.3.6. Bình tách 2 tầng kiểu xoáy Hình 3.13. Sơ đồ bình tách hai tầng kiểu xoáy Chú thích: 1. Đầu vào tạo dòng xoáy 8. Van điều tiết 2. Thanh hướng dòng 9. Thanh kéo 3. Bình chứa tầng trên 10. Hệ thống xả nước 4. Các tấm rót trải dầu 11. Bộ cảm biến đo mực kiểu phao . 5. Bộ phận thu giữ hạt dầu 12. Các tấm rót dầu 6. Vòi phun 13. Vách ngăn 7. Các vách ngăn dạng nan chớp 14. Bình chứa tầng dưới Đối với loại bình này, quá trình tách khí ra khỏi dầu nhờ bộ phận xoáy thủy lực 1, sau đó đến các trạm rót 4 và 12. Quá trình tách khí được tăng tốc nhờ các vòi phun 6. Hỗn hợp dầu khí đi vào bình theo phương tiếp tuyến với thành bình. Nhờ lực ly tâm nên dầu tập trung vào thành bình, còn khí nhẹ hơn sẽ tập trung vào phần trung tâm. Dầu và khí từ bình đi ra ngoài theo 2 đường riêng biệt nhờ thanh hướng dòng 2. Khí tách ra được giải phóng khỏi dầu, các hạt dầu bị thiết bị 5 và lưới chặn 7 thu giữ lại. CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ BÌNH TÁCH PHA Tính toán công nghệ giải quyết 3 nội dung: - Tính toán tách pha hoặc cân bằng pha nhằm mục đích tính lượng khí tương ứng với áp suất của bình. - Tính toán kích thước của bình. - Tính toán bền cho bình tách: xác định được các ngoại lực tác động lên bình tách khi làm việc, chọn vật liệu và bề dày thích hợp để bình làm việc an toàn. 4.1. Tính toán cân bằng Phương pháp sử dụng phụ thuộc chủ yếu vào áp suất tách. 4.1.1. Chế độ tách ở áp suất thấp Với các thiết bị làm việc ở áp suất thấp hơn 10 atm và hệ thống hydrocacbon đơn giản, định luật Paul - Danton bảo đảm độ chính xác cho yêu cầu sản xuất. Nội dung định luật: áp suất riêng phần của thành phần thứ i trong pha hơi (Pyi) bằng áp suất riêng phần của thành phần đó trong pha lỏng (xipi). P.yi = xi.pi (4.1) Trong đó: P: áp suất chung của hỗn hợp pi: áp suất hơi bão hòa yi: Hàm lượng mol thành phần thứ i trong pha khí xi: Hàm lượng mol thành phần thứ i trong pha lỏng Phương trình (4.1) cho thấy sự phân bố pha hydrocacbon trong hệ thống cân bằng hai pha ở một nhiệt độ nào đó xảy ra tương ứng với áp suất riêng phần của pha hơi và hàm lượng mol của chúng. Khi áp suất và nhiệt độ thay đổi, sự cân bằng sẽ bị phá hủy, xảy ra sự tái phân bố để đạt tới trạng thái cân bằng mới. Nếu biết nhiệt độ, áp suất của hỗn hợp, hàm lượng thành phần của một pha, có thể tìm thấy hàm lượng của chúng trong pha kia. a. Giả sử có thành phần pha lỏng x1 + x2 + x3 +…+ xn = 1 (4.2) Áp suất chung của hỗn hợp hơi theo định luật Paul - Danton là: P = p1 + p2 + p3 +…+ pn (Danton) = x1.p1+ x2.p2 + ….+ xn.pn (Paul) P = (4.3) Phương trình bắt đầu tách khí tiếp xúc (4.3), chỉ ra giá trị áp suất (ứng với nhiệt độ) tại đó khí bắt đầu được tách ra. Khi biết áp suất chung của hỗn hợp, có thể tìm thấy hàm lượng tất cả các thành phần ở trạng thái cân bằng trong pha khí theo phương trình (4.1). (4.4) b. Giả sử biết thành phần pha khí y1 + y2 + y3 +…+ yn = 1 Từ (4.2) và (4.4) có thể viết: (4.5) Và (4.6) Phương trình (4.6) là phương trình kết thúc tách khí tiếp xúc hoặc bắt đầu ngưng tụ tiếp xúc, chỉ ra trị số áp suất chung bão hòa của hỗn hợp ứng với điều kiện nhiệt độ tương ứng. Khi biết giá trị áp suất này, kết hợp với thành phần pha hơi và giá trị áp suất cục bộ ta xác định được thành phần pha lỏng tiếp xúc với pha khí. (4.7) 4.1.2. Chế độ tách áp suất cao Với các thiết bị tách làm việc với áp suất cao hơn 10 atm, dùng hệ số cân bằng Ki: (4.8) Từ (3.4): (4.8a) Và: (4.8b) Từ các phương trình (4.8a); (4.8b) ta thấy: Nếu Ki > 1, tức là xi > yi thành phần có hàm lượng cao ở pha khí, thấp ở pha lỏng. Nếu Ki < 1, tức là xi < yi ngược lại, thành phần có hàm lượng cao ở pha lỏng. Xét trong 1 Kmol hỗn hợp, gọi số mol pha lỏng là L và pha khí là G, hàm lượng % của mỗi cấu tử là zi: L + G = 1 (4.9) (4.10) Phương trình cân bằng cho mỗi cấu tử: zi = L.xi + G.yi (4.11) Kết hợp với phương trình (3.8) ta được: zi = (1 – G).+ G.yi (4.12) Giải ra: (4.13) zi = (1 – G).xi+ G.xi.Ki (4.14) Ta có: (4.15) Sự ảnh hưởng của áp suất đến quá trình tách thể hiện ở hình (3.1) sau: Hình 4.1. Biến thiên hằng số Ki theo áp suất Trên hình (4.1) cho thấy sự thay đổi Ki của C3H8 và C6H14 theo áp suất khi nhiệt độ không đổi là 270C. Ở mỗi đường cong tồn tại một giá trị cực tiểu của Ki tương ứng với giá trị áp suất khác nhau cho từng loại khí. Các giá trị cực tiểu này tương ứng với một khoảng áp suất giới hạn. Vì vậy, nếu các yếu tố khác không thay đổi sẽ tìm thấy một giá trị áp suất để thu được số lượng lỏng cực đại, áp suất đó gọi là áp suất tối ưu của quá trình tách. Vai trò của nhiệt độ đối với các hydrocacbon khác nhau khi áp suất không đổi là 27 at, được thể hiện ở hình (4.2): Hình 4.2. Thành phần hydrocacbon khi thay đổi nhiệt độ Từ hình vẽ ta thấy, đối với các hydrocacbon nhẹ như CH4, C2H6, C3H8 khi nhiệt độ giảm sự ngưng tụ sẽ xảy ra nhanh. Trong khi đó các hydrocacbon nặng, ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình ngưng tụ rất bé. Có nghĩa là đối với các chất lỏng có nhiều thành phần nặng, sự gia tăng tỷ lệ chất lỏng khi giảm nhiệt độ là thấp. Để tìm hệ số cân bằng, trên đồ thị hình (4.3) ta nối hai điểm nhiệt độ và áp suất nó giao với đường biểu điễn của cấu tử nào thì đó chính là hệ số cân bằng Ki của cấu tử đó. Các giá trị cụ thể của hằng số cân bằng Ki thể hiện ở hình (4.3) sau: Hình 4.3. Biểu đồ tìm hệ số cân bằng 4.2. Tính toán kích thước bình tách Khi tính toán, giả thiết hạt có hình cầu, chuyển động của khí là ổn định, chuyển động các hạt là tự do, tốc độ lắng không thay đổi, sức kháng môi trường khí cân bằng với khối lượng hạt. - Hạt chịu một lực trọng trường: (4.16) Trong đó: + d: Đường kính hạt + : Mật độ hạt (lỏng, rắn) + : Mật độ môi trường - Lực cản do khí gây ra khi hạt rơi là: (4.17) Trong đó: + g: Gia tốc trọng trường (m/s2) + :Mật độ khí (kG/m3) + vh: Tốc độ hạt (m/s) - Tiết diện ngang của hạt, : Hệ số sức kháng của môi trường, phụ thuộc vào Re Với điều kiện cân bằng: F = R, ta có: =. = (4.18) - Ở chế độ chảy dòng, Re=1, thu được từ công thức: = (4.19) : Độ nhớt động học của khí, (m2/s) Thay (4.19) vào (4.18) ta được tốc độ lắng của hạt hình cầu trong môi trường khí: (4.20) Trong đó: + d: Đường kính hạt + h: Mật độ hạt (lỏng, rắn) + µg: độ nhớt động lực học của khí (kG/m.s) Với Re từ 2 ¸ 500, giá trị được tính bằng phương trình thực nghiệm: (4.21) (4.22) Với các giá trị Re >500, hệ số đối với hạt hình cầu có giá trị không đổi bằng 0,44 và ta có công thức Newton-Ritinger: (4.23) Vận tốc khí lớn nhất trong bình tách cho phép sự tách sương khỏi khí, được tính theo công thức Stock: (4.24) Trong đó: + vg: là vận tốc khí lớn nhất cho phép. + Fhv: là hệ số kể đến hình dáng và điều kiện làm việc của bình tách. + ρl: là khối lượng riêng của dầu, kg/m3. + ρg: là khối lượng riêng của khí, kg/m3. Giá trị của Fhv trong công thức (4.24) là một biến độc lập thực nghiệm. Giá trị Fhv phụ thuộc vào nhiều yếu tố: dạng bình tách, kích thước giọt lỏng, gia tốc trọng trường, chiều dài bình tách ngang hoặc chiều dài bình tách đứng, tỷ số khí dầu, cấu tạo bên trong bình tách. Một số giá trị Fhv được API xác định bằng thực nghiệm cho ở bảng (4.1). Bảng 4.1. Một số giá trị Fhv Dạng bình tách Cao hoặc dài m (ft) Fhv Hệ SI Hệ FPS Đứng 3.0 (10) hoặc cao hơn 0,055 – 0,107 0,18 – 0,35 Ngang Kích thước khác Fhv (L/3)0,56 Fhv (L/10)0,56 4.2.1. Đường kính bình tách Đường kính được xác định theo khả năng tách. Với bình trụ đứng: - Nếu theo khả năng tách khí thì dùng công thức: (4.25) - Nếu theo khả năng tách lỏng thì theo công thức: (4.26) Với thiết bị nằm ngang tiết diện lưu thông của khí ở phần lắng không phải là một giá trị cố định khi vận hành mà lệ thuộc vào chiều cao của mức chất lỏng. Với thiết bị tách hai pha, chiều cao này thường duy trì ở mức 1/3D và thay đổi từ 3 đến 4 in. Cho tới 60 ¸ 70% tiết diện ngang. 4.2.2. Chiều dài bình tách Chiều dài thiết bị thường tính theo tỷ số L/D, nó ảnh hưởng đến khả năng, hiệu quả tách. Tuy vậy không có quan hệ tỷ lệ thuận giữa khả năng tách và chiều dài (cao). Ví dụ với thiết bị tách đứng cao 10 ft, nếu tăng gấp đôi tới 20 ft (100%) thì khả năng tách chỉ tăng thêm 23%. Tương tự ở bình tách ngang nếu chiều dài tăng từ 10 ft đến 20 ft thì khả năng tách chỉ tăng thêm 46%. Với bình tách thẳng đứng, nếu như lưu lượng khí quyết định kích thước bình thì L/D trong phạm vi từ 2 ¸ 3; còn nếu bị chi phối bởi lưu lượng dầu thì nó thay đổi từ 2 ¸ 6. Với bình tách ngang, giá trị L/D trong phạm vi từ 2 ¸ 6, khí và lỏng quyết định đồng thời kích thước thiết bị vì trong đó cả hai chất lưu cùng chuyển động từ đầu vào cho tới đầu ra. Quan hệ giữa tỷ số L/D và Fhv cho các thiết bị tách hình trụ nằm ngang, thẳng đứng và bộ lọc khí thể hiện trên hình (4.4): 1; 2: Điều kiện làm việc không thuận lợi, điều kiện làm việc tốt nhất của thiết bị tách đứng 3; 4: Thiết bị lọc khí thẳng đứng, trong đó 3 là thiết bị chiết sương có lá chặn và 4 có bộ chiết sương bằng lưới thép. 5: Điều kiện làm việc không thuận lợi cho thiết bị tách ngang có D<24 in. 6: Điều kiện lý tưởng cho thiết bị ngang có D24 in 7: Điều kiện lý tưởng cho thiết bị ngang có D>24 in. Hình 4.4. Quan hệ giữa tỷ số L/D và hệ số Fhv Từ hình vẽ ta thấy, khi biết hai trong 3 thông số L, D, Fhv ta có thể dễ dàng xác định được thông số thứ ba. 4.3. Tính toán bền cho bình tách 4.3.1. Chiều dày bình tách Chiều dày bình tách được tính theo tiêu chuẩn nghiêm ngặt phụ thuộc vào loại thép sử dụng, áp suất thiết kế mà bình tách sẽ làm việc và đường kính bình tách được chọn cũng như công nghệ hàn được ứng dụng khi chế tạo vỏ bình. Mác thép được chọn thông dụng để chế tạo vỏ bình là thép chứa cacbon (A-515; Gr 70). Để tạo dáng và đạt được áp suất làm việc theo yêu cầu, ngày nay người ta thường sử dụng công nghệ hàn bằng tia X (hàn đơn bằng tia X hoặc hàn đôi bằng tia X). Phương pháp này có hệ số sử dụng mối nối cao (E = 0,8 ÷ 1,0). Hệ số hiệu dụng của các phương pháp thể hiện ở bảng sau: Bảng 4.2. Hệ số hiệu dụng E Phương pháp hàn đôi Phương pháp hàn đơn Hàn liền hoàn toàn bằng tia X 1,0 0,9 Hàn điểm bằng tia X 0,85 0,80 Hàn bình thường 0,7 0,65 4.3.1.1. Chiều dày thành bình (4.27) Trong đó: P : là áp suất làm việc của bình,Psi D : là đường kính của bình tách, cm E: là hệ số giảm bền do ảnh hưởng của mối hàn S: là giới hạn bền của vật liệu chế tạo bình, (S = 120 Mpa). C: là chiều dày dự phòng ăn mòn thành bình, (C = 0,3 cm). 4.3.1.2. Chiều dày đáy bình tách (4.28) Trong đó: Cσ: là chiều dày dự phòng ăn mòn đáy bình, (C = 0,42 cm) 4.3.2. Điều kiện làm việc ổn định của bình Hình 4.5. Lực tác dụng lên bình tách - Lực F tác dụng lên 2 đầu bình tách được tính theo công thức: Trong đó: F: là lực tác dụng lên 2 đầu bình tách, KN D: là đường kính của bình tách, mm P: là áp suất làm việc của bình tách, at - Diện tích chịu lực f tính theo đường kính trong của bình: (4.30) - Ứng suất cho phép của bình: (4.31) Trong đó: r: là chiều dày của bình tách, mm. Bình làm việc ổn định khi áp lực tác dụng lên thành bình cân bằng với sức căng tại mối hàn. Điều kiện ổn định: Þ (4.32) Trong đó: L: là chiều dài của bình tách, mm N: là phản lực tại mối hàn, KN Ứng suất tại mối hàn: (4.33) 4.3.3.Tính toán khối lượng, diện tích và tải trọng sàn lắp đặt 4.3.3.1. Tính toán khối lượng và diện tích sàn lắp đặt Dựa vào đồ thì thể hiện sự tương quan giữa chiều dài, chiều dày và đường kính mà ta xác định được khối lượng sàn lắp đặt là Wv. Xung quanh bình tách có hệ thống đường ống dẫn, trong đó bao gồm các đường ống dẫn chính với đường kính khoảng 4 inch và các đường ống phụ thêm vào. Vì thế không gian lắp đặt bình tách cần tính toán cho hợp lý cho cả hệ thống này. Ngoài ra, yêu cầu về hệ thống lắp đặt này bao gồm cả máy bơm, hệ thống điều khiển áp suất, mức chất lỏng trong bình,… Hình (4.6) là ước tính về diện tích mặt sàn cho các bình tách ngang. 4.3.3.2. Tính toán tải trọng tác dụng lên mặt sàn lắp đặt Bình tách được lắp đặt trên một sàn chịu tải. Sàn này phải chịu được tải trọng của bình tách trong quá trình làm việc cũng như khi thử thuỷ lực. Vì thế cần phải xác định tải trọng tối đa mà sàn có thể chịu được. Theo ASME tải trọng tối đa có thể coi như là khối lượng nước trong bình Ww cộng với khối lượng của bình tách: (kg) (4.34) Trong đó: : Tải trọng tối đa của bình tách : Khối lượng của bình tách V: Thể tích bình tách 4.4. Tính toán công nghệ và chọn bình tách trụ ngang tại giàn CTP-2 mỏ Bạch Hổ Ta có bài toán công nghệ với bình tách trụ ngang có các thông số: - Mực chất lỏng 50% được sử dụng để tách khí khỏi dầu có độ nhớt 10 cp - Khối lượng riêng của dầu: ρl = 833 kg/m3 - Khối lượng riêng của khí: ρg = 1,034 kg/m3 - Lưu lượng dầu: Qd = 5000 tấn/ngày đêm - Đường kính hạt khí là: d = 250 µm Tính kích thước bình tách Theo kinh nghiệp đối với bình tách trụ ngang tỷ số giữa chiều dài trên đường kính: L/D trong phạm vi từ 2 ÷ 6. Ta chọn L/D = 4 Đường kính hạt khí: d = 250 µm = 250.10-6 m Độ nhớt động lực học của khí: µg = 10 cp = 0,01 kg/m.s - Vận tốc nổi lên của các bọt khí xác định theo công thức (4.17): - Lưu lượng dầu: Qd = 5000 tấn/ngày đêm - Diện tích tiết diện cần thiết để khử khí khỏi dầu: Với bình tách ngang, tiết diện cần thiết để khử khí khỏi dầu có dạng hình chữ nhật nên: S = L.D = 4.D2 = 24,82 (m2) D = 2,5 (m) L = 10 (m) Từ các số liệu trên và ta dựa vào bảng catalog bình tách của Schlumberger (xem phụ lục số 1) ta chọn kích thước của bình tách ngang như sau: - Chiều dài của bình: L = 7,5 m (24,6 ft). - Đường của bình: D = 2,95 m (9,68 ft). Þ Thể tích của bình tách: - Kích thước đường vào (Inlet) : 6-in Fig 1002. - Kích thước đường khí ra (Gas Outlet) : 6 - in Fig 206. - Kích thước đường xả dầu (Oil Outlet) : 3 - in Fig 602. - Kích thước đường xả nước (Water Outlet) : 3 - in Fig 602. - Kích thước đường xả cặn (Sand-Jet Line) : 3 - in Fig 602. - Áp suất làm việc của bình: 9,928 Kpa (1,44 psi). - Nhiệt độ làm việc của bình: -200C đến 1490C (-40F đến 3000F) Tính toán cân bằng pha Bảng 4.3. Các thành phần dầu mỏ trong mỏ Bạch Hổ STT Cấu tử Thành phần dầu vỉa % mol (zi) Hệ số cân bằng (Ki) Thành phần lỏng (xi) Thành phần hơi (yi) 1 N2 0,292 86,90 0,006 0,519 2 CO2 0,093 6,77 0,002 0,149 3 C1 46,193 16,26 4,860 78,976 4 C2 8,636 2,87 4,228 12,312 5 C3 5,423 0,98 5,757 5,158 6 IC4 1,479 0,40 2,226 0,886 7 NC4 2,308 0,30 3,871 1,140 8 IC5 0,870 0,14 1,671 0,235 9 NC5 0,991 0,11 1,692 0,221 10 C6 1,298 0,05 2,760 0,139 11 C7 32,417 0,006 72,727 0,445 Theo công thức (4.15) ta có. Mà Ta cho giá trị của i chạy từ 1 đến 11, khi đó sẽ có giá trị tương ứng của zi và Ki như trên bảng và thay số vào ta có: Þ G = 0,55 Þ L = 0,45 Do vậy ta có h/d = 0,45 Bảng 4.3. Hệ số F của bình tách. h/d F h/d F 0,00 1,000 0,30 0,748 0,05 0,981 0,35 0,688 0,10 0,948 0,40 0,626 0,15 0,906 0,45 0,564 0,20 0,858 0,50 0,500 0,25 0,804 0,55 0,436 Tra bảng ta được F = 0,564 Lưu lượng khối lượng: Kp : là hệ số khí hòa tan trong dầu, (Kp= 1,0565.10-5 m3/m3.Pa). P : là áp suất làm việc của bình tách, at. ρl, ρg : lần lượt là khối lượng riêng của dầu và khí, kg/m3. Γ : là tỷ lệ khí trong hỗn hợp, (Γ = 170,5). Tính toán bền cho bình tách - Chiều dày thành bình tính theo công thức (4.27) - Chiều dày đáy bình tách tính theo công thức (4.28) Từ đây ta chọn chiều dày chung của bình tách khi tính toán là: r = 2.2 (cm) - Lực tác dụng lên 2 đầu bình tách, áp dụng công thức (4.29) ta có: - Diện tích chịu lực, áp dụng công thức (4.30) ta có: - Ứng suất cho phép, áp dụng công thức (4.31) ta có: - Phản lực tại mối hàn, áp dụng công thức (4.32) ta có: - Ứng suất tại mối hàn, áp dụng công thức (4.33) ta có: Ta thấy σbt << σmh. Như vậy khi tính toán bền cho bình tách ta tính theo σmh. Tính toán khối lượng, diện tích và tải trọng sàn lắp đặt Ta có các kích thước của bình như sau: + Chiều dài: L = 7,5 m = 24,6 ft + Đường kính: D = 2,95 m = 9,68 ft + Chiều dày: r = 2,2 cm = 0,87 in Ta có sự tương quan giữa chiều dày, chiều dài và đường kính của bình tách: Hình 4.6. Sự tương quan giữa chiều dày, chiều dài và đường kính Dựa vào sự tương quan giữa chiều dày, chiều dài và đường kính của bình tách ta có : + Khối lượng bình tách : Wv = 50789 (lb) = 23000 (kg). + Diện tích sàn lắp đặt : S = 854 (ft2) = 83 (m2). Tải trọng mà sàn phải chịu là WW áp dụng công thức (4.34) ta có : Như vậy trọng lượng mà sàn phải chịu là Sàn chịu tải trọng phân bố là : (tấn/m2) Từ việc tính toán công nghệ và chọn bình tách ngang trên giàn CTP-2, ta chọn được bình tách với những thông số như trên phù hợp với điều kiện làm việc của giàn. CHƯƠNG 5 CÔNG TÁC AN TOÀN ĐỐI VỚI BÌNH TÁCH DẦU KHÍ 5.1. Các sự cố thường gặp và biện pháp khắc phục Trong quá trình làm việc của bình tách thường xảy ra 3 sự cố chính: 1: Chất lỏng bị cuốn ra ngoài theo khí. 2: Mực chất lỏng không ổn định. 3: Quá tải lỏng. 5.1.1. Trường hợp chất lỏng bị cuốn ra ngoài theo khí Bảng 5.1. Nguyên nhân và cách khắc phục trường hợp bị cuốn ra ngoài theo khí Nguyên nhân Biện pháp khắc phục Lưu lượng khí vào dư nhiều. Kiêm tra lại lưu lượng khí, chỉnh lại theo thiết kế. Mực lỏng lên vùng khí chưa tách. Kiểm tra mực chất lỏng, chỉnh lại thấp hơn thiết kế. Các thiết bị tách bên trong bị kẹt do bụi và nước. Kiểm tra lại nhiệt độ và áp suất tính theo lượng nước được tạo ra. Sóng mạnh ở vùng chất lỏng. Do áp suất nhỏ hơn 0,1 Bar. Kiểm tra lại hay cài thêm màng chắn ngang. Áp suất hoạt động lớn hơn áp suất thiết kế. Kiểm tra áp suất hoạt động, tăng lưu lượng khí. Tỷ trọng chất lỏng (OAPI) cao hơn thiết kế. Giảm lưu lượng khí theo tỷ trọng. 5.1.2. Trường hợp chất lỏng không ổn định - Phao bị bao phủ hoàn toàn bởi chất lỏng, để xử lí ta phải thổi ra đường ống chia độ để lấy mức đo chính xác. Nếu thùng đo ở ngoài thì cần thổi chìm phao xuống xem phao có bị kẹt không. Khi ống đo mức chất lỏng và phao kiểm tra xong thì xem phao có bị chìm không, thường xuyên rút chất lỏng ra để phao ngập 1/2, nhập mực chất lỏng cho các bộ điều khiển. - Mực chất lỏng thấp dưới phao: Kiểm tra xem phao có bị kẹt không, đóng van tháo lỏng để van chìm 1/2. - Van điều khiển chất lỏng không làm việc, cần tiến hành các biện pháp sau: + Kiểm tra lại sự hoạt động của van xem đóng mở có đúng không. + Vặn van đóng mở hoàn toàn xem có trở lực không. + Kiểm tra lưu lượng lỏng để xác định trở lực trong đường ống. - Phao bị lắc do song: Lắp giá bảo vệ phao luôn cân bằng để phao làm việc ổn định. - Bộ điều khiển mức chất lỏng không tương ứng: Bị thay đổi mực chất lỏng có thể do bộ điều khiển hỏng, phao thủng hoặc chất lỏng ở dưới phao. Ta phải đóng mở van để chất lỏng dao động bằng chiều dài của phao, nếu bộ điều khiển không tương ứng sẽ làm rơi phao. 5.1.3. Trường hợp quá tải chất lỏng Bảng 5.2. Nguyên nhân và cách khắc phục đối với trường hợp quá tải chất lỏng Nguyên nhân Cách khắc phục Lưu lượng các dòng cao. Chỉnh lại đúng thiết kế. Nhiệt độ thấp hơn thiết kế. Tăng nhiệt độ tách. Bộ ngưng tụ, bộ lọc bị tắc. Kiểm tra áp suất rơi (sụt áp) hoặc phục hồi sửa chữa, tẩy rửa bộ ngưng tụ hoặc thay thế. 5.2. Quy phạm an toàn, kiểm tra bình tách theo tiêu chuẩn Việt Nam Việc vận hành các thiết bị phải tuân theo các quy trình công nghệ và các hướng dẫn về an toàn: - Việc vận hành các thiết bị phải tuân theo các yêu cầu trong “Quy trình lắp đặt thiết bị và an toàn sử dụng các bình cao áp” đã được cơ quan giám sát kỹ thuật Liên Xô phê duyệt, đó là các quy tắc an toàn trong các lĩnh vực công nghiệp. - Việc vận hành các thiết bị không được vượt quá các thông số đã ghi trong các hướng dẫn sử dụng thiết bị, nếu sử dụng khác đi phải được sự phê duyệt của bộ phận nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật. - Thiết bị phải đầy đủ các bộ phận an toàn như ghi trong tài liệu và hướng dẫn đính kèm. - Thiết bị phải ngừng hoạt động trong các trường hợp: + Áp suất vượt quá mức cho phép + Hỏng van an toàn + Hỏng áp kế và không thể xác định + Các bulông gia cố mặt bích bị hỏng hoặc không đủ số lượng yêu cầu + Các đồng hồ đo chỉ báo, thiết bị điều chỉnh bị hỏng, hoạt động không ổn định. - Không được sửa chữa thiết bị dưới áp suất cao - Việc xả khí từ thiết bị ra ngoài chỉ được thực hiện qua đường xả ra đuốc, nghiêm cấm việc xả ra khe hở mặt bích. - Để kiểm tra tốc độ ăn mòn của thiết bị cần tiến hành đo độ dày ít nhất 2 năm một lần bằng biện pháp kiểm tra không phá huỷ. 5.3. Một số biện pháp nâng cao hiệu qủa sử dụng bình tách 5.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tách Một thiết bị tách có hiệu quả, được xem là hoàn thiện về kỹ thuật khi không để thoát các bọt khí cũng như các giọt dầu theo đường xả, thời gian lưu giữ chất lỏng thấp, tiêu hao kim loại ít, thiết bị phải tạo được cân bằng pha. Ngoài ra, bề mặt tiếp xúc khí - dầu cũng là một thông số quan trọng, giảm thời gian đạt tới trạng thái cân bằng và tránh sự thoát các bọt khí theo đường lỏng. Việc tách khí có hiệu quả khi hỗn hợp được phân tán tốt, tạo ra các giọt dầu có kích thớc 1- 2 mm và sẽ được giữ lại ở bộ phận chiết sương. Kích thước này là một hàm số của tỷ số giữa sức căng bề mặt d và hiệu số mật độ Dp: d/Dp. Khả năng tách khí của thiết bị phụ thuộc vào các yếu tố: - Thiết bị tách: chiều dài, đường kính, thiết kế và bố trí bên trong, số bậc tách, áp suất và nhiệt độ vận hành, mức chất lỏng và điều kiện vật lý của thiết bị nói chung cũng như các chi tiết cấu thành. - Tính chất của chất lưu bao gồm: tính chất lý hoá, mật độ r, độ nhớt m, hệ số cân bằng K…, tỷ lệ khí lỏng, kích thước giọt dầu đi vào bộ chiết sương, dòng chảy của chất lỏng giếng: ổn định hoặc rối loạn, hàm lượng tạp chất, xu hướng tạo bọt. Tính chất lý hoá của dầu và kích thước gọt dầu khó nhận biết một cách chính xác. Khi tính toán khả năng và kích thước thiết bị tách thường căn cứ vào tài liệu thực nghiệm hoặc giả định theo cách so sánh hoặc kinh nghiệm. 