Đề tài Tính toán lựa chọn bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu tại giàn khoan MPS – 03 mỏ Bạch Hổ

t tiêu thụ sẽ bị giảm. Sự có mặt của khí tự do làm giảm trọng lượng riêng của chất lỏng đồng thời phá vỡ quá trình truyền năng lượng từ cánh làm việc đến chất lỏng, làm giảm lưu lượng chất lỏng đi qua tiết diện của cánh làm việc. Khi hàm lượng khí nhỏ hơn 0,015% ta có dòng chảy ổn định. Nếu hàm lượng khí cao hơn thì trạng thái dòng chảy là dạng chuyển tiếp có các bọt khí nhỏ tiếp đến là các bọt khí lớn. Khi hàm lượng khí lớn hơn 0,06% thì dòng chảy có dạng sủi bọt. Sự hình thành các nút khí ảnh hưởng lớn đến sự làm việc của bơm. 3.1.3. Ảnh hưởng của hỗn hợp nhiều pha Các đặc tính làm việc của bơm khi nó làm việc với hỗn hợp chất lỏng nhiều pha khác nhiều so với đặc tính ghi trong lý lịch của máy. Nguyên nhân cơ bản là sự thay đổi cấu trúc của dòng chảy. Tóm lại, để khai thác đạt hiệu quả kinh tế cao ta cần phải khắc phục những ảnh hưởng có hại, nâng cao hiệu quả làm việc của bơm. Các biện pháp bảo vệ gồm có: - Thiết kế và chế tạo các loại máy bơm có độ bền cao, trạng thái kỹ thuật tốt. - Xác định chế độ làm việc tối ưu của bơm đối với giếng. Dùng bơm nhiều tầng sẽ tốt hơn bơm ít tầng. Khi làm việc với chất lỏng có hàm lượng khí là 0,5% theo thể tích thì hiệu suất làm việc của bơm nhiều tầng cao hơn loại ít tầng. Ở đây, ta cũng cần chú ý rằng tuy các tầng có cấu trúc như nhau nhưng khi làm việc ở môi trường có các thông số vật lý biến thiên theo sự di chuyển của chất lỏng thì mỗi tầng có đặc tính làm việc khác nhau. 3.2. Các hư hỏng thường gặp 3.2.1. Hư hỏng động cơ điện và Protector Hai thiết bị này có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, khi Protector hư hỏng sẽ gây hỏng động cơ. Vì vậy cả hai thiết bị có chung tỷ lệ hỏng như nhau là 60%. Hỏng động cơ: chủ yếu là do cháy stator, nguyên nhân là lớp cách điện của động cơ bị phá huỷ do chất lỏng của giếng đi vào làm thay đổi tính chất cách điện của chất lỏng trong động cơ và dẫn đến hư hỏng ổ chặn, ổ đỡ. Roto rất hiếm xảy ra hư hỏng. Số liệu hư hỏng đối với stato như sau: Bảng 4.1: Tỷ lệ các nguyên nhân gây hỏng của stator Nguyên nhân Tỷ lệ ( % ) Do lưu chất xâm nhập vào 90 ÷ 95 Do lão hóa của lớp cách điện trên dây cuốn stator và chất lượng chất lỏng trong động cơ 5 ÷ 10 Nguyên nhân chủ yếu là do chất lưu xâm nhập vào động cơ (90 ÷ 95%) còn lại là do lão hoá lớp cách điện trên cuộn dây stator và chất lượng chất lỏng trong động cơ. Lưu chất xâm nhập vào động cơ có thể qua đường dẫn cáp (chiếm 5%) và qua Protector (chiếm 90%) Hỏng Protector: Việc hư hỏng Protector là phổ biến nhất, chiếm tỷ lệ hư hỏng cao nhất. Các số liệu thống kê thể hiện như sau: Bảng 4.2: Tỷ lệ hư hỏng Protector Các chi tiết hư hỏng Tỷ lệ hư hỏng ( % ) Trục Protector - Bạc đỡ 5 Vỏ Protector 10 Túi đàn hồi - Phớt làm kín 60 ÷ 70 Con lăn chịu lực 15 ÷ 25 Qua số liệu thống kê ta thấy: - Trục Protector sử dụng tại mỏ hầu như không hư hỏng. - Túi đàn hồi ít khi bị hư hỏng - Các hư hỏng chính của Protector là do hư hỏng phớt làm kín. Phớt làm kín mặc dù được chế tạo rất chi tiết nhưng vẫn xảy ra hư hỏng. + Nguyên nhân là do thiết bị làm việc trong điều kiện giếng có nhiều tạp chất cơ học. Các tạp chất len dần vào khe hở giữa phớt và trục làm cho phớt mòn nhanh, độ kín của phớt sẽ giảm. + Động cơ làm việc không ổn định. Do lưu lượng của giếng không ổn định dẫn đến sự thay đổi tải của động cơ. Bên cạnh đó, hệ thống bơm điện chìm làm việc theo chế độ chu kỳ nên cũng làm thay đổi lực dọc trục một cách bất thường và gây ra hư hỏng cho phớt. + Khi hư hỏng phớt, lưu chất giếng xâm nhập vào protector theo trục. Các tạp chất cơ học sẽ theo trục đi vào gây ra hỏng. + Hư hỏng bề mặt con lăn chịu lực: Khi có tạp chất thì lực ma sát giữa mặt tĩnh và mặt động của con lăn chịu lực tăng cao hay gây mòn cho các bề mặt. Nếu có cát vào thì còn nguy hiểm hơn, lúc này bề mặt của con lăn chịu lực bị xước, mòn nhanh. Khi con lăn chịu lực mòn, hư hỏng thì nhiệm vụ bảo vệ động cơ khỏi lực dọc trục không còn và gây ra hư hỏng động cơ. + Hư hỏng động cơ: Ngoài việc động cơ bị hư hỏng do con lăn chịu lực hỏng gây ra thì tạp chất giếng vào theo trục Protector sẽ kết hợp với lưu chất động cơ làm thay đổi tính năng lưu chất dẫn đến cháy động cơ (do tính cách điện và làm mát của lưu chất cho động cơ bị thay đổi) - Khi vỏ Protector gặp sự cố rò rỉ sẽ gây hở, lưu chất giếng xâm nhập vào Protector gây mất ổn định áp suất của Protector sẽ gây hiện tượng hư hỏng như khi hư hỏng phớt làm kín. 3.2.2. Hư hỏng thiết bị tách khí Thiết bị tách khí được sử dụng trong các hệ thống bơm ly tâm điện chìm ở mỏ Bạch Hổ là thiết bị tách khí theo nguyên tắc ly tâm. Thiết bị tách khí nói chung là rất ít hư hỏng, nó hỏng theo máy bơm. Các chi tiết thiết bị của bộ tách khí này do hoạt động ít chịu áp lực nên ít bị hư hỏng. Nếu coi hư hỏng ở thiết bị này là 100% thì hư hỏng do tạp chất cơ học lưu chất đi vào các bạc đỡ gây mòn chiếm tới 80% còn 20% là do chất lượng của các chi tiết của thiết bị. 3.2.3. Hư hỏng của máy bơm Máy bơm là một bộ phận quan trọng trong hệ thống bơm chìm. Do đó hư hỏng của máy bơm gây ra việc giảm lưu lượng khai thác hay ngừng khai thác và gây ra hỏng thiết bị tách khí. Hư hỏng máy bơm do tạp chất cơ học của giếng gây ra chiếm tỷ lệ cao tới 80%, còn do chất lượng của thiết bị là 20%. Trong 80% hư hỏng này, nguyên nhân chính là do chọn lựa sai về thiết bị. Việc lựa chọn thiết bị phụ thuộc vào lưu lượng, tạp chất, tỷ số dầu-khí… mà các thông số này khó khống chế và xác định chính xác. Vì vậy việc chọn thiết bị sẽ bị ảnh hưởng. Bảng 4.3: Tỷ lệ hư hỏng trong máy bơm Chi tiết Tỷ lệ hư hỏng ( % ) Vỏ máy bơm - Buồng công tác - Cánh bơm 5 ÷ 10 Trục bơm 20 ÷ 25 Đầu nối trục 5 Bạc đỡ 60 ÷70 và trục là rất đáng kể. Điều này dẫn đến việc làm xước, mòn nhanh bề mặt của bạc đỡ. Khi bạc đỡ bị mòn bề mặt thì chức năng định tâm cho trục bị mất dần theo độ mòn của nó và dẫn đến hỏng bạc đỡ. Bạc đỡ bị mòn dẫn đến trục bơm không còn quay đúng theo thiết kế ban đầu, độ rơ sẽ tăng theo độ mòn của bạc đỡ. Trục bơm phải chịu lực dọc trục lớn khi làm việc sẽ gây nên hiện tượng gẫy trục bơm. Trong hư hỏng của cánh bơm thì nguyên nhân gây hư hỏng vòng cân bằng lực gây ra là 15% còn lại là do tạp chất của giếng gây hỏng. Vòng cân bằng lực do chịu lực dọc trục lớn hơn thiết kế hay qua thời gian sử dụng sẽ bị mòn và mất chức năng cân bằng gây ra hỏng cánh bơm. 3.2.4. Hỏng cáp điện + Nhiệt độ cao của giếng ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu nhiệt của cáp điện, gây nổ cáp. + Do nước xâm nhập vào cáp trong một thời gian tương đối dài gây chập điện dẫn tới cháy động cơ. + Do ma sát giữa cáp và thành giếng lớn nên khả năng ăn mòn và phá huỷ cáp lớn dẫn tới hỏng cáp. Hư hỏng cáp điện trong hệ thống bơm ly tâm điện chìm chiếm khoảng 7 ÷ 12 %. Tuy nhiên chúng cũng gây ra không ít khó khăn cho quá trình khai thác. Chủ yếu xảy ra do chất lượng của lớp cách điện truyền tải bị hỏng. Xử lý vấn đề hỏng cáp đang là vấn đề nan giải đối với phương pháp khai thác dầu bằng bơm ly tâm điện chìm và nó cũng là hạn chế khiến bơm ly tâm điện chìm ít được sử dụng tại mỏ Bạch Hổ. 3.3. Một số biện pháp khắc phục sự cố thường xảy ra Trong quá trình khai thác bằng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm thì tất yếu cũng có lúc tổ hợp bơm gặp sự cố tại một chi tiết hay bộ phận nào đó. Trên cơ sở xác định chính xác các nguyên nhân gây ra, ta có biện pháp xử lý kịp thời, thích ứng. Song việc xác định chính xác các nguyên nhân ta phải có sự hiểu biết không chỉ về lý thuyết chuyên môn mà còn cần phải có cả kinh nghiêm thực tế, nó đóng vai trò quan trọng do bởi bất kỳ phương diện nào thì các nguyên nhân cũng mang tính đặc thù riêng của nó. Trong phần này chỉ đưa ra một số tình huống, hỏng hóc hay gặp và hay xảy ra trong bơm ly tâm điện chìm. 3.3.1. Tủ điều khiển không vận hành được Nguyên nhân có thể là do: Điện áp không đến tủ điều khiển. Lỏng hoặc hở công tắc. Lỏng hoặc hở các đầu dây nối (do rung động trong quá trình vận chuyển). Hở mạch trên các thiết bị điều khiển từ xa, phao ngắt, bộ ngắt thủy lực. Hư hỏng các bộ phận rắn của thiết bị điều khiển. Cách xử lý: Kiểm tra lại cầu trì trong hệ thống chính. Xem xét các Rơle chống quá tải, kiểm tra công tác khác trong hệ thống. Kiểm tra các đầu nối ra vào của Rơle, công tắc đinh vít,…trên hệ thống. Kiểm tra liên tục trên các mạch. 3.3.2. Hệ thống không hoạt động do non tải Nguyên nhân có thể do: Bơm bị nút khí. Giếng ngừng bơm. Rơle chống non tải hoạt động không tốt khi tỷ trọng chất lưu thay đổi. Máy phát điện dùng để thay thế cho nguồn điện chính có tốc độ thấp. Cách xử lý: Khi bơm có hiện tượng bị nút khí ta phải xả áp suất khoảng không vành xuyến góp phần khắc phục hiện tượng này. Trong trường hợp cần thiết có thể cho nước hoặc chất lưu khác vào không gian vành xuyến. Ta cũng có thể lắp thiết bị tách khí và van ngược ở vài vị trí trên bơm. Nếu giếng có hiện tượng ngừng bơm ta có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau để kích thích giếng. Ta có thể dùng nứt vỉa thủy lực, xử lý axit,… Khi chất lưu có tỷ trọng thấp thì bơm cần khai thác với lưu lượng thấp chính vì vậy mà phải điều chỉnh Rơle chống non tải để khai thác ở mực thấp hơn. 3.3.3. Bơm vẫn hoạt động nhưng sản phẩm ít hoặc không có Nguyên nhân có thể la do: Rò rỉ ống khai thác. Lối vào bơm bị bịt kín. Tắc nghẽn đường dẫn dầu do đầy cát van đóng,… Cột áp của bơm thấp không đủ nâng chất lỏng nên bề mặt. Gãy trục bơm, trục thiết bị bảo vệ hay gãy trục động cơ. Sự quay ngược khi có sự cố đảo dòng của 2 trong 3 dây dẫn tại chỗ nối cáp xuống giếng và thử theo xu hướng ngược nhau. Cách xử lý: Nếu có sự rò rỉ cần tiến hành thử áp suất của các đầu nối ống khai thác. Và khi đó chúng ta phải kéo tổ hợp bơm lên sửa chữa hoặc thay ống. Tuy nhiên sự rò rỉ ông khai thác là rất ít khi xảy ra. Nếu lối vào của bơm bị bịt kín thì phải tiến hành làm sạch hoặc khơi thông dòng chảy vào bơm Còn khi cột áp của bơm không đạt tiêu chuẩn ta phải kiểm tra lại thiết kế của bơm Trường hợp gãy trục của thiết bị ta phải tiến hành kéo lên và thay thế. 3.3.4. Hỏng hóc bánh công tác, bạc đỡ của trục động cơ và bạc đỡ trục bơm Nguyên nhân: Với đặc điểm làm việc ở nhiệt độ cao, áp suất cao lại có vận tốc quay lớn nên việc các chi tiết bạc đỡ ở các trục bị mòn hỏng là một trong những trường hợp khó tránh khỏi. Bên cạnh đó chất lưu vận chuyển bao gồm nhiều pha nên bánh công tác của bơm bị mòn hỏng do masat với pha rắn trong chất lưu tác động vào là cũng là rất lớn. Đây là hỏng hóc cơ học chủ yếu của tỏ hợp bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu khí. Khắc phục: Xác định tình trạng mức độ hư hỏng của các chi tiết căn cứ vào kết quả kiểm tra về hình dạng, kích thứơc, về yêu cầu kỹ thuật của chi tiết trong mối ghép để định giá mức độ mòn hỏng. Các chi tiết bị mòn hỏng chưa đến mức phải loại bỏ, được gia công sửa chữa phục hồi lại kích thước hình học ban đầu hoặc chế độ lắp ghép ban đầu nhằm đảm bảo các tính năng kĩ thuật. Căn cứ vào điều kiện kỹ thuật thực tế và hiệu quả kinh tế để chọn hoặc phục hồi chi tiết hư hỏng hoặc thay mới. Trong quá trình khắc phục các chi tiết do mòn hỏng ta nên chú ý: phải thực hiện theo đúng những quy tắc sửa chữa chi tiết quan trọng như: vệ sinh, khôi phục hình dạng chi tiết trước khi tiến hành hàn đắp hoặc mạ, gia công kích thước chính xác và thực hiện phương pháp sau gia công như: tôi, ủ,…đảm bảo chi tiết được sửa chữa với chất lượng tốt nhất vì nếu có sự cố trong quá trình làm việc sẽ gây thiệt hại kinh tế lớn. *Tóm lại: Thông qua những thu thập về các trường hợp hỏng hóc xảy ra trong quá trình khai thác dầu bằng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm và qua những tài liệu tham khảo cho thấy: Hư hỏng xảy ra ở động cơ và bộ phận bảo vệ động cơ (Protector) chiếm tỷ lệ cao nhất với khoảng 60 % ÷ 70 %. Trong trường hợp hư hỏng này thì đa số là do chất lưu xâm nhập vào Protector là chủ yếu sau đó kéo theo sự hư hỏng của động cơ (chiếm tới 90 % ÷ 95 %). Chất lưu xâm nhập được vào Protector lại là do đa số hỏng phốt làm kín (chiếm khoảng 60 % ÷ 70 % trong các lần hỏng Protector). Hư hỏng xảy ra ở các thiết bị tách khí và bơm chiếm khoảng 15 % ÷ 20 %. Còn lại là các trường hợp hư hỏng của các bộ phận khác như: thiết bị đo nhiệt độ và áp suất (PSI), bộ phận điều khiển, cáp điện, đầu nối cáp,… CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN BƠM LY TÂM ĐIỆN CHÌM DÙNG TRONG KHAI THÁC DẦU TẠI GIẾNG KHOAN SỐ 3 - GIÀN KHOAN MSP – 03 MỎ -BẠCH HỔ Giàn khoan MSP – 03 mỏ Bạch Hổ hiện tại có 16 giếng khoan từ 1 đến 16. Trong đồ án em sẽ tính toán lựa chọn tổ hợp bơm ly tâm điện chìm cho giếng khoan số 3. Các thông số cần thiết để tính toán cho việc chọn bơm của giếng khoan số 3 như sau: -Đường kính ống chống khai thác được sử dụng là 168 mm (có 2 loại đường kính được sử dụng đó là 146mm và 168 mm) - Chiều sâu giếng khoan (3800 – 4000m) -Lưu lượng khai thác nằm trong khoảng (90 - 110) ( m/ngđ ) -Hệ số sản phẩm K = 8 (m/ngđ/at ) -Trọng lượng riêng của dầu = 0,85 -Độ nhớt = 0,20 ( cm/s ) -Mực thủy tĩnh ht = 800m -Khoảng cách từ miệng giếng đến bình tách là 30 m -Độ chênh cao giữa miệng giếng và bình tách là 3m -Áp suất dư ống xả vào bình tách là 1,5 at. Dựa trên những thông số cơ bản trên của giếng ta có thể: Tính toán các thông số làm việc chính của tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm. Ta cần tính những thông số sau: Áp suất miệng vào của máy bơm Áp suất tại cửa ra của máy bơm Xác định chiều sâu đặt bơm Xác định số cấp của máy bơm Chọn động cơ, cáp điện, và trạm biến thế Chọn tủ điều khiển và đầu miệng giếng 4.1.Xác định áp suất miệng vào của máy bơm - Yếu tố khí hòa tan Gkht: Gkht = 0,1342.kr . ( Pbh.) Trong đó: kr là tỷ trọng của khí so với không khí ( không khí = 1 ). là tỷ trọng của dầu so với nước ( nước lấy = 1 ). Pbh là áp suất bão hòa. T là nhiệt độ đáy giếng. - Các thông số kr , , Pbh , T sẽ được chọn dựa trên kết quả khảo sát và kiểm tra lại giếng khi chuyển sang khai thác bằng tổ hợp bơm ly tâm điện ngầm. Trong đồ án này, với việc khai thác bằng bơm ly tâm điện chìm cho giếng khoan số 3 tại giàn khoan MPS – 03 ta có các giá trị như sau: kr = 1,3 ; = 0,85 ; Pbh = 80at ; T = 200C. => Ta có Gkht = 38,7 (kg/m). - Hệ số tách khí Ktk: hệ số tách khí của thiết bị tách khí ly tâm đã nêu trên nằm trong khoảng 0,3 0,8 vì vậy ta chọn Ktt = 0,6. - Độ ngậm nước của dầu N: tùy thuộc vào mỏ hay giếng cụ thể, nói chung độ ngậm nước của dầu không quá cao vì nếu cao quá thì quá trình tách nước sẽ tốn rất nhiều chi phí mà lợi nhuận kinh tế thu lại không được cao, ta có độ ngậm nước của dầu là N = 0.3 Vậy áp dụng công thức: - Ta tính được Pmv = 28,17 at. 4.2. Xác định chiều sâu đặt bơm - Áp dụng công thức: Lmb = L – hmv Trong đó: Lmb là chiều sâu đặt bơm. L là chiều sâu của giếng ( L = 4000m) hmv là khoảng cách từ nơi có Pmv đến khoảng bắn vỉa. Ta sẽ đi tính giá trị hmv. - Ta có Pv ban đầu của giếng khi chưa khai thác là: Pv = .g.Ht = 0,85.9,81.800 = 6670 ( m cột dầu ) = 560 at. - Khi giếng khai thác phải chuyển sang khai thác bằng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm thì áp suất vỉa đã giảm đi rất nhiều ( kèm theo đó thì áp suất đáy giếng cũng bị giảm đi nhiều ). Căn cứ vào kết quả đo của từng mỏ hay từng giếng cụ thể mà ta xác định được Pd. Với giếng số 3 thì giá trị Pd = 280 at. Ta có: hmv = = = 2588,2 ( m ). Vậy ta có Lmb = 4000 – 2588,2 = 1411,8 ( m ). 4.3. Xác định áp suất miệng ra của máy bơm ( Pmr ) Ta có áp suất dư tại ống xả vào bình tách là 1,5 at => áp suất tại ống xả là : P1 = 1,5 + Pa = 1,5 + 1= 2,5 at. Vì miệng giếng và bình tách có độ chênh cao là 3m nên ta có áp suất tại miệng giếng khi khai thác là : P2 = + P1 = 0,255 + 2,5 = 2,755 at. Ta lại có: Pmr = + 2,755 = 122,69 at. = > Từ đó ta tính được độ chênh áp mà máy bơm ly tâm điện ngầm phải tạo ra là: P = Pmr – Pmv = 122,69 – 28,17 = 94,52 at. 4.4. Xác định số cấp của máy bơm Dựa vào giá trị lưu lượng khai thác giếng Q và độ chênh áp P để ta tiến hành khai tính số cấp của máy bơm theo công thức sau: Trong đó H1c là cột áp mà 1 cấp máy bơm tạo ra, thông thường với bơm chìm thì H1c = 15 m. Vậy số cấp của máy bơm là: Nc = = 74,12 Ta làm tròn kết quả là 74 cấp. Căn cứ vào kết quả tính toán được, ta chọn loại bơm DN 1750 theo seri 400 do hãng bơm ReDa của Mỹ sản xuất, loại bơm có cột áp là 1750m, số cấp 75, lưu lượng thiết kế là 125m/ngd, đường kính bơm là 101,6 mm. Các thông số này phù hợp với chỉ tiêu kỹ thuật đề ra và phù hợp với đường kính trong OKT là 146 mm. 4.5. Chọn động cơ, cáp điện và trạm biến thế 4.5.1. Chọn động cơ Với động cơ điện cung cấp điện năng cho máy bơm thì ta căn cứ vào công suất điện cần cung cấp cho máy bơm, công suất được xác định theo công thức sau: W = K.Nc.W1c Trong đó: W là công suất cần cấp cho máy bơm. W1c là công suất cần cấp cho 1 cấp máy bơm ( lấy W1c= 0,5 kw ) K là hệ số an toàn ( K = 1,2 ) => ta tính được W = 1,2.72.0,5 44,13 ( kw ). Trong khai thác dầu bằng bơm ly tâm điện ngầm ta cần chọn thiết bị bảo vệ động cơ phù hợp với chủng loại động cơ điện và năng lượng cấp cho thiết bị bảo vệ không nên vượt quá 2 kw. Căn cứ vào W = 44,13 kw = 60 HP, công suất cho các thiết bị phụ trợ, tần số dòng điệnlà 50 Hz, loại bơm ly tâm điện ngầm, kích thước OKT, ta chọn động cơ của hãng ReDa do Mỹ sản xuất là loại Động cơ seri 400 có các thông số sau: 62,5HP – 1121V – 35A – 50Hz. 4.5.2. Chọn cáp điện Quá trình chọn cáp điện cần dựa vào công suất, hiệu điện thế, giá trị kinh tế. Cần tính toán kỹ đến những tổn hao áp để chọn loại cáp, thường tổn hao áp không quá 100v / 1000m. Không nên để tổn hao áp lên mức 15%. Độ tổn hao điện áp có thể tính theo công thức sau: V = Vl.Lmb.K. Trong đó Vl là tổn hao điện áp trên một đơn vị chiều dài cáp. => ta có V = .1411,8.1,2 = 170 ( v ). Với các thông số kỹ thuật có được như công suất động cơ điện, tổn hao điện áp, điều kiện môi trường làm việc…Ta chọn loại cáp điện Redahot dạng tròn dẹt có các thông số sau: U = 4kv. Nhiệt độ làm việc 200C đến 320C. Vật liệu cách điện EPDM. Vật liệu vỏ bọc Nitryl. Loại cáp này có thể áp dụng cho các loại bơm ly tâm ngầm của REDA và các hãng bơm trên thế giới. 4.5.3. Chọn trạm biến thế Sau khi xác định được mức độ tổn hao điện áp, kết hợp với giá trị hiệu điện thế và cường độ dòng điện ta có thể xác định được KVA cần thiết cho trạm biến áp. Với tổn hao điện áp là 170v, điện áp cần từ trên mặt đất là: V = 170 + 1121 = 1291v. Ta chọn loại biến thế có: KVA = KVA = 88 Vì không có máy biến áp 88 KVA nên ta chọn máy biến áp 100KVA 4.6. Chọn tủ điều khiển và đầu miệng giếng Tủ điều khiển được thiết kế để lắp đặt các nút điều khiển, hệ thống tự đọng ngắt, tự động bảo vệ cho tổ hợp bơm. Tủ điều khiển được lựa chọn dựa trên các giá trị hiệu điện thế trên bề mặt V, cường độ dòng điện A và KVA. Tủ điều khiển cũng được thiết kế cho phù hợp nếu khai thác trên giàn ngoài khơi. CHƯƠNG 5 BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG MÁY BƠM LY TÂM ĐIỆN CHÌM TRONG KHAI THÁC DẦU KHÍ VÀ CÔNG TÁC AN TOÀN BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 5.1. Hiệu quả sử dụng máy bơm ly tâm điện chìm trong khai thác Dầu khí Do áp suất vỉa ngày càng giảm dần và độ ngậm nước ngày càng tăng, đòi hỏi XNLD Vietsovpetro phải chuyển một số giếng khai thác dầu bằng phương pháp tự phun sang phương pháp khai thác bằng cơ học. Dựa trên các cơ sở tính toán và kinh nghiệm đã được áp dụng, triển khai tại các mỏ tương tự, XNLD Vietsovpetro đã tiến hành thử nghiệm một số phương pháp khai thác dầu bằng cơ học: Máy bơm thủy lực ngầm, máy bơm ly tâm điện chìm, gaslift. Kết quả thử nghiệm đã chứng tỏ có khả năng áp dụng máy bơm thủy lực ngầm để khai thác dầu ở các giếng có sản lượng 30 – 50 m3/ng.đ. Tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp này đòi hỏi phải không có khí tự do ở miệng vào của máy bơm thủy lực ngầm, nên trong quá trình thực hiện đã xuất hiện một loạt các vấn đề về kỹ thuật, dẫn đến hạn chế hiệu quả khai thác và tuổi thọ của thiết bị. Từ năm 1991, tại mỏ Bạch Hổ đã tiến hành thử nghiệm sử dụng máy bơm ly tâm điện chìm của hãng REDA và đến năm 1994 sử dụng thêm máy bơm ESP. Mục đích chính của việc áp dụng thử nghiệm này là. - Xác định vùng làm việc hiệu quả của máy bơm ly tâm điện chìm đối với từng điều kiện cụ thể. - Xác định thời gian làm việc của máy bơm giữa hai lần sửa chữa. Sau một thời gian sử dụng thử nghiệm máy bơm ly tâm điện chìm, đã tổng kết được một số dữ liệu kỹ thuật cơ bản liên quan đến việc áp dụng thử nghiệm máy bơm ly tâm điện chìm vào các điều kiện khai thác cụ thể. 5.1.1. Đối với mỏ Bạch Hổ Sản phẩm khai thác ở mỏ Bạch Hổ có nhiệt độ cao (110 ÷ 145oC), yếu tố khí lớn (150 ÷ 200 m3 /t), độ giếng sâu lớn (2800 ÷ 4500 m). Với điều kiện mỏ Bạch Hổ như vậy, các trường hợp hỏng hóc tổ hợp máy bơm liên quan đến phần điện chiếm 56% trong tổng số các hỏng hóc. Trong đó có 30% do đoản mạch cáp tải điện đã bị bào mòn cơ học trong quá trình thả tổ hợp máy bơm qua những đoạn thân giếng có độ cong lớn (thường độ sâu 200 ÷ 300m cường độ tăng góc nghiêng là 7o/100m, từ độ sâu 2300 – 3200 m cường độ giảm góc nghiêng là 2o/100m). Trong khai thác dầu bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm, dựa trên hình dạng mặt cắt mà cáp tải điện được chia ra hai loại là: cáp tròn và cáp dẹt. Nếu có cùng đường kính lõi đồng thì cáp tròn có khả năng cách điện tốt hơn so với cáp dẹt vì bề dày của chất cách điện và lớp cố định dày hơn nhiều so với cáp dẹt. Điều này cho phép sử dụng chất liệu cách điện thường và giảm đáng kể giá thành của cáp. Tuy nhiên, do đường kính cáp tròn lớn hơn nhiều so với cáp dẹt, nên khả năng sử dụng kém linh hoạt hơn so với cáp dẹt, nhất là trong điều kiện giếng khoan có thân nghiêng. Vì vậy, để đáp ứng các yêu cầu về cách điện, lớp cách điện dùng cho cáp dẹt đòi hỏi loại đặc biệt, giá thành khá đắt so với cáp tròn, do đó việc sử dụng cáp dẹt thay thế cáp tròn trong khai thác dầu bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm cần phải tính toán tới hiệu quả kinh tế trước khi thiết kế. Loại cáp thường chỉ dùng để dẫn điện từ trạm điều khiển đến gần tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm, phần cáp từ động cơ điện đi qua thiết bị bảo vệ, máy bơm là loại cáo được chế tạo đặc biệt nhằm giảm thiểu tối đa đường kính phần này mà vẫn đảm bảo các thông số kỹ thuật về điện. Trong tổng số các trường hợp máy bơm hỏng liên quan đến phần điện, thì có đến 83% số máy bơm hoạt động trong vùng làm việc có hệ số hiệu dụng tối ưu (56% ÷ 65%). Các tổ hợp máy bơm có thời gian làm việc lâu nhất (356; 685 và 829 ngày) đều làm việc trong vùng nằm ở phía bên phải vùng có hệ số hiệu dụng tối ưu (hệ số hiệu dụng của các tổ hợp máy bơm trên tương ứng là: 34, 45 và 48%). Điều này cho phép quá trình giải nhiệt động cơ điện của máy bơm được tốt hơn. Thời gian làm việc giữa hai lần sửa chữa của tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm sử dụng tại mỏ Bạch Hổ là rất khác nhau, trung bình vào khoảng 6 ÷ 8 tháng. Trong khi sử dụng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm trong khai thác dầu của các mỏ dầu tại vùng Tây Sibiri (Nga) và vùng biển Bắc (mỏ Beatrice của nước Anh) đã cho thấy thời gian làm việc giữa hai lần sửa chữa nằm trong khoảng 6,5 ÷ 7 tháng. Quá trình áp dụng thử nghiệm các tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm sử dụng tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng đã cho thấy khả năng áp dụng có hiệu quả giải pháp khai thác dầu bằng phương pháp cơ học nhờ máy bơm ly tâm điện chìm đối với các giếng có độ sâu nhỏ hơn 3500m. Theo các tài liệu kỹ thuật của hãng REDA thì nhiệt độ làm việc cực đại của động cơ điện là 121o C, của thiết bị bảo vệ động cơ là 149 o C và cáp tải điện năng là 232o C. Trong quá trình tiến hành áp dụng thử nghiệm tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm tại mỏ Bạch Hổ, các thông số về áp suất và nhiệt độ của miệng giếng vào máy bơm được đo tự động bằng kỹ thuật số nhờ thiết bị cảm ứng đặt ngay dưới đông cơ điện. Dựa trên cơ sở các thông số đo thực tế này, kết hợp với lưu lượng chất lỏng chảy qua động cơ khi tổ hợp máy bơm làm việc cũng như các tính chất lý – nhiệt của chất lỏng khai thác, tiến hành tính toán xác định nhiệt độ của động cơ trong quá trình làm việc. Bảng 5.1: Các thông số hoạt động của tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm Số giếng Pmv (atm) Tmv (o C) Ql (m3 /ng.đ) Nước (%) Qd (m3 /ng.đ) Ttđ (o C) 24 36 105 90 45 49,5 129 63 85 99 140 75 35,0 117 69 110 84 75 65 26,3 109 69 190 56 140 83 203,8 72 87 75 95 200 50 100,0 116 130 130 100 220 92 17,6 114 136 58 86 55 58 23,1 115 Qua kết quả tính toán và đo trong thực tế, đã chứng tỏ rằng: nhiệt độ của động cơ điện trong quá trình làm việc nằm trong vùng giới hạn cực đại. Như vậy, hầu hết tất cả các tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm hoạt động trong điều kiện bất lợi về mặt nhiệt độ. Điều này dẫn đến hư hỏng tổ hợp máy bơm, mà đầu tiên là các bộ phận liên quan đến phần điện. Nếu chuyển các giếng khai thác dầu từ tầng móng sang phương pháp khai thác cơ học nhờ tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm, thì nhiệt độ tại miệng vào của máy bơm có thể đạt đến giá trị 135 ÷ 140oC vì nhiệt độ trung bình của vỉa sản phẩm là 140 ÷ 145oC. Trong những điều kiện làm việc khắc nghiệt như vậy sẽ dẫn đến khả năng hoạt động của các loại máy bơm có cấu trúc như hiện nay đang dùng bị hạn chế, ngoài ra, thời gian làm việc giữa hai lần sửa chữa cũng giảm đi đáng kể. Mặt khác, hiện nay tại mỏ Bạch Hổ, đường kính ống khai thác của các giếng có cấu trúc chủ yếu là loại kết hợp 168 x 140 mm nên chỉ có thể áp dụng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm để khai thác các giếng với lưu lượng chất lỏng không quá 200 m3 /ng.đ và độ sâu nâng chất lỏng không quá 3500 mm. Để khai thác giếng có sản phẩm không ngậm nước với lưu lượng 500m3/ng.đ thì giếng cần phải có ống khai thác có đường kính tối thiểu la 194 mm. Những tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm dùng để khai thác giếng có sản phẩm ngậm nước và lưu lượng cao sẽ không thả được vào trong giếng. Bên cạnh đó, việc áp dụng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm để khai thác giếng đòi hỏi phải có tháp để nâng thả mà trên các giàn vệ tinh lại không được trang bị tháp khoan, do đó sẽ phải dùng tháp khoan trên tàu khoan. Nhưng yếu tố thời tiết tại mỏ Bạch Hổ chỉ cho phép di chuyển tàu khoan trong khoảng 110/365 ngày một năm (tùy thuộc vào thời tiết xấu – đẹp). Như vậy, quá trình sửa chữa, bảo dưỡng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện thời tiết. Để khắc phục tình trạng này cần đầu tư trang bị thêm trên các giàn vệ tinh tháp khoan và khối nhà ở. Mặc dù đã sử dụng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm cho 11 giếng khai thác dầu đạt sản lượng 70 ngàn tấn dầu trong năm 1195 nhưng việc áp dụng này cho điều kiện cụ thể ở mỏ Bạch Hổ gặp phải một số khó khăn cơ bản. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của tỏ hợp máy bơm ly tâm điện chìm đã dẫn đến khó có khả năng áp dụng rộng rãi cho mỏ Bạch Hổ là: yếu tố khí của sản phẩm khai thác khá cao, độ sâu giếng lớn và nhiệt độ chất lỏng khai thác khá lớn, độ cong thân giếng, cấu trúc ống chống khai thác, cấu trúc các giàn vệ tinh, điều kiện thời tiết,… Lựa chọn các phương pháp khai thác cơ học có thể áp dụng tại mỏ Bạch Hổ ta có các phương pháp sau: Phương pháp 1: Các giếng khai thác bằng phương pháp tự phun trên các giàn cố định và các giàn vệ tinh mà không đạt theo sản lượng thiết kế sẽ chuyển sang khai thác cơ học bằng phương pháp Gaslift. Phương pháp 2: Các giếng khai thác bằng phương pháp tự phun trên các giàn cố định và các giàn vệ tinh mà không đạt theo sản lượng thiết kế sẽ chuyển sang khai thác cơ học bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm. Phương pháp 3: Các giếng khai thác bằng phương pháp tự phun trên các giàn cố định mà không đạt theo sản lượng thiết kế sẽ chuyển sang khai thác cơ học bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm, còn các giếng trên giàn vệ tinh thì chuyển sang khai thác bằng phương pháp Gaslift. Phương pháp 4: Các giếng khai thác bằng phương pháp tự phun trên các giàn cố định và các giàn vệ tinh mà không đạt theo sản lượng thiết kế sẽ chuyển sang khai thác cơ học bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm với điều kiện trang bị thêm tháp khoan và khu nhà ở trên giàn vệ tinh. Khi so sánh, tính toán các thông số kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn được phương pháp khai thác cơ học tối ưu cần phải tính đến các yếu tố ảnh hưởng sau: Điều kiện khí hậu biển. Khoan thêm giếng khai thác để đảm bảo hoàn thành sản lượng khai thác dầu theo kế hoạch trong trường áp dụng phương pháp khai thác bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm do không thể thả tổ hợp vào một số giếng khai thác vì đường kính ống chống khai thác bị hạn chế. Điều kiên thời tiết hạn chế việc tiến hành sửa chữa giếng khi trang bị tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm cho các giếng trên giàn vệ tinh. Xây dựng và đưa vào hoạt động xưởng sửa chữa tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm. Trang bị thêm tháp khoan và khu nhà ở cho các giàn vệ tinh. Vận chuyển khí đồng hành vào bờ. Bảng 5.2: So sánh các thông số kinh tế - kỹ thuật của các phương pháp khai thác dầu TT Thông số Đơn vị Các phương pháp khai thác cơ học PP 1 PP 2 PP 3 PP 4 1 Lượng dầu khai thác Triệu tấn 76,8 76,8 76,8 76,8 2 Lượng nựớc bơm ép Triệu m3 210,1 210,1 210,1 210,1 3 Giếng mới sau khi khoan Cái 78 108 89 82 4 Đầu tư cơ bản Triệu USD 785,1 919,2 973,4 809,1 5 Chi phí sản suất Triệu USD 1151,6 1379,1 1286,1 1292,8 6 Tổng chi phí Triệu USD 1936,8 2298,3 2259,5 2101,9 7 Tiền bán dầu Triệu USD 10262 10262 10262 10262 8 Thu nhập từ khai thác mỏ Triệu USD 8325,3 7963,8 8002,5 8160,1 9 Thuế tài nguyên (18%) Triệu USD 1847,2 1847,2 1847,2 1847,2 10 Thuế xuất khẩu (3,4%) Triệu USD 384,9 384,9 384,9 384,9 11 Thuế tức lợi Triệu USD 2451,7 2301,1 2322,6 2385,6 12 Lợi nhuận dòng Triệu USD 3677,5 3460,6 3483,9 3578,4 Qua kết quả so sánh tính toán các thông số kinh tế - kỹ thuật ta thấy: đối với các điều kiện khai thác cơ học tại mỏ Bạch Hổ thì phương pháp khai thác cơ học bằng Gaslift có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm và hiện nay phương pháp khai thác bằng Gaslift là phương pháp khai thác cơ học chính đang được áp dụng tại mỏ Bạch Hổ. 5.1.2. Đối với mỏ Rồng Đối với mỏ Rồng, nơi có điều kiện tương đối khác biệt so với điều kiện của mỏ Bạch Hổ, cụ thể là: yếu tố khí của sản phẩm khai thác, nhiệt độ vỉa, áp suất vỉa và độ sâu giếng đều nhỏ hơn so với mỏ Bạch Hổ, đặc biệt là không có nguồn khí để phục vụ cho khai thác bằng Gaslift. Do đó tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm hoạt động với hiệu số hiệu dụng tương đố cao trong điều kiện cụ thể của mỏ Rồng. Hiện nay ở mỏ Rồng có đến 70% số giếng khai thác được trang bị tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm của hang REDA và ESP. Tuy nhiên, sản lượng của mỏ Rồng tương đối nhỏ, từ 15 ÷ 70 m3/ng.đ. Trước năm 2002, XNLD Vietsovpetro đã tiến hành sử dụng nhiều loại tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm với công suất khác nhau: loại nhỏ nhất là TD450 với lưu lượng 43 ÷ 77m3/ng.đ và loại lớn nhất là DN2150 với lưu lượng 186 ÷ 345 m3/ng.đ. Với các bơm có lưu lượng lớn như vậy, nhưng các giếng khai thác lại có nhiều cát, độ ngập nước cao, thành phần không đông nhất, nhiều prafin, nhiệt độ đông đặc cao, nên mực chất lưu giảm rất nhanh, trong giếng suất hiện nhiều nước, cát dẫn đến thường xuyên xảy ra sự cố kẹt, hỏng bơm. Nhất là đối với những giếng khai thác có sản lượng rất nhỏ từ 15 ÷ 20 m3/ng.đ và có dòng sản phẩm không ổn định thì thường xuyên xảy ra sự cố là điều không tránh khỏi. Việc thay đổi, điều chỉnh chế độ khai thác băng côn tiết lưu không giải quyết dứt điểm được các sự cố này vì mực chất lưu trong giếng giảm rất nhanh trong một khoảng thời gian ngắn, sau đó lại phục hồi về như cũ, nên việc thay đổi côn tiết lưu gặp nhiều khó khăn, phức tạp và mất thời gian (thậm chí còn phải đóng giếng để thay thế côn có đường kính nhỏ hơn). Còn điều chỉnh chế độ làm việc của bơm cho phù hợp với giếng có lưu lượng nhỏ như vậy cũng không khả thi vì máy bơm sẽ phải làm việc ở vùng không ổn định. Mặt khác, trong các tài liệu hướng dẫn sử dụng của các nhà sản suất đều khuyến cáo nên hạn chế tối đa việc dừng và khởi động lại tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm trong quá trình làm việc, vì điều đó sẽ dẫn đến thường xuyên xảy ra các sự cố hỏng hóc. Một yếu tố nữa cũng ảnh hưởng đáng kể đến thời gian làm việc của tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm, đó là ở một số giếng thuộc mỏ Rồng (giếng R11109, R11101, R11110,…) trong thành phần chất lỏng có chứa hỗn hợp nhũ tương dầu – nước cao (có giếng đến 65%), hỗn hợp này có độ bền nhiệt cao (có khi đến 60 oC) và có độ nhớt cao (có lúc đến khoảng 50 Centistok ở 50 oC), điều này dẫn đến bơm làm việc không ổn định và chóng hỏng. Do khoảng cách từ mỏ Rồng đến tàu chứa dầu Chính Linh rất lớn nên Vietsovpetro thường xuyên phải bơm hóa chất chống đông và chất chống tạo nhũ tương vào dòng dầu thô trên đường ống trước khi bơm ra tàu chứa. Từ điều kiện cụ thể tại mỏ Rồng như vậy, phương pháp khai thác cơ học bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm vẫn có thể phát huy tác dụng với điều kiện tăng cường một số giải pháp sau: Đối với những giếng khai thác có sản lượng nhỏ và có dòng sản phẩm không ổn định thì bơm dầu tuần hoàn vào giếng để đảm bảo mực chất lưu trong giếng không nhỏ hơn giới hạn cho phép đối với bơm đang làm việc trong giếng. Tuy nhiên, giải pháp tối ưu hơn là thay thế tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm đang hoạt động với công suất lớn bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm khác có lưu lượng gần với lưu lượng của giếng hơn. Dùng côn tiết lưu để thay đổi, điều chỉnh chế độ khai thác mà không phải đóng giếng, bằng cách lắp thêm nhánh khai thác phụ (trên đó có lắp van tiết lưu) song song với nhánh khai thác chính. Khi lưu lượng của bơm không phù hợp với sản lượng của giếng, ta có thể đóng nhánh khai thác chính lại, đồng thời mỏ nhánh khai thác phụ với lưu lượng hợp lý. Sau đó tiến hành thay côn tiết lưu với kích thước phù hợp và đưa giếng trở lại hoạt động bình thường mà không cần đóng giếng. Đối với những giếng khai thác mà trong thành phần chất lưu chứa lưu chất hỗn hợp nhũ tương dầu – nước cao, có độ bền nhiệt và độ nhớt cao thì thay vì bơm hóa chất chống đông và chất chống tạo nhũ tương vào đường ống trước khi bơm ra tàu chứa thì sử dụng giải pháp bơm thẳng các chất đó vào giếng qua không gian ngoài cần ống khai thác. Để nâng cao hiệu quả và phát huy được các giải pháp nói trên, trong quá trình khai thác cần luôn luôn đảm bảo hệ thông đo lường, theo dõi hoạt động tốt, nắm bắt kịp thời những biến động của các thông số giếng và có các biện pháp điều chỉnh hợp lý. 5.2. Biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị tổ hợp bơm ly tâm điện chìm trong khai thác Dầu khí Nguồn năng lượng vỉa là có hạn và nó giảm dần theo thời gian khai thác. Vì vậy quá trình tự phun của giếng khai thác sẽ không duy trì được mãi. Do vậy chúng ta phải áp dụng phương pháp cơ học. Phương pháp khai thác bằng gaslift có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp khai thác bằng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm. Tuy nhiên, đối với từng điều kiện khai thác cụ thể thì có thể ngược lại, đặc biệt là những nơi không có nguồn khí để phục vụ cho khai thác bằng gaslift. Điều kiện làm việc ở mỏ rất phức tạp, nhiệt độ và áp suất ở các giếng khoan là rất cao. Do vậy chúng ta cần phải có nhưng biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng các thiết bị trong tổ hợp bơm ly tâm điện chìm. Máy bơm: Là một bộ phận quan trọng trong hệ thống bơm chìm. Do đó hư hỏng của máy bơm gây ra việc giảm lưu lượng khai thác hay ngừng khai thác và gây ra hỏng thiết bị tách khí. Vì vậy chúng ta cần phải có biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng máy bơm. Thiết kế chế tạo các loại máy bơm có độ bền cao, trạng thái kỹ thuật tốt. Vật liệu chế tạo bơm làm bằng thép cacbon thấp để nó tương tự như vật liệu làm ống khai thác, để tránh hiện tượng ăn mòn điện hóa. Lựa chọn bơm phải đúng kích thước của ống khai thác. Trong giếng có rất nhiều tạp chất, do đó chúng ta phải có biện pháp khử các tạp chất trước khi kéo thả máy bơm. Lập kế hoạch kiểm tra định kỳ, làm công tác vệ sinh máy bơm để nâng cao tuổi thọ của bơm. Làm sạch các mặt bích, kiểm tra sự quay tròn của trục bơm và độ khít của các ống nối trục. Khi tiến hành sửa chữa dự phòng, định kỳ hoặc công việc khắc phục sự cố hư hỏng các chi tiết, trong quá trình tháo lắp cần phải được giữ gìn hết sức cẩn thận để sử dụng lại, hạn chế tối đa việc thay thế hoặc sửa chữa phục hồi chúng. Trong khi kéo thả máy bơm chúng ta phải kéo thả từ từ, cứ 2000 feet phải dừng lại kiểm tra về điện. Cáp điện: Nhiệt độ cao của giếng ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu nhiệt của cáp điện, gây nổ cáp. Do đó sẽ làm tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm không thể hoạt động được. Vì vậy chúng ta phải có biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng cáp điện. - Thiết kế chế tạo cáp điện phải có độ bền cao, trang thái kỹ thật tốt. - Vật liệu chế tạo vỏ cáp điện phải có độ bên cao: chịu được sức căng, ma sát lớn và chịu được sự xâm nhập của nước - Lập kế hoạch kiểm tra định kỳ, vệ sinh cáp điện. - Khi kéo thả dây cáp không được kéo quá căng, kéo thiết bị cần làm chậm để không ảnh hưởng tới cáp điện, đảm bảo cáp luôn luôn được cố định vào thiết bị. - Sử dụng cáp đúng theo hướng dẫn của nhà sản suất. 5.3 Công tác an toàn lao động và bảo vệ môi trường 5.3.1. Mục đích Trong suốt quá trình sản xuất, đặc biệt là trên công trường biển để đạt được năng suất cao và có hiệu quả kinh tế, đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về an toàn lao động cho người trực tiếp sản xuất và các thiết bị. Vì vậy trong khi thực hiện công nghệ khai thác dầu khí cần phải có những quy định về an toàn lao động trong mọi lĩnh vực nhằm giúp mọi người tránh được những tai nạn rủi ro có thể xảy ra trong quá trình sản xuất. 5.3.2. An toàn trên giàn cố định Các mỏ dầu khí ở phía nam đều nằm ở ngoài khơi, cách bờ biển khoảng 150km. Dầu được khai thác từ giàn cố định. Tất cả các thao tác trên giàn đều rất nguy hiểm như: dễ cháy nổ, sự cố phun của dầu khí…Trong điều kiện ngoài khơi, khí hậu không thuận lợi đòi hỏi mỗi cán bộ công nhân đều phải có tay nghề cao. 5.3.3. Những yêu cầu cơ bản trong công tác an toàn Khi khoan và khai thác trên giàn cố định, có nhiều yếu tố nguy hiểm có thể đe dọa tới tính mạng và sức khỏe con người: Các bộ phận quay của máy và cơ cấu truyền lực. Độ rung và tiếng ồn lớn. Làm việc nơi các đường ống có áp suất cao. Có thể xảy ra phun và phun tự do ở các giếng. Có khả năng bị nhiễm khí, cháy nổ, hoả hoạn. Làm việc trên cao có thể bị rơi xuống biển. Có dòng điện cao, gây nguy hiểm. Thiết bị khoan và khai thác được bố trí trong khu vực sản xuất và phân bố trên giàn khoan (trừ khu vực nhà ở, khu vực đặt xuồng cứu sinh và sân bay). Sự tập trung khối lượng lớn các thiết bị công nghệ và năng lượng phức tạp trong khu vực sản xuất của giàn với diện tích hẹp, chỉ cần sơ suất nhỏ cũng có thể dẫn đến sự cố. Từ đó phải xác định nhiệm vụ trọng tâm của công tác an toàn và tuân theo các quy định cơ bản sau: - Khối nhà ở và khu vực sản xuất, khi sử dụng phải phân theo địa giới. Khu nhà ở phải có hướng gió hơn khu vực sản xuất. - Đảm bảo đầy đủ phương tiện bảo hộ cá nhân, các phương tiện cứu sinh tập thể và thường xuyên tiến hành công tác huấn luyện để tạo thói quen sử dụng phương tiện. - Không ngừng đào tạo và hướng dẫn định kỳ về sử dụng thiết bị kỹ thuật an toàn lao động tại nơi làm việc cho cán bộ công nhân viên. - Không ngừng đào tạo và hướng dẫn định kỳ về sử dụng thiết bị kỹ thuật an toàn lao động tại nơi làm việc cho cán bộ công nhân viên. - Tại vùng biển nơi sản xuất phải có tàu cứu hộ thường xuyên. - Tổ chức kiểm tra độc lập để đảm bảo trình độ cần thiết về an toàn lao động, phòng chống phun phòng cháy nổ và an toàn trên biển. - Lập kế hoạch “Lịch phòng chống sự cố của công trình”, “Lịch báo động” tập dượt theo lịch này. 5.3.4. Trách nhiệm của cán bộ công nhân trong trường hợp sự cố - Khi thay đổi bất ngờ tình hình sản xuất, khi có sự cố tại giàn khoan, các cán bộ công nhân cần phải có quyết định nhanh chóng và đúng đắn. Để thực hiện được mục đích này, cần phải lập lịch phòng chống sự cố và lịch báo động phân công trách nhiệm cho mỗi người và chỉ thị để hoàn thành. - Đấu tranh giành sự sống là trách nhiệm của mỗi người trên giàn. Trên giàn có rất nhiều việc làm, nhưng công việc hàng đầu là giành lấy sự sống. - Cán bộ và công nhân trên giàn phải chú ý tìm hiểu các lịch về an toàn, nghiên cứu và ghi nhớ lấy nhiệm vụ của mình. 5.3.5. An toàn lao động trong công tác khai thác dầu bằng bơm ly tâm điện chìm Đối với công tác khai thác này điều quan trọng không nằm ngoài những quy định chung là công tác an toàn khi sử dụng bơm. Khi tiến hành lắp đặt các thiết bị bơm ly tâm điện chìm ở nơi khai thác và chuẩn bị làm việc cần phải tuân theo các nguyên tắc an toàn sau: - Chỉ những người sau khi đã làm quen với lý lịch của máy, đã được huấn luyện qua các lớp về an toàn và đã được kiểm tra sát hạch, mới được tiến hành làm việc. Tất cả các thiết bị nâng thả sử dụng để lắp đặt sửa chữa cần phải có hệ số dự trữ bền n = 3. Cần phải kiểm tra các thiết bị nâng thả trước khi tiến hành công việc. - Khi lắp đặt và sửa chữa thiết bị ở nơi khai thác thì việc nâng thả các thiết bị cần phải tuân theo những tín hiệu của người chỉ huy. Cần phải kiểm tra vị trí mà tại đó sẽ thả thiết bị và cần phải tin tưởng rằng các đoạn ống không bị rơi. Khi nâng thả thiết bị thì cáp thả cần phải nằm ở vị trí thẳng đứng. Không được giữ hoặc xoay ống bằng tay khi nâng hoặc thả ống vào giếng. - Khi chuẩn bị đưa thiết bị vào làm việc thì cần phải: + Nối dây cáp điện vào trạm điều khiển. + Nối tiếp đất vỏ của trạm điều khiển và hộp dây cáp điện. Đảm bảo lắp ráp chính xác bơm ly tâm điện chìm trong giếng, kiểm tra độ chính xác khi lắp đặt trạm điều khiển và các trang thiết bị hoạt động của hệ thống cấp cứu, bảo vệ và các tín hiệu làm việc. - Khi thiết bị làm việc: cửa của trạm điều khiển phải luôn đóng không được để chất lỏng rơi vào hệ thống điều khiển. Cần phải sử dụng các biện pháp để loại trừ sự gián đoạn của dòng chất lỏng. Cần phải kiểm tra định kỳ độ tin cậy của các đầu nối cáp điện. Việc kiểm tra định kỳ độ tin cậy của các đầu nối cáp điện. Việc kiểm tra các đầu nối cáp điện, chỉ được tiến hành sau khi đã ngắt dòng điện khỏi thiết bị. - Khi đo các thông số của động cơ điện cần phải chú ý: việc đo các thông số của động cơ điện như: điện trở của lớp cách điện, cáp điện…quá trình đo chỉ được phép thực hiện sau khi đã ngắt dòng điện khỏi động cơ. - Khi tiến hành sửa chữa và kiểm tra trạng thái kỹ thuật cần phải chú ý: + Ngắt thiết bị khỏi dòng điện cao áp, trạm điều khiển, cần phải treo mở + Khi ngắt cáp điện nguồn khỏi động cơ điện thì tất cả các đầu nối ba pha của cáp điện phải được bịt kín. + Việc cung cấp điện áp làm việc trong động cơ chỉ được phép tiến hành sau khi đã lắp ghép hoàn chỉnh thiết bị và loại trừ những khuyết tật trong lắp ghép và phải được phép của người trách nhiệm. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sự phát triển của ngành dầu khí VN đóng góp một phần không nhỏ vào sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Tuy nhiên việc khai thác dầu là một vấn đề cần nghiên cứu, tính toán thật chính xác vì chi phí ban đầu là rất lớn. Việc xác định phương pháp khai thác cơ học sau tự phun cũng là một việc làm cấp bách mà phải dựa trên nhiều yếu tố để quyết định. Yếu tố khí lớn, nhiệt độ vỉa cao trên 130oC của mỏ Bạch Hổ làm ảnh hưởng xấu đến một số trang thiết bị chuyên dụng trong khai thác, đặc biệt khai thác bằng phương pháp cơ học, ngoài ra quá trình khai thác được tiến hành trong điều kiện biển mở, khí hậu gió mùa. Do đó việc lựa chọn phương pháp khai thác bằng phương pháp cơ học khả thi và thích hợp với điều kiện của mỏ Bạch Hổ không những là một vấn đề cấp thiết mà còn đòi hỏi tính khoa học và thực tiễn cao. Phương pháp khai thác bằng máy bơm ly tâm điện chìm có hiệu quả kinh tế đối với các giếng thuộc tầng Mioxen dưới và một số giếng thuộc tầng Oligoxen dưới có hệ số sản phẩm theo pha lỏng không thấp hơn 0,7m3/ngđ.atm độ ngậm nước trên 70% và nhiệt độ vỉa không cao hơn 110oC. Do đó phương pháp khai thác bằng bơm ly tâm điện chìm ít được sử dụng tại mỏ Bạch Hổ.Vì vậy phải tuỳ thuộc vào điều kiện của từng vỉa cụ thể mà đưa ra phương pháp khai thác cơ học hợp lý. Hiên nay, tại liên doanh chỉ có mỏ Rồng đang áp dụng phương pháp khai thác dầu khí bằng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm là cho hiệu quả kinh tế tốt vì điều kiện vỉa ở đây khá thuận lợi cho sự làm việc của bơm. KIẾN NGHỊ Để khai thác dầu bằng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm đạt hiệu quả cao, cần phải tăng cường một số giải pháp sau: 1. Đối với những giếng khai thác có sản lượng nhỏ và dòng sản phẩm không ổn định mà tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm đang hoạt động có công suất lớn thì phải thay thế bằng tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm khác có lưu lượng của giếng hơn. 2. Đối với những giếng khai thác có độ sâu và nhiệt độ chất lỏng lớn thì lựa chọn sử dụng những máy bơm ly tâm điện chìm có các thông số kỹ thuật phù hợp. 3. Dùng côn tiết lưu để thay đổi, điều chỉnh chế độ khai thác mà không cần phải đóng giếng, bằng cách thêm nhánh khai thác phụ (trên đó có lắp van tiết lưu) song song với nhánh khai thác chính. Khi lưu lượng của bơm không phù hợp với sản lượng của giếng, ta có thể đóng nhánh khai thác chính lại, đồng thời mỏ nhánh khai thác phụ với lưu lượng hợp lý. Sau đó tiến hành thay côn tiết lưu với kích thước phù hợp và đưa giếng trở lại hoạt động bình thường mà không cần đóng giếng. 4. Đối với những giếng khai thác mà trong thành phần chất lưu chứa lưu chất hỗn hợp nhũ tương dầu – nước cao, có độ bền nhiệt và độ nhớt cao thì thay vì bơm hóa chất chống đông và chất tạo chống tạo nhũ tương vào đường ống trước khi bơm ra tàu chứa thì sử dụng giải pháp bơm thẳng các chất đó vào giếng qua không gian ngoài cần ống khai thác. 5. Sử dụng cáp dẫn điện một cách hợp lý, chỉ dùng cáp thường để dẫn điện từ trạm điều khiển đến gần tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm, còn phần cáp từ động cơ điện đi qua thiết bị bảo vệ, máy bơm là loại cáp được chế tạo đặc biệt nhằm giảm thiểu tối đa đường kính mà vẫn đảm bảo được các thông số lỹ thuật về điện. 6. Sử dụng vật liệu chế tạo bơm phải đồng bộ với ống khai thác, vì nếu không có sự đồng bộ thì sẽ gây ra hiện tượng ăn mòn điện hóa. Nếu trong giếng có độ ăn mòn cao thì phải có một băng dây thép gắn ở đầu bơm (ăn mòn điện hóa) hay một lớp phủ Monel chống ăn mòn. 7. Yêu cầu trong lắp ghép động cơ - Lắp ghép động cơ yêu cầu phải giống nhau về: loại, công suất, điện áp, tần số, cường độ dòng điện… - Lắp ghép động cơ thực chất là việc lắp ghép các đoạn Roto và Stato. Vì vậy công suất thực của động cơ bằng tổng công suất các đoạn được ghép. - Khi tiến hành lắp ghép, các đoạn được ghép với nhau bằng mặt bích, ở vỏ động cơ có vòng đệm làm kín. Cuộn dây của Stato tầng trên tầng dưới được nối tiếp với nhau, các pha được nối bằng đầu nối chuyên dụng. Ở phần cuối trục của tầng trên đặt một ống có lớp bọc cao su để trong quá trình lắp ghép động cơ dầu không bị chảy ra từ tầng trên. 8. Do đặc thù về môi trường làm việc và giá thành thay thế cao khi bị hư hỏng đã đặt ra một yêu cầu cao cho động cơ về độ bền và tính an toàn trong sử dụng. Chính vì vậy động cơ thường được kiểm tra, theo dõi chặt chẽ trong suốt quá trình chế tạo và lắp đặt. 9. Cần phải bảo đảm an toàn cho mọi người và thiết bị khi lắp rắp vận hành sử dụng tổ hợp bơm ly tâm điện chìm. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chi, Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận (1972), Thủy lực và máy thủy lực, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội. 2. Cao Ngọc Lâm (2006), Tiến bộ kỹ thuật công nghệ trong lĩnh vực khoan dầu khí, Giá trình dạy Cao học, trường Đại học Mỏ - Địa Chất. 3. Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Văn Thêm (1990), Kỹ thuật ma sát và nâng cao tuổi thọ thiết bị, NXB Khoa học kỹ thuật. 4. Lê Đức Vinh, Nguyễn Văn Giáp (2006), “ Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số tốc độ quay tới góc phương vị của thân giếng ”, Tuyển tập các công trình khoa học, chuyên đề 40 năm Bộ môn Khoan – Khai thác, Tr.19 – 22. 5. A.A. Lômakin (1971), Bơm ly tâm và bơm hướng trục, NXB Khoa học kỹ thuật. Mokriseve E.P., Karimov M.F., Trần Sỹ Phiệt, Lê Bá Tuấn, Chikhanova L.A. (1998), Khai thác các giến tự phun và lựa chọn các phương pháp khai thác cơ học trong điều kiện của mỏ Bạch Hổ, Tuyển tập các báo cáo khoa học 15 năm XNLD Vietsovpetro. 6. Offshore Engineer (2005), Cable layers confront the NorNed challenge. 7. Offshore Engineer (2007), ISO Standards for use in the oil & gas industry. MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình vẽ Nội dung Trang Hình 2.1 Sơ đồ tổ hợp bơm ly tâm điện chìm 20 Hình 2.2 Máy biến thế 21 Hình 2.3 Sơ đồ thiết bị miệng giếng khi khai thác bằng bơm ly tâm điện chìm trên giàn MSP 22 Hình 2.4 Trạm điều khiển 23 Hình 2.5 Đầu giếng khai thác bằng bơm ly tâm điện chìm 25 Hình 2.7 Cáp điện trong lòng giếng 27 Hình 2.8 Cáp điện trong lòng giếng (hình 2) 28 Hình 2.9 Máy bơm chìm 30 Hình 2.10 Đường cong đặc tính của bơm DN1750 series 400 33 Hình 2.11 Mặt cắt tầng 1 của máy bơm ly tâm điện chìm 34 Hình 2.12 Các bộ phận động cơ điện 35 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động cơ điện chìm 36 Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện chìm 39 Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo Protector 43 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý Protector phân dị 44 Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý Protector có túi 45 Hình 2.19 Thiết bị tách khí 47 Hình 2.20 Sơ đồ thiết bị tách khí theo nguyên tắc đảo dòng 49 Hình 2.21 Sơ đồ nguyên lý thiết bị tách khí theo nguyên tắc ly tâm 50 Hình 2.22 Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo áp suất và nhiệt độ 51 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Nội dung Trang Bảng 1.1 Tổng kết khả năng và hiệu quả áp dụng các phương pháp khai thác dầu khí bằng phương pháp cơ học tại mỏ dầu của liên doanh dầu khí Vietsovpetro 12 Bảng 2.1 Các thông số kinh tế khi sử dụng phương pháp khai thác dầu bằng máy bơm ly tâm điện chìm tại mỏ Bạch Hổ 15 Bảng 2.2 Giá trị nhiệt độ cực đại cho phép khi sử dụng máy bơm ly tâm điện chìm của hãng REDA 18 Bảng 2.3 Các loại bơm ly tâm điện chìm dùng trong khai thác dầu khí 19 Bảng 2.6 Các loại cáp điện dùng trong tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm 27 Bảng 4.1 Tỷ lệ các nguyên nhân gây hỏng của stator 60 Bảng 4.2 Tỷ lệ trong hư hỏng Protector 61 Bảng 4.3 Tỷ lệ hư hỏng trong máy bơm 63 Bảng 5.1 Các thông số hoạt động của tổ hợp máy bơm ly tâm điện chìm 75 Bảng 5.2 So sánh các thông số kinh tế - kỹ thuật của các phương pháp khai thác dầu 78