Chuyên đề “Nghiên cứu hệ thống tách pha dầu khí nội mỏ Bạch Hổ”, : “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: 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 / 3.1.2. Sơ đồ thu gom kín ở giàn 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.