tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động của bình tách dầu khí ở mỏ bạch hổ - tính toán cho bình tách dầu khí ngs tại giàn khai thác số 8 mỏ bạch hổ

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành dầu khí Việt Nam ngày càng phát triển, sản lượng khai thác dầu
thô và khí đồng hành ngày càng tăng. Dầu thô và khí đồng hành chủ yếu được
khai thác tại phần thềm lục địa phía Nam Việt Nam. Dầu thô được khai thác
trên các mỏ ở Việt Nam là dầu có hàm lượng parafin tương đối cao, độ
nhớt ,nhiệt độ đông đặc cao nên việc khai thác, vận chuyển hỗn hợp dầu khí
gặp nhiều khó khăn, đòi hỏi phải xử lý nhiều sự cố kỹ thuật xảy ra trên đường
ống vận chuyển như: sự cố tắc đường ống do lắng đọng parafin, xung động
trong hệ thống vận chuyển hỗn hợp dầu khí, làm giảm công suất tách, giảm
mức độ an toàn với thiết bị công nghệ.
Với mục đích áp dụng lý thuyết và thực tế sản xuất trong quá trình thu
gom, vận chuyển hỗn hợp dầu khí, với sự giúp đỡ của các cán bộ trong công
ty Dầu Khí Sông Hồng và Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro. Em đã kết thúc
đợt thực tập sản xuất, thực tập tốt nghiệp, thu thập tài liệu và hoàn thành đồ
án dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Nguyễn Văn Thịnh
Đồ án mang tên ‘‘Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động của bình
tách dầu khí ở mỏ Bạch Hổ. Chuyên đề: Tính toán cho bình tách dầu khí
NGS tại giàn khai thác số 8 mỏ Bạch Hổ.”
Đồ án tốt nghiệp là công trình nghiên cứu khoa học được xây dựng dựa
trên quá trình học tập, nghiên cứu tại truờng kết hợp với thực tế sản xuất
nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức đã học. Với mức độ tài liệu và
thời gian nghiên cứu hoàn thành đồ án cũng như kiến thức và kinh nghiệm
còn hạn chế nên sẽ không tránh khỏi có những thiếu sót. Em rất mong nhận
được sự góp ý bổ sung của các thầy cô, các nhà chuyên môn và các bạn đồng
nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Bộ môn Thiết bị dầu khí
và Công trình- Khoa dầu khí, các bạn cùng lớp và đặc biệt là thầy Nguyễn
Văn Thịnh đã giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này.
Nhân đây em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các cán bộ nhân viên thuộc
công ty Dầu Khí Sông Hồng và Xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro đã giúp

đỡ trong việc hướng dẫn thực tập và thu thập tài liệu để hoàn thành đồ án tốt
nghiệp.
Sinh viên thực hiện
Vũ Trọng Vĩnh
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
1
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ SỬ DỤNG THIẾT BỊ TÁCH SẢN PHẨM DẦU KHÍ

Nhiệm vụ của thiết bị xử lý sản phẩm dầu khí là tách dòng sản phẩm từ
giếng thành 3 phần hay được gọi là các pha (dầu, khí, nước) và quá trình xử lý
những pha này thành sản phẩm thương mại hay đủ tiêu chuẩn để thải ra môi
trường. Trong các thiết bị được gọi là bình tách thì khí được tách ra từ môi
chất và nước tự do được tách ra từ dầu. Các bước loại bỏ các hydrocacbon đủ
nhẹ để sản xuất dầu thô ổn định với độ bay hơi đáp ứng được các tiêu chuẩn
hàng hóa (thương phẩm)
Hình 1.1 và 1.2 chỉ ra loại bình tách được sử dụng để tách khí từ chất
lỏng hay nước từ dầu. Các loại bình tách có thể để nằm ngang hay thẳng đứng
tùy từng loại hình dáng. Khí được tách ra phải được nén và xử lý để trở thành
thương phẩm, quá trình nén được thực hiện bằng máy nén piston. Trong các
thiết bị lớn hay cần áp suất cao thì máy nén tua bin ly tâm được sử dụng hoặc
các máy nén piston lớn cũng được sử dụng
Thông thường khí được tách ra bão hòa với hơi nước và phải loại bỏ
nước để đạt tiêu chuẩn, thường ít hơn 7 lb/MMscf điều này thường thực hiện
bằng thiết bị tách nước glycol như hình 1.3
Glycol khô được bơm vào tháp tiếp xúc lớn thẳng đứng nơi nó hút hơi
nước, các glycol ướt sau đó chảy qua 1 bình tách lớn nằm ngang nơi nó được
gia nhiệt và nước sôi lên bốc hơi

Ở một vài nơi nó có thể cần thiết để loại bỏ hydrocacbon nặng hơn và
hạ thấp điểm sương của hydrocacbon. Các chất gây ô nhiễm như H
2
S và CO
2
có thể xuất hiện ở mức cao hơn các khí thương phẩm. Trong trường hợp này
cần thiết bổ xung thêm các thiết bị làm “ngọt” khí
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
2
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Hình 1.1: Bình tách 2 pha thẳng đứng
Đặc điểm của bình tách 2 pha thẳng đứng thường có đầu vào ở bên trái,
khí thoát ra ở trên đỉnh và chất lỏng đi ra ở phía dưới bên phải của bình tách.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
3
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Hình 1.2: Bình tách nằm ngang
Hình 1.3: Bình tách hình cầu
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
4
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Hình 1.4: Hệ thống tách hơi nước khỏi khí Glycol
Đặc điểm: Đây là 1 loại bình chứa lớn nằm ngang bên trái là tháp tiếp
xúc nơi glycol tiếp xúc với khí và hấp thụ hơi nước. Bình chứa đứng cao hơn
gia nhiệt lại hay bình tách nước nơi glycol ướt được làm nóng và làm sôi
nước, từ đó nước ra khỏi đường ống đứng ở đầu ngay sau tháp tiếp xúc, bình
nằm ngang thấp hơn là 1 bình chứa tạm thời

SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
5
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Dầu và nhũ tương từ bình tách phải được xử lý để loại bỏ nước. Hầu
hết các hợp đồng mua bán dầu đều chỉ định một tỷ lệ tối đa của trầm tích cơ
sở và nước có thể có trong dầu thô. Tùy theo từng loại mà nó có tỷ lệ khác
nhau từ 0,5 đến 3%. Một số nhà máy lọc giới hạn về lượng muối trong dầu và
có thể yêu cầu một số công đoạn pha loãng với nước ngọt và sau đó xử lý loại
bỏ nước. Giới hạn muối chủ yếu là từ 10 đến 25 pounds muối/ 1000 thùng
Hình 1.4 và 1.5 là loại bình điển hình trực tiếp đốt nóng được sử dụng
để loại bỏ nước từ dầu và nhũ tương. Những thiết bị này có thể nằm ngang
hay đứng và được phân biệt bởi ống đốt, cửa hút khí, và khí thải thấy được.
Dầu có thể xử lý bằng cách lắng hoặc thùng tách lắng ở đầu giếng, cái có ống
thoát khí ở trong hoặc ngoài

Hình 1.5: Thiết bị xử lý nhiệt thẳng đứng
Đặc điểm: Với thiết bị này thì nhũ tương được đưa vào xử lý ở phía xa,
các ống gia nhiệt làm nóng nhũ tương và dầu đi ra ở gần phía trên. Nước ra ở
dưới qua các ống ở ngoài bên phải nơi vẫn duy trì độ cao thích hợp của mặt
phân cách dầu và nước ở trong bình. Khí ra ở phía trên, một ít khí ra ở bình
nhỏ hơn ở bên phải nơi nó được lọc trước khi làm nhiên liệu để đốt.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
6
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất

Hình 1.6: Thiết bị xử lý nhiệt nằm ngang với 2 buồng đốt
Nước được tách ra từ dầu có thể được thải xuống biển ở hầu hết các

giàn ngoài khơi hoặc làm bốc hơi từ các hầm trên đất liền. Thông thường thì
nước tách được cho vào các giếng xử lý hoặc sử dụng trong phương pháp bơm
ép nước. Trong một vài trường hợp nước được tách ra phải được xử lý để loại
bỏ một lượng dầu nhỏ. Nếu nước được bơm xuống giếng thì nó phải được lọc
các hạt chất rắn. Nước có thể được xử lý ở các thùng vớt dầu nằm ngang hoặc
đứng cái trông rất giống bình tách. Bất kỳ chất rắn ở trong dòng sản phẩm từ
giếng phải được tách ra, làm sạch và xử lý đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường,
bao gồm lắng ở bồn, bể chứa
Các thiết bị phải được kiểm tra và đo lường kỹ lưỡng. Khi đó khí, dầu,
nước có thể chỉ ra đặc trương của mỗi giếng, điều này không chỉ cần thiết cho
mục đích tính toán mà còn thực hiện nghiên cứu vỉa ở mỏ đã cạn kiệt
Có rất nhiều điều kiện làm việc khác nhau vì lưu lượng khác nhau, tính
chất môi chất khác nhau, vị trí lắp đặt khác nhau, quá trình vận hành khác
nhau…
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
7
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Ở vùng đầm lầy có thể đặt gỗ, thép, bê tông, kết cấu thép hoặc giá đỡ
bằng bê tông
Hình 1.7
Trong vùng nước nông thiết bị có thể lắp đặt ở các giàn khác nhau và
được kết nối bằng cầu thép
Hình 1.8
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
8
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Ở vùng nước sâu hơn cần thiết phải lắp đặt các thiết bị cùng với thiết bị
đầu giếng của 1 giàn

Hình 1.9

Đôi khi trong thời tiết lạnh các trang thiết bị cần phải được che chắn,
bao phủ
Hình 1.10
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
9
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Các thiết bị có thể đặt trên các giàn bán tiềm thủy hoặc giàn tự nâng,
tháp khoan, tàu khoan, hoặc đảo nhân tạo…

Hình 1.11
Trên đất liền dùng các bình tách thẳng đứng 3 pha hoặc bình tách nằm
ngang 2 pha có thêm bình gia nhiệt và bể chứa
Hình 1.12
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
10
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
* Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của thiết bị tách.
Trong quá trình tách thì các yếu tố ảnh hưởng đến thiết bị tách như:

• Tính chất của dòng chảy
• Lưu lượng khí và chất lỏng (tối thiểu, trung bình và lớn nhất)
• Hệ điều hành và áp suất, nhiệt độ
• Tính chất ổn định của dòng chảy
• Tính chất vật lý của chất lỏng như khả năng ngưng tụ, mật độ, khả năng
nén…
• Mức độ tách của bình tách (ví dụ loại bỏ 100% các hạt chất rắn lớn hơn

10 microns)
• Sự hiện diện của các tạp chất ( cát, paraffin…)
• Khuynh hướng tạo bọt của dầu thô
• Khả năng ăn mòn của chất lỏng và khí
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
11
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
CHƯƠNG 2
THIẾT BỊ TÁCH SẢN PHẨM
2.1 Chức năng của thiết bị tách sản phẩm
• Chức năng cơ bản bao gồm tách dầu khỏi khí, tách khí khỏi dầu và tách
nước khỏi dầu.
Việc tách khí có thể được bắt đầu khi chất lỏng đi từ vỉa vào giếng, khi
di chuyển trong ống nâng và ống xả. Vì vậy những trường hợp trước khi vào
bình tách, dầu khí đã được tách hoàn toàn, lúc đo bình tách chỉ còn tạo không
gian cho khí và dầu di theo đường riêng. Sự chênh lệch mật độ lỏng - khí nói
chung bảo đảm cho quá trính tách dầu, tuy nhiên vẫn cần đến các phương tiện
cơ khí chẳng hạn như bộ chiết sương và các phương tiện khác trước khi xả
dầu, khí ra khỏi bình.
Tốc độ giải phóng khí ra khỏi dầu là một hàm số biến thiên theo áp suất
và nhiệt độ. Thể tích khí tách ra khỏi dầu phụ thuộc vào tính chất vật lý và
hoá học của dầu thô, áp suất và nhiệt độ vận hành, tốc độ lưu thông, hình
dáng kích thước của bình tách và nhiều yếu tố khác. Tốc độ lưu thông qua
bình và chiều sâu lớp chất lỏng ở phần thấp quyết định thời gian lưu giữ hoặc
thời gian lắng. Thời gian này thường từ 1- 3 phút là thoả mãn trừ trường hợp
dầu bọt, còn phải tăng lên từ 5 - 20 phút tùy theo độ ổn định của bọt và kết
cấu của bình, chung nhất là từ 2 - 4 phút, loại 2 pha từ 20 giây đến 2 phút, loại
3 pha từ 2 đến 10 phút, khoảng thời gian có thể gặp là từ 20 giây đến 2 giờ.
Hệ thống khai thác và xử lý đòi hỏi phải tách hoàn toàn khí hoà tan, bao gồm

rung lắc, nhiệt, keo tụ, lắng. Nếu dầu có độ nhớt cao hoặc sức săng bề mặt lớn
thì phải sử dụng các vật liệu lọc.
Nước trong chất lưu giếng cần được tách trước khi đi qua các bộ phận
giảm áp như van, để ngăn ngừa sự ăn mòn, tạo thành hydrat hoặc tạo thành
nhũ tương bền gây khó khăn cho việc xử lý. Việc tách nước thực hiện trong
các thiết bị 3 pha bằng cơ chế trọng lực kết hợp với hoá chất. Nếu thiết bị có
kích thước không đủ lớn để tách theo yêu cầu thì chúng sẽ được tách trong
các bình tách nhanh lắp ở đường vào hoặc ra của thiết bị tách có vai trò tách
sơ bộ hoặc bổ sung. Nếu nước bị nhũ hoá thì cần có hoá chất để khử nhũ.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
12
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
• Chức năng phụ của bình tách bao gồm duy trì áp suất tối ưu và mức
chất lỏng trong bình tách.
Để thực hiện tốt chức năng cơ bản, áp suất trong bình tách cần được
duy trì ở giá trị sao cho chất lỏng và chất khí thoát theo đường riêng biệt
tương ứng vào hệ thống gom và xử lý. Việc duy trì được thực hiện bởi các
van khí cho riêng mỗi bình hoặc một van chính kiểm soát áp suất cho một số
bình. Giá trị tối ưu của áp suất là giá trị bảo đảm hiệu quả kinh tế cao nhất khi
bán dầu và khí thương phẩm.
Để duy trì được áp suất, cần giữ một đệm chất lỏng ở phần thấp của
bình tách, nó có tác dụng ngăn khí thoát theo chất lỏng, mức chất lỏng thường
được khống chế bởi van điều khiển bằng rơle phao.
• Các chức năng đặc biệt của thiết bị tách bao gồm tách dầu bọt, ngăn
ngừa lắng đọng parafin, ngăn ngừa sự han gỉ và tách các tạp chất.
Trong một số loại dầu thô các bọt khí tách ra được bọc bởi một màng
dầu mỏng, tạo thành bọt phân tán trong chất lỏng. Một số loại khác lại có độ
nhớt và sức căng bề mặt cao, khí tách ra cũng bị giữ lại trong dầu tương tự
như bọt. Bọt có độ ổn định khác nhau tuỳ theo thành phần và hàm lượng tác

nhân tạo bọt có trong dầu. Dầu tạo bọt thường có tỷ trọng thấp hơn 40 độ
API, độ nhớt lớn hơn 53 cp và nhiệt độ làm việc thấp hơn 160 độ F. Sự tạo
bọt làm giảm khả năng tách của thiết bị, các dụng cụ đo làm việc không chính
xác, tổn hao thế năng của dầu - khí một cách vô ích và đòi hỏi các tiết bị đặc
biệt cản phá hoặc ngăn ngừa sự tạo bọt theo phương pháp rung lắc, lắng, nhiệt
và hoá học.
Các thiết bị tách dầu nhiều parafin có thể gặp trở ngại do parafin lắng
đọng làm giảm hiệu quả và có thể phải ngừng hoạt động do bình hẹp dần hoặc
bộ chiết sương có đường dẫn chất lỏng bị lấp. Giải pháp hiệu quả có thể dùng
hơi nóng hoặc dung môi để làm tan parafin. Tuy nhiên tốt nhất là dùng giải
pháp ngăn ngừa bằng nhiệt và hoá chất, phía trong thiết bị sơn phủ một lớp
chất dẻo.
Tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất của tầng chứa, chất lưu có thể mang
theo các tạp chất cơ học như cát, bùn, muối kết tủa với hàm lượng đáng kể.
Việc tách chúng trước khi chảy vào đường ống là một việc làm rất cần thiết.
Các hạt tạp chất với số lượng nhỏ được tách theo nguyên tắc lắng trong các
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
13
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
bình trụ đứng với đáy hình côn và xả cặn định kỳ. Muối kết tủa được hoà tan
bởi nước và xả theo đường xả nước.
2.2 Các phương pháp tách dầu và khí trong bình tách
2.2.1 Các phương pháp tách dầu ra khỏi khí
Những hạt chất lỏng còn sót lại trong khi chất lưu đi qua các thiết bị
tách ban đầu (khi mà trong bình tách đã phân biệt rõ hai dòng chất lưu khí và
lỏng) được tách lần cuối bằng một bộ thiết bị gọi là bộ chiết sương hay màng
ngăn. Hơi ngưng tụ trong khí không thể thu hồi bằng bộ chiết này. Sự ngưng
tụ của hơi này xảy ra do sự giảm nhiệt độ hoặc sau khi khí vừa được thu hồi
từ bình tách. Bởi vì khí vừa ngưng tụ có thể có những đặc tính tự nhiên ở

nhiệt độ và áp suất của bình tách. Sự ngưng tụ của hơi này xảy ra nhanh
chóng sau khi ra khỏi bình tách.
Sự khác nhau về tỷ trọng của chất lỏng và khí có thể hoàn thành việc
tách những hạt chất lỏng còn lại trong khí khi mà tốc độ dòng khí chậm vừa
phải để hoàn thành sự tách. Người ta có thể tính toán và giới hạn vận tốc của
khí trong bình tách để đạt được sự tách một cách hoàn toàn khi không có bộ
chiết sương. Tuy nhiên, theo quy ước thì các bộ chiết sương được lắp trong
bình tách để hỗ trợ thêm công việc tách và làm giảm thấp nhất chất lượng chất
lỏng khi bị khí mang theo.
Các phương pháp để tách dầu từ khí trong bình tách là:
• Sự khác nhau về tỷ trọng
• Sự va đập
• Thay đổi hướng dòng chảy
• Thay đổi tốc độ dòng chảy
• Dùng lực ly tâm
• Sự đông kết và lọc.
Bộ chiết sương dùng trong bình tách có nhiều kiểu khác nhau: Hình 2.2
là màng ngăn kiểu cánh quạt. Hình 2.3 là màng ngăn kiểu ly tâm. Hình 2.4 là
màng ngăn dạng lưới.
2.2.1.1 Sự khác nhau về tỷ trọng
Khí tự nhiên nhẹ hơn hydrocacbon lỏng. Do sự khác nhau về tỷ trọng
và lực hấp dẫn, những phần tử hydroccacbon lỏng lơ lửng trong dòng khí tự
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
14
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
nhiên sẽ thoát khỏi dòng khí nếu như vận tốc dòng khí chậm vừa phải. Những
hạt lớn sẽ lắng xuống nhanh hơn, và những hạt nhỏ sẽ lắng xuống chậm hơn.
Với điều kiện áp suất và nhiệt độ tiêu chuẩn thì những hạt
hydrocacbon lỏng có tỷ trọng từ 400-1600 lần so với khí tự nhiên. Tuy nhiên

khi áp suất và nhiệt độ khí tăng lên thì sự khác nhau về tỷ trọng sẽ giảm
xuống, ở áp suất làm việc 53 at thì tỷ trọng hydrocacbon lỏng chỉ nặng gấp 6-
10 lần so với khí. Vì vậy áp suất có ảnh hưởng tới kích thước của bình tách;
kích thước và kiểu của màng ngăn để tách hoàn toàn chất lỏng và khí.
Trên lý thuyết các hạt chất lỏng có tỷ trọng từ 6-10 lần tỷ trọng khí có
thể nhanh chóng lắng xuống và tách khỏi khí. Tuy nhiên điều này không xảy
ra bởi vì những hạt chất lỏng quá nhỏ đến mức chúng có khuynh hướng trôi
nổi trong khí và không thoát ra khỏi khí khi khí ở trong bình.
Trong hầu hết các bình tách có các kích thước trung bình, những phần
tử hydrocacbon lỏng có đuờng kính 100
m
µ
hoặc lớn hơn sẽ hoàn toàn lắng
xuống khỏi khí. Tuy nhiên những màng ngăn dùng để lọc những phần tử chất
lỏng nhỏ hơn còn lại trong khí. Khi áp suất làm việc của bình tăng lên sự khác
nhau về tỷ trọng khí và chất lỏng giảm xuống. Vì thế cần phải vận hành bình
tách ở áp suất thấp kết hợp với các phương pháp xử lý ở những điều kiện và
yêu cầu khác nhau.
2.2.1.2. Sự va đập
Nếu dòng khí có chứa những phần tử chất lỏng chuyển động khi va đập
vào thành (bề mặt) thì các phần tử có thể bám vào và ngưng tụ trên bề mặt.
Khi chất lỏng ngưng tụ thành những hạt đủ lớn thì chúng rơi vào khoang chứa
chất lỏng. Nếu hàm lượng chất lỏng trong khí cao hoặc các phần tử lỏng là
nguyên chất, những mặt va đập được lắp đặt để thu hồi dầu dạng sương. Hình
2.1 là hình vẽ của một bộ màng ngăn sử dụng để lặp đi lặp lại sự va đập để
thu hồi dòng chất lỏng trong khí
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
15
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất

Hình 2.1 Thiết bị tách sương
2.2.1.3. Thay đổi hướng dòng chảy
Khi hướng chảy của dòng khí chứa chất lỏng bị thay đổi đột ngột thì
quán tính sẽ làm cho chất lỏng chuyển động theo hướng dòng chảy. Sự tách
sương chất lỏng từ khí sẽ bị ảnh hưởng bởi vì khí nhẹ hơn sẽ dễ dàng thay đổi
hướng dòng chảy và tách khỏi những phần sương chất lỏng. Vì thế chất lỏng
có thể ngưng tụ trên bề mặt hoặc rơi xuống buồng chứa chất lỏng phía duới.
Màng ngăn ở hình 2.1 thể hiện sử dụng phương pháp này.
2.2.1.4. Thay đổi tốc độ dòng chảy
Việc tách chất lỏng và khí bị ảnh hưởng do sự tăng hay giảm tốc độ của
khí một cách đột ngột. Cả hai yếu tố đều sử dụng sự khác nhau về quán tính
của khí và lỏng. Khi giảm vận tốc thì quán tính của chất lỏng sẽ lớn hơn và sẽ
mang nó theo và tách khỏi khí. Chất lỏng sau đó ngưng tụ trên các bề mặt và
chảy vào trong khoang chất lỏng của bình tách. Khi tăng vận tốc của dòng
khí, do có lực quán tính nhỏ cho nên pha khí vượt lên trước và tách khỏi pha
dầu. Hình 2.1 là hình vẽ của một màng ngăn kiểu cánh quạt dùng để thay đổi
vận tốc dòng chảy. Màng ngăn này được dùng trong bình tách đứng hình 2.2
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
16
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Hình 2.2 Bình tách dầu khí dạng đứng
1. Cửa vào thiết bị; 7. Thiết bị điều khiển mức chất lỏng;
2. Bộ chiết sương; 8. Van dầu;
3. Van an toàn; 9. Ống chỉ mức chất lỏng;
4. Van điều khiển bằng áp suất; 10. Hộp bảo vệ phao;
5. Đầu an toàn; 11. Thiết bị tách cơ bản;
6. Áp kế; 12. Đường xả;
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
17

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
2.2.1.5. Dùng lực ly tâm
Nếu dòng khí có mang theo chất lỏng chuyển động theo đường tròn với
vận tốc đủ lớn, lực ly tâm sẽ làm chất lỏng bắn vào thanh bình. Tại đây thì
chất lỏng ngưng tụ thành những hạt chất lỏng có kích thước ngày càng lớn và
cuối cùng chảy xuống khoang chất lỏng phía dưới bình. Phương pháp dùng
lực ly tâm là một trong những phương pháp hiệu quả nhất trong việc tách
sương chất lỏng từ khí. Hiệu quả của bộ màng ngăn này tăng khi tốc độ dòng
khí tăng. Vì vậy với cùng tốc độ dòng chảy vào bình cho trước với bình tách
ly tâm cần kích thứơc nhỏ hơn là đủ.
Hình 2.3 minh hoạ một bình tách 2 pha nằm ngang sử dụng hai giai
đoạn chiết sương, ly tâm để tách sương chất lỏng khỏi khí. Thiết bị gây va
đập cửa vào là một cái phễu với những cánh quạt hình xoắn ốc hướng ra
ngoài truyền một chuyển động xoáy cho chất lưu khi chúng đi vào bình tách.
Những hạt chất lỏng lớn hơn bị bắn vào vỏ của bình và rơi xuống khoang
chứa chất lỏng. Khí chảy vào thiết bị thứ cấp gồm những cánh quạt hình xoắn
ốc hướng vào trong để tăng tốc cho đến 0,7
÷
2,7 m/s ở đầu ra của thiết bị thứ
cấp. Dầu được tách từ thiết bị ly tâm sơ cấp chảy từ khoang trên xuống
khoang dưới qua đường dẫn bên dưới ở bên phải. Khoang dưới của bình tách
được chia thành hai ngăn, chất lỏng được lấy ra từ hai ngăn bằng hai bộ điều
khiển mức chất lỏng và hai van thu hồi dầu.
Bình tách và bình lọc dùng lực ly tâm để thu hồi sương dầu từ khí có
thể xử lý một lượng khí lớn.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
18
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất

Hình 2.3 Bình tách 2 pha sử dụng phương pháp lực ly tâm
1. Cửa vào hỗn hợp;
2. Cửa vào kiểu ly tâm;
3. Thiết bị tách thứ cấp dung lực ly tâm;
4. Đầu nối của van an toàn;
5. Đường khí ra;
6. Ống gom khí;
7. Đường dầu ở bậc thứ cấp;
8. Thiết bị nối với bộ điều khiển mức;
9. Bộ phận tách thứ cấp;
10. Đường ra của chất lỏng;
11. Đường xả;
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
19
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
2.2.1.6. Sự đông kết
Những tấm đệm đông kết được dùng như những phương tiện có hiệu
quả trong việc tách và thu hồi sương dầu từ một dòng khí tự nhiên. Một trong
những công dụng đặc biệt nhất là tách sương chất lỏng từ khí trong hệ thống
vận chuyển và phân phối khí nơi mà lượng chất lỏng trong khí là nhỏ. Những
tấm đông kết thường dùng làm ở dạng vòng, dạng lưới bằng những vật liệu
khác nhau. Chúng sử dụng sự kết hợp giữa va đập, thay đổi hướng, thay đổi
vận tốc và loại bỏ sương chất lỏng từ khí. Những tấm này cung cấp một diện
tích bề mặt lớn lắng đọng sương chất lỏng. Hình 2.4 là lược đồ của một màng
ngăn dạng lưới dùng trong một số bình tách và bình lọc khí. Những gói này
được làm bằng vật liệu giòn nên có thể bị vỡ trong khi di chuyển và lắp đặt vì
vậy chúng được lắp đặt ở nơi sản xuất trước khi đem đến nơi sử dụng. Lưới
đan có thể bị kẹt, tắc nghẽn do sự lắng đọng của parafin và các vật liệu khác
vì thế làm bình tách hoạt động không hiệu quả sau một thời gian sử dụng.

Mặc dù các tấm đông kết hoạt động rất hiệu quả trong việc thu hồi dầu từ khí
nhưng màng ngăn kiểu cánh quạt được sử dung rộng rãi hơn vì chúng có thể
dùng trong nhiều điều kiện khác nhau. Do nhược điểm của các tấm đông kết,
công dụng của chúng chỉ hạn chế trong máy lọc khí và dùng trong hệ thống
phân phối, vận chuyển thu gom khí.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
20
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Hình 2.4 Màng ngăn dạng lưới kiểu ngưng tụ.
1. Đường khí ra;
2. Các lớp đệm;
3. Giọt dầu ngưng tụ;
4. Đường vào của hỗn hợp dầu khí;
5. Đường ra của chất lỏng;
2.2.1.7 Lọc bằng phin lọc
Dùng phin lọc dễ thấm qua rất có hiệu quả trong việc thu hồi dầu từ
khí. Vật liệu có tính thấm lọc sương chất lỏng từ khí có thể sử dụng nguyên lý
của sự va đập, thay đổi hướng dòng chảy và hỗ trợ cho việc tách sương chất
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
21
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
lỏng từ khí, áp suất giảm qua mang ngăn càng thấp càng tốt trong khi hiệu
quả tách tối đa vẫn được duy trì. Tóm lại sự giảm áp suất qua màng ngăn là
lớn nhất nếu ta sử dụng phương pháp phin lọc và nhỏ nhất là phương pháp kết
tụ. Còn những kiểu khác thì thay đổi trong khoảng này.
2.2.2. Các phương pháp tách khí ra khỏi dầu
Do nhiều nguyên nhân khác nhau như đảm bảo chất lượng dầu thô và
lợi ích từ khí tự nhiên cũng không nhỏ. Vì vậy phải tách khí không hoà tan

khỏi dầu trong quá trình xử lý. Các cơ chế để tách khí ra khỏi dầu trong bình
tách là: lắng đọng, khuấy, làm lệch, nung nóng, hoá học và lực ly tâm.
2.2.2.1. Sự lắng đọng
Khí chứa trong dầu thô là khí không hoà tan và thường tách khỏi dầu
khi có đủ thời gian để dầu lắng xuống. Khi tăng thời gian lưu giữ chất lỏng
đòi hỏi phải tăng kích thước của bình hay độ sâu của mực chất lỏng trong
bình tách. Sự tăng độ sâu của mực chất lỏng trong bình tách có thể sẽ không
làm tăng sự tách của khí không hoà tan khỏi dầu bởi vì ‘‘sự chồng chất’’ của
dầu sẽ ngăn cản khí nổi lên trên bề mặt của chất lỏng. Việc tách tối đa của khí
ra khỏi dầu đạt được khi phần chứa dầu trong bình tách là mỏng (tỷ số diện
tích bề mặt và thể tích dầu lớn).
2.2.2.2. Sự khuấy trộn
Phương pháp này rất cần thiết trong việc thu hồi khí không hoà tan bị
giữ lại trong dầu do sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu. Khi có hoạt động
khuấy trong bình thì thời gian để các bọt khí trong dầu tách ra ngắn hơn nhiều
so với không có hoạt động khuấy. Tuy vậy các hoạt động khuấy này cũng
được điều chỉnh ở một mức thích hợp để không xảy ra phản tác dụng. Mặt
khác trong thiết kế và lắp đặt các chi tiết bên trong sao cho hợp lý.
2.2.2.3 Sự đổi hướng
Một thiết bị khử khí ở cửa vào như hình 2.5 có thể lắp đặt ở cửa vào
của bình tách để hỗ trợ trong việc hướng dòng chất lưu đi vào bình tách
không bị khuấy động mạnh và cũng hỗ trợ trong việc tách khí ra khỏi dầu.
Thiết bