Tải bản đầy đủ

Tổng quan công nghệ giàn đầu giếng

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
---- // ----

THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

Kỹ sư hướng dẫn
Trịnh Ngọc Phương Thảo

Lớp: K3-LHD
Chuyên ngành: Lọc Hóa Dầu
Niên khóa: 2013-2018

Tp.Vũng Tàu, tháng 1/2018

1


2



MỤC LỤC

3


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ GIÀN ĐẦU GIẾNG
1.

Giới thiệu về giàn đầu giếng

Dòng sản phẩm sau khi khai thác từ các giếng sẽ đi qua hệ thống ống góp trên giàn
đầu giếng sau đó sẽ được đưa qua hệ thống tuyến ống đưa đến giàn xử lý trung tâm
hoặc các tàu FPSO để xử lý.
Một phần dòng sản phẩm sẽ đi qua thiết bị test separator có nhiệm vụ tách các dòng ra
để đo lưu lượng khí lỏng thu được, phục vụ cho việc theo dõi khả năng khai thác của
giếng cũng như cung cấp thông tin cho việc hoạch định kế hoạch khai thác. Thiết bị
test separator hoạt động gián đoạn mỗi lần đo là đo cho một giếng
Trong quá trình làm sạch tuyến ống, PIG launcher được sử dụng để đưa PIG vào tuyến
ống để làm sạch.
Sơ đồ giàn đầu giếng được trình bày như hình dưới:

Hình 1 Sơ đồ giàn đầu giếng
Trong giàn đầu giếng sẽ bao gồm năm hệ thống công nghệ chính:
-

Hệ thống ống góp và thiết bị
Hệ thống phụ trợ
Hệ thống điều khiển
4


2.

Instrument
An toàn
Hệ thống ống góp và thiết bị

Sản phẩm khai thác từ nhiều giếng khác nhau sẽ được đưa vào ống góp (production
manifold) rồi đưa đến khu vực xử lý trên giàn đầu giếng hoặc được vận chuyển qua


giàn xử lý trung tâm hoặc các tàu FPSO.
Lift gas được đưa từ giàn xử lý trung tâm hoặc các tàu FPSO qua hệ thống tuyến ống
dưới biển rồi đưa vào ống góp để phân phối xuống các giếng để tăng khả năng thu hồi
dầu của giếng (lift gas manifold).
Nước biển sau khi xử lý từ giàn trung tâm hoặc các tàu FPSO được vận chuyển qua hệ
-

thống tuyến ống đến ống góp (sea water manifold) để:
Bơm ép xuống các giếng để tăng khả năng thu hồi dầu
Được phân phối vào các đường ống phục vụ cho việc làm sạch đường ống
Sử dụng làm môi chất trong các thiết bị trao đổi nhiệt
Hệ thống ống góp được trình bày như hình dưới:

Hình 2 Hệ thống ống góp
2.1. Thiết bị chính
2.1.1. Hệ thống PIG

5


PIG (viết tắt của Pipeline Intervention Gadget) là một thiết bị được đưa vào tuyến
ống, thiết bị này sẽ di chuyển dọc chiều dài tuyến ống bởi lực đẩy của một nguồn áp
suất cao để làm nhiệm vụ đặc biệt nào đó.
a.

Mục đích

PIG được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau tùy từng giai đoạn cụ thể.
Giai đoạn xây dựng: PIG được dùng để loại bỏ các mảnh vụn còn sót lại trong
quá trình thi công.
Giai đoạn vận hành: PIG được phóng dùng để loại bỏ các chất lỏng tồn đọng
trong ống và làm sạch thành ống.
Kiểm tra tuyến ống: PIG được sử dụng để ước tính độ dày và mức độ ăn mòn

b.

của thành ống.
Quá trình sửa chữa: PIG có thể được sử dụng để cô lập 1 đoạn ống nào đó.
Coating: phủ chất ức chế lên bề mặt ống.
Phân loại

Theo nhiệm vụ thì PIG được phân làm hai loại chính: PIG thường và PIG thông minh
 PIG thường: được sử dụng để thực hiện các chức năng như làm sạch, làm kín. Loại

PIG này cũng có thể được chia thành 2 nhóm dựa trên mục đích cơ bản của nó
• PIG làm sạch: PIG làm sạch dùng để loại bỏ chất rắn, chất bán rắn hoặc mảnh vỡ


trong tuyến ống.
PIG cô lập: PIG làm kín dùng để cô lập đoạn ống trong quá trình quét hết chất lỏng
khỏi tuyến, hoặc dùng để ngăn cách 2 dòng chất lỏng khác nhau cùng được vận



chuyển trên 1 tuyến.
Trong hai nhóm PIG làm sạch và PIG cô lập còn có thể chia thành các nhóm nhỏ hơn
được trình bày như bảng.

Bảng 1 Phân loại PIG
Loại PIG

Hình ảnh

6

Đặc điểm


PIG cầu

Ưu điểm loại này là đơn
giản, rẻ tiền, nhẹ, chịu
nhiệt tốt. Nhưng lại có
nhược điểm chiều dài di
chuyển ngắn, không sử
dụng được cho các loại
ống phức tạp cũng như
hiệu quả làm việc không
cao.
Là khối rắn đặc hoặc bơm
paraffin bên trong
Tương tự như PIG dạng
cầu nhưng dáng hơi khác,
có dạng hình viên đạn là
chính
Là khối rắn đặc hoặc bơm
paraffin bên trong

Foam PIG

PIG trục

Có cấu trúc phức tạp gồm
một trục chính và các thiết
bị phụ trợ đi kèm
Sử dụng để nạo vét các
đường ống lớn và đường
đi dài

 PIG thông minh: loại PIG này là một công cụ kiểm tra ống có thể cung cấp thông tin

về tình trạng của tuyến ống: như mức độ và vị trí của các vết nứt, ăn mòn. PIG thông
minh được mô tả như hình dưới.

7


Hình 3 PIG thông minh
c.

Cấu tạo

Một hệ thống PIG hoạt động thì gồm có ba phần chính:
PIG: bộ phận quan trọng nhất của hệ thống PIG
Bệ phóng (PIG launcher): nơi PIG được đưa vào đường ống. Nó có dạng
đường ống, cấu trúc và kích thước tương tự đường ống chính. PIG được đặt trong đó,
dòng sản phẩm hoặc chất đẩy sẽ được đưa vào để đẩy PIG đi. Bệ phóng được mô tả
như hình dưới:
Hình 4 Bệ phóng PIG

Bộ tiếp nhận: tương tự như bệ phóng, nơi đây là bến đỗ của PIG sau quá trình hoạt
động, nằm cuối tuyến ống. Nhiệm vụ tiếp nhận PIG trước khi làm sạch. Bộ tiếp nhận
được mô tả như hình dưới:

8


Hình 5 Bộ tiếp nhận PIG
2.1.2. Thiết bị tách
a.
Mục đích

Mục đích chính của bình tách là tách các pha khí, dầu, nước ra khỏi nhau.
Ngoài ra bình tách còn sử dụng cho một số mục đích như: làm giảm sức cản thủy lực
và sự tạo thành nhũ tương trong đường ống, phá hủy các bọt khí hình thành trong dầu
tránh hiện tượng xâm thực trong máy bơm, tách nước ra khỏi dầu khi khai thác các
nhũ tương kém bền. Loại bỏ các tạp chất đưa lên theo dầu từ vỉa sản phẩm tránh được
các hiện tường tắc nghẽn đường ống và gây hỏng hóc máy bơm
b.
Phân loại
Theo số pha:
• Bình tách hai pha: tách lỏng khỏi khí hoặc tách khí khỏi lỏng đi ra theo hai đường


khác nhau.
Bình tách ba pha: chất lỏng được phân làm nước, dầu, khí sẽ đi ra theo các đường

khác nhau.
Theo áp suất làm việc:
• Bình tách thấp áp: làm việc tại áp suất từ 1at đến 15 at
• Bình tách trung áp: làm việc từ 16 at đến 44 at
• Bình tách cao áp: làm việc từ 50 at đến 100at
Theo hình dáng: bình tách đứng, bình tách ngang, bình tách cầu. Đặc điểm của các
loại bình tách này được trình bày như bảng:
Bảng 2.2 Đặc điểm của bình tách đứng, ngang, cầu
Bình tách đứng

Bình tách ngang

9

Bình tách cầu


Ưu
điểm

Điều khiển lượng tương đối
lớn lỏng mà không bị cuốn
theo dòng khí
Khuynh hướng chất lỏng
bay hơi trở lại bé
Chiếm không gian ngang


Hiệu quả với tách 3 pha khí
dầu nước
Chi phí chế tạo vận chuyển
rẻ
Thuận lợi lắp đặt bảo dưỡng
Hạn chế dòng rối và tạo bọt

Nhược
điểm

Chi phí chế tạo vận chuyển Khó điều khiển mức
bằng tàu cao
Chiếm không gian lớn
Cùng công suất thì bình
Làm sạch gặp khó khăn
đứng có kích thước lớn hơn
bình ngang

Khó giữ mức chất lỏng
ổn định

Phạm
vi ứng
dụng

Chọn khi tỷ lệ khí-lỏng cao
Chất lỏng có nhiều cát bùn
và tạp chất rắn

Sử dụng khi áp suất
làm việc cao
Tỷ lệ khí lỏng trung
bình
Lưu lượng ổn định

Lượng lỏng vào lớn, và
lượng lớn pha khí hòa tan
trong lỏng

Chi phí thấp hơn so với
bình ngang hoặc đứng
Cân đối, nhỏ gọn dễ
dàng di chuyển đến nơi
lắp đặt

Theo ứng dụng:
• Bình tách kiểm tra (test separator): dùng để tách và đo lưu chất từ giếng. Có thể là
bình tách đứng, ngang hoặc hình cầu. Trang bị cùng với nhiều đồng hồ để đo dầu, khí,
nước nhằm đánh giá tiềm năng của giếng, kiểm tra chu kì của giếng, khảo sát giếng.
Mô tả hoạt động test separator được trình bày như hình dưới

Hình 6 Mô tả hoạt động test separator


Bình tách sản xuất (production separator): dùng để tách các lưu chất từ các giếng hoặc
trong quá trình chế biến sản xuất
10




Slugcatcher: lắp đặt cuối mỗi đường ống hoặc điểm trung gian giữa đường ống. Có
nhiệm vụ loại bỏ các dao động đầu dạng slug ảnh hưởng tới dao động của mức chất
lỏng. Slug xuất hiện trên đường ống đa pha khi dao động tại bề mặt phân chia pha đủ
lớn choáng toàn bộ đường kính ống làm phân tách lỏng hơi bị phá vỡ lúc này slug

được tạo thành.
• Bình tách bọt: là bình tách dầu khí dùng để xử lý dầu thô có nhiều bọt.
c.
Nguyên lý hoạt động:
Thiết bị tách chủ yếu làm việc theo ba nguyên lý chính:


Động lượng: pha của các dòng lưu chất khác nhau sẽ sinh ra động lượng khác nhau.
Khi thay đổi đột ngột hướng của dòng hai pha thì các pha nặng hơn sẽ mang động
lượng lớn hơn vì thế khó trở về cùng hướng với dòng pha nhẹ. Khi đó quá trình phân

tách sảy ra.
• Lắng trọng lực: giọt lỏng sẽ chịu tác dụng của hai lực trọng lực của chính nó và lực
kéo của dòng khí, khi trọng lực tác dụng lên giọt lỏng lớn hơn lực kéo của dòng khí
thì quá trình phân tách sảy ra.
• Coalescer: những giọt lỏng dạng sương mù có kích thước nhỏ không thể phân tách
được bằng trọng lực thì chúng phải được kết hợp lại thành hạt có kích thước lớn hơn
để có thể phân tách được bằng trọng lực.
d.
Các giai đoạn tách:
Các giai đoạn tách được trình bày như trong hình:

11


Hình 7 Các giai đoạn tách


Phần A: là giai đoạn đầu của quá trình tách. Hỗn hợp được sản phẩm tạo rối và phân

tán để tách các bọt khí. Tách phần lớn lỏng ở trạng thái tự do trong khí đầu vào.
• Phần B: là sự tách bằng trọng lực, thực hiện tách bổ sung các bọt khí còn sót lại mà
phần A chưa tách được bằng cách trải hỗn hợp thành những lớp mỏng trên mặt phẳng
nghiêng. Để tăng hiệu quả tách trên mặt phẳng nghiêng có bố trí các gờ chặn nhỏ,
đồng thời tăng số lượng các tấm lệch dòng.
• Phần C: tách các hạt lỏng kích thước nhỏ còn sót lại trong pha khí trước khi đưa dòng
khí ra ngoài. Tách các giọt lỏng dựa trên các cơ chế va đập, trọng lực, thay đổi hướng
và tốc độ dòng khí.
• Phần D: gom lỏng tách khỏi dòng khí qua các giai đoạn tách sơ cấp, thứ cấp và
coalesce.
Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách:
o

Nhiệt độ tách: nhiệt độ cao hơn sẽ làm tăng sự bay hơi của hydrocacbon làm giảm

lỏng thu được.
o Áp suất tách: áp suất cao hơn sẽ làm hydrocacbon ngưng tụ, tuy nhiên sau khi đạt đến
giá trị cực đại nhất định áp suất tăng sẽ làm giảm lỏng.
o Số bậc tách: khi tăng số bậc tách tăng khả năng tách.
o Kích thước hình dáng và cấu trúc bên trong thiết bị tách.
o Tính chất vật lý hóa học của lưu chất đi vào bên trong bình tách
e.
Bộ phận chính của thiết bị tách
12


Các bộ phận của thiết bị tách được trình bày như trong hình:

Tấm đổi hướng (Inlet Device):
được lắp đặt ngay lối vào của
bình tách. Nâng cao hiệu

Hình 8 Bộ phận thiết bị tách

suất tách nhờ:
o
Tối đa phân tách khí lỏng xuất hiện trong ống nạp
o
Tối thiểu kéo theo các giọt
o
Phân bố vận tốc trong pha tách tối ưu
Một số kiểu inlet device được trình bày như hình dưới:

Hình 9 Một số kiểu inlet device

13


Lưới chiết sương: tách các giọt lỏng còn lại cuốn theo khí theo nguyên tắc ép, đổi
hướng, thay đổi tốc độ chuyển động.
Phân loại lưới chiết sương
Wire mesh (lưới đan)
Vane pack (lưới chiết sương dạng cánh)
Cyclone (thiết bị tạo ra lực ly tâm để tách các giọt lỏng)
• Vortex breakers: có nhiệm vụ giảm dòng xoáy giúp cho lưu chất lỏng đi ra không bị




xáo trộn nhiều là nguyên nhân tạo ra khí ảnh hưởng đến thiết bị theo sau như bơm.
• Weir: là tấm chặn thẳng đứng trong bồn chất lỏng. Nó có tác dụng là chất lỏng nhẹ
hơn sẽ tràn qua khoang bên cạnh còn chất lỏng nặng hơn và bùn cát sẽ bị giữ lại.
• Foam breaker: phá bọt để quá trình tách dễ hơn
• Strainer: giúp vận tốc khí phân bố đồng đều
2.1.3. Hệ thống van
a.
Mục đích
Van là một thiết bị được thiết kế để điều chỉnh hướng, cho dừng hoặc điều chỉnh lưu
lượng, áp suất, nhiệt độ của dòng lưu chất. Van chủ yếu được dùng trong điều khiển
pha lỏng và khí.
Các loại van được sử dụng phổ biến trên giàn đầu giếng là: van cửa (check valve), van
cầu (globe valve), van nút (plug valve), van bi (ball valve), van bướm (butterfly
valve), van an toàn (safety, relief valve),...
b.

Cấu tạo

Bất cứ loại van nào cũng có ba bộ phận chính là: thân van, cửa van và tay quay.
Đặc điểm chả các loại van được trình bày như bảng dưới
Bảng 2 Đặc điểm của các loại
Loại van
Van cửa

Đặc điểm

Ưu điểm

Nhược điểm

Đóng mở van
theo cơ cấu
tịnh tiến trục
van.
Đóng dòng
chảy khí chắn
ngang toàn
bộ dòng chảy.

Không làm thay
đổi hướng dòng
chảy
Sự sụt áp hay
mất năng lượng
đi qua van nhỏ
Khả năng chịu
được áp suất lớn

Vận hành
chậm
Cồng kềnh
Không hoạt
động ở chế
độ tiết lưu
được vì sẽ
làm mài mòn

14

Phạm vi
ứng dụng
Ứng dụng
cho đóng
mở, trở lực
thấp


Van cầu

Van nút

Van bi

Van bướm

Van mở hoàn
toàn thì cửa
không nằm
trong dòng
chảy của vật
chất
Đóng mở
theo cơ cấu
tình tiến trục
van
Dòng chảy đi
qua van là
dòng chảy
chuyển
hướng
Mài mòn đĩa
van đồng đều
Dóng mở tay
quay 90 độ
Cửa van chế
tạo kim loại
có khe hở cho
lưu chất đi
qua

Đóng mở 90
độ
Phần điều
chỉnh dòng
chảy có cấu
tạo tròn có lỗ
cho vật chất
đi qua
Đóng mở 90
độ
Cửa là tấm
kim loại có
thể quay 90
độ trong chu
vi vòng làm
kín

không đều
cổng van

Chịu được nhiệt
độ, áp suất cao
Điều tiết được
dòng chảy
Dễ điều khiển

Có thể được sửa
chữa nhanh
chóng hoặc rửa
sạch mà không
cần thiết phải
tháo thân van ra
khỏi hệ thống
Dung được cho
áp suất chân
không và nhiệt
độ thấp
Trở lực thấp,
đóng mở nhanh
Hiện tượng sụt
áp và tạo xoáy
qua van rất nhỏ

Đóng mở nhanh
Tổn thất áp lực
thấp
Sử dụng được
với nhiều môi
trường
Có nhiều kích
cỡ phù hợp với
15

Mất áp khi
lưu chất qua
van
Năng lượng
vận chuyển
chất lỏng
nhiều hơn
Không sử
dụng được
với chất lỏng
bẩn
Đắt
Không hoạt
động ở chế
độ tiết lưu
được vì gây
mài mòn nút
van
Mỗi lần thay
đổi vị trí cửa
van và thân
van sẽ gây ra
mài mòn thân
cà cửa
Dễ bị rò rỉ do
mài mòn
Không hoạt
động ở chế
độ tiết lưu
được

Sử dụng
trong van
điều khiển
Tiết lưu
dòng hoặc
đóng mở

Chỉ có một
kiểu lắp đặt
với đường
ống là lắp
bích
Không có
kích thước
cho các

Van điều
khiển, đóng
mở trong
đường ống
có kích
thước lớn

Đóng mở
trở lực vừa
phải

Đóng mở,
trở lực thấp


Van màng

Dùng một
màng dẻo có
tính đàn hồi
để điều chỉnh
dòng chảy

Van kim

Đóng mở
theo cơ chế
tịnh tiến
Điểm dưới là
kim tiếp xúc
với thân. Kim
được khớp
chính xác vào
thành van
Chỉ có một
phần chuyển
động là cửa
van gắn liền
với thân van
bở một trục
bản lề

Van một chiều

c.

nhiều hệ thống
Có thể điều tiết
dòng chảy
Cấu tạo đơn
giản, đóng khít
Dòng chảy qua
van đều đặn
giảm tổn thất áp
lực
Sử dụng cho lưu
chất bẩn, ăn
mòn

Điều khiển
chính xác
Sử dụng được
nhiệt độ cao và
áp suất cao

Cấu tạo đơn
giản
Cấu tạo làm kín
phức tạp cho
bảo trì bảo
dưỡng

đường ống
nhỏ có DN50
trở xuống
Áp suất chịu
đựng của van
phụ thuộc
vào loại vật
liệu làm
màng
Độ đàn hồi
của màng dễ
giảm
Không hoạt
động ở nhiệt
độ cao
Sử dụng cho
đường ống
nhỏ

Hoạt động
không chính
xác khi lắp
theo phương
thẳng đứng

Van điều
khiển

Dùng cho
đồng hồ chỉ
báo
Điều khiển
chính xác
một lưu
lượng nhỏ
Lắp đặt tại
các vị trí
tránh dòng
lưu chất
quay ngược
trở lại gây
ảnh hưởng
đến hệ
thống

Phân loại van

Theo hoạt động van được chia thành
-

Van tay: van được vận hành trực tiếp từ người vận hành.
Van điều khiển: hoạt động dựa trên tín hiệu điều khiển từ phòng điều khiển hoặc bộ
điều khiển. Sử dụng để đóng mở hoặc điều khiển mức, lưu lượng, áp suất, nhiệt độ,

o

chênh áp, … Ngoài ra còn có:
SDV (shutdown valve) là van thường mở khi gặp sự cố sẽ đóng để đảm bảo an toàn
cho hệ thống.
16


o

BDV (blowdown valve) van thường đóng, trường hợp lưu lượng nhiều hoặc sự cố sẽ
được mở ra để xả. Các tín hiệu sử dụng để điều khiển van như khí nén, điện, thủy lực,

-

từ, …
Van an toàn: PSV, PRV được sử dụng để bảo vệ quá áp, quá nhiệt cho các thiết bị
đường ống. Van bảo vệ hệ thống bằng cách xả ra áp lực dư thừa. Ở áp suất bình
thường đĩa van được đóng vào đế van và cố định bởi một lò xo bị nén trước, khi áp
lực hệ thống tăng lên áp lực tạo ra bởi lưu chất và đĩa van tăng dần gần bằng áp lực lò

xo. Khi vượt qua được áp lực lò xo lưu chất được xả ra.
• Van an toàn (PSV): van mở nhanh, thường được dùng cho khí vì đặc tính đóng mở


phù hợp phù hợp với đặc tính và nguy hiểm khi bị nén của khí.
Van xả áp (PRV): thường được dung cho chất lỏng, van đóng lại khi áp lực thấp hơn
áp lực đạt sẵn
Các loại van an toàn được trình bày như bảng dưới:
Bảng 3 Các loại van an toàn
Loại van an toàn
Truyền thống

Điều kiện hoạt
động
Áp suất ngược
nhỏ hơn 10% áp
suất cài đặt

Ưu điểm

Nhược điểm

Đơn giản, dễ lắp
đặt sửa chữa, được
sử dụng nhiều trong
thermal relief
valve.

Không triệt tiêu
được áp suất
ngược nên ảnh
hưởng đến hoạt
động của van khi
áp suất ngược lớn

Cân bằng

Áp suất ngược
từ 10% đến 50%
áp suất cài đặt

Hạn chế tác dụng
của áp suất ngược
Cho phép áp suất
cài đặt lớn hơn

Vì bellows là cao
su mềm, đàn hồi
nên rất hạn chế sử
dụng ở nhiệt độ
cao

Pilot

Được sử dụng
khi áp suất
ngược lớn hơn
50% áp suất cài
đặt

Hạn chế tác động
của áp suất ngược

Khi lưu chất có
chứa tạp chất dễ
bị tắc đường pilot

17


2.1.4. Máy nén
a.
Mục đích

Mục đích cơ bản của máy nén là nén lưu chất lên áp suất cao hơn áp suất ban đầu.
Quá trình nén được áp dụng cho các quá trình:
b.

Cung cấp khí cho quá trình cháy
Vận chuyển lưu chất trong đường ống
Cung cấp khí nén cho những dụng cụ khí nén
Tuần hoàn lưu chất trong một quy trình
Phân loại

Máy nén được phân chia thành hai loại chính:
 Thể tích: bao gồm có máy nén piton, máy nén trục vít, máy nén có khoang trượt.

Nguyên lý làm việc dựa trên sự thay đổi thể tích của lưu chất, khi thể tích khí giảm thì
áp suất tăng. Trong máy nén thể tích bao gồm hai loại chính là máy nén kiểu piston và
máy nén kiểu quay. Máy nén kiểu piston (Reciprocating Compressor) bao gồm một
hoặc nhiều xi lanh trong piston sẽ chuyển động tịnh tiến tới và lui. Máy nén kiểu quay
gồm loại như cánh, trục vít, mỗi loại sẽ được kết nối với một hay nhiều thiết bị quay
(còn gọi là roto) để di chuyển một thể tích cố định trong mỗi vòng quay
 Động học: bao gồm có máy nén ly tâm, máy nén hướng trục. Nguyên lý làm việc dựa

trên sự thay đổi vận tốc của lưu chất, động năng chuyển đổi làm tăng áp suất. Đối với
máy nén động (Dynamic Compressor) bao gồm máy nén ly tâm (Certrifugal
Compressor), máy nén hướng trục (Axial Compressor). Chúng là những máy nén với
dòng chảy liên lục được đưa vào và lực quay được tạo bởi các thiết bị quay như cánh
quay (impeller) làm tăng tốc dòng khí tại đó, rồi chuyển đổi áp suất động thành áp
suất tĩnh một phần trong bộ phận quay và một phần trong bộ phận khuếch tán
(diffuser).
c.
Các loại máy nén phổ biến trong công nghiệp dầu khí
Đặc điểm của các loại máy nén khí được trình bày như bảng dưới:
Bảng 4 Các loại máy nén
Máy nén khí ly tâm

Máy nén khí piston

18

Máy nén khí trục vít


Ưu điểm

Lắp đặt cố định
Công suất lớn
Yêu cầu bảo dưỡng
thấp
Hoạt động tốc độ
quay khác nhau
Hiệu suất 70-85%

Nhược
điểm

Bảo dưỡng phức tạp
Ít linh động
Cấu tạo và kích thước
lớn nên lắp cố định
khó di chuyển
Tính chất dòng khí
ảnh hưởng đến hiệu
suất
Va đập khi lưu lượng
dòng thấp
Phạm vi Sử dụng lưu lượng
ứng dụng thể tích lớn
Phổ biến dùng cho
tuabin khí, mô tơ điện

Tạo ra áp suất lớn
Không ảnh hường khi
thay đổi tính chất dòng
khí
Linh động
Hiệu suất nén cao 7290% và chi phí năng
lượng thấp

Hoạt động không cân
bằng
Ồn ào, rung động
Khí nén cung cấp
không liên tục

Sử dụng khi cần tạo áp
suất lớn
Phổ biến dung cho
động cơ khí, hoặc mô
tơ điện

Tỉ số nén cao, hiệu
suất đẩy tải cao, hiệu
suất lưu lượng tăng
theo thời gian
Lưu lượng đều, nhỏ
gọn, độ bền cao,
Máy vận hành ổn
định, không dao
động, ít rung động và
tiếng ồn nhỏ.
Lưu lượng đồng đều
Yêu cầu độ kín khít
Giá thành cao
Hiệu suất thấp hơn
máy nén ly tâm và
piston 65-75%

Sử dụng khi tăng áp
suất dòng khí từ thấp
đến trung bình
Phổ biến dung cho
động cơ khí hoặc mô
tơ điện

2.1.5. Bơm
a.
Mục đích

Bơm sử dụng để cung cấp năng lượng tạo nên sự chênh lệch áp lực để đẩy chất lỏng
Phân loại
o Bơm thể tích: tăng áp suất lưu chất bởi thay đổi thể tích làm việc của bơm. Gồm bơm
b.

piston và bơm quay
o Bơm động học: tăng áp suất bởi thay đổi vận tốc của dòng lưu chất. gồm có bơm ly
tâm
c.

Một số loại bơm phổ biến trong công nghiệp dầu khí

19


Đặc điểm của các loại bơm được trình bày như bảng dưới
Bảng 5 Các loại bơm

Ưu điểm

Nhược điểm

Ứng dụng

Bơm ly tâm

Bơm piston

Chi phí thấp trên một đơn vị
lưu lượng
Ít bảo dưỡng
Chiếm diện tích trên giàn nhỏ
Lưu lượng ổn định
Vận hành đơn giản
Không phù hợp cho lưu lượng
dòng thấp, tạo áp suất lớn
Độ nhớt của lưu chất ảnh
hưởng đến hiệu suất của bơm
Hiệu suất ảnh hưởng bởi dòng
khí cuốn theo
Phải mồi bơm khi mới hoạt
động
Lưu lượng nhiều
Lưu chất có độ nhớt thấp

Phù hợp với lưu lượng dòng thấp
Không ảnh hưởng bởi độ nhớt chất
lỏng
Hiệu quả hơn bơm ly tâm
Tạo được áp suất lớn
Lưu lượng không đều
Bảo dưỡng cao
Nặng cồng kềnh

Tạo áp suất lớn

2.1.6.
Thiết bị trao đổi nhiệt
a.
Mục đích

Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị sử dụng để trao đổi nhiệt giữa một hay nhiều chất tải
nhiệt. Gồm lưu chất nóng và lưu chất lạnh trao đổi nhiệt với nhau với các mục đích
chính:
b.

Gia nhiệt cho sản phẩm
Bay hơi, ngưng tụ sản phẩm
Làm lạnh
Thu hồi nhiệt từ các quá trình
Phân loại

Phân loại các thiết bị trao đổi nhiệt được trình bày như bảng:
Nguyên lý làm việc

Bố trí dòng

Thiết bị trao đổi nhiệt loại hồi nhiệt

Trao đổi nhiệt cùng chiều
20


Thiết bị trao đổi nhiệt loại vách ngăn

Trao đổi nhiệt ngược chiều

Thiết bị trao đổi nhiệt loại hốn hợp

Trao đổi nhiệt chéo dòng

c.

Các loại thiết bị trao đổi nhiệt phổ biến

Đặc điểm của các loại thiết bị trao đổi nhiệt được trình bày như bảng:
Thiết bị trao
đổi nhiệt
Ưu điểm

Nhược điểm

ứng dụng

Ống chùm

Ống lồng ống

Tấm

Cấu tạo gọn chắc Hệ số truyền
chắn
nhiệt lớn
Dễ làm sạch phía Cấu tạo đơn giản
trong ống trừ ống
truyền nhiệt chữ U
Áp suất chịu đựng
được lớn

Có hệ số truyền nhiệt rất
lớn
Cấu tạo nhỏ gọn
Chế độ nhiệt ổn định khi
làm việc
Có thể tang thêm hay giảm
bớt bề mặt truyền nhiệt
Dễ tháo lắp khi làm vệ
sinh
Khó chế tạo được Cồng kềnh
Không chịu được áp suất
bằng vật liệu như Giá thành cao
cao
gang, thép silic
Khó vệ sinh
Không chịu được nhiệt độ
quá cao hoặc quá thấp
Thiết bị cô đặc
Trao đổi nhiệt Sử dụng cho hệ thống lạnh
Thiết bị ngưng tụ
giữa hai chất lỏng Sử dụng được cả lưu chất
Thiết bị làm lạnh
lỏng và khí

3. Hệ thống thiết bị phụ trợ

Tại giàn đầu giếng WHP (wellhead platform), hệ thống phụ trợ đóng vai trò quan
trọng trong việc xử lý chất thải, cung cấp hóa chất, khí nén, nước phụ trợ, sinh hoạt
cho hoạt động khai thác của giàn. Tùy thuộc vào từng điều kiện giếng khoan, sản
phẩm của giếng sẽ có những yêu cầu khác nhau về hóa chất sử dụng cũng như hoạt
động khai thác trên giàn.
Thông thường, hệ thống phụ trợ trên giàn được chia làm 5 khu vực chính:
Hệ thống bồn chứa hóa chất và phân phối.
Hệ thống khí đốt/ xả thải.
21


Hệ thống xử lý nước thải.
Hệ thống khí nén/ nước phụ trợ.
Hệ thống bồn chứa diesel và hệ thống phát điện.
3.1. Khu vực bồn chứa hóa chất và phụ gia
Hệ thống hóa chất trên giàn đầu giếng có những yêu cầu cụ thể khác nhau tùy theo
từng trường hợp cụ thể như thành phần dòng sản phẩm, sản lượng khai thác, yêu cầu
sản phẩm xuất… Tuy nhiên, các loại hóa chất được sử dụng phổ biến trên giàn đầu
giếng gồm có hóa chất hạ điểm đông, hóa chất phá nhũ, hóa chất chống lắng cặn, hóa
chất chống ăn mòn, methanol… Ngoài ra, tùy theo yêu cầu có thể có thêm các loại
hóa chất khác như chất chống tạo bọt, chất ức chế vi sinh vật, chất chống tĩnh điện…
- Chất hạ điểm đông (dew point dispersant): Mục đích của việc sử dụng phụ gia hạ
điểm đông nhằm ngăn hiện tượng tạo wax trong dầu dựa vào việc ngăn sự hình thành
mạng tinh thể lớn do sự giảm nhiệt độ trong quá trình vận chuyển sản phẩm.
- Chất chống tạo cặn (scale inhibitor): Phụ gia được sử dụng nhằm hạn chế sự kết tụ
của các muối ít tan khi nhiệt độ, áp suất thay đổi. Chất ức chế kết tủa thường được đưa
vào wellhead và các thiết bị khai thác sau khi thay đổi áp suất qua hệ thống van đầu
giếng và choke valve.
- Chất ức chế ăn mòn (corrosion inhibitor): Phụ gia ức chế ăn mòn thông thường có 1
đầu phân cực nhằm tương tác với bề mặt kim loại và 1 đầu không phân cực giúp hòa
tan trong dòng hydrocarbon. Trong quá trình vận chuyển và hòa trộn cùng với dòng
dầu, hóa chất này sẽ bám đầu phân cực vào bề mặt kim loại, hình thành nên 1 lớp film
mỏng bảo vệ bề mặt kim loại khỏi các tác nhân gây ăn mòn, tránh tạo môi trường tiếp
xúc cho quá trình ăn mòn hóa học và điện hóa xảy ra.
- Chất phá nhũ (emulsion breaker): thường được sử dụng trong bình tách ( test
separator) nhằm mục đính tang cường khả năng tách pha trong thiết bị, phá vỡ hệ nhũ
tương dầu – nước và làm giảm độ nhớt của hỗn hợp, thường đưa vào lưu chất trước
thiết bị tách. Khoảng cách từ điểm pha trộn thường xa thiết bị tách nhằm tăng thời
gian và khả năng phân bố của hóa chất với dòng sản phẩm.
22


- Methanol hoặc MEG (monoethylene glycol): được sử dụng nhằm hấp thụ và làm
giảm nồng độ nước trong dầu/khí, ngăn ngừa sự hình thành hydrate và giảm thiểu ăn
mòn. Việc sử dụng methanol hay chất hạ điểm đông sẽ được tính toán để sử dụng hợp
lý và tiết kiệm chi phí (liên tục hoặc không liên tục).
Thông thường, bồn chứa hóa chất và phụ gia được thiết kế để hoạt động ở áp suất khí
quyển. Tuy nhiên trong một vài trường hợp đặc biệt, hóa chất có khả năng bay hơi cao
hay dễ bị oxi hóa và cần bơm khí trơ để tránh tiếp xúc với không khí, vessel có thể
được sử dụng để chịu được áp suất lớn hơn và có hệ thống van an toàn, van điều áp
nhằm đảm bảo an toàn và duy trì áp suất trong vessel. Hệ thống khí trơ (nitrogen)
thường được sử dụng trong trường hợp cần tránh tiếp xúc với không khí thông thường.
Hóa chất từ bồn chứa sẽ được đưa đến hệ thống phân chia hóa chất đến từ vị trí công
nghệ cụ thể nhờ bơm. Bơm piston thường được sử dụng chính trong trường hợp này
do đặc tính cần tỉ lệ chính xác, áp lực lớn của dòng hóa chất bơm.
3.2. Khu vực khí đốt/ xả thải
Khu vực khí đốt/ xả thải nhằm xử lý khí thải trên giàn, khí đồng hành, khí áp cao từ
các thiết bị bằng việc đốt rồi thải ra môi trường, giảm thiểu nguy cơ cháy nổ và gây
nguy hại cho môi trường xung quanh. Các dòng này đều có chung đặc điểm là các
dòng công nghệ có chứa phần lớn khí và ít lỏng. Các dòng này sao đó sẽ được đi đến
thiết bị flare scrubber để tách 2 pha condensate và khí. Dòng khí sau đó sẽ được đưa
đến đầu đốt tại vị trí được thiết kế cách xa giàn để đảm bảo an toàn.
Về cơ bản, khí đốt/xả thải trên giàn chủ yếu cần được xử lý đến từ hệ thống các van
PSV và BDV trên giàn. Các van này có thể đến từ nhiều hệ thống khác nhau như:
Hệ thống ống manifold.
Thiết bị test separator.
Quá trình chạy thử, phóng pig, bảo trì.
Hệ thống bồn chứa hóa chất.


23


Hình 10 Hệ thống flare đốt/thải
Dòng công nghệ sau khi được tách 2 pha tại flare srubber sẽ được xử lý tại các quy
trình tiếp theo. Đối với dòng lỏng từ flare scrubber chứa condensate thường được bơm
ngược trở lại hệ thống production pipeline hoặc hệ thống test separator tùy theo hoạt
động của giàn. Dòng khí từ flare scrubber sẽ được đưa đến đầu đốt để đốt và xả thải ra
môi trường. Hệ thống này được điều khiển tự động nhờ bộ phận đánh lửa, dòng
utilities gas luôn được duy trì tại đầu đốt để đảm bảo đầu đốt luôn cháy. Trong trường
hợp utilities gas không đủ hoặc xảy ra sự cố, hệ thống khí bổ sung bằng propane sẽ
được cung cấp thay thế, đảm bảo an toàn cho hoạt động của đầu đốt.
3.3. Hệ thống xử lý nước thải
Thông thường, hệ thống xử lý nước thải trên giàn bao gồm 3 hệ thống chính:
-

Close drain header: Hệ thống thu gom các dòng thải công nghệ có áp suất cao hoặc có
tỉ lệ khí/ lỏng lớn. Các dòng này thường đến từ các thiết bị hoạt động ở áp suất cao; hệ
thống PSV/vent xả áp; hệ thống caisson; hệ thống pig launcher và cụm thiết bị an toàn
đầu giếng. Các dòng thải công nghệ này thường chứa các hydrocarbon (chủ yếu là
khí) và 1 phần condensate. Close drain header được thiết kế để có thể chịu được áp
suất từ các dòng thải này cũng như tính chất của dòng khí hydrocarbon. Dòng thải từ

-

close drain sau đó sẽ được đưa đến hệ thống flare scrubber để xử lý.
Hazardous open drain header: hệ thống này được xử dụng để xử lý các nguồn chất thải
độc hại, các hydrocarbon và hóa chất sử dụng trên giàn. Các dòng chất thải này sẽ
24


được đưa đến hệ thống bể chứa open drain tank để chứa chất thải, nhiệt độ trong bể sẽ
luôn được duy trì để tránh tình trạng tạo cặn, hóa rắn của các hydrocarbon. Dòng lỏng
từ tank chứa sẽ được gom lại rồi đưa đến thiết bị caisson phía dưới của giàn. Tại đây
do trọng lực nước với tỉ trọng lớn hơn sẽ chìm xuống dưới và được thải ra ngoài môi
trường, dòng hydrocarbon nhẹ hơn sẽ được gom lại rồi bơm trở lại hệ thống flare
srubber.
Các dòng khí thải đưa đến hệ thống open drain header thường bao gồm các dòng thải
từ quá trình bảo trì bảo dưỡng thiết bị có chứa hóa chất/hydrocarbon, hệ thống pig
launcher, hệ thống ống manifold… Tuy nhiên, tất cả các dòng công nghệ này đều có
chung 1 đặc điểm là có chứa các hóa chất độc hại/hydrocarbon và lượng lỏng thường
chiếm tỉ lệ cao hơn trong dòng thải công nghệ.
- Non-hazardous open drain header: Hệ thống này thu nhận dòng nước thải “sạch” từ
các hệ thống trên giàn. Các dòng thải này bao gồm hệ thống nước mưa, nước từ hệ
thống safety shower, bồn rửa và có chung đặc điểm là không chứa hydrocarbon hay
các hóa chất độc hại. Dòng thải này sẽ được đưa thẳng trực tiếp đến hệ thống caisson
dưới giàn và thải ra biển. Đây là các dòng nước thải thông thường, không gây nguy
hại đến môi trường.
3.4. Khu vực khí nén/ nước phụ trợ
Các thiết bị đo trên giàn, hệ thống van, hệ thống công nghệ, hệ thống phụ trợ đều có
nhu cầu sử dụng khí nén/ nước phụ trợ trong các hoạt động điều khiển thông thường
hay hoạt động bảo trì, bảo dưỡng. Hệ thống khí nén và nước phụ trợ trên giàn thường
được sắp xếp ở khu vực phụ trợ rồi phân bố đến từng khu vực cụ thể theo thiết kế.
3.4.1. Khu vực khí nén phụ trợ

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×