Luận văn thạc sĩ kỹ thuật khoan khai thác và công nghệ dầu khí tính toán đảm bảo dòng chảy trong quá trình vận chuyển sản phẩm khai thác từ giàn x2 whp về x1cpp

Luận văn thạc sĩ phân tích kỹ thuật khoan khai thác và công nghệ dầu khí, tính toán đảm bảo dòng chảy trong vận chuyển sản phẩm từ giàn x2 whp về x1cpp.

• Tác giả: Thập Minh Thư
• Người hướng dẫn: TS. Mai Cao Lân - Chủ nhiệm Bộ Môn Khoan Khai Thác
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Khoan Khai Thác và Công nghệ Dầu Khí
• Đề tài: Tính Toán Đảm Bảo Dòng Chảy Trong Quá Trình Vận Chuyển Sản Phẩm Khai Thác Từ Giàn X2-WHP Đến X1-CPP
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC PHỤ LỤC
• DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
• PHẦN MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MỎ X - BỒN TRŨNG CỬU LONG
• 1.1. Giới thiệu tổng quan về mỏ X
• 1.2. Phương án phát triển cho khu vực Tây Nam của mỏ X
• 1.2.1. Phương án phát triển
• 1.2.2. Hệ thống thiết bị chính trên giàn X2-WHP
• 1.3. Cơ sở dữ liệu ban đầu phục vụ mô phỏng
• 1.3.1. Thành phần cấu tử của sản phẩm khai thác và khí nâng
• 1.3.2. Sản lượng khai thác của mỏ X ở khu vực Tây Nam
• 1.3.3. Dữ liệu về đường ống khai thác
• 1.3.4. Dữ liệu về điều kiện khí hậu thủy văn
• 1.3.5. Các điều kiện ràng buộc
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ ĐA PHA
• 2.1. Các khái niệm cơ bản về dòng chảy đa pha
• 2.1.1. Các chế độ dòng chảy của dòng
• 2.1.2. Biểu đồ chế độ dòng chảy của dòng
• 2.1.3. Một số đại lượng liên quan đến dòng đa pha
• 2.1.4. Trở lực của đường ống đa pha
• 2.2. Quá trình truyền nhiệt và các vấn đề liên quan
• 2.2.1. Sự truyền nhiệt từ lưu thể trong đường ống ra môi trường bên ngoài
• 2.2.2. Các vấn đề liên quan ở nhiệt độ thấp
• 2.3. Thiết kế đường ống dẫn dầu
• 2.3.1. Tiêu chuẩn thiết kế
• 2.3.2. Tổn thất áp suất
• 2.3.3. Giới hạn vận tốc
• 3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ BẰNG ĐƯỜNG ỐNG ĐA PHA
• 3.1. Sự hình thành Wax và Asphaltene
• 3.1.1. Định nghĩa
• 3.1.2. Sự tích tụ Wax
• 3.1.3. Các biện pháp xử lý Wax
• 3.2. Sự ăn mòn đường ống
• 3.2.1. Ăn mòn bên trong đường ống
• 3.2.2. Ăn mòn bên ngoài đường ống
• 3.3. Sự hình thành nút lỏng (Slug)
• 3.3.1. Các vấn đề do nút lỏng gây ra
• 3.3.2. Thiết bị bắt nút lỏng (Slug Catcher)
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ĐẢM BẢO DÒNG CHẢY TỪ GIÀN X2-WHP VỀ X1-CPP Ở MỎ X
• 4.1. Phân tích thủy lực
• 4.1.1. Kết quả mô phỏng
• 4.1.2. Phân tích kết quả
• 4.2. Phân tích nhiệt
• 4.2.1. Kết quả mô phỏng
• 4.2.2. Phân tích kết quả
• 4.2.3. Tính toán lớp cách nhiệt cho đường ống
• 4.3. Phân tích thủy lực - nhiệt tức thời
• 4.3.1. Phân tích thời gian dừng khai thác
• 4.3.2. Tính toán áp suất khởi động (phá Gel) sau khi dừng khai thác
• 4.3.3. Phân tích sự hình thành nút lỏng (Slugging)
• Phụ lục 1: Thành phần cấu tử của chất lưu ở mỏ khu vực Tây Nam mỏ X
• Phụ lục 2: Thành phần khí Gas Lift
• Phụ lục 3: Dự báo sản lượng khai thác ở khu vực Tây Nam mỏ X
• Phụ lục 4: Áp suất ngược tại X2-WHP với đường ống 8, 10, 12 inch
• Phụ lục 5: Nhiệt độ đến CPP với đường ống 8, 10, 12 inch
• Phụ lục 6: Tỷ số ăn mòn vận tốc với đường 8, 10, 12 inch
• Phụ lục 7: Nhiệt độ đến X1-CPP với các giá trị U=0,25; 0,5; 0,75 Btu/ft2
• Phụ lục 8: Tính toán lớp bọc cách nhiệt cho đường ống 10 inch với U=0.25 Btu/ft2-hr
• Phụ lục 9: Tổng hàm lượng chất lỏng trong đường ống
• Phụ lục 10: Vận tốc chất lỏng trong đường ống từ X2-WHP đến X1-CPP

Tóm tắt

I. Kỹ Thuật Khoan Khai Thác

Kỹ Thuật Khoan Khai Thác là một trong những trọng tâm chính của luận văn. Nghiên cứu tập trung vào việc đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình khoan và khai thác dầu khí. Luận văn đề cập đến các phương pháp khoan hiện đại, đặc biệt là việc sử dụng công nghệ tiên tiến để tối ưu hóa quá trình khai thác. Các vấn đề như sự hình thành nút chất lỏng, lắng đọng paraffin, và ăn mòn đường ống được phân tích kỹ lưỡng. Những vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất khai thác mà còn gây ra rủi ro lớn nếu không được kiểm soát chặt chẽ.

1.1. Công Nghệ Khoan

Công Nghệ Khoan được nghiên cứu để đảm bảo quá trình khoan diễn ra an toàn và hiệu quả. Luận văn sử dụng phần mềm OLGA để mô phỏng và phân tích các tình huống khác nhau trong quá trình khoan. Các yếu tố như áp suất, nhiệt độ, và lưu lượng dòng chảy được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định. Việc sử dụng công nghệ khoan tiên tiến giúp giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu quả khai thác.

1.2. Khai Thác Dầu

Khai Thác Dầu là một phần quan trọng trong luận văn. Nghiên cứu tập trung vào việc đảm bảo dòng chảy ổn định từ giàn X2 WHP đến giàn X1 CPP. Các phương pháp khai thác hiện đại được áp dụng để tối ưu hóa sản lượng và giảm thiểu chi phí. Luận văn cũng đề cập đến các vấn đề thường gặp trong quá trình khai thác như sự hình thành nút chất lỏng và lắng đọng paraffin, cùng với các giải pháp để khắc phục.

II. Công Nghệ Dầu Khí

Công Nghệ Dầu Khí là một trong những trọng tâm chính của luận văn. Nghiên cứu tập trung vào việc áp dụng các công nghệ tiên tiến để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình vận chuyển dầu khí. Luận văn đề cập đến việc sử dụng phần mềm OLGA để mô phỏng và phân tích các tình huống khác nhau trong quá trình vận chuyển. Các yếu tố như áp suất, nhiệt độ, và lưu lượng dòng chảy được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

2.1. Hệ Thống Dầu Khí

Hệ Thống Dầu Khí được nghiên cứu để đảm bảo quá trình vận chuyển dầu khí diễn ra an toàn và hiệu quả. Luận văn tập trung vào việc xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống đường ống vận chuyển từ giàn X2 WHP đến giàn X1 CPP. Các yếu tố như kích thước đường ống, lớp bọc cách nhiệt, và các van điều khiển được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

2.2. Quản Lý Dòng Chảy

Quản Lý Dòng Chảy là một phần quan trọng trong luận văn. Nghiên cứu tập trung vào việc đảm bảo dòng chảy ổn định trong quá trình vận chuyển dầu khí. Các phương pháp quản lý dòng chảy hiện đại được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu rủi ro. Luận văn cũng đề cập đến các vấn đề thường gặp trong quá trình vận chuyển như sự hình thành nút chất lỏng và lắng đọng paraffin, cùng với các giải pháp để khắc phục.

III. Dòng Chảy

Dòng Chảy là một trong những yếu tố quan trọng được nghiên cứu trong luận văn. Nghiên cứu tập trung vào việc đảm bảo dòng chảy ổn định từ giàn X2 WHP đến giàn X1 CPP. Các yếu tố như áp suất, nhiệt độ, và lưu lượng dòng chảy được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định. Luận văn cũng đề cập đến các vấn đề thường gặp trong quá trình vận chuyển như sự hình thành nút chất lỏng và lắng đọng paraffin, cùng với các giải pháp để khắc phục.

3.1. Giàn X2 WHP

Giàn X2 WHP là một trong những trọng tâm chính của luận văn. Nghiên cứu tập trung vào việc đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình vận chuyển dầu khí từ giàn X2 WHP đến giàn X1 CPP. Các yếu tố như áp suất, nhiệt độ, và lưu lượng dòng chảy được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

3.2. Giàn X1 CPP

Giàn X1 CPP là một phần quan trọng trong luận văn. Nghiên cứu tập trung vào việc đảm bảo dòng chảy ổn định từ giàn X2 WHP đến giàn X1 CPP. Các phương pháp quản lý dòng chảy hiện đại được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu rủi ro. Luận văn cũng đề cập đến các vấn đề thường gặp trong quá trình vận chuyển như sự hình thành nút chất lỏng và lắng đọng paraffin, cùng với các giải pháp để khắc phục.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khai thác và kết nối các mỏ dầu khí cận biên tại thềm lục địa là chiến lược trọng điểm nhằm tối ưu hóa hiệu quả kinh tế trong ngành dầu khí Việt Nam. Tại bồn trũng Cửu Long, nằm cách bờ biển Thành phố Hồ Chí Minh khoảng 180 km về phía Đông Nam, khu vực Tây Nam của mỏ X được phát hiện thương mại vào năm 2012 qua giếng khoan thăm dò 6X với lưu lượng thử vỉa đạt mức đỉnh 10.500 thùng dầu mỗi ngày. Tổng trữ lượng thu hồi ước tính của dự án đạt 11,49 triệu thùng dầu cho giai đoạn khai thác đến năm 2023. Để phát triển khu vực này, phương án tối ưu được lựa chọn là xây dựng giàn đầu giếng không người X2-WHP gồm 3 chân đế và 3 lỗ khoan, kết nối sản phẩm khai thác về giàn công nghệ trung tâm X1-CPP có công suất xử lý thiết kế 100.000 thùng dầu mỗi ngày thông qua tuyến đường ống ngầm dưới biển dài 7,5 km.

Thách thức kỹ thuật lớn nhất của dự án là tính chất dầu thô chứa hàm lượng paraffin rất cao, có nhiệt độ bắt đầu kết tinh sáp lên tới 54,5 °C và điểm đông đặc ở mức 30 °C. Trong khi đó, môi trường đáy biển ở độ sâu từ 46,8 m đến 53,1 m có nền nhiệt độ lạnh dao động từ 23,7 °C đến 25,6 °C, tạo ra nguy cơ lắng đọng sáp, tắc nghẽn đường ống và hình thành nút lỏng bất thường. Luận văn tập trung giải quyết bài toán tính toán đảm bảo dòng chảy đa pha, xác định kích thước đường kính ống, lớp bọc cách nhiệt, thời gian dừng khai thác an toàn và thông số thiết bị thu gom nút lỏng. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn then chốt trong việc giảm thiểu 100% nguy cơ dừng giàn ngoài ý muốn, tiết kiệm hàng triệu USD chi phí xử lý hóa chất và bảo dưỡng đường ống ngầm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng nền tảng thủy nhiệt động học dòng chảy đa pha trong đường ống dẫn dầu khí. Khung lý thuyết cốt lõi dựa trên mô hình cơ học cân bằng mô-men động lượng của Taitel và Dukler cho dòng hai pha khí - lỏng, kết hợp tiêu chuẩn vận tốc mài mòn API-14E nhằm xác định ngưỡng vận tốc giới hạn tránh hư hại thành ống. Về truyền nhiệt, luận văn sử dụng phương trình Dittus-Boelter và mô hình Hilpert để tính toán hệ số truyền nhiệt đối lưu nội và ngoại, kết hợp nguyên lý dẫn nhiệt qua thành ống đa lớp gồm thép, lớp chống ăn mòn và lớp cách nhiệt.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa bao gồm:

• Hàm lượng chất lỏng chiếm chỗ (Liquid Holdup): Tỷ lệ thể tích pha lỏng trên toàn bộ tiết diện đường ống dưới tác động của hiện tượng trượt pha.
• Nhiệt độ bắt đầu xuất hiện sáp (WAT - Wax Appearance Temperature): Ngưỡng nhiệt 54,5 °C mà tại đó tinh thể paraffin bắt đầu tách pha rắn theo tiêu chuẩn ASTM D2500.
• Điểm chảy hay điểm đông đặc (Pour Point): Mức nhiệt độ 30 °C mà dầu mất khả năng lưu biến tự nhiên theo tiêu chuẩn ASTM D97.
• Thời gian nguội lạnh (Cooldown Time): Khoảng thời gian nhiệt độ dầu giảm từ nhiệt độ vận hành 80 °C xuống điểm đông đặc khi dừng khai thác.
• Hiện tượng nút lỏng (Slugging): Dòng chảy gián đoạn tạo bởi các túi khí và khối chất lỏng xen kẽ do địa hình hoặc thủy động lực học.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu sử dụng bộ thông số nhiệt động học PVT từ mẫu chất lưu giếng thăm dò 6X với 20 cấu tử hydrocarbon, kết hợp chuỗi dữ liệu khí tượng hải văn 100 năm tại bồn trũng Cửu Long gồm vận tốc gió thiết kế 28 m/s và áp suất đầu vào giàn X2-WHP từ 250 đến 1.800 psig. Phương pháp chọn mẫu áp dụng quy trình lấy mẫu chất lưu đại diện đáy giếng chuẩn hóa trong công nghiệp khai thác, bảo đảm phản ánh chính xác tỷ lệ khí trên dầu (GOR) và độ nhớt của dầu thô.

Về phương pháp phân tích, tác giả sử dụng phần mềm PVTSim với phương trình trạng thái Peng-Robinson để mô hình hóa giản đồ pha, sau đó tích hợp vào phần mềm chuyên dụng OLGA để mô phỏng động học dòng chảy đa pha 3 thành phần (khí, màng lỏng và giọt lỏng phân tán). Lý do chọn phần mềm OLGA thay vì các mô hình giải tích thực nghiệm Beggs & Brill truyền thống là nhờ khả năng tính toán chuẩn xác các quá trình nhiệt thủy lực tức thời phi dừng, triệt tiêu sai số ước tính quá cao về tổn thất áp suất. Toàn bộ quá trình nghiên cứu, mô phỏng và hiệu chỉnh thông số được hoàn thành trong khung thời gian 6 tháng từ tháng 01/2014 đến tháng 07/2014.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng thủy lực và truyền nhiệt trên phần mềm OLGA mang lại 4 phát hiện quan trọng:

• Thứ nhất, xác định đường kính ống 10 inch (đường kính trong 10,020 inch, độ dày 0,406 inch) là phương án tối ưu. So với ống 8 inch gây tổn thất áp suất lớn làm áp suất ngược tại X2-WHP vượt quá 250 psig, ống 10 inch duy trì áp suất ổn định. Đồng thời, kích thước này vượt trội hơn ống 12 inch vì tránh được tình trạng vận tốc dòng chảy giảm sâu dưới 1,5 m/s khiến thể tích lỏng chiếm chỗ tăng hơn 35%.
• Thứ hai, xác lập hệ số truyền nhiệt tổng U = 0,25 Btu/(ft²·hr·°F) cho tuyến ống 10 inch với kết cấu bọc cách nhiệt bọt PU Foam. Nhờ cấu hình này, nhiệt độ dầu thô khi về đến giàn X1-CPP luôn đạt trên 56 °C, cao hơn ngưỡng kết tinh paraffin 54,5 °C trong điều kiện vận hành định mức 8.659 thùng/ngày.
• Thứ ba, phân tích nhiệt tức thời xác định thời gian dừng khai thác an toàn (Cooldown Time) là 34 giờ trước khi dầu hạ nhiệt xuống điểm đông đặc 30 °C. Nếu hệ thống ngừng trệ kéo dài 150 giờ, dầu bị gel hóa hoàn toàn và áp suất yêu cầu để phá gel tái khởi động dòng chảy lên tới 5.595 kPa.
• Thứ tư, phát hiện thể tích nút lỏng cực đại di chuyển về cuối tuyến ống đạt 18 m³, giúp xác định công suất xả lỏng hữu dụng tối thiểu cho thiết bị Slug Catcher tại giàn trung tâm là 1.200 m³/ngày.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi của sự thất thoát nhiệt là do chênh lệch nhiệt độ lớn giữa dầu khai thác ở 80 °C và nước biển đáy mỏ ở mức 23,7 °C. Dòng đối lưu cưỡng bức của dòng hải lưu đáy biển khuếch tán nhiệt lượng cực nhanh qua thành ống thép có hệ số dẫn nhiệt 45 W/m·K. Nếu không có lớp bọc PU Foam chuẩn U = 0,25 Btu/(ft²·hr·°F), hệ số truyền nhiệt sẽ tăng vọt lên mức trên 0,75 Btu/(ft²·hr·°F), khiến nhiệt độ dòng dầu khi đến X1-CPP tụt xuống dưới 48 °C và gây lắng đọng sáp nghiêm trọng.

Các kết quả mô phỏng có thể được trực quan hóa rõ nét qua biểu đồ phân bố nhiệt độ và áp suất dọc theo 7,5 km chiều dài tuyến ống, kết hợp bảng ma trận so sánh các kịch bản lưu lượng từ 3.000 đến 12.000 thùng chất lỏng mỗi ngày. Biểu đồ chế độ dòng chảy Taitel-Dukler thể hiện rõ ranh giới chuyển tiếp từ dòng chảy phân tầng sang dòng chảy nút lỏng khi lưu lượng khí nâng thay đổi. Kết quả này cho thấy mô hình cơ học OLGA loại bỏ hoàn toàn độ lệch dư 15% đến 20% về tổn thất áp suất mà mô hình Beggs & Brill thường mắc phải, giúp giảm thiểu đáng kể chi phí đầu tư vật liệu bọc cách nhiệt.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả mô phỏng thủy nhiệt chi tiết, 4 nhóm giải pháp kỹ thuật cụ thể được đề xuất:

