PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong xu thế công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước hiện nay, việc phát triển công nghiệp năng lượng là hết sức cần thiết nhưng trình độ khoa học kĩ thuật còn hạn chế và chi phí cao nên việc đưa vào sử dụng các loại năng lượng tái tạo và năng lượng hạt nhân phục vụ quá trình phát triển là vô cùng khó khăn và nguy hiểm. Do đó, Việt Nam vẫn phụ thuộc nhiều vào các nguồn năng lượng hóa thạch: than, dầu, khí. Trong đó dầu thô đóng vai trò quan trọng nhất.
Song hành với dầu thô, khí là nguồn năng lượng không thể thiếu trong công nghiệp hiện đại. Theo nguồn của Vietsovpetro, Xí nghiệp khai thác các công trình khí đã khai thác sản lượng khí tương đương với 3 triệu tấn dầu quy đổi. Như vậy, xét về giá trị kinh tế, khí đóng một vai trò rất quan trọng về ngành năng lượng trong công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước. Nguồn cung cấp khí ở Hình 1 được tính từ : Bể Cửu Long (Bạch Hổ, Rồng, Đồi Mồi, Cá Ngừ Vàng, STĐ, STV, STT, Rạng Đông, HST, HSĐ, Tê Giác Trắng, Khí khô); Bể Nam Côn Sơn (Hải Thạch, Mộc Tinh, Lan Tây, Lan Đỏ, Rồng Đôi, Chim Sáo, Khí khô); Bể Malay – Thổ Chu (PM-3-CAA & 46-CN, Hoa Mai, Lô B 48 & 52, khí khô).
17 16 15 Lượng khí, Tỷ m3 14 13 12 11 10 9 8 7 6 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 Năm Tổng lượng khí dự kiến cung theo các năm Tổng lượng khí dự kiến cầu theo các năm Hình 1. Cân đối nguồn cung và cầu khí cho Nam Bộ những năm 2010 – 2015 [14] Học viên: Hoàng Minh Hiếu xi Khảo sát và hiệu chỉnh các thông số công nghệ giàn nén khí MKC Nhu cầu khí ở hình 1 được tính cho các trung tâm tiêu thụ ở Nam Bộ: Điện – Đạm Đông Nam Bộ; Điện đạm Tây Nam Bộ. Từ hình trên ta thấy nhu cầu khí sẽ thiếu từ năm 2015 trở đi. Để cung cấp đủ khí cần tìm kiếm mỏ khí mới, nhưng việc tìm ra mỏ khí mới hiện nay là chưa có.
Chính vì lẽ đó duy trì hoạt động của các trạm nén khí sao cho hệ thống làm việc ổn định, liên tục, bền bỉ phục vụ đưa khí về bờ tốt nhất là điều đáng quan tâm. Mỏ Bạch Hổ thuộc bể Cửu Long có 2 trạm nén khí (giàn nén trung tâm CCP và giàn MKC), giàn CCP ở vòm Nam Bạch Hổ cung cấp khí cao áp cho khai thác dầu bằng gaslift và đưa khí về bờ. Còn giàn MKC cung cấp khí gaslift cho các giàn khai thác tại vòm Bắc Bạch Hổ và đưa khí về bờ khi cần thiết. Nếu vì một lý do nào đó, giàn MKC hoặc giàn CCP dừng khai thác (Shutdown) gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến công tác khai thác dầu bằng gazlift trên toàn mỏ Bạch Hổ.
Do vậy, trách nhiệm của người kỹ sư vận hành phải đảm bảo hệ thống công nghệ ổn định, liên tục và tối ưu đối với các thông số công nghệ trong phạm vi nào đó mà không xảy ra sự cố kể trên. Hoạt động thu gom khí đồng hành tại vòm Bắc: Khí đồng hành được thu gom từ các giàn MSP-1, 2, 4, 5, 6, 8, 9, 10 theo các đường ống thu gom về giàn MSP-6 được điều áp 7.0 bar đi qua giàn MSP-4. Tại đây, khí được điều áp xuống 6.5 bar và nhiệt độ khoảng 26oC dọc theo đường ống 16’’ đến giàn nén khí nhỏ (MKC). Giàn MKC gồm có 4 tổ máy nén khí được lắp đặt song song với nhau, trong đó mỗi tổ máy có khả năng nâng áp từ 4 bar lên 102 bar.
Khí sau khi nén được sử dụng vào các mục đích khác nhau: + Có thể được dùng để tăng hệ số thu hồi dầu trong vỉa bằng phương pháp gaslift; + Có thể được dùng cho các thiết bị ejector lắp đặt tại giàn Riser Block giàn nén khí trung tâm (CCP) để tăng khả năng đưa khí về bờ cho các nhà máy điện trên bờ; + Có thể được dùng để đưa thẳng vào các nhà máy điện trên bờ; + Một phần khí nén phục vụ cho nhu cầu nội bộ là làm khí nhiên liệu cho động cơ tại giàn. Học viên: Hoàng Minh Hiếu xii Khảo sát và hiệu chỉnh các thông số công nghệ giàn nén khí MKC Việc duy trì chế độ làm việc (áp suất, nhiệt độ, lưu lượng) đảm bảo cho hệ thống công nghệ làm việc ổn định và an toàn nhất là nhiệm vụ của người vận hành thực tế. Áp suất khí đầu vào giàn MKC hiện tại thường dao động trong khoảng 4 đến 7 bar, đầu ra là 102 bar với lưu lượng 47. Vấn đề đặt ra là làm sao với lượng khí vào như vậy thì vận hành ở điều kiện như thế nào để sản lượng khí đầu ra, lượng condensate trắng, là lớn nhất có thể, hệ thống hoạt động ở chế độ tối ưu nhất, đảm bảo hệ thống vẫn làm việc ổn định, an toàn.
Đồng thời tìm ra các thông số ảnh hưởng đến hệ thống công nghệ, cũng như kiểm soát các rủi ro (chất lỏng vào hệ thống đường nhiên liệu), từ đó đề xuất chế độ làm việc hợp lý để duy trì giàn hoạt động hiệu quả, đưa ra một số giải pháp nhằm nâng cao chất lượng khí nhiên liệu cung cấp cho động cơ Waukesha. Những thuận lợi, cơ hội cùng những khó khăn và thách thức trên đặt ra cho kỹ sư vận hành thực tế nhiều vấn đề cần phải thực hiện nhanh chóng và chuẩn xác nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc dự đoán, khắc phục các sự cố tiềm ẩn trong tương lai. Xuất phát từ các vấn đề trên, tác giả chọn đề tài “Khảo sát và hiệu chỉnh các thông số công nghệ của giàn nén khí MKC” để làm đề tài luận văn cao học của mình. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài Mục tiêu nghiên cứu Làm sáng tỏ hệ thống công nghệ, các thiết bị đầu cuối của giàn nén khí MKC nhằm làm cơ sở cho việc khảo sát các thông số công nghệ; phục vụ cho việc đánh giá, đề xuất phương pháp điều hành chế độ làm việc hiệu quả, phù hợp nhất có thể tránh gây dừng hoạt động của hệ thống nén khí, gây giảm sản lượng khí đưa về bờ và cho gaslift.
Khảo sát và đánh giá hiệu quả làm việc của máy nén khí về mặt hiệu suất, hiệu quả làm việc của các thiết bị trao đổi nhiệt về mặt nhiệt độ trung bình Logrit (LMTD) Xác định điều kiện làm việc tối ưu để tận thu condensate tối đa nhằm mục đích: - Tách lỏng lượng condensate triệt để; - Nâng cao chất lượng khí nhiên liệu cho động cơ; Xem xét sự đấu nối một hay nhiều đường ống dẫn khí mới vào hệ thống hiện tại, cũng như khảo sát sự đáp ứng của hệ thống; Học viên: Hoàng Minh Hiếu xiii Khảo sát và hiệu chỉnh các thông số công nghệ giàn nén khí MKC Nội dung nghiên cứu: Xây dựng mô hình mô tả hoạt động của hệ thống công nghệ của giàn MKC bằng phần mềm HYSYS của hãng ApsenTech, phiên bản V. dựa trên công nghệ hiện hành của hệ thống. Khi mô hình hệ thống công nghệ giàn MKC được thiết lập, tiến hành chạy thử, hiệu chỉnh mô hình của đối tượng thực đang được vận hành theo số liệu thực tế (báo cáo khai thác, báo cáo các khảo sát hoạt động,…) trong miền giới hạn nào đó, từ đó xây dựng một mô hình tin cậy trước khi sử dụng cho mục tiêu đặt ra để khảo sát các tình huống giả lập trong tương lai. Phân tích và dự báo cho mô hình đã hiệu chỉnh theo hướng sau đây: Khảo sát sự đáp ứng khi thay đổi các thông số công nghệ; Phân tích điều kiện làm việc của từng cụm thiết bị, sau đó cho cả hệ thống, khảo sát các thông số ảnh hưởng đến hệ thống thực theo thời gian.
Trên cơ sở thu được, xác định các thông số ảnh hưởng, từ đó đánh giá hiệu quả của hệ thống thực, khả năng điều chỉnh và có thể lựa chọn giải pháp tối ưu hệ thống tại các thời điểm nhất định. Xác định được thông số vận hành thích hợp với nguyên liệu dòng vào là khí đồng hành thực tế từ vòm Bắc mỏ Bạch Hổ. Đề xuất giải pháp tận thu Condensate thu gom. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Là hệ thống công nghệ giàn MKC vòm Bắc Bạch Hổ.
- Luận văn này sẽ phân tích và khảo sát mô hình hệ thống công nghệ giàn MKC thuộc mỏ Bạch Hổ, bồn trũng Cửu Long, thềm lục địa Việt Nam. - Những thông số chính của giàn MKC sẽ được phân tích trên cơ sở khảo sát, xây dựng mô hình thiết kế khai thác ban đầu (Basis of design) và hiệu chỉnh mô hình theo số liệu khai thác thực tế (Operating Manual), tiến đến xây dựng và đề xuất mô hình tối ưu cho hệ thống của giàn MKC. Học viên: Hoàng Minh Hiếu xiv Khảo sát và hiệu chỉnh các thông số công nghệ giàn nén khí MKC Phạm vi nghiên cứu - Trạng thái hiện làm việc hiện tại của hệ thống công nghệ giàn nén khí MKC, từ đó đề xuất mô hình tối ưu cho hệ thống công nghệ giàn nén khí MKC tại Vòm Bắc mỏ Bạch Hổ và các tình huống giả lập trong tương lai 4. Cơ sở tài liệu của luận văn - Các luận văn thạc sĩ, luận án tiến sĩ của trường ĐH Bách Khoa Tp.
HCM về phát triển mỏ và phân tích, xây dựng hệ thống khai thác và thu gom dầu khí. - Yêu cầu thiết kế công nghệ của giàn nén khí MKC mỏ Bạch Hổ và các số liệu báo cáo khai thác hàng ngày của giàn. - Các tài liệu hướng dẫn sử dụng phần mềm HYSYS trong lĩnh vực phân tích và mô hình hóa khai thác. - Bài giảng, giáo trình và các báo cáo nghiên cứu khoa học, SPE về hệ thống khai thác dầu khí, phân tích hoạt động hệ thống khai thác dầu khí, các nghiên cứu xây dụng mô hình quản lý tích hợp cho hệ thống khai thác dầu khí, các thông số hoạt động tối ưu của hệ thống khai thác, v.
Phương pháp nghiên cứu Hệ thống hóa các tài liệu: phương pháp thu thập và tổng hợp số liệu phục vụ cho đề tài. Hệ thống hóa nền tảng lý thuyết về hiệu chỉnh mô hình mô phỏng, các nguyên tắc và quy trình đề xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống công nghệ. Phương pháp mô hình hóa: Sử dụng phần mềm mô phỏng chuyên dụng HYSYS để xây dựng mô hình và hiệu chỉnh mô hình theo số liệu vận hành thực tế. Phương pháp khảo sát dựa trên nền tảng toán học.