Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành dầu khí Việt Nam ngày càng phát triển, sản lượng khai thác dầu
thô và khí đồng hành ngày càng tăng. Dầu thô và khí đồng hành chủ yếu được
khai thác tại phần thềm lục địa phía Nam Việt Nam. Dầu thô được khai thác
trên các mỏ ở Việt Nam là dầu có hàm lượng parafin tương đối cao, độ
nhớt ,nhiệt độ đông đặc cao nên việc khai thác, vận chuyển hỗn hợp dầu khí
gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải xử lý nhiều sự cố kỹ thuật xảy ra trên đường
ống vận chuyển như: sự cố tắc đường ống do lắng đọng parafin, xung động
trong hệ thống vận chuyển hỗn hợp dầu khí, làm giảm công suất tách, giảm
mức độ an toàn với thiết bị công nghệ.
Với mục đích áp dụng lý thuyết và thực tế sản xuất trong quá trình thu
gom, vận chuyển hỗn hợp dầu khí, với sự giúp đỡ của các cán bộ trong công
ty Dầu Khí Sông Hồng và Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro. Em đã kết thúc
đợt thực tập sản xuất, thực tập tốt nghiệp, thu thập tài liệu và hoàn thành đồ
án dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Nguyễn Văn Thịnh
Đồ án mang tên ‘‘Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động của bình
tách dầu khí ở mỏ Bạch Hổ. Chuyên đề: Tính toán cho bình tách dầu khí
NGS tại giàn khai thác số 8 mỏ Bạch Hổ.”
Đồ án tốt nghiệp là công trình nghiên cứu khoa học được xây dựng dựa
trên quá trình học tập, nghiên cứu tại truờng kết hợp với thực tế sản xuất
nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức đã học. Với mức độ 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 góp ý bổ sung của các thầy cô, các nhà chuyên môn và các bạn đồng
nghiệp. 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 thầy Nguyễn
Văn Thịnh đã giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này.
Nhân đây em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các cán bộ nhân viên thuộc
công ty Dầu Khí Sông Hồng và Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro đã giúp
Ở một vài nơi nó có thể cần thiết để loại bỏ hydrocacbon nặng hơn và
hạ thấp điểm sương của hydrocacbon. Các chất gây ô nhiễm như H
2
S và CO
2
có thể xuất hiện ở mức cao hơn các khí thương phẩm. Trong trường hợp này
cần thiết bổ xung thêm các thiết bị làm “ngọt” khí
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
2
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Hình 1.1: Bình tách 2 pha thẳng đứng
Đặc điểm của bình tách 2 pha thẳng đứng thường có đầu vào ở bên trái,
khí thoát ra ở trên đỉnh và chất lỏng đi ra ở phía dưới bên phải của bình tách.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
3
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Hình 1.2: Bình tách nằm ngang
Hình 1.3: Bình tách hình cầu
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
4
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Hình 1.4: Hệ thống tách hơi nước khỏi khí Glycol
Đặc điểm: Đây là 1 loại bình chứa lớn nằm ngang bên trái là tháp tiếp
xúc nơi glycol tiếp xúc với khí và hấp thụ hơi nước. Bình chứa đứng cao hơn
gia nhiệt lại hay bình tách nước nơi glycol ướt được làm nóng và làm sôi
nước, từ đó nước ra khỏi đường ống đứng ở đầu ngay sau tháp tiếp xúc, bình
nằm ngang thấp hơn là 1 bình chứa tạm thời
giàn ngoài khơi hoặc làm bốc hơi từ các hầm trên đất liền. Thông thường thì
nước tách được cho vào các giếng xử lý hoặc sử dụng trong phương pháp bơm
ép nước. Trong một vài trường hợp nước được tách ra phải được xử lý để loại
bỏ một lượng dầu nhỏ. Nếu nước được bơm xuống giếng thì nó phải được lọc
các hạt chất rắn. Nước có thể được xử lý ở các thùng vớt dầu nằm ngang hoặc
đứng cái trông rất giống bình tách. Bất kỳ chất rắn ở trong dòng sản phẩm từ
giếng phải được tách ra, làm sạch và xử lý đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường,
bao gồm lắng ở bồn, bể chứa
Các thiết bị phải được kiểm tra và đo lường kỹ lưỡng. Khi đó khí, dầu,
nước có thể chỉ ra đặc trương của mỗi giếng, điều này không chỉ cần thiết cho
mục đích tính toán mà còn thực hiện nghiên cứu vỉa ở mỏ đã cạn kiệt
Có rất nhiều điều kiện làm việc khác nhau vì lưu lượng khác nhau, tính
chất môi chất khác nhau, vị trí lắp đặt khác nhau, quá trình vận hành khác
nhau…
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
7
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Ở vùng đầm lầy có thể đặt gỗ, thép, bê tông, kết cấu thép hoặc giá đỡ
bằng bê tông
Hình 1.7
Trong vùng nước nông thiết bị có thể lắp đặt ở các giàn khác nhau và
được kết nối bằng cầu thép
Hình 1.8
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
8
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Ở vùng nước sâu hơn cần thiết phải lắp đặt các thiết bị cùng với thiết bị
đầu giếng của 1 giàn
10 microns)
• Sự hiện diện của các tạp chất ( cát, paraffin…)
• Khuynh hướng tạo bọt của dầu thô
• Khả năng ăn mòn của chất lỏng và khí
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
11
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
CHƯƠNG 2
THIẾT BỊ TÁCH SẢN PHẨM
2.1 Chức năng của thiết bị tách sản phẩm
• 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 đo bình tách chỉ còn tạo không
gian cho khí và dầu di 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
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
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
13
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
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 Các phương pháp tách dầu và khí trong bình tách
2.2.1 Các phương pháp tách dầu ra khỏi khí
Những hạt chất lỏng còn sót lại trong khi chất lưu đi qua các thiết bị
tách ban đầu (khi mà trong bình tách đã phân biệt rõ hai dòng chất lưu khí và
lỏng) được tách lần cuối bằng một bộ thiết bị gọi là bộ chiết sương hay màng
ngăn. Hơi ngưng tụ trong khí không thể thu hồi bằng bộ chiết này. Sự ngưng
tụ của hơi này xảy ra do sự giảm nhiệt độ hoặc sau khi khí vừa được thu hồi
từ bình tách. Bởi vì khí vừa ngưng tụ có thể có những đặc tính tự nhiên ở
khi áp suất và nhiệt độ khí tăng lên thì sự khác nhau về tỷ trọng sẽ giảm
xuống, ở áp suất làm việc 53 at thì tỷ trọng hydrocacbon lỏng chỉ nặng gấp 6-
10 lần so với khí. Vì vậy áp suất có ảnh hưởng tới kích thước của bình tách;
kích thước và kiểu của màng ngăn để tách hoàn toàn chất lỏng và khí.
Trên lý thuyết các hạt chất lỏng có tỷ trọng từ 6-10 lần tỷ trọng khí có
thể nhanh chóng lắng xuống và tách khỏi khí. Tuy nhiên điều này không xảy
ra bởi vì những hạt chất lỏng quá nhỏ đến mức chúng có khuynh hướng trôi
nổi trong khí và không thoát ra khỏi khí khi khí ở trong bình.
Trong hầu hết các bình tách có các kích thước trung bình, những phần
tử hydrocacbon lỏng có đuờng kính 100
m
µ
hoặc lớn hơn sẽ hoàn toàn lắng
xuống khỏi khí. Tuy nhiên những màng ngăn dùng để lọc những phần tử chất
lỏng nhỏ hơn còn lại trong khí. Khi áp suất làm việc của bình tăng lên sự khác
nhau về tỷ trọng khí và chất lỏng giảm xuống. Vì thế cần phải vận hành bình
tách ở áp suất thấp kết hợp với các phương pháp xử lý ở những điều kiện và
yêu cầu khác nhau.
2.2.1.2. Sự va đập
Nếu dòng khí có chứa những phần tử chất lỏng chuyển động khi va đập
vào thành (bề mặt) thì các phần tử có thể bám vào và ngưng tụ trên bề mặt.
Khi chất lỏng ngưng tụ thành những hạt đủ lớn thì chúng rơi vào khoang chứa
chất lỏng. Nếu hàm lượng chất lỏng trong khí cao hoặc các phần tử lỏng là
nguyên chất, những mặt va đập được lắp đặt để thu hồi dầu dạng sương. Hình
2.1 là hình vẽ của một bộ màng ngăn sử dụng để lặp đi lặp lại sự va đập để
thu hồi dòng chất lỏng trong khí
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
15
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
2.2.1.5. Dùng lực ly tâm
Nếu dòng khí có mang theo chất lỏng chuyển động theo đường tròn với
vận tốc đủ lớn, lực ly tâm sẽ làm chất lỏng bắn vào thanh bình. Tại đây thì
chất lỏng ngưng tụ thành những hạt chất lỏng có kích thước ngày càng lớn và
cuối cùng chảy xuống khoang chất lỏng phía dưới bình. Phương pháp dùng
lực ly tâm là một trong những phương pháp hiệu quả nhất trong việc tách
sương chất lỏng từ khí. Hiệu quả của bộ màng ngăn này tăng khi tốc độ dòng
khí tăng. Vì vậy với cùng tốc độ dòng chảy vào bình cho trước với bình tách
ly tâm cần kích thứơc nhỏ hơn là đủ.
Hình 2.3 minh hoạ một bình tách 2 pha nằm ngang sử dụng hai giai
đoạn chiết sương, ly tâm để tách sương chất lỏng khỏi khí. Thiết bị gây va
đập cửa vào là một cái phễu với những cánh quạt hình xoắn ốc hướng ra
ngoài truyền một chuyển động xoáy cho chất lưu khi chúng đi vào bình tách.
Những hạt chất lỏng lớn hơn bị bắn vào vỏ của bình và rơi xuống khoang
chứa chất lỏng. Khí chảy vào thiết bị thứ cấp gồm những cánh quạt hình xoắn
ốc hướng vào trong để tăng tốc cho đến 0,7
÷
2,7 m/s ở đầu ra của thiết bị thứ
cấp. Dầu được tách từ thiết bị ly tâm sơ cấp chảy từ khoang trên xuống
khoang dưới qua đường dẫn bên dưới ở bên phải. Khoang dưới của bình tách
được chia thành hai ngăn, chất lỏng được lấy ra từ hai ngăn bằng hai bộ điều
khiển mức chất lỏng và hai van thu hồi dầu.
Bình tách và bình lọc dùng lực ly tâm để thu hồi sương dầu từ khí có
thể xử lý một lượng khí lớn.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
18
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Mặc dù các tấm đông kết hoạt động rất hiệu quả trong việc thu hồi dầu từ khí
nhưng màng ngăn kiểu cánh quạt được sử dung rộng rãi hơn vì chúng có thể
dùng trong nhiều điều kiện khác nhau. Do nhược điểm của các tấm đông kết,
công dụng của chúng chỉ hạn chế trong máy lọc khí và dùng trong hệ thống
phân phối, vận chuyển thu gom khí.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
20
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Hình 2.4 Màng ngăn dạng lưới kiểu ngưng tụ.
1. Đường khí ra;
2. Các lớp đệm;
3. Giọt dầu ngưng tụ;
4. Đường vào của hỗn hợp dầu khí;
5. Đường ra của chất lỏng;
2.2.1.7 Lọc bằng phin lọc
Dùng phin lọc dễ thấm qua rất có hiệu quả trong việc thu hồi dầu từ
khí. Vật liệu có tính thấm lọc sương chất lỏng từ khí có thể sử dụng nguyên lý
của sự va đập, thay đổi hướng dòng chảy và hỗ trợ cho việc tách sương chất
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
21
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
lỏng từ khí, áp suất giảm qua mang ngăn càng thấp càng tốt trong khi hiệu
quả tách tối đa vẫn được duy trì. Tóm lại sự giảm áp suất qua màng ngăn là
lớn nhất nếu ta sử dụng phương pháp phin lọc và nhỏ nhất là phương pháp kết
tụ. Còn những kiểu khác thì thay đổi trong khoảng này.
2.2.2. Các phương pháp tách khí ra khỏi dầu
Do nhiều nguyên nhân khác nhau như đảm bảo chất lượng dầu thô và
lợi ích từ khí tự nhiên cũng không nhỏ. Vì vậy phải tách khí không hoà tan
cho dầu khi chảy từ cửa vào đến khoang dầu luôn ở dạng lớp mỏng .Khi dầu
chảy qua thiết bị này nó được dàn mỏng ra và có xu hướng cuộn tròn làm tăng
hiệu quả làm tan các bọt khí, đặc biệt chúng có hiệu quả trong việc xử lý dầu
có bọt. Bộ làm lệch có đục lỗ được dùng để tách khí không hoà tan trong dầu,
chúng gây nên sự khuấy động nhẹ làm cho khí thoát ra khỏi dầu thô khi dòng
dầu chảy qua.
2.2.2.4 Nung nóng
Nung nóng làm giảm sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu, vì vậy nó hỗ
trợ cho việc thoát khí khỏi dầu dễ dàng hơn. Phương pháp hiệu quả nhất trong
việc nung dầu thô là cho chúng đi qua một thùng nước được nung nóng. Một
cái đĩa làm tán xạ chất lỏng thành dòng hay lớp mỏng sẽ làm tăng ảnh hưởng
của bình nước nóng, dòng dầu đi lên qua bình nuớc nóng sẽ tạo ra sự khuấy
động nhẹ rất cần thiết cho sự kết tụ và tách khí sủi bọt từ trong dầu. Bình
nước nóng cũng làm tăng hiệu quả của việc tách khí ra khỏi dầu thô dạng bọt.
Trên thực tế bình nước nóng không được lắp trong một số bình tách nhưng
nhiệt lượng có thể cung cấp cho dầu bằng những bộ nung nóng bằng lửa ,bộ
trao đổi nhiệt…một cách gián tiếp hay trực tiếp. Những bộ xử lý nhũ tương
cũng được dùng như vậy.
2.2.2.5 Hóa chất
Hoá chất làm giảm sức căng bề mặt của dầu thô và hỗ trợ trong việc
giải phóng khí ra khỏi dầu. Những hoá chất như thế làm giảm đáng kể khuynh
hướng tạo bọt của dầu và vì vậy làm tăng công suất của bình tách khi mà bọt
dầu đã được xử lý.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
23
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Hình 2.5 Sơ đồ bình tách đứng đặc biệt để tách dầu thô nhiều bọt
1. Đầu vào chất lỏng; 5. Thiết bị dẫn hướng;
2. Bộ chiết sương; 6. Đầu ra chất lỏng;
việc khuấy khí không hoà tan trong dầu và làm vỡ bọt khí trong dầu. Những
đĩa trên bề mặt phân cách dầu khí thuộc phần chứa khí của bình dùng để lọc
các hạt chất lỏng từ khí và làm vỡ những bọt còn lại trong khoang chứa khí
của bình. Màng ngăn dạng luới dày 6 inch đặt ở cửa ra của khí lọc tiếp phần
sương dầu còn lại trong khí và làm vỡ những bọt dầu còn sót laị trong đó.
Bình tách đứng hình (2.5) được dùng để xử lý bọt dầu thô. Khi dầu chảy
xuống đĩa thì bọt bị biến dạng và vỡ ra. Kiểu này có thể tăng hiệu suất của
bình tách trong xử lý bọt dầu từ 10-15%. Những nhân tố chính trong việc hỗ
trợ làm vỡ những bọt dầu là khuấy, nung nóng, hoá chất và lực ly tâm. Những
nhân tố này cũng được dùng để tách khí sủi bọt trong dầu. Những kiểu bình
tách sử dụng trong việc xử lý bọt dầu thô vừa được cải tiến, chúng được sản
xuất ở nhiều nơi khác nhau và một số bình được thiết kế cho những ứng dụng
riêng.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
25
Copyright: Tài liệu đại học ©