5.3.2. Các biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng bình tách Từ các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả bình tách ta đa ra các phương pháp để nâng cao hiệu quả sử dụng như sau: Khử nhũ trên đường ống trước khi hỗn hợp dầu khí đi vào bình tách Dầu khai thác lên sau giai đoạn tách nước cơ bản vẫn còn lại một lượng nước nào đó dưới dạng nhũ. Thành phần nước chủ yếu là nước vỉa, có chứa các muối khoáng khác nhau như là NaCl, CaCl2, MgCl2…và các tạp chất cơ học. Mặt khác sau khi tách nước cơ bản vẫn còn khí hữu cơ trong dầu như: CH4, C2H6, C3H8, C4H10; và khí vô cơ như: H2S, CO2, He. Hàm lượng nước và dung dịch nước của các muối khoáng làm tăng chi phí vận chuyển tạo thành các nhũ tương bền vững gây trở ngại cho việc chế biến dầu làm han rỉ đường ống và thiết bị vì vậy phải xử lý dầu để đạt tiêu chuẩn thương mại. Nhiệm vụ chủ yếu là tách nước và tách muối và hơn nữa thì đa số muối trong nước vỉa là muối hoà tan nên chủ yếu là tách nước. Nước tồn tại trong dầu tới thời điểm này chủ yếu dưới dạng nhũ. Nhiệm vụ chủ yếu là tách nước và tách muối và hơn nữa thì đa số muối trong nước vỉa là muối hoà tan nên chủ yếu là tách nước. Nước tồn tại trong dầu tới thời điểm này chủ yếu dới dạng nhũ mà phổ biến là nhũ tương nghịch (nước trong dầu) nên trọng tâm của việc tách nước là khử nhũ tương nghịch. Các giải pháp xử lý (khử nhũ, tách nước) bao gồm: - Giải pháp cơ học: lắng, ly tâm - Giải pháp nhiệt - Giải pháp điện - Giải pháp hoá học. Trong đó giải pháp hoá học là phổ biến nhất vì có hiệu quả cao. Bản chất của nó là dùng các chất khử nhũ, là các chất hoạt tính bề mặt nhân tạo có hoạt tính cao hơn các hoạt chất bề mặt có trong tự nhiên. Mục tiêu cuối cùng là dầu phải đạt tiêu chuẩn thương mại như trong bảng sau: Bảng 5.3. Các chỉ tiêu dầu đạt tiêu chuẩn thương mại Các chỉ tiêu Định mức theo nhóm dầu 1 2 3 Hàm lợng nước, % trọng lợng 0,5 1,0 1,0 Muối clo, mg/lít 100,0 300,0 1800,0 Tạp chất cơ học, % trọng lượng 0,05 0,05 0,05 Áp lực hơi bão hoà tại điểm cấp, Pa (mmHg) 66650 (300) 66650 (300) 66650 (300) Dầu thương mại trước khi tới nhà máy chế biến lại phải khử nước đến 0,1 mg/lít và muối tới 5 mg/lít hoặc thấp hơn. Ta đi vào nội dung của từng phương pháp: - Khử nhũ trên đường ống bằng hoá chất. Đó là đa chất khử nhũ vào trong đường ống (nâng, thu gom) trước trạm xử lý để tăng năng suất và chất lượng làm việc của trạm, tăng khả năng vận chuyển của hệ thống thu gom. Khi chảy trên đường ống thì chất khử nhũ có điều kiện và thời gian hòa trộn, khử lớp bảo vệ và tách nhũ thành 2 pha dầu nước. Quá trình này có vẻ đơn giản nhưng thực chất rất là phức tạp. Việc khử nhũ trên đường ống còn tăng việc chống già hoá của nhũ, tạo cho việc khử nhũ dễ dàng khi nhũ còn mới hình thành. - Phương pháp kết lắng và phân ly trọng lực Trong các bể lắng - chứa, dầu được phân dòng đều theo tiết diện bể từ phía dưới, nổi qua một lớp nước, thực hiện quá trình rửa, keo tụ. Dầu nổi lên phía trên cùng của bể và nước lắng xuống phía dới. - Phương pháp nhiệt hoá Các phương pháp khử nhũ không đốt nóng và không dùng hoá chất trong nhiều trường hợp, nhất là với dầu có độ nhớt cao, dầu nặng, dầu có nhựa và parafin sẽ kém hiệu quả. Vì vậy, khoảng 80% sản lượng dầu khai thác có ngậm nước đã được xử lý bằng phương pháp nhiệt hoá. Phương pháp đáp ứng đợc sự thay đổi hàm lượng nước trong một phạm vi rộng, có thể thay đổi dễ dàng chất khử nhũ và chế độ làm việc cho phù hợp với tính chất của nhũ, hạn chế được sự tổn hao của các thành phần nhẹ. Các loại dầu nặng và dầu nhớt thì khử nhũ trên đường ống kèm theo nhiệt hoá là hợp lý nhất để tách muối và nước. Với dầu mật độ trung bình 0,83 ÷ 0,85, độ nhớt trung bình 10 ÷ 15 cp và độ ngậm nước tới 40% thì có thể không cần xử lý trên đường ống mà chỉ cần xử lý bằng nhiệt hoá. + Phương pháp lọc và rửa Thực tế cho thấy các nhũ tương dầu kiểu nghịch không ổn định hoặc độ ổn định trung bình sẽ bị phá huỷ khi đi qua lớp lọc rắn háo nớc chế tạo từ sỏi, dăm, kính vụn, các quả cầu polimer, phoi gỗ, phoi kim loại… Sự khử nhũ dựa vào hiện tượng ẩm ớt lựa chọn, đi vào với sự hấp thụ. Khi tương tác giữa các phân tử chất lỏng với các phân tử chất rắn mạnh hơn giữa các phân tử lỏng với nhau thì chất lỏng sẽ loang theo bề mặt và tẩm ớt chất rắn. Tuỳ theo tính chất rắn - lỏng, sự ẩm ướt có thể toàn phần, từng phần hoặc không ẩm ướt. Chất lỏng bôi trơn vật rắn càng mạnh khi tương tác giữa các phân tử của chúng càng yếu. Các chất lỏng không phân cực như dầu với sức căng bề mặt bé thường tẩm ướt bề mặt rắn rất tốt. Nước vốn là chất phân cực, có sức căng bề mặt tốt hơn và chỉ tẩm ớt một số chất rắn nhất định như: thạch anh, thuỷ tinh. Vật liệu lọc từ chất rắn dùng khi khử nhũ phải thoả mãn một số điều kiện sau: + Phải có tính tẩm ướt tốt, có khả năng tạo liên kết các vật liệu thấm với các giọt nước, phá huỷ màng ngăn cách giữa các pha của nhũ và tạo điều kiện cho nước kết dính. + Có độ bền đầy đủ, có thể sử dụng lâu dài và ít phải thay thế. - Phương pháp khử nhũ bằng điện trường Dùng tách muối ra khỏi dầu nặng, dầu trung bình và thường được bố trí sau giai đoạn tách lắng và phân ly trọng lực. Dưới tác dụng của điện trường thì các giọt nước chuyển động đồng pha với trường điện chính và ở mọi thời điểm chúng luôn ở trạng thái dao động, chúng bị biến dạng liên tục, hình dáng luôn thay đổi thuận lợi cho việc phá huỷ và sự kết dính của các giọt. Ngoài ra người ta còn sử dụng phương pháp khử nhũ bằng tĩnh điện rất hiệu quả. - Khử nhũ theo cơ chế sủi bọt Đó là nhờ vào sự tách khí của các giọt dầu khi nổi qua một đệm nước. Khi nhũ chuyển động từ đáy bể đi lên nói riêng, cũng như qua hệ thống thu gom, thiết bị xử lý dầu nước nói chung thì áp suất sẽ giảm từ từ làm cho các bọt khí trong dầu được hình thành, giãn nở tăng kích thước, xích lại gần nhau, kết dính tăng kích thước giọt và dần dần tách ra khỏi dầu. Quá trình này không xảy ra với các giọt nước vì rằng lượng khí hoà tan trong nước không đáng kể, gần như các bọt khí không tồn tại trong nước. - Xử lý lắng đọng parafin Việc xử lý lắng đọng parafin góp phần tăng hiệu quả tách của bình tách. Công việc này trước hết phải tổ chức công tác vận chuyển sau đó mới xử lý khi bề dày lắng đọng đạt giới hạn và phương pháp khử phụ thuộc vào đường ống và thành phần lớp lắng đọng. Các yếu tố chính ảnh hưởng tới quá trình lắng đọng parafin bao gồm chất lượng đường ống, áp suất và tốc độ vận chuyển, nhiệt độ môi trường và tính chất của dầu. Ta đa ra các phương pháp vận chuyển dầu nhiều parafin: + Duy trì áp suất cao 10 at ÷ 15 at trên ống thu gom để hạn chế việc tách khí và tốc độ chảy cao để gây động lực để ngăn cản sự lắng đọng. + Giải pháp nhiệt là giải pháp phổ biến với nguyên tắc là duy trì dầu ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ đông đặc của parafin. + Vận chuyển dầu cùng khí hoặc nước + Giảm độ nhám và khả năng bám dính của ống, khi chế tạo thì sơn một lớp hoặc tráng thuỷ tinh. + Pha loãng dầu, đây là phương pháp giảm tổn hao áp suất, giảm độ nhớt và tăng tốc độ vận chuyển và giảm nồng độ parafin. + Sử dụng hoá chất, đó là các hoạt chất bề mặt ngăn cản sự hình thành nhũ tương dầu, thành ống sẽ tiếp xúc với nước chứ không phải dầu. + Sử dụng các giải pháp hỗn hợp như: nhiệt hoá, nhiệt từ. Xử lý lắng đọng parafin: + Giải pháp cơ học: Dùng máy cào, máy nạo hoặc thoi đẩy + Dùng dung môi hoà tan: Dùng CHCl3 hoặc CS2 cùng với nước và bơm vào đường ống. + Dùng chất phân tán: Không có tác dụng hoà tan nhưng có tác dụng tăng độ phân tán của lắng đọng. + Giải pháp nhiệt: Chủ yếu dùng nước nóng để tuần hoàn và chỉ tiến hành khi sự lắng đọng ở mức độ thấp. - Phải tiến hành phân loại dầu cũng như nắm rõ về tính chất lý hoá của dầu như: độ nhớt, nhiệt độ đông đặc, sức căng bề mặt, độ dẫn nhiệt…,từ đó bố trí thiết bị tách hợp lý để đạt hiệu quả tách cao nhất. - Thực hiện tốt các quy trình công nghệ của thiết bị tách. Từ việc tính toán bình tách (chiều dài, đường kính, bố trí lắp đặt bên trong bình tách…) tới điều kiện vật lý nơi lắp đặt, áp suất và nhiệt độ vận hành, số bậc tách… - Thực hiện tốt công tác bảo dưỡng bình tách như trong quy trình bảo dưỡng bình tách. KẾT LUẬN Các chất lưu ra khỏi miệng giếng cần được tách - lọc, gom chúng lại và cần được xử lý cho tới khi đạt tới tiêu chuẩn thương mại và môi sinh. Việc tách pha lỏng - khí được thực hiện trong suốt quá trình thu gom. Yêu cầu đặt ra cho công tác thu gom là giảm lượng thất thoát do bay hơi và rò rỉ. Tách pha khí lỏng phải triệt để (tách sâu) làm sạch các chất lưu dầu - khí đạt tới giá trị thương mại và tiêu chuẩn môi sinh cao nhất. Khả năng tách pha lỏng - khí phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, tính chất của chất lưu. Nguyên tắc của tách pha chủ yếu là ta đi điều khiển nhiệt độ và áp suất tách. Sản phẩm từ miệng giếng đầu tiên sẽ chảy tới trạm thu gom đầu nguồn (thường gọi là trạm tách - đo). Tại đây Hydrocacbon lỏng và khí được tách riêng: (tách hai pha), nếu chất lỏng có nhiều nước thì phải tách ba pha: khí, dầu, nước. Từ các trạm đầu nguồn, chất lưu được chuyển về trạm trung tâm. Tại đây thực hiện quá trình tách pha sâu với áp suất thấp. Đồng thời có thể tiến hành xử lý sơ bộ các pha khí nước. Cuối cùng, chất lưu được chuyển về trạm cuối nguồn để xử lý các pha một cách triệt để. Việc tách pha ngay đầu miệng giếng là khâu quan trọng nhất, và dùng các thiết bị tách: Thiết bị tách khai thác thường, chuyên dụng. Trạm thu gom (cụm đầu giếng): có nhiều thiết bị tách và phải tiến hành tách theo bậc, và phải đảm bảo quá trình tách là hiệu quả và triệt để nhất. Một số kiến nghị: Trong hệ thống khai thác, thiết bị tách pha là một thiết bị quan trọng và không thể thiếu được. Trong đồ án chỉ nêu khái quát chung cũng như hệ thống đã sử dụng ở mỏ Bạch Hổ. Để tăng hiệu quả tách pha cần phải tiến hành thí nghiệm: tính toán số bậc, tính toán lượng khí tách ra ở mỗi bậc. So sánh về mặt kinh tế hiệu quả số lượng lỏng thu được và việc lắp thêm các bình tách. Hà nội, ngày 04 tháng 05 năm 2011 Sinh Viên Nguyễn Văn Cường B TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] - Nguyễn Văn Thịnh, Bài giảng thiết bị xử lý sản phẩm khai thác dầu khí, trường Đại Học Mỏ Địa Chất. [2] - Lê Xuân Lân (2005), Giáo trình thu gom, xử lý Dầu - Khí - Nước, trường Đại Học Mỏ Địa Chất. [3] - Lê Xuân Lân (1998), Lý thuyết khai thác tài nguyên lỏng khí, Đại học Mỏ - Địa chất. [4] - A.P.SZILAS (1985), Production and Transport of Oil and Gas, Akademiai Kiado Budapest. [5] - Tarek Ahmed (1989), Hydrocacbon Phase Behavior. [6]- Alidanesh (1998), PVT and Phase behavior of petroleum reservoir fluids [7] - Michael J Economides (1994), Petroleum Production Systems PTR Prentice Hall. [8] - Campbell Petroleum Series, Gas Conditioning and Processing, Printed and Bound in USA. MỤC LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ STT SỐ HÌNH VẼ TÊN HÌNH VẼ TRANG 1 Hình 1.1 Toàn cảnh hệ thống khai thác dầu khí 2 2 Hình 1.2 Sơ đồ thu gom hở và kín 4 3 Hình 1.3 Hệ thống các thiết bị tách dầu khí 9 4 Hình 2.1 Bình tách hình trụ đứng 2 pha 16 5 Hình 2.2 Bình tách hình trụ đứng 3 pha 16 6 Hình 2.3 Bình tách hình trụ đứng 3 pha sử dụng lực ly tâm 17 7 Hình 2.4 Bình tách hình trụ nằm ngang 2 pha 18 8 Hình 2.5 Bình tách hình trụ nằm ngang 3 pha 18 9 Hình 2.6 Bình tách hình cầu 2 pha 19 10 Hình 2.7 Bình tách hình cầu 3 pha 19 11 Hình 2.8 Sơ đồ bình tách 2 pha trụ đứng 23 12 Hình 2.9 Sơ đồ tách cơ bản kiểu cửa vào hướng tâm 23 13 Hình 2.10 Sơ đồ tách cơ bản bằng lực ly tâm 24 14 Hình 2.11 Bộ phận chiết sương kiểu đồng tâm 26 15 Hình 2.12 Bộ phận chiết sương kiểu ban chớp 26 16 Hình 2.13 Bộ phận chiết sương dạng cánh 27 17 Hình 2.14 Bộ lọc sương 28 18 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống thu gom giàn cố định 30 19 Hình 3.2 Sơ đồ thu gom kín ở giàn nhẹ 31 20 Hình 3.3 Sơ đồ hệ thống xử lý khí đồng hành ở giàn trung tâm 32 21 Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bình C1 36 22 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bình C2 37 23 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý điêu khiển của bình C3 39 24 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bình C4 40 25 Hình 3.8 Sơ đồ cấu tạo bình tách dầu – khí dạng đứng 43 26 Hình 3.9 Sơ đồ cáu tạo bình tách dầu – khí dạng ngang 44 27 Hình 3.10 Bình tách câp 1 có hệ thống thu gom xử lý khí sơ bộ 44 28 Hình 3.11 Sơ đồ cấu tạo bình tách có hệ thống thải nước sơ bộ 46 29 Hình 3.12 Sơ đồ cấu tạo bình tách bậc cuối 47 30 Hình 3.13 Sơ đồ bình tách 2 tầng kiểu xoáy 47 31 Hình 4.1 Biến thiên hằng số Ki theo áp suất 51 32 Hình 4.2 Thành phần hydrocacbon khi thay đổi nhiệt độ 52 33 Hình 4.3 Biểu đồ tìm hệ số cân bằng 53 34 Hình 4.4 Quan hệ giữa tỷ số L/D và hệ số Fhv 57 35 Hình 4.5 Lực tác dụng lên bình tách 58 36 Hình 4.6 Tương quan giữa chiều dài, chiều dày và đường kính 64 DANH MỤC BẢNG BIỂU STT SỐ HIỆU BẢNG TÊN BẢNG TRANG 1 Bảng 1.1 Thông số làm việc của các giàn tách khí sơ bộ trên các giàn nhẹ 7 2 Bảng 1.2 Các thông số của bình tách áp lực trên giàn cố định 8 3 Bảng 2.1 So sánh sự thuận lợi và không thuận lợi của các loại bình tách. 20 4 Bảng 4.1 Một số giá trị của Fhv 54 5 Bảng 4.2 Hệ số hiệu dụng E 56 6 Bảng 4.3 Bảng các thành phần dầu mỏ trong mỏ Bạch Hổ 59 7 Bảng 4.2 Hệ số F của bình tách 60 8 Bảng 5.1 Nguyên nhân và cách khắc phục trường hợp bị cuốn ra ngoài theo khí 63 9 Bảng 5.2 Nguyên nhân và cách khắc phục đối với trường hợp quá tải chất lỏng 64 10 Bảng 5.3 Các chỉ tiêu dầu đạt tiêu chuẩn thương mại 66 1 inch (in) = 25,4 mm 1 foot (ft) = 0,305 m 1 pound = 4,54 N 1 oC = 33,8 oF = 274,15 oK 1 m3 = 61023,74409 inch3 = 6,28981077 thùng dầu. 1 m/s = 11811,02362 foot/h = 196,8053939 foot/phút = 2,236936292 dặm/h. 1 foot2 = 144 inch2 = 0,09290304 m2 = 3,587006428 dặm2. 1 at = 1,01325 Bar = 1,033227453 kg/cm2 = 101,325 Kpa = 2116,216624 pound/foot2= 101,325 KN/m2 = 760 mmHg = 14,69594878 Psi BẢNG QUY ĐỔI VÀ CÁC ĐƠN VỊ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN