Luận văn tốt nghiệp
Lời cảm ơn
____________________________________________________________________________

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Mai Cao
Lân. Thầy đã truyền đạt cho em những kiến thức lý thuyết cơ sở quý báu, chỉ dẫn
cho em phương pháp học tập hiệu quả, cách phân tích và giải quyết vấn đề, giúp đỡ
em nguồn tài liệu tham khảo quan trọng, cũng như tạo điều kiện cho em được thực
tập, và Thầy là người tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn anh Nguyễn Viết Văn, người đã hướng dẫn và giúp
đỡ em từng bước hoàn thành luận văn tốt nghiệp, giúp em liên hệ kiến thức giữa lý
thuyết và thực tiễn. Em thật sự cảm ơn về những kiến thức thực tế rất hữu ích mà anh
đã chỉ dẫn trong suốt quá trình thực tập. Bên cạnh đó, em cũng xin được gửi lời cảm
ơn sâu sắc đến các anh chị phòng Khai Thác – Hoàng Long Hoàn Vũ JOC đã nhiệt
tình giúp đỡ và sẵn sàng giải đáp những thắc mắc của em trong suốt quá trình thực
tập.
Em muốn được bày tỏ lòng biết ơn trân trọng đến các thầy cô trường Đại học
Bách Khoa ĐHQG Tp.HCM, đặc biệt là các thầy cô khoa KT Địa chất và Dầu khí,
các thầy ở bộ môn Khoan và Khai Thác Dầu Khí đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo và
giúp đỡ em trong suốt thời gian trên giảng đường đại học.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Công ty Điều hành chung dầu
khí Hoàng Long Hoàn Vũ JOC, Ts. Ngô Hữu Hải, ông Vũ Văn Cường, đã tạo điều
kiện cho em thực tập và hoàn thành tốt luận văn này.
Con xin gửi lời tri ân sâu sắc đến Ba Mẹ, cảm ơn Ba Mẹ đã sinh thành, nuôi
dưỡng và dạy dỗ con nên người. Ba Mẹ luôn là nguồn động viên lớn nhất và đã tạo
cho con những điều kiện tốt nhất trên bước đường học tập và trưởng thành. Đối với
con, gia đình luôn là chỗ dựa lớn lao trong cuộc đời này.
Sau cùng, tôi muốn cám ơn các anh chị sinh viên khoa Kỹ Thuật Địa Chất &
Dầu Khí, các bạn cùng khóa và các em sinh viên khóa sau đã cùng tôi đồng hành trên
bước đường học tập.

liệu đầu vào cần thiết phục vụ cho việc xây dựng mô hình, hiệu chỉnh mô hình, sử dụng
mô hình mô phỏng bài toán.
Kết quả đạt được sau quá trình mô phỏng là sự biễu diễn áp suất, nhiệt độ, tỷ
phần lỏng, tác động sự hình thành các nút khí trong hệ thống đường ống vận chuyển
với các chế độ làm việc khác nhau. Trên cơ sở phân tích và đánh giá các kết quả này,
việc đề xuất phương án hợp lý nhằm cải thiện hiệu suất vận chuyển cũng như giảm
thiểu rủi ro và tiết kiệm chi phí xử lý được thực hiện.
______________________________________________________________________
SVTH: Đỗ Xuân Hòa-MSSV: 30800690

ii


Luận văn tốt nghiệp
Mục lục
____________________________________________________________________________

MỤC LỤC

MỤC LỤC ...................................................................................................................... iii
DANH SÁCH HÌNH ẢNH .............................................................................................. v
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ........................................................................................ viii
CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................................................ix
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỐI ƯU HÓA VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ BẰNG
ĐƯỜNG ỐNG KẾT NỐI................................................................................................. 1
1.1. Tổng quan về tối ưu hóa vận chuyển dầu khí bằng đường ống kết nối.............. 1
1.2. Mục đích của việc tối ưu hóa vận chuyển dầu khí trong đường ống ................. 2
1.3. Phương pháp tối ưu hóa ...................................................................................... 3
1.3.1.

