1
LỜI CẢM Ơ
Luận văn được hoàn thành tại trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí
Minh dưới sự hướng dẫn khoa học của:
• PGS. TS. Lê Phước Hảo, Trưởng ban quản lý dự án Trường Đại học Dầu Khí
Việt Nam.
Xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Lê Phước Hảo đã dành công sức hướng
dẫn tận tình, chu đáo.
Xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ tận tình về chuyên môn của TS. Đặng
Anh Tuấn.
Xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ của ông Trần Thanh Thúy Sơn, kỹ sư khai
thác, hiện đang làm việc cho Petronas Carigaly Vietnam Limited (PCVL), đã giúp
đỡ tôi trong quá trình thu thập tài liệu thực hiện luận văn.
Trong quá trình làm luận văn, tôi đã nhận được sự góp ý, giúp đỡ nhiệt tình
của các giảng viên, cán bộ khoa Kỹ thuật Địa chất – Dầu khí, Phòng đào tạo sau đại
học trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, cũng như công ty PVEP.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với những giúp đỡ quý báu đó.
Bản Luận văn này sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự động viên,
khích lệ của gia đình, các đồng nghiệp, bạn bè cũng như các học viên cao học khóa
2006 chuyên ngành “Kỹ thuật khoan-khai thác và công nghệ dầu khí”, “Địa chất
dầu khí ứng dụng”.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, song chắc chắn Luận văn vẫn còn thiếu sót, tôi
rất mong nhận được sự góp ý để bản Luận văn được hoàn chỉnh và có hiệu quả tốt
hơn.
Xin cảm ơn.
2
TÓM TẮT ỘI DU G LUẬ VĂ THẠC SỸ
Mỏ Ruby hiện có hai giàn khai thác dầu là RBDP-A và RBDP-B. Do nhiều
nguyên nhân mà giàn RBDP-B không đạt sản lượng mong muốn. Hiện giàn RBDPB có 9 giếng khai thác nhưng phải đóng 2 giếng do chủ yếu là nước, các giếng khác
đã bắt đầu xuất hiện nước. Với mục tiêu tìm cách duy trì và nâng cao sản lượng
trong điều kiện hoạt động của giếng ngày càng xấu đi, bài luận văn này sẽ nghiên
cứu các phương pháp khai thác cơ học như gaslift hoặc bơm tăng áp để nâng cao
hiệu quả khai thác cho giàn. Thông qua mô phỏng bằng phần mềm PIPESIM, tính
toán lượng dầu thu được khi áp dụng các phương pháp trên. So sánh hiệu quả kinh
tế của từng phương pháp, ta xác định được phương án để cải thiện khai thác của
giàn RBDP-B.
3
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 5
CHƯƠ G1: TỔ G QUA MỎ RUBY VÀ TÌ H HÌ H KHAI THÁC TẠI
GIÀ RUBY B (RBDP-B).................................................................................. 7
1.1. Tổng quan mỏ Ruby ................................................................................... 7
1.2. Đặc điểm địa chất-kiến tạo ......................................................................... 9
1.2.1. Đặc điểm địa chất .............................................................................. 10
1.2.2. Trữ lượng tại chỗ và trữ lượng thu hồi ............................................... 11
1.3. Giàn khai thác Ruby A (RBDP-A) ........................................................... 12
1.4. Giàn khai thác Ruby B (RBDP-B)............................................................ 13
CHƯƠ G 2: LÝ THUYẾT CHUYỂ ĐỘ G CỦA CHẤT LƯU TRO G
Ố G .................................................................................................................. 17
2.1. Lý thuyết chuyển động của hỗn hợp khí – lỏng trong những ống thẳng đứng
........................................................................................................................ 17
2.1.1. Công có ích........................................................................................ 17
2.1.2. Tổn thất năng lượng do trượt ............................................................. 19
2.1.3. Tổn thất năng lượng do lực cản.......................................................... 21
2.1.4. Tính toán thủy động lực học của chuyển động hỗn hợp khí – lỏng trong
cột ống nâng của giếng khai thác dầu........................................................... 25
2.2. Tính toán thủy lực trong đường ống vận chuyển....................................... 29
2.2.1. Tính toán đường ống vận chuyển chất lỏng........................................ 29
2.2.2 Tính toán đường ống vận chuyển hỗn hợp “khí lỏng” ......................... 31
CHƯƠ G 3: CÁC PHƯƠ G Á Â G CAO HỆ SỐ THU HỒI DẦU TẠI
RBDP-B............................................................................................................. 33
3.1. Cải tiến, tăng công suất của hệ thống bơm vận chuyển dầu ...................... 35
3.1.1. Sơ đồ hoàn thiện của các giếng .......................................................... 35
4
3.1.2. Mô phỏng khai thác các giếng bằng phần mềm PIPESIM .................. 43
3.1.3. Nghiên cứu lắp đặt bơm tăng áp......................................................... 57
3.1.4. Mô tả các thiết bị và nguyên tắc hoạt động......................................... 59
3.2. Nghiên cứu lắp đặt hệ thống gaslift .......................................................... 62
3.2.1. Những khó khăn ................................................................................ 63
3.2.2. Các bước nghiên cứu ......................................................................... 64
3.2.3. Hiện trạng các giếng .......................................................................... 64
3.2.4. Các thông số thiết bị khai thác ở trên giàn.......................................... 66
3.2.5. Thông số vỉa ...................................................................................... 66
3.3. Đánh giá kinh tế ....................................................................................... 76
3.3.1. Trường hợp lắp bơm tăng áp .............................................................. 76
3.3.2. Trường hợp đưa gaslift vào hoạt động................................................ 78
CHƯƠ G 4: KẾT LUẬ VÀ KIẾ GHN.................................................... 80
4.1. Kết luận.................................................................................................... 80
4.2. Kiến nghị ................................................................................................. 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 82
5
MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu
Mỏ Ruby được phát hiện vào giữa năm 1994 sau khi khoan giếng thăm dò
Ruby – 1X. Vị trí của mỏ nằm về phía Đông, cách Vũng Tàu 158 km ở vùng biển
Việt Nam. Giai đoạn đầu, mỏ được khai thác nhờ một giàn đầu giếng (RBDP-A)
khai thác dầu-khí, chuyển về FPSO nằm cách giàn 2 km để xử lý, tích chứa, sau đó
xuất bán tại mỏ.
Đến năm 2005, một giàn khai thác mới RBDP-B đã được đóng và lắp đặt để
khai thác tại khu vực phía bắc của mỏ, cách giàn RBPD-A 3,5 km. Hiện nay giàn
này có 9 giếng khai thác, nhưng phải đóng 3 giếng ở tầng móng do chỉ có nước. Sản
lượng trung bình của giàn chỉ xấp xỉ 1500 thùng dầu/ngày. Áp suất vỉa thấp, dưới
2000 psi. Các giếng đang khai thác cũng đã bắt đầu xuất hiện nước. Yêu cầu đặt ra
ở đây là phải tiếp tục duy trì sản lượng khai thác trong điều kiện hoạt động của
giếng ngày càng xấu đi hoặc bằng cách nào đấy để nâng sản lượng lên. Trong phần
trình bày của luận văn này, tôi sẽ đi theo hướng tính toán lượng dầu thu được khi
thay đổi các điều kiện dòng chảy của giếng thông qua mô phỏng giếng bằng phần
mềm PIPESIM. Các thông số để đưa vào tính toán bao gồm: các dữ liệu về hoàn
thiện giếng từ các báo cáo hoàn thiện giếng, thông số về vỉa/mỏ có được từ các báo
cáo trạng thái vỉa mới được cập nhật. Từ các tính toàn ở trên, tôi sẽ đề xuất các
phương pháp khai thác cơ học như gaslift hoặc bơm tăng áp áp dụng cho giàn
RBDP-B dựa trên những điều kiện sẵn có của giàn. Tùy từng phương án mà tôi sẽ
có số tiền đầu tư và lượng dầu thu được, từ đó sẽ đánh giá hiệu quả kinh tế của từng
phương án và đưa ra câu trả lời nên hay không nên đầu tư hệ thống gaslift hoặc bơm
tăng áp cho giàn RBDP-B cũng như nên đầu tư hệ thống nào trước.
2. Tính cấp thiết của đề tài
Trong điều kiện kinh tế đất nước hiện nay, dầu khí đang đóng góp một phần
rất quan trọng cho ngân sách nhà nước. Do đó, việc duy trì và nâng cao hiệu quả
khai thác dầu là một yêu cầu cấp thiết. Theo thời gian, sản lượng khai thác sẽ giảm
6
dần, việc áp dụng các công nghệ mới, cải tiến phương pháp khai thác để duy trì hay
nâng cao sản lượng là nhiệm vụ hàng đầu của người kỹ sư khai thác. Đây là đề tài
nghiên cứu ứng dụng thực tế, dựa trên điều kiện có sẵn của các thiết bị tại mỏ, ta
phải tính toán và chỉ ra khả năng đầu tư hệ thống gaslift hoặc bơm tăng áp nhằm
nâng cao khả năng khai thác.
3. Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu tài liệu, số liệu thực tế của mỏ và ứng dụng phần mềm PIPESIM
để mô phỏng giếng.
4. Ý nghĩa khoa học
Đề tài nghiên cứu khả năng áp dụng khai thác bằng phương pháp gaslift hoặc
bơm tăng áp cho giàn RBDP-B có ý nghĩa hết sức quan trọng. Sự thành công của đề
tài sẽ góp phần làm rõ khả năng ứng dụng các phương pháp khai thác cơ học cho
giàn RBDP-B cũng như hiệu quả kinh tế của nó.
5. Hướng giải quyết
Để giải quyết vấn đề đã nêu ra, đề tài sẽ được giải quyết theo các bước sau:
-
Thu thập số liệu hoàn thiện giếng;
-
Dựa trên số liệu thu thập được, sẽ tiến hành mô phỏng giếng để tính toán
lượng dầu thu được cho các trường hợp lắp đặt hệ thống gaslift, hệ thống
bơm tăng áp;
-
Tính toán hiệu quả kinh tế để đưa ra kết luận cuối cùng về khả năng ứng
dụng gaslift và bơm tăng áp.
6. Dự kiến kết quả nghiên cứu:
Với nhiều điều kiện thuận lợi như: số liệu thực tế dồi dào, tài liệu tham khảo
phong phú, phương pháp nghiên cứu tiên tiến, môi trường nghiên cứu thuận lợi, tôi
tin chắc đề tài sẽ thành công và mang lại kết quả tốt đẹp, góp phần duy trì và cải
thiện hiệu suất khai thác của giàn RBDP-B, góp phần ổn định sản lượng khai thác.
7
CHƯƠ G1: TỔ G QUA MỎ RUBY VÀ TÌ H HÌ H KHAI THÁC TẠI
GIÀ RUBY B (RBDP-B)
1.1. Tổng quan mỏ Ruby
Lô 01 & 02 nằm cách bờ biển Vũng Tàu 155 km (hình 1.1) với hợp đồng dầu
khí (PSC) đã được ký kết vào ngày 9 tháng 9 năm 1991, trong đó PCVL (Petronas
Carigaly Vietnam Limited) nắm giữ quyền điều hành với 85 % cổ phần và PVEP
(Petrovietnam Exploration & Production Coporation) nắm giữ 15 % cổ phần.
BLOCK
01&02
Hình 1.1: Bản đồ phân lô và vị trí lô 01-02
Mỏ Ruby được phát hiện vào giữa năm 1994 sau khi khoan giếng thăm dò
Ruby – 1X. Giếng khoan thăm dò RB-1X khoan qua các tầng Miocene trung sớm
thuộc thành hệ Bạch Hổ, Oligocene muộn thành hệ Trà Tân trung và thượng.
8
Nhà thầu đã thực hiện bảy lần thử DST cho các tầng: móng, Oligocene OL10, OL-90, Intrusive và Miocene MI-10 để đánh giá đặc tính dầu khí của mỏ. Kết
quả thử DST như sau:
• Tầng móng cho kết quả 1721 thùng dầu/ngày, 1.9 triệu bộ khí/ngày;
• Tầng Oligocene OL-40 là 881 thùng dầu/ngày, 7,1 triệu bộ khí/ngày;
• Tầng Miocene MI-10 cho kết quả 5430 thùng dầu/ngày.
Các kết quả trên đã xác minh sự hiện diện của dầu trong các tầng MI-09 đến
MI-60, Oligocene (OL-04, OL-10, OL-20,OL-30,OL-40,) và tầng móng.
Tính đến cuối giai đoạn tìm kiếm thăm dò vào ngày 8/9/1997, PCVL đã tiến
hành thu nổ 12,482 Km địa chấn 2 chiều và 2554 Km địa chấn 3 chiều. Tài liệu địa
chấn 2 chiều đuợc tiến hành cho toàn lô 01 & 02 trong khi các tuyến địa chấn 3
chiều chỉ được sử dụng đối với những mỏ đã được phát hiện như Ruby, Pearl,
Topaz và Diamond.
Năm 2002, PCVL đã tiến hành thu nổ lại địa chấn 3 chiều cho phần diện tích
của lô 01 & 02 còn lại sau khi đã trả lại phần diện tích không phát triển. Sau khi
hoàn thành công việc xử lý tài liệu địa chấn, một chiến dịch khoan tổng lực đã được
thực hiện. Tính đến 2006, đã có 21 giếng đã được khoan trong đó 9 giếng thăm dò
và 11 gi
ượng.
Cho đến nay, PCVL đã tiến hành khoan 40 giếng bao gồm 19 giếng khai thác
trong đó ở RBDP-A là 12 giếng, RBDP-B là 7 giếng. Đây là kết quả từ việc phát
hiện trữ lượng dầu thương mại của mỏ Ruby và 3 mỏ tiềm năng Pearl, Topaz và
Diamond.
Những mỏ đã được phát hiện tại Lô 01 & 02 là: (hình 1.2)
i)
Mỏ Ruby (đã có RBDP-A và B);
ii)
Mỏ Pearl;
iii)
Mỏ Topaz;
iv)
Mỏ Diamond;
v)
Mỏ Emerald.
9
Hình 1.2: Lô 01-02 và các phát hiện dầu khí
1.2. Đặc điểm địa chất-kiến tạo
Một số đặc điểm nổi bật của bể Cửu Long đều xuất hiện và chi phối các cấu
tạo trong toàn bộ lô. Cấu trúc địa chất của Lô 01 & 02 bao gồm các thành tạo Đá
Móng trước đệ tứ, các thành hệ tuổi Oligocene và Miocene. Các mỏ đã được phát
10
hiện trong lô là Ruby, Diamond, Pearl và Topaz đều có điểm chung giống nhau về
đặc điểm cấu trúc - kiến tạo. Các hệ thống đứt gãy Bắc Đông Bắc- Nam Tây Nam
và Đông - Tây chi phối toàn bộ hệ thống đứt gãy và cấu trúc của các mỏ. Các đối
tượng chứa dầu khí là cấu tạo nếp lồi, cấu tạo liên quan đến đứt gãy và cấu trúc nhô
cao của móng.
Như thường thấy trong Bể Cửu Long, sự phát triển của địa tầng khá phức tạp
bởi bản chất của các vật liệu trầm tích trầm đọng trong bể. Nổi trội hơn cả là các
trầm tích non- marine, trầm tích biển rìa của Oilgocene và Miocene với nhiều đặc
điểm khác nhau về tính chất của vỉa chứa, sự phân bố của vỉa chứa đối với thành tạo
trầm tích. Nói chung, chất lượng tầng chứa của Miocene tốt hơn so với tầng chứa
Oligocene.
1.2.1. Đặc điểm địa chất
a. Đặc điểm địa chất cấu tạo thành hệ Miocene
Thành hệ tầng chứa Miocene của mỏ Ruby bao gồm các tập cát tương đối
mỏng độ dày từ 5 – 9m định vị trong các tập sét dày. Các tập cát được đặt tên là MI08, MI-09, Mi-20, MI-30 hay còn gọi là các tầng khai thác.
Tầng MI-08 có sự hiện diện của mũ khí, ở tầng MI-20 đã xác định được ranh
giới dầu nước ở độ sâu 1771m. Các tầng MI-20, MI-30 không liên tục và độ dày
tăng dần về phía bắc và hướng Tây Nam. Giá trị độ rỗng hiệu dụng trung bình trong
phạm vi từ 16% - 20% và giá trị độ thấm khoảng 100mD – 200mD.
b. Áp suất và nhiết độ ban đầu
Tất cả dữ liệu áp suất thu được từ tầng chứa dầu giếng RB-1X và RB-3X đều
có gradient áp suất khoảng 0.433 psi/ft. Ngoài ra, kết quả phân tích PVT giếng RB1X tại tầng MI-10 cũng cho kết quả gradient 0.33 psi/ft ở điều kiện mỏ.
Giá trị gradient nhiệt độ mỏ Ruby được xác định từ nhiệt độ đáy giếng thu
được trong quá trình thử DST của giếng thăm dò và th
xác định khoảng 183 oF (83.9 oC).
ượng. Nhiệt độ vỉa được
11
1.2.2. Trữ lượng tại chỗ và trữ lượng thu hồi
Trữ lượng tại chỗ tầng Miocene được tính toán dựa trên các bản đồ cấu tạo
độ sâu mới được thành lập từ những dữ liệu xử lý lại địa chấn 3D và mô hình địa
chất 3D.
Đối với tầng Oligocen trữ lượng tại chỗ tính toán dựa trên những giả thiết về
ranh giới chất lưu và những dữ liệu mới được cập nhật.
Trữ lượng tầng móng được tính toán dựa trên bản đồ cấu tạo bằng phương
pháp Probabilistic. Trữ lượng tầng móng bao gồm cả trữ lượng tầng
Vocanic/Andesite nằm phía trên tầng móng. Theo kết quả mô phỏng tầng Miocene,
trữ lượng thu hồi dầu khoảng 26% cho trường hợp khai thác bằng nguồn năng
lượng tự nhiên khoảng 28% khi áp dụng khai thác tăng cường bằng bơm ép nước.
Riêng tầng Vocanic/Andesite khoảng 19%, tầng Oligocene hệ số thu hồi trong
pham vi 5 đến 15%.
Bảng 1.1: Trữ lượng tại chỗ và trữ lượng thu hồi tại các tầng khai thác mỏ Ruby
Đã khai
Tầng
khai thác
Trữ lượng tại chỗ
Trữ lượng thu hồi
thác
Trữ lượng còn lại
(triệu thùng)
(triệu thùng)
(triệu
(triệu thùng)
thùng)
1P
2P
3P
1P
2P
3P
1P
2P
3P
Miocene
188.8 215.8 230.1 51.4
56.9
59.7
34.4
17.0 22.5
25.3
Oligocene
37.1
146.6 294.6
2.1
14.7
29.2
0.4
1.7
14.3
28.8
Andesite
82.3
93.1
19.1
21.6
22.3
0.3
18.9 21.4
22.1
Basement
48.6
144.8 296.4 12.6
39.8
85.6
5.1
7.5
34.7
80.5
Tổng
356.9 600.3 917.2 85.3 133.0 196.8
40.2
45.1 92.8 156.6
96.1
Sau một thời gian khai thác từ đầu đến năm 2004, sản lượng khai thác trên
tầng Miocene chiếm đến gần 85% sản lư
1.1 là bảng
12
tổng hợp các thông số về trữ lượng tại chỗ và lượng dầu đã khai thác theo từng tầng
s
1.3. Giàn khai thác Ruby A (RBDP-A)
Với thành công của giếng thăm dò RB-1X, PCVL đã tiến hành khoan th
lượng thêm các giếng RB-2X, RB-3X, RB-4X vào năm 1995.
Chiến dịch khoan phát triển khai thác giai đoạn đầu tiên (“Pilot production
Phase”) được bắt đầu vào ngày 17/08/1999 với 10 giếng khoan mới và 2 giếng hoàn
thiện lại. Kế hoạch đặt ra là sẽ khai thác lưu lượng tối đa 27 ngàn thùng/ngày giai
đoạn đầu và thu hồi khoảng 45 triệu thùng dầu.
Thiết bị khai thác tại khu vực này gồm có 1 giàn nhẹ, không người ở; 1
FPSO (Floating Production, Storage and Offloading) tách lọc dầu, đưa vào tank
chứa để sẵn sàng cho xuất bán tại mỏ.
Dầu khai thác từ giếng lên sẽ được thu gom vào một đường ống chính, sau
đó được chuyển về FPSO bằng đường ống ngầm 10” dài 1.5 km. Các giếng tại
RBDP-A được lắp đặt sẵn các mandrel để sẵn sàng cho việc lắp các van gaslift sau
này.
Hình 1.3: Sơ đồ thiết bị khai thác giai đoạn 1
13
Vào năm 2003, sau một thời gian khai thác, khả năng làm việc của các giếng
giảm đi nhiều, đến lúc này, PCVL đã cho tiến hành nghiên cứu, lắp đặt hệ thống
gaslift cho giàn A. Các giếng được tiến hành lắp đặt các van gaslift bằng phương
pháp cáp tời (slick line) vào các mandrel có sẵn. Trên giàn A, PCVL tiến hành lắp
đặt 2 máy nén khí loại nhỏ, chạy bằng khí đồng hành với áp suất đầu ra là 1000
psig. Qua thời gian làm việc từ năm 2004 đến nay, hệ thống gaslift này đã chứng tỏ
hiệu quả của nó, khả năng khai thác của giàn đã được duy trì ổn định trong khoảng
12 ngàn thùng/ngày. Đây là cơ sở để PCVL nghiên cứu đến khả năng sử dụng hệ
thống gaslift cho giàn B. Trong quá trình thiết kế chế tạo giàn B, các kinh nghiệm ở
giàn A đã được vận dụng tối đa.
1.4. Giàn khai thác Ruby B (RBDP-B)
Tiếp theo sự phát triển của Ruby A, nhà thầu PCVL đã tiến hành nghiên cứu
và lắp đặt thêm 1 giàn đầu giếng khác để khai thác phần phía bắc của mỏ Ruby.
Giàn RBDP-B đã được lắp đặt và đưa vào sử dụng từ năm 2005. Sơ đồ cấu tạo và
các thiết bị như sau: Giàn đầu giếng, được điều khiển từ xa (từ FPSO), có sân bay;
thuộc loại giàn nhẹ có 4 chân, 12 lỗ (slot) để khoan trong đó kế hoạch là có 9 giếng
và 3 lỗ dự phòng; có 3 đường chờ để kết nối trong tương lai (3 riser); giàn được
thiết kế sao cho giảm thiểu các thiết bị trên giàn, để sẵn chỗ cho khả năng lắp đặt
thêm thiết bị, mở rộng (tăng) công suất khai thác sau này.
Giàn nhẹ RBDP-B được đặt cách giàn RBDP-A 3.2 km, được thiết kế để các
giếng chảy tự nhiên về giàn RBDP-A qua đường ống ngầm 10” dài 3.2 km. Tại giàn
RBDP-A, lưu chất của giàn B sẽ kết hợp với lưu chất của giàn A, sau đó cùng chảy
về tàu xử lý FPSO Ruby Princess qua đường ống ngầm 10” dài 1.5 km.
Do các nguyên nhân khách quan cũng như chủ quan mà giàn RBDP-B đã
không đạt được sản lượng như mong muốn. Giàn B được thiết kế ban đầu chủ yếu
để khai thác từ tầng móng, tuy nhiên qua thực tế, các giếng từ tầng móng đều cho
kết quả kém. Hiện nay giàn B có 9 giếng khai thác, nhưng phải đóng 3 giếng do chủ
yếu chỉ có nước (các giếng tầng móng). Các giếng còn lại (giếng Miocene) đang
khai thác cũng đã bắt đầu xuất hiện nước. Áp suất vỉa thấp, dưới 2000 psi. Khoảng
14
3 đến 4 giếng đang khai thác hiện nay có áp suất miệng giếng (FTHP) thấp nên
không thể vượt qua áp suất tối thiểu của đường ống để dầu chảy tự nhiên về giàn A.
Hình 1.4: Sơ đồ thiết bị khai thác giai đoạn 2
Các hệ thống thiết bị khai thác trên giàn RBDP-B:
Giàn được lắp đặt với các thiết bị chính sau:
-
Hệ thống khai thác (gồm đầu giếng, các đường ống thu gom lưu chất khai
thác để chuyển vào đường ống chính);
-
Hệ thống điều khiển (điện và khí);
-
Hệ thống năng lượng;
-
Hệ thống thông tin liên lạc, điều khiển từ xa;
-
H
-
Hệ thống an toàn;
-
Hệ thống thu gom, xử lý chất thải nhiễm dầu;
-
Hệ thống hóa chất;
-
Hệ thống phụ trợ khác.
à các thiết bị phụ trợ);
• Hệ thống khai thác (gồm đầu giếng, các đường ống thu gom lưu chất khai
thác để chuyển vào đường ống chính).
15
• Hệ thống điều khiển: Hệ thống khí điều khiển của giàn là khí đồng hành
được trích ra từ đường ống khai thác. Dự phòng cho nó là hệ thống các chai
Nitơ được đặt thường trực trên giàn. Khí được trích ra từ đoạn ống khai thác
sẽ qua hệ thống lọc để loại chất lỏng và chất rắn trước khi đưa vào sử dụng
cho hệ thống điều khiển.
• Hệ thống thu gom, xử lý chất thải nhiễm dầu: Trên giàn được lắp đặt hai bình
chứa nhỏ cho hệ thống thải chất lỏng có áp (close drain) và chất lỏng không
áp (open drain). Dầu sẽ được gom lại trong các bình này và được bơm vào
đường ống vận chuyển. Trong quá trình hoạt động bình thường, khí đồng
hành không được xả ra ngoài vì cả dầu và khí đều được chuyển về FPSO để
xử lý. Tuy nhiên, trong quá trình sửa chữa các thiết bị, lưu chất nằm trong
các đường ống trên giàn sẽ được xả về hệ thống closed drain, tại đây một
lượng nhỏ khí sẽ được xả ra ngoài môi trường.
• Hệ thống nâng th
à hệ thống dự trữ và phân phối dầu diesel
nh
à máy phát điện dự phòng. C
ược
thi
• Hệ thống năng lượng: Lượng điện tiêu thụ ở giàn tương đối nhỏ, do đó nó
được cung cấp từ hệ thống năng lượng mặt trời. Để dự phòng, giàn được lắp
đặt một máy phát điện nhỏ đủ để cung cấp năng lượng cho toàn giàn cũng
như một số hoạt động sửa chữa nhỏ khác.
• Hệ thống thông tin liên lạc, điều khiển từ xa: Giàn được thiết kế để có khả
năng điều khiển từ FPSO. Các thiết bị được lựa chọn lắp đặt sao cho giảm
thiểu sự can thiệp của con người. Các thiết bị an toàn trên giàn được thiết kế
lắp đặt sao cho bảo đảm giàn hoạt động an toàn nhất trong mọi trường hợp
có người hoặc không có người trên giàn. Các thông tin, thông số hoạt động
của giàn cũng như các thông tin về giếng được chuyển về FPSO qua hệ
thống sóng VHF.
• Hệ thống khai thác dầu bằng gaslift: Giàn RBDP-B còn được thiết kế chừa
sẵn chỗ cho các thiết bị lắp đặt sau này như hệ thống gaslift, hệ thống phân
16
dòng, hệ thống tiếp nhận và các hệ thống ống mới, hệ thống bơm hóa ph
Chỗ đặt và trọng lượng của hệ thống gaslift đã được đưa vào để tính toán
thiết kế giàn RBDP-B. Khí cung cấp cho hệ thống gaslift dự tính sẽ từ giàn
xử lý trung tâm (hoặc FPSO). Cùng với nó là các giếng đã được lắp đặt sẵn
các mandrel chờ cho việc lắp đặt các van gaslift sau này. Các thiết bị này
được thiết kế dựa trên cơ sở các kinh nghiệm rút tỉa từ hoạt động của giàn A.
17
CHƯƠ G 2: LÝ THUYẾT CHUYỂ ĐỘ G CỦA CHẤT LƯU TRO G
Ố G
2.1. Lý thuyết chuyển động của hỗn hợp khí – lỏng trong ống thẳng đứng
Lý thuyết chuyển động của hỗn hợp khí – lỏng trong ống thẳng đứng được
nhiều nhà khoa học nghiên cứu, nhưng kết quả do A.P.Krưlốp đưa ra là hợp lý hơn
cả. Ông cho rằng chất lỏng nâng lên được là nhờ tác dụng của lực chuyển động đi
lên của khí. Lực nâng lên chính là áp suất tác dụng của khí trực tiếp lên chất lỏng.
Muốn hỗn hợp chất lỏng – khí nâng lên được cần phải có sự chênh lệch áp suất giữa
đế và miệng ống khai thác. Độ chênh áp đó chính là công sản ra để nâng hỗn hợp
chất lỏng – khí và chi phí cho mức tiêu hao năng lượng trong cột ống nâng:
1- Do cản trở của chất lỏng và khí tới thành ống;
2- Do vận tốc chuyển động của chất lỏng và khí khác nhau.
Như vậy sự chênh lệch áp suất giữa đáy và miệng giếng biểu diễn bằng
phương trình:
h = h1 + h2 + h3
(2.1)
Trong đó:
h1: cột áp cần thiết thực hiện công có ích;
h2: cột áp bị tiêu hao do chuyển động tương đối của khí;
h3: cột áp bị tiêu hao để thắng lực cản.
2.1.1. Công có ích
Nhà bác học A.P.Krưlốp làm thí nghiệm với một đoạn ống có độ dài l (hình
2.1). Nếu như vận tốc chuyển động của chất lỏng và khí trong ống như nhau thì
không có tiêu hao năng lượng trượt. Khi chuyển động không bị cản trở thì:
hρng = h1ρng = lρhhg
(2.2)
Tỷ trọng của hỗn hợp:
ρ hh =
Vρ kh + qρ n
V +q
Ở đây:
V: lưu lượng thể tích của khí;
(2.3)
18
q: lưu lượng thể tích của chất lỏng.
Tỷ trọng của khí so với tỷ trọng của chất lỏng vô cùng bé nên ρkh ở (2.3) có
thể bỏ qua, vậy:
ρ hh =
qρ n
V +q
(2.4)
Thay giá trị ρhh ở (2.4) vào (2.3), ta có:
h1 ρ n g = l.
qρ n
.g
V +q
Cho l = 1, sau khi giản ước được:
h = h1 =
q
.g
V +q
(2.5)
Để tính toán cho ống nâng dài, phương trình
được viết dưới dạng vi phân:
qρ n
dp = ρ hh gdl =
.g .dl
V +q
Hình 2.1: Đoạn ống
(2.6)
thí nghiệm có độ dài l;
Khí ở điều kiện đẳng nhiệt được nở ra, khi đó:
V =
Vo Po
P
1, 2: các van
(2.7)
Thay giá trị V từ (2.7) vào (2.6):
Vo Po
dp
+ q.dp = q.ρ n .g .dl
P
Sau khi tích phân trong khoảng từ đáy tới miệng ống nâng và biến đổi, ta được:
Vo Po ln
(P − P2 )
P1
= q.ρ n .g . L − 1
P2
ρ n .g
(2.8)
Ở đây:
V0: lưu lượng thể tích khí (m3) sau một đơn vị thời gian;
q: lưu lượng thể tích của chất lỏng (m3) sau một đơn vị thời gian;
P0, P1, P2: áp suất khí quyển, áp suất ở đáy, áp suất miệng ống tương ứng;
L: độ dài cột ống nâng.
19
Phương trình (2.8) cho ta biết rằng toàn bộ năng lượng do khí sản ra để nâng
3
q m chất lỏng lên độ cao L (khi không có các dạng tiêu hao năng lượng trong ống).
2.1.2. Tổn thất năng lượng do trượt
Khi chất lỏng và khí chuyển động với vận tốc bằng nhau, diện tích tiết diện
của ống nâng chứa chất lỏng và khí tỷ lệ với lưu lượng thể tích của chúng. Nếu
trong ống có lực trượt thì khí sẽ chuyển động với vận tốc lớn hơn và như vậy trong
lúc cùng lưu lượng thể tích đó, chất lỏng sẽ chiếm diện tích tiết diện lớn hơn so với
lúc đầu, còn khí thì nhỏ hơn (xem hình 2.2).
Hình 2.2: Diện tích của các tiết diện chứa khí và lỏng trong ống
a. Trường hợp không có lực trượt; b. Khi có lực trượt
1. Chất lỏng
2. Khí
Vậy trong trường hợp b, trọng lượng thể tích của hỗn hợp sẽ lớn hơn so với
trong trường hợp a. Đại lượng tổn thất năng lượng do trượt được xác định như sau:
Thí nghiệm của Krưlốp như hình 2.1. Sau khi đo áp suất trung bình, lưu
lượng của khí và lỏng, theo công thức (2.5) tính được:
h1 =
q
.l
V +q
Ở đây l là độ dài ống.
Cột chất lỏng này có được trong ống khi đóng đồng thời hai van (1) và (2)
(trên hình 2.1), nếu như không có tổn thất do trượt. Thực tế cho thấy rằng sau khi
đóng đồng thời 2 van thì cột chất lỏng sẽ là ht > h1. Hiệu ht – h1 chính là cột áp bổ
sung:
htr = ht – h1
(2.9)
20
Để xác định htr cần phải tính ht. Muốn vậy có thể tính diện tích trung bình
của tiết diện chứa chất lỏng và khí khi hỗn hợp chuyển động.
Diện tích của tiết diện ống nâng chứa chất lỏng được xác định:
f cl ht
h
= ⇒ f cl = t f
f
l
l
(2.10)
Đối với khí: fkh = f – fcl = f(1-hl/l)
Ở đây: f là diện tích tiết diện của ống nâng.
Vận tốc chuyển động của chất lỏng và khí như sau:
Vcl =
q
q.l
=
f cl ht . f
Vkh =
v
v.l
=
f kh
f (1 − ht )
Vận tốc tương đối của khí sẽ là: Vtd = Vkh - Vcl
Do tỉ trọng của khí rất nhỏ (có thể bỏ qua) nên tỷ trọng của hỗn hợp được
xác định theo công thức: f hh =
f cl
ρ cl
f
Thay fcl từ (2.10), ta có : f hh =
ht . f
h
.ρ cl = t .ρ cl
l. f
l
Trên cơ sở kết quả nhiều thí nghiệm ở những ống nâng có đường kính 25, 38,
50, 75 và 100 mm, người ta thu nhận được các đồ thị phụ thuộc giữa thể tích hỗn
hợp V+q và vận tốc của khí Wkh có dạng như sau:
Hình 2.3: Các đồ thị phụ thuộc Wkh = f(V+q) đối với các ống nâng có đường kính:
1-25mm, 2-38mm, 3-50mm, 4-63mm, 5-75mm, 6-100mm
- Xem thêm -
.PDF 
84 
3 
91 