• Lựa chọn và lắp đặt tuyến ống ngầm 10 inch bọc cách nhiệt PU Foam với hệ số truyền nhiệt U = 0,25 Btu/(ft²·hr·°F) cho tuyến ống 7,5 km nối giàn X2-WHP về X1-CPP. Mục tiêu duy trì nhiệt độ dòng dầu về giàn luôn trên 56 °C, loại trừ 100% nguy cơ hình thành paraffin trong vận hành bình thường. Thời hạn hoàn thành trước Quý 4 năm 2014, do Ban Quản lý Dự án PVEP và Nhà thầu EPCI chịu trách nhiệm thực hiện.
• Thiết lập quy trình vận hành và kiểm soát thời gian dừng giàn khẩn cấp không vượt quá 34 giờ. Trang bị hệ thống bơm cao áp có khả năng cung cấp áp lực trên 5.595 kPa để phá vỡ cấu trúc gel của dầu paraffin trong tình huống dừng giàn quá 150 giờ. Áp dụng ngay từ tháng 10 năm 2014, do Đội ngũ Kỹ sư Vận hành khai thác mỏ X chủ trì.
• Xây dựng lịch trình phóng thoi (Pigging) định kỳ 30 ngày một lần kết hợp hệ thống châm hóa phẩm ức chế điểm đông đặc PPD trực tiếp tại đầu giếng X2-WHP. Mục tiêu giữ độ dày màng sáp bám thành ống dưới 1,5 mm, bảo đảm tổn thất áp suất không tăng quá 5% qua từng năm. Triển khai trong suốt vòng đời mỏ từ năm 2014 đến 2023 bởi Phòng Kỹ thuật Khai thác.
• Nâng cấp và bố trí thiết bị bắt nút lỏng Slug Catcher tại giàn X1-CPP với dung tích tiếp nhận hữu dụng trên 25 m³ và tốc độ xả lỏng đạt 1.200 m³/ngày. Giải pháp nhằm hấp thụ hoàn toàn thể tích tràn 18 m³ của nút lỏng, bảo vệ an toàn cho bình tách cao áp ở áp suất 149,7 psig. Thời gian nghiệm thu vào Quý 3 năm 2014 do Phòng Công nghệ Xử lý bề mặt đảm trách.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư thiết kế đường ống và công trình dầu khí biển: Nắm vững quy trình tính toán thủy lực đa pha, tối ưu hóa đường kính ống từ 8 đến 12 inch và lựa chọn cấu trúc vật liệu bọc cách nhiệt đa lớp chống thất thoát nhiệt trong môi trường biển sâu.
• Kỹ sư vận hành và tối ưu hóa khai thác mỏ: Vận dụng số liệu thời gian dừng khai thác 34 giờ, áp suất khởi động phá gel 5.595 kPa và thể tích nút lỏng 18 m³ để xây dựng quy trình vận hành an toàn và kế hoạch ứng phó sự cố gián đoạn dòng chảy.
• Các nhà quản lý dự án và chuyên gia phát triển mỏ cận biên: Tham khảo mô hình kết nối giàn đầu giếng không người (WHP) về giàn trung tâm (CPP) cách xa 7,5 km như một bài học kinh tế - kỹ thuật mẫu mực nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư hạ tầng xử lý ban đầu.
• Giảng viên, nghiên cứu viên và học viên cao học kỹ thuật dầu khí: Sử dụng tài liệu như một cẩm nang mô phỏng thực hành trên phần mềm OLGA và PVTSim kết hợp hệ số thực nghiệm, làm nền tảng phát triển các đề tài nghiên cứu chuyên sâu về đảm bảo dòng chảy.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đường kính ống 10 inch lại tối ưu hơn kích thước 8 inch và 12 inch cho tuyến X2-WHP đến X1-CPP? Đường ống 8 inch làm gia tăng tổn thất áp suất ma sát, đẩy áp suất ngược tại đầu giàn X2-WHP vượt ngưỡng giới hạn cho phép 250 psig khi lưu lượng đạt 8.659 thùng/ngày. Ngược lại, đường ống 12 inch khiến vận tốc dòng chảy tụt xuống dưới mức an toàn 1,5 m/s, làm tăng tỷ lệ lỏng chiếm chỗ lên trên 35% và gây nguy cơ lắng đọng cát cùng sáp.

2. Vì sao hệ số truyền nhiệt tổng của đường ống cần đạt giá trị U = 0,25 Btu/(ft²·hr·°F)? Dầu thô khu vực Tây Nam mỏ X có nhiệt độ kết tinh sáp là 54,5 °C trong khi nhiệt độ nước biển đáy mỏ chỉ từ 23,7 °C đến 25,6 °C. Hệ số U = 0,25 Btu/(ft²·hr·°F) bảo đảm nhiệt độ lưu chất khi về đến giàn xử lý X1-CPP đạt 56 °C, ngăn chặn triệt để sự lắng đọng paraffin dọc 7,5 km đường ống ngầm.

3. Thông số thời gian làm nguội 34 giờ có ý nghĩa sống còn như thế nào trong vận hành? Thời gian làm nguội 34 giờ là giới hạn an toàn tối đa cho phép hệ thống dừng hoạt động trước khi nhiệt độ dầu tụt xuống điểm đông đặc 30 °C. Nếu vượt qua mốc thời gian này, dầu sẽ chuyển sang trạng thái gel hóa cứng đặc, đòi hỏi áp lực phá gel lên tới 5.595 kPa để tái khởi động hệ thống.

4. Hiện tượng dòng chảy nút lỏng (Slugging) gây ra những rủi ro gì cho hệ thống công nghệ? Dòng chảy nút lỏng tạo ra các khối chất lỏng gián đoạn với thể tích tức thời lên đến 18 m³ tràn về cuối ống, gây dao động áp suất cơ học dữ dội và làm tràn ngập bình tách sơ cấp tại giàn trung tâm X1-CPP. Do đó, thiết bị Slug Catcher bắt buộc phải có tốc độ xả lỏng tối thiểu 1.200 m³/ngày.

5. Phần mềm mô phỏng OLGA vượt trội hơn các phương pháp giải tích truyền thống ở điểm nào? Phần mềm OLGA là công cụ mô phỏng động học giải quyết đồng thời hệ phương trình bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng cho cả 3 pha khí, lỏng và giọt lỏng. Các mô hình thực nghiệm như Beggs & Brill thường dự báo quá cao tổn thất áp suất từ 15% đến 20%, trong khi OLGA mô phỏng chính xác các trạng thái biến thiên tức thời.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình thủy nhiệt động học hoàn chỉnh cho tuyến ống ngầm 7,5 km từ giàn X2-WHP về giàn trung tâm X1-CPP tại khu vực Tây Nam mỏ X.
• Xác định đường kính ống tối ưu 10 inch kết hợp lớp bọc cách nhiệt PU Foam chuẩn U = 0,25 Btu/(ft²·hr·°F), bảo đảm nhiệt độ dòng dầu về giàn luôn trên 56 °C để chống kết tinh sáp.
• Tính toán chính xác thời gian dừng khai thác an toàn 34 giờ và xác định áp suất phá gel 5.595 kPa phục vụ quy trình tái khởi động dòng chảy sau sự cố.
• Định lượng thể tích nút lỏng cực đại 18 m³ làm cơ sở thiết kế đồng bộ cho thiết bị Slug Catcher tại giàn công nghệ xử lý trung tâm.
• Cung cấp phương án phát triển kết nối mỏ cận biên khả thi cao, góp phần thu hồi an toàn 11,49 triệu thùng dầu thô và tối ưu hóa chi phí vận hành công trình biển.

Đóng góp chính của công trình là thiết lập quy trình tính toán đảm bảo dòng chảy chuẩn mực, kết hợp nhuần nhuyễn giữa cơ sở lý thuyết nhiệt thủy lực và công cụ mô phỏng chuyên sâu OLGA cho các mỏ dầu nhiều sáp tại thềm lục địa Việt Nam. Về lộ trình tiếp theo, toàn bộ thông số thiết kế được đưa vào thi công lắp đặt trong Quý 3 năm 2014, sẵn sàng đón dòng dầu thương mại vào Quý 4 năm 2014 và triển khai giám sát áp suất tức thời liên tục trong suốt giai đoạn 2015 - 2023. Hãy liên hệ các đơn vị nghiên cứu phát triển mỏ hoặc tham khảo toàn văn luận văn thạc sĩ để ứng dụng giải pháp mô phỏng OLGA vào các dự án đường ống dầu khí ngầm tương tự.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 giới thiệu tổng quan về mỏ X và khu vực Tây Nam mỏ X như vị trí địa lý, hệ thống thiết bị khai thác bề mặt theo thiết kế và sản lượng của mỏ. goài ra, trong chương nay cũng sẽ trình bày các dữ liệu về địa hình đường ống, các dữ liệu về khí hậu thủy văn, các thông số về công nghệ như áp suất, nhiệt độ. Chương 2 sẽ trình bày về cơ sở lý thuyết cho tính toán vận chuyển băng đường ống đa pha. Chương này sẽ giới thiệu tổng quát về dòng chảy đa pha, các tính chất cơ bản của chất lưu vận chuyên trong đường ống.

Trong chương này cũng sẽ trình bay các tiêu chuẩn khi thiết kế đường ống dẫn dau, các van dé liên quan đến truyền nhiệt cũng như tính toán lớp bọc cách nhiệt và giới thiệu khai quát về đảm bảo ổn định dòng chảy. Chương 3 sẽ trình bày các van dé thường xảy ra trong quá trình vận chuyển dau khí như sự hình thành paraffin, sự ăn mòn đường ống và sự hình thành nút chất lỏng. Chương 4 sẽ trình bày chi tiết tính toán đảm bảo dòng chảy từ giàn X2-WHP về X1-CPP, bao gồm việc lựa chọn đường ống, tính toán lớp bọc cách nhiệt, phân tích thời gian dừng khai thác, tính toán áp suất khởi động và phân tích sự hình thành nút chất lỏng. HVTH: Thập Minh Thư 13 Luận văn thạc sĩ CHUONG 1.

TONG QUAN VE MO X - BON TRUNG CUU LONG 1.Giới thiệu tổng quan về mồ X: Mö X thuộc bồn trũng Cửu Long cách TP HCM 180km về phía Đông am. Mỏ cho dòng dâu đầu tiên vào năm 2005 sau 4 năm phát triển với phương án phát triển của mỏ là xây dựng một giàn công nghệ xử lý trung tâm X1-CPP và một tàu chứa dầu FSO. Hiện tại, sản phẩm khai thác từ mỏ X và các mỏ khác chuyển về được xử lý tại giàn công nghệ xử l trung tâm, sau đó dầu sản phẩm được chuyển qua tàu chứa, khí được xuất về bờ và nước sau khi được xửIl đạt chuẩn được thải trực tiếp ra biển. Các giéng trên mỏ được cung cấp gaslift từ cụm máy nén trên giàn Trung Tâm X1-CPP, ngoài ra, trong tương lai sẽ cung cấp nước bơm ép cho mỏ.

Ngoài ra, gian công nghệ trung tâm X1-CPP còn đảm nhận xử lý sản phẩm, cung cấp khí nén và nước bơm ép cho các mỏ khác. Sản lượng khai thác của mỏ hiện nay đạt 10,000 thùng/ngày. Hệ thống thiết bị chính trên mỏ X bao gồm giàn công nghệ xử lý trung tâm X1-CPP và một tàu chứa dầu (FSO). Giàn công nghệ xử lý trung tâm đảm nhận xử lý sản phẩm khai thác của mỏ X và một phan sản phẩm của các mỏ khác chuyển về.

Dau sau khi được xửIl_ được vận chuyển về tàu chứa FSO thông qua hệ thong đường ống nội mỏ. Công suất thiết kế xử lý của giàn công nghệ trung tâm mỏ X được thé hiện tại Bang 1-1. Công suất xử lý của giàn công nghệ trung tâm X1-CPP [24] Hệ thống Công suất thiết kê Dâu khai thác (thùng/ngày) 100,000 Tổng lượng chat lỏng khai thác (thùng/ngày) 175,000 ước khai thác (thùng/ngày) 130,000 ước bơm ép (thùng/ngày) 225,000 Hệ thống nén khí (triệu bộ khi/ngay) 160 Xử lý khí (triệu bộ khí/ngày) 160 Hệ thống nén khí thấp áp (triệu bộ khí/ngày) 10.6 Hệ thống chuyển dau thành phẩm (thùng/ngày) 95,000 HVTH: Thập Minh Thư 14 Luận văn thạc sĩ i) Hệ thống xứ lý dau: Sản phẩm khai thác được từ mỏ X va từ các mỏ khác được vận chuyên đến giàn công nghệ trung tâm xử lý. Sản phẩm khai thác sẽ đi theo đường như sau qua hệ thống xử lý dau dé đạt được mức dầu thành phẩm dé chuyển qua tàu chứa FSO: bình tách cao áp, bình tách trung áp, bình tách thấp áp và bình tách tĩnh điện; dâu sau khi ra khỏi bình tách tĩnh điện sẽ đạt chuẩn để xuất qua tàu chứa thông qua hệ thống bơm chuyên dau.

ii) — Hệ thống xử lý khí: Sản phẩm dau khí nước sau khi đi qua bình tách cao áp thì được tách thành dâu, khí và nước. Khí sau khi được tách ra từ bình tách cao áp sẽ được đi qua hệ thống xttl khí dé đạt chuẩn làm khí nén, khí nhiên liệu và khí xuất. Hệ thống xứ khí như sau: hệ thống làm mát khí, hệ thống máy nén tăng áp, hệ thống làm mát và hệ thống làm khô khí. Khí sau khi đi qua hệ thống làm khô khí sẽ được chia theo các đường như sau: e Dùng làm khí nén cung cấp cho các giếng của mỏ X và các mỏ khác.

e Dùng làm khí nhiên liệu cung cấp cho hệ thống máy chạy băng khí trên giàn công nghệ trung tâm. e Luong khí dư còn lại sẽ được xuất về bờ. ill) Hệ thống xử ly nước: Sản phẩm nước được tách ra từ bình tách cao áp sẽ đi qua hệ thống xửI_ nước dé đạt chuẩn trước khi thải ra biển. Hệ thống xử nước bao gồm: hệ thống Hydrocyclone và hệ thông Flotation Cell.

ăm 2012, trong chương trình khoan thăm dò mở rộng về phía Tây Nam của mỏ X cách giàn công nghệ trung tâm X1-CPP khoảng 7,5 km. hà điều hành đ phát hiện thương mại tại giéng khoan thăm dò 6X với kết quả thử via cho dòng dau tối đa là 10,500 thùng dâu/ngày. Trữ lượng thu hồi khu vực phía Tây Nam là 11.49 triệu thùng đến khi kết thúc hợp đồng vào năm 2023. Trong quá trình phát triển mỏ, nhà điều hành đ đưa ra hai phương án dé phát triển cho khu vực Tây Nam xây dựng đâu giếng ngầm hoặc giàn dau giếng không người ở và kết nối với các giàn lân cận.

Dựa trên cơ sở đảm bảo kỹ thuật và hiệu quả về kinh tê, phương án phát triển được đề xuất là xây dựng một giàn đầu giếng kết nối với giàn công nghệ trung tâm CPP. Chi tiết phương án phát triển và hệ thống thiết bị chính được trình bày tại mục 1. HVTH: Thập Minh Thư 15 Luận văn thạc sĩ 1. Phương án phát triển cho khu vực Tây Nam của mồ X 1.

Phương án phát triển Hình 1-1 mô tả phương án phát triển của dự án là xây dựng một giàn giàn đầu giếng X2- WHP, sản phẩm khai thác được vận chuyển về giàn công nghệ trung tâm X1-CPP dé xử lý. - _ Số giếng phát triển: 03 giếng khai thác gồm kết nỗi giếng thăm dò 6X hiện hữu và khoan 02 giếng mới. - Hé thống đường ống ngầm và cáp điện ngầm nội mỏ: e 01 đường ống khai thác đa pha dài 7,5 km dé vận chuyên dau khai thác từ giàn X2- WHP đến giàn X1-CPP xử lý. e 01 đường ống Gaslift từ giàn X1-CPP dài 7,5 km để cung cấp khí Gaslift cho các giếng tại X2-WHP.

e 01 tuyến cáp ngầm cung cấp điện và thông tin liên lạc giữa giàn X2-WHP và XI- CPP. e — goài ra 01 đường bơm ép dai 7,5 km sẽ được xem xét lắp đặt vào giai đoạn sau nếu quá trình khai thác cho thấy cần phải chuyển đổi giếng khai thác thứ 03 thành giếng bơm ép. Cấu hình giàn: 3 chân, 3 lỗ khoan Khoáng cách đên CPP: 7,5 km :_ Đường khai thác - Đường khí nâng - Đường cấp dién/lién lạc Hình 1-1. Phương án phát triển khu vực Tây Nam HVTH: Thập Minh Thư 16 Luận văn thạc sĩ 1.

Hệ thống thiết bị chính trên giàn X2-WHP: Gian dau giếng X2-WHP được thiết kế là giàn không người với 03 chân, 03 lỗ giếng khoan bao gồm 02 lỗ giếng đôi và 01 lỗ giếng đơn trong đó 01 lỗ giếng đơn dùng dé kết nối giếng khoan thăm dò 6X, 01 lỗ giếng đôi dùng để khoan 02 giéng mới và 01 lỗ giếng đôi dé dự phòng. Hệ thống thiết bị chính của giàn bao gồm: - _ Hệ thống điện: hệ thống nguồn điện chính của giàn là 3 pha, 60Hz được cung cấp từ giàn XI-CPP qua đường cáp ngâm. Hệ thống điện dự phòng được cung cap bởi 24VDC UPS. - _ Hệ thống kiểm soát: bao gồm 1 hệ thống kiểm soát xử lý (Process Control System - PCS) và | hệ thống ngắt khan cấp (Emergency Shutdown — ESD) được thiết kế dé vận hành và tương tác với hệ thống điều khiển, vận hành hiện hữu trên XI-CPP, gồm các thiết bị: Thiết bị điều khiển và vận hành an toàn (Process & Safety Control).

Thiết bị đo lưu lượng giéng (Multiphase Flow Meter-MPFM). Hệ thống thông tin liên lạc (Telecomunication System). Hệ thống phát hiện và báo cháy (Fire and Gas Detector). Hệ thống ngặt khẩn cấp (Emergency Shutdown- ESD).

- _ Hệ thông bơm hóa phẩm: cung cấp hóa phẩm dé chống lắng đọng paraffin và chống ăn mòn. - _ Hệ thống xả, hệ thống thu nhận thoi và hệ thống an toàn. Chi tiết thông số thiết kế được thể hiện ở Bang 1-2. Thông số thiết kế X2-WHP [5] Mô tả Thông số Số lượng giéng 3 Số lượng 16 khoan 3 Độ sâu mực nước biên 46 Áp suất đóng giéng lớn nhật (psig) 1800 Ap suat dau giéng (psig) 250 - 1800 Nhiét d6 dau giéng (°C) 80-120 Loai chan dé 3 chan HVTH: Thập Minh Thư 17 Luận văn thạc sĩ Lưu lượng đầu tối đa (thùng/ngày) 8.659 Lưu lượng chat lỏng tôi đa (thùng/ngày) 12.Cở sở dữ liệu ban đầu phục vụ mô phỏng Trong phan này tóm tắt các dữ liệu phục vụ việc mô phỏng quá trình thiết kế đường ống, tính toán lớp bọc cách nhiệt, phân tích ổn định dòng chảy như thành phan chất lưu, sản lượng khai thác, địa hình của đường ống, dữ liệu về khí hậu thủy văn, các thông số công nghệ.

Thành phần cấu tử của sản phẩm khai thác và Gaslift: Một trong những cơ sở dữ liệu quan trọng để mô hình hóa các quá trình nhiệt thủy động lực đường ống là thành phan cấu tử của sản phẩm khai thác. Thành phan câu tử của sản phẩm khai thác được lay từ mẫu phân tích của mẫu giếng khoan thăm dò 6X [24]. Sản phẩm khai thác ở khu vực Tây Nam là dầu có hàm lượng paraffin cao, có nhiệt độ bắt dau kết tinh paraffin là 54,5 °C và và nhiệt độ đông đặc của dau 14 30°C. Gian đồ pha của dầu ở khu vực Tây am được thé hiện trên Hình 1-2.

Phase Envelope SV-6X Oil Oil - base cae EOS = PR Peneloux (T) 140 120 ££ 100 bs] 2 £30 n sa © '.x 80 40 20 0 -200 -100 0 100 200 300 400 500 Temperature, °C — Vapiliq mole frac 1.000 * Critical Point Hình 1-2. Gian đồ pha của dầu ở khu vực Tây Nam Chi tiết thành phần câu tử của sản phẩm khai thác và thành phần khí Gaslift được trình bày tại Phụ luc 1 và Phụ lục 2. HVTH: Thập Minh Thư 18 Luận văn thạc sĩ 1.