2.2.1.

Phương trình bảo toàn khối lượng .......................................................... 15

2.2.2.

Phương trình bảo toàn động lượng ......................................................... 16

2.2.3.

Phương trình bảo toàn năng lượng ......................................................... 17

2.2.4.

Phương trình áp suất ............................................................................... 18

2.2.5.

Sự truyền khối giữa bề mặt phân cách các pha ...................................... 18

2.3. Các tính chất cơ bản của chất lưu vận chuyển trong đường ống ...................... 19
______________________________________________________________________
SVTH: Đỗ Xuân Hòa-MSSV: 30800690

iii


Luận văn tốt nghiệp
Mục lục
____________________________________________________________________________

Hệ thống đường ống kết nối CNV – CPP3 ............................................ 31

3.1.3.

Thành phần và tính chất dầu thô CNV ................................................... 33

3.1.4.
Hiện trạng làm việc thực tế trong đường ống vận chuyển dầu khí CNV
– CPP3 ................................................................................................................ 41
3.2. Xây dựng mô hình dòng chảy đa pha trong đường ống vận chuyển ................ 50
3.2.1.

Các dữ liệu thực tế cần thiết cho việc xây dựng mô hình ...................... 51

3.2.2.
chuyển

Xây dựng mô hình nhiệt thủy động dòng chảy trong đường ống vận
................................................................................................................ 53

3.2.3.
chuyển

Hiệu chỉnh mô hình nhiệt thủy động dòng chảy trong đường ống vận
................................................................................................................ 54

3.3. Mô phỏng quá trình nhiệt thủy động dòng chảy trong đường ống và đề xuất
phương án tối ưu hóa vận chuyển hỗn hợp dầu khí ................................................... 57
3.3.1.
Mô phỏng quá trình nhiệt thủy động dòng chảy trong đường ống vận

Hình 2.8 – Kết quả thí nghiệm các chất làm giảm nhiệt độ đông đặc khác nhau với các
liều lượng khác nhau ...................................................................................................... 27
Hình 2.9 – Ảnh hưởng của các chất PPD với liều lượng 1000ppm đến độ cản ban đầu
........................................................................................................................................ 28
Hình 2.10 – Ảnh hưởng của các chất PPD với liều lượng 1000ppm đến độ nhớt động
học dầu của CNV ........................................................................................................... 28

Hình 3.1 – Sơ đồ vị trí mỏ Cá Ngừ Vàng [9] ................................................................... 30
Hình 3.2 – Sơ đồ vận chuyển dầu khí từ CNV WHP [9] ................................................. 31
Hình 3.3 – Đồ thị biểu diễn sự thay đổi tốc độ lắng đọng paraffin khi giảm nhiệt độ .. 35
Hình 3.4 – Đồ thị biểu diễn hàm lượng % paraffin hòa tan trong dầu theo nhiệt độ ... 36
Hình 3.5 – Đồ thị biểu diễn biến thiên độ nhớt động học STO theo nhiệt độ ................ 38
Hình 3.6 – Đồ thị biểu diễn biến thiên độ nhớt động học Live Crude theo nhiệt độ ..... 39
Hình 3.7 – Đồ thị so sánh độ nhớt động học biến thiên theo nhiệt độ của STO & Live
crude ............................................................................................................................... 40
Hình 3.8 – Đồ thị biểu diễn lưu lượng và áp suất làm việc trên CNV & CPP-3 ........... 43
Hình 3.9 – Đồ thị biểu diễn lưu lượng và nhiệt độ làm việc trên CNV & CPP-3 ......... 44
Hình 3.10 – Quan hệ giữa lưu lượng và áp suất trong đường ống CNV- CPP3, 1st ..... 45
Hình 3.11 – Quan hệ giữa lưu lượng và áp suất trong đường ống CNV- CPP3, 2nd .... 45
Hình 3.12 – Quan hệ giữa lưu lượng và áp suất trong đường ống CNV- CPP3, 3rd .... 46
______________________________________________________________________
SVTH: Đỗ Xuân Hòa-MSSV: 30800690

v


Luận văn tốt nghiệp
Danh sách hình ảnh
____________________________________________________________________________


Hình 3.37 – Kết quả mô phỏng áp suất và nhiệt độ trong đường ống sau 24h
(3000STB/d – 17bar) ...................................................................................................... 66
Hình 3.38 – Kết quả mô phỏng vận tốc và tỷ phần lỏng trong đường ống sau 24h ...... 67
Hình 3.39 – Kết quả mô phỏng lưu lượng dòng chảy tại CPP-3 ................................... 67
______________________________________________________________________
SVTH: Đỗ Xuân Hòa-MSSV: 30800690

vi


Luận văn tốt nghiệp
Danh sách hình ảnh
____________________________________________________________________________

Hình 3.40 – Kết quả mô phỏng áp suất và nhiệt độ trong đường ống sau 24h
(2000STB/d) ................................................................................................................... 68
Hình 3.41 – Kết quả mô phỏng vận tốc và tỷ phần lỏng trong đường ống sau 24h ...... 69
Hình 3.42 – Kết quả mô phỏng lưu lượng dòng chảy tại CPP-3 ................................... 69
Hình 3.43 – Lưu lượng thể tích tại CPP-3 (2000 bbl/d) ................................................ 70
Hình 3.44 – Số nút khí tại CPP-3 (2000 bbl/d) .............................................................. 71
Hình 3.45 – Chiều dài nút khí tại CPP-3 (2000 bbl/d) .................................................. 71
Hình 3.46 – Lưu lượng cộng dồn tại CPP-3 (2000 bbl/d) ............................................. 72
Hình 3.47 – So sánh thể tích lỏng thay đồi đột ngột tại CPP-3 ở 2000 bbl/d & 5000
bbl/d ................................................................................................................................ 72
Hình 3.48 – Kết quả mô phỏng áp suất và nhiệt độ trong đường ống sau 24h
(1000STB/d) ................................................................................................................... 73
Hình 3.49 – Kết quả mô phỏng vận tốc và tỷ phần lỏng trong đường ống sau 24h ...... 74
Hình 3.50 – Kết quả mô phỏng lưu lượng dòng chảy tại CPP-3 ................................... 74
Hình 3.51 – Lưu lượng thể tích tại CPP-3 (1000 bbl/d) ................................................ 75
Hình 3.52 – Số nút khí tại CPP-3 (1000 bbl/d) .............................................................. 76

Bảng 3.8 – Dữ liệu thành phần chất lưu CNV trên PVTsim 19.0 .................................. 51
Bảng 3.9 – Dữ liệu áp suất, nhiệt độ và lưu lượng ........................................................ 51
Bảng 3.10 – Dữ liệu cơ bản vật liệu của đường ống ..................................................... 52
Bảng 3.11 – Dữ liệu nhiệt độ và áp suất sau côn tiết lưu .............................................. 57
Bảng 3.12 – Các trường hợp mô phỏng chế độ dòng chảy ổn định trong đường ống .. 58
Bảng 3.13 – Dữ liệu mô phỏng các chế độ lưu lượng khác nhau .................................. 59
Bảng 3.14 – Kết quả mô phỏng nhiệt thủy động dòng chảy trong đường ống với các
chế độ lưu lượng khác nhau ........................................................................................... 78
Bảng 3.15 – Kết quả phân tích nhiệt độ đông đặc ở các liều lượng chất ức chế khác
nhau ................................................................................................................................ 79
Bảng 3.16 – Kết quả thí nghiệm xác định ảnh hưởng của hóa phẩm đến độ nhớt động
học của dầu CNV ........................................................................................................... 80
Bảng 3.17 – Bảng định lượng hóa phẩm cho các lưu lượng vận chuyển khác nhau .... 82

______________________________________________________________________
SVTH: Đỗ Xuân Hòa-MSSV: 30800690

viii


Luận văn tốt nghiệp
Chữ viết tắt
____________________________________________________________________________

CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Mô tả

API


FSO

Floating Storage and Offloading

FPSO

Floating Production Storage and Offloading

GOR

Gas Oil Ratio

NIR

Near infrared

ID

Inner Diameter

OD

Outside Diameter

PP

Polypropylene

PPD

triển kinh tế đất nước đòi hỏi phát triển nhanh và hiệu quả các mỏ dầu khí, đặc biệt là
các mỏ có trữ lượng thu hồi nhỏ. Việc nghiên cứu và đưa ra các phương án để phát
triển các mỏ nhỏ tại Việt Nam có ý nghĩa quan trọng và cấp thiết trong giai đoạn hiện
nay. Một trong những những phương án tốt nhất được ứng dụng tại các công ty điều
hành dầu khí là phương án phát triển kết nối. Với phương án này, sản phẩm dầu khí sau
khi được khai thác lên từ các giàn đầu giếng ở các mỏ nhỏ sẽ được vận chuyển thông
qua hệ thống đường ống ngầm dưới biển đến hệ thống xử lý tại các giàn xử lý trung
tâm hoặc các tàu xử lý và chứa FSO.
Việc tối ưu hóa quá trình vận chuyển hỗn hợp dầu khí xuất phát từ nhu cầu dự
án thực tiễn giữa Hoàn Vũ JOC kết hợp với Vietsovpetro về đường ống kết nối dài
25km từ mỏ Cá Ngừ Vàng của đến giàn xử lý trung tâm số 3 mỏ Bạch Hổ. Với một hệ
thống đường ống dài như vậy, quá trình vận chuyển luôn gặp nhiều tiềm ẩn rủi ro cao
như lắng đọng paraffin trong đường ống, sự hình thành các nút khí, sự thay đổi điều
kiện làm việc trong quá trình vận hành đường ống,... Tác động của những việc này sẽ
làm tắc nghẽn đường ống, gây cản trở sự di chuyển của chất lưu, tạo nên sự tích áp và
giảm năng suất vận chuyển trong ống … Cho nên, việc nghiên cứu, đề xuất các phương
án công nghệ hợp lý và lập ra biện pháp kiểm soát thích hợp nhằm đảm bảo tính ổn
định của dòng chảy, hạn chế rủi ro trong quá trình vận hành đường ống là một trong
những vấn đề được quan tâm hàng đầu hiện nay. Chính vì vậy, đề tài luận văn “TỐI ƯU
HÓA QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ TRONG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM DƯỚI BIỂN TỪ
MỎ CÁ NGỪ VÀNG ĐẾN GIÀN XỬ LÝ TRUNG TÂM SỐ 3 MỎ BẠCH HỔ” được nghiên

cứu.
______________________________________________________________________
SVTH: Đỗ Xuân Hòa-MSSV: 30800690

x


Luận văn tốt nghiệp

______________________________________________________________________
SVTH: Đỗ Xuân Hòa-MSSV: 30800690

xi


Luận văn tốt nghiệp
Mở đầu
____________________________________________________________________________

giàn xử lý trung tâm CPP-3 của mỏ Bạch Hổ, Hoàng Long JOC kết hợp với Thăng
Long JOC liên quan đến dự án kết nối đường ống từ HST/HSD về giàn TGT-H1 của
mỏ Tê Giác Trắng.
3. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Mục đích của đề tài là mô phỏng các chế độ làm việc khác nhau trong đường
ống vận chuyển dầu khí từ mỏ Cá Ngừ Vàng đến mỏ Bạch Hổ nhằm xác định lưu
lượng làm việc tối thiểu mà tại đó chất lưu còn có thể di chuyển được trong đường ống
và tìm ra phương án hợp lý giảm thiểu rủi ro như lắng đọng paraffin, sự hình thành nút
khí,... Để đạt được mục đích trên, luận văn tập trung vào các nội dung nghiên cứu sau :
-

Khảo sát một cách hệ thống tổng quan về tối ưu hóa quá trình vận chuyển
dầu khí trong đường ống.

-

Tìm hiểu các mô hình dòng chảy và cơ sở xây dựng mô hình dòng chảy
trong đường ống vận chuyển dầu khí đa pha.

-

xii


Luận văn tốt nghiệp
Mở đầu
____________________________________________________________________________

ống và một số bài báo SPE. Ngoài ra, luận văn còn sử dụng các tài liệu kỹ thuật, tài
liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm OLGA của công ty SPT Group – Schlumberger,
một số báo cáo về đảm bảo dòng chảy trong đường ống vận chuyển của các công ty
dầu khí.
6. Cấu trúc của luận văn
Luận văn bao gồm các chương chính sau:
Chương 1: Tổng quan về tối ưu hóa vận chuyển dầu khí bằng đường ống kết nối
Giới thiệu một cách tổng quan về tối ưu hóa vận chuyển dầu khí bằng đường
ống và mục đích của việc tối ưu này. Bên cạnh đó, các phương pháp được sử dụng cho
bài toán tối ưu trong thực tế hiện nay cũng được trình bày trong chương này.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về dòng chảy đa pha trong đường ống vận chuyển
Trình bày một cách tổng quát lý thuyết về dòng chảy đa pha, các tính chất cơ
bản của chất lưu vận chuyển trong đường ống và các phương trình toán học giúp mô
phỏng dòng chảy đa pha trong đường ống.
Chương 3: Mô phỏng quá trình nhiệt thủy động dòng chảy trong đường ống kết
nối mỏ Cá Ngử Vàng đến mỏ Bạch Hổ và đề xuất phương án tối ưu hóa quá
trình vận chuyển hỗn hợp dầu khí
Luận văn trình bày sơ lược tổng quan về mỏ Cá Ngừ Vàng. Thêm vào đó, các lý
thuyết về dòng chảy đa pha và tính chất của chất lưu vận chuyển trong đường ống ở
chương 2 được sử dụng để phân tích các tính chất hóa lý của dầu thô CNV cũng như
các thông số làm việc thực tế trong đường ống vận chuyển từ CNV – CPP3. Sau quá
trình phân tích này, các quy trình mô phỏng được đề xuất. Cuối cùng, mô hình nhiệt
thủy động dòng chảy trong đường ống vận chuyển hỗn hợp dầu khí được xây dựng dựa

thống thiết bị của mỏ Rạng Đông.
Việc chia xẻ thiết bị thu gom, khai thác, xử lý và vận hành chung giữa các mỏ
lân cận giúp giảm thiểu hàng trăm triệu USD chi phí đầu tư và phát triển khai thác.
Nhưng bên cạnh đó, các rủi ro luôn tồn tại đối với hệ thống đường ống kết nối khá dài
giữa các mỏ với nhau như lắng đọng paraffin gây tắc nghẽn, ngưng hoạt động hệ thống
đường ống kết nối CNV-CPP3 (2008), sự hình thành các nút khí tác động xấu đến
đường ống (sự tích áp trong đường ống gây nguy cơ nổ ống) và khả năng tiếp nhận của
hệ thống bình tách sơ cấp (quá trình biến đổi đột ngột lượng chất lỏng trước khi vào
bình tách)... Trước tình hình thực tế này, việc khảo sát bài toán tối ưu hóa vận chuyển
nhằm đảm bảo dòng chảy trong đường ống luôn hoạt động ở trạng thái tốt nhất là rất
cần thiết. Cụ thể, công ty điều hành chung dầu khí Hoàng Long Hoàn Vũ JOC đã và
đang nghiên cứu việc xử lý hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc cho dầu CNV, việc
SVTH: Đỗ Xuân Hòa –MSSV: 30800690

1


Luận văn tốt nghiệp
Tổng quan tối ưu hóa vận chuyển dầu khí
____________________________________________________________________________

phóng thoi định kỳ nạo vét đường ống để loại bỏ paraffin lắng đọng trên thành ống, lưu
lượng vận chuyển hợp lý nhất cho mỗi giai đoạn khai thác phù hợp với điều kiện thực
tế của đường ống …
1.2.

Mục đích của việc tối ưu hóa vận chuyển dầu khí trong đường ống
Trên thực tế, hệ thống đường ống vận chuyển dầu khí trong đường ống ngầm

dưới biển nội mỏ với nhau luôn đối mặt với sự dao động áp suất, nhiệt độ và lưu lượng

____________________________________________________________________________

1.3.

Phương pháp tối ưu hóa
Quá trình vận chuyển dầu khí trong đường ống chịu sự tác động bởi khá nhiều

yếu tố từ bên trong lẫn bên ngoài đường ống. Vì vậy, để tìm ra phương pháp tối ưu
hiệu quả hoạt động vận chuyển trong đường ống, mục tiêu tối ưu và các thông số kiểm
soát quá trình tối ưu cần phải được xác định rõ. Sau đó, các phương pháp tối ưu sẽ
được xây dựng dựa trên các mục tiêu và tình hình hoạt động thực tế của đường ống vận
chuyển dầu khí.
1.3.1. Mục tiêu tối ưu hóa
Đảm bảo dòng chảy hoạt động ổn định trong đường ống vận chuyển, giảm thiểu
rủi ro, tối thiểu hóa chi phí vận hành.
1.3.2. Các thông số kiểm soát quá trình tối ưu hóa
Quá trình đảm bảo dòng chảy này liên quan đến nhiều yếu tố về điều kiện vận
hành như lưu lượng áp suất, nhiệt độ, lượng hóa phẩm sử dụng để giảm nhiệt độ đông
đặc và độ nhớt của chất lưu.
1.3.3. Các phương pháp sử dụng cho quá trình tối ưu hóa
Một trong những nhiệm vụ quan trọng trong quá trình vận chuyển dầu khí bằng
đường ống là cải thiện các chế độ thủy lực (Hydraulic regime) dựa vào việc dự báo về
các điều kiện nhiệt động lực học của chất lưu vận chuyển trong ống. Để thực hiện được
điều này, nhiều phương pháp sử dụng cho quá trình tối ưu đã được nghiên cứu và ứng
dụng như tăng áp suất vận chuyển, gia nhiệt và cách nhiệt dọc đường ống, xử lý dầu
bằng hóa phẩm, khử các lớp lắng đọng trong đường ống (phóng thoi nạo vét ống, bơm
dầu nóng, dùng nước nóng)… Nhưng trước khi các phương pháp này được đưa vào sử
dụng, việc xem xét tình hình về điều kiện thực tế và lợi ích kinh tế phải được xem xét
và kiểm tra thật kỹ lưỡng đối với các yêu cầu đặt ra cho mục tiêu tối ưu.
Hiện nay, dựa trên tình hình thực tế đường ống kết nối từ mỏ Cá Ngừ Vàng đến

Yếu tố thiết kế

Steel Pipe

1st Layer of
Coating

2nd Layer of
Coating

3rd Layer of
Coating

4th Layer of
Coating

5th Layer of
Coating

Concrete Weght
Coating

Thông số

Giá trị

Đơn vị

Đường kính ngoài


0.15

mm

Vật liệu

FBE

-

Độ dẫn nhiệt

0.3

W/mK

Tỷ trọng

1450

kg/m3

Bề dày

0.35

mm

Vật liệu


0.215

W/mK

Tỷ trọng

900

kg/m3

Bề dày

26

mm

Vật liệu

PU Foam

Độ dẫn nhiệt

0.04

W/mK

Tỷ trọng

165


Tỷ trọng

2242.6

kg/m3

SVTH: Đỗ Xuân Hòa –MSSV: 30800690

5


Luận văn tốt nghiệp
Tổng quan tối ưu hóa vận chuyển dầu khí
____________________________________________________________________________

b. Xử lý dầu bằng hóa phẩm
Sử dụng hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc trong xử lý dầu (những chất làm
giảm độ nhớt và ứng suất dịch chuyển tới hạn của dầu) – là phương pháp có nhiều triển
vọng trong xử lý dầu nhiều paraffin để vận chuyển bằng đường ống.
Ở nhiệt độ cao hóa phẩm cho vào dầu sẽ không làm thay đổi độ nhớt của dầu.
Ảnh hưởng của hóa phẩm chỉ nhận thấy ở nhiệt độ thấp, khi mà trong dầu diễn ra sự
hình thành cấu trúc các tinh thể paraffin. Hiện nay, chưa có quan điểm thống nhất về
cơ chế hoạt động của những hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc. Tuy nhiên, đa số các
nhà nghiên cứu đều nhận thấy sự hoạt động lưỡng tính của chúng: thứ nhất, những
phần tử hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc cùng với paraffin tạo ra những tinh thể hỗn
hợp, điều này dẫn đến cấu tạo của chúng thay đổi và ngăn chặn sự hình thành mạng
lưới cấu trúc liên tục; thứ hai, những phần tử hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc đóng
vai trò như những trung tâm mà xung quanh chúng paraffin bị tinh thể hóa tạo nên
những hợp thể không liên kết được với nhau.
Tính hiệu quả sử dụng hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc phụ thuộc vào bản

Con thoi thứ hai có nhiệm vụ quét đường ống và làm sạch một lần nữa với
đường kính 9.25".

Hình 1.4 – Hình dạng con thoi 9.25"
Nguyên tắc hoạt động của con thoi: Dưới áp suất được thiết lập đẩy thoi ở phía
sau, toàn bộ con thoi được nén theo chiều dọc đường ống và mở rộng hoàn toàn như
một cái nêm vào đường ống. Dưới áp suất cao từ phía sau, chất lỏng sẽ phụt qua con
thoi có tác dụng bôi trơn và làm mát con thoi, giúp con thoi giữ được đặc tính và hình
dạng trong suốt quá trình di chuyển. Hành động phun này rất quan trọng, nó cũng giúp
cho quá trình cắt các lớp cặn sáp trên đường ống, làm cho các lớp lắng đọng trên
đường ống bị mềm, lỏng lẽo, trước khi con thoi quét qua.
SVTH: Đỗ Xuân Hòa –MSSV: 30800690

7


Luận văn tốt nghiệp
Lý thuyết dòng chảy đa pha trong đường ống
____________________________________________________________________________

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT DÒNG CHẢY ĐA PHA
TRONG ĐƯỜNG ỐNG VẬN CHUYỂN

2.1.

Tổng quan về dòng chảy đa pha
Dòng chảy đa pha là dạng dòng chảy rất hay gặp trong ngành công nghiệp dầu

khí. Loại dòng chảy này xuất hiện xuyên suốt từ quá trình khai thác đến quá trình xử lý
và vận chuyển bằng đường ống. Việc hiểu biết một cách đầy đủ và chính xác về dòng

phân tán trong pha lỏng. Khi vận tốc pha lỏng tăng lên, kích thước của các
bong bóng khí này tăng do sự tích tụ các bong bóng khí nhỏ lại với nhau.
Cuối cùng, một dãy liên tục các bong bóng khí được hình thành trong pha
lỏng và có khuynh hướng tập trung gần phía trên thành ống.

-

Dòng chảy dạng nút: từ dòng chảy bọt, khi vận tốc của pha khí được tăng
lên, các bong bóng khí sẽ kết tụ lại với nhau tạo thành những bong bóng khí
lớn hơn, dài hơn và có dạng nón. Những bong bóng khí này hay được gọi là
bọt khí Taylor. Dòng chảy dạng nút gồm có bọt khí Taylor, bị tách biệt trong
vùng dòng chảy dạng bọt khí được gọi là nút.
Những nút chất lỏng này có thể làm cho áp suất trong đường ống thay đổi
bất thường trong quá trình vận hành, gây ra những tác động xấu đối với các
thiết bị vận chuyển và xử lý.

-

Dòng chảy dạng bọt kéo dài (Elongated bubble flow): có cấu trúc tương
tự như dòng chảy dạng nút, nhưng các bọt khí bị tắc nghẽn một thời gian
ngắn, vì vậy, dòng chảy trở nên gián đoạn, những bọt khí nhỏ hơn và di
chuyển chậm hơn so với dòng chảy dạng nút.

-

Dòng chảy dạng phân tầng: pha lỏng phân bố dọc theo phía dưới tuyến
ống, pha khí nằm trên pha lỏng và được ngăn cách nhau bởi mặt phân giới
khí-lỏng.
Loại dòng chảy này có khuynh hướng xuất hiện nhiều tại những đoan đường
ống có dốc xuống và dòng chảy nằm ngang với chất lưu có tốc độ thấp.

Hình 2.2 – Các chế độ dòng chảy trong đường ống thẳng đứng [3]
Chất lỏng có vận tốc thấp thì chất khí được sinh ra trong dầu bị phân tán như các
bọt khí riêng biệt. Chế độ dòng chảy này được gọi là dòng chảy dạng bọt khí.
Từ dòng chảy dạng bọt khí, khi tăng vận tốc dòng chảy của pha khí, các bọt khí sẽ
kết tụ lại với nhau tạo thành bọt khí lớn hơn, dài hơn và có hình dạng nón. Những bọt

SVTH: Đỗ Xuân Hòa –MSSV: 30800690

10


Luận văn tốt nghiệp
Lý thuyết dòng chảy đa pha trong đường ống
____________________________________________________________________________

khí này được gọi là bọt khí Taylor. Dòng chảy dạng nút gồm có bọt khí Taylor, bị tách
biệt trong vùng dòng chảy dạng bọt khí được gọi là nút, và một lớp chất lỏng bao xung
quanh bọt khí Taylor có xu hướng chảy xuống. Sự phân bố của các bọt khí Taylor
trong dòng chảy thẳng đứng có tính đối xứng.
Ở dòng chảy dạng khuấy, hay còn được gọi là dòng sủi bọt, các bọt khí và nút khí
trở nên bị biến dạng nhiều và xuất hiện sự hoà lẫn vào nhau khi pha khí có vận tốc
dòng chảy lớn. Sự khác biệt giữa dòng chảy dạng nút khí và dòng chảy khuấy là màng
chất lỏng bao quanh nút khí sẽ không xuất hiện ở dòng chảy khuấy.
Chế độ dòng chảy vành xuyến có đặc điểm là màng chất lỏng trải quanh thành
ống bao bọc phần lõi khí bên trong chuyển động với vận tốc cao và trong lõi khí còn có
những giọt chất lỏng nhỏ. Dòng chảy đi lên của lớp màng chất lỏng này ngược với
trọng lực là kết quả do lực tác động của lõi khí có vận tốc chuyển động lớn.
2.1.3 Biểu đồ chế độ dòng chảy (Flow regime maps)
Vị trí tương đối của pha lỏng đối với pha khí trong quá trình vận chuyển bằng
đường ống tạo nên các dạng cấu trúc và chế độ dòng chảy khác nhau. Việc xác định


gD

λL =

vM2
gD

α L vL
α G vG + α L vL

(2.1)

(2.2)

Các chế độ dòng chảy được xác định dựa trên bốn hệ số Froude.
Fr1 = 316λL 0.302

(2.3)

Fr2 = 0.0009252λL 2.4684

(2.4)

Fr3 = 0.10λL −1.4516

(2.5)

Fr4 = 0.5λL −6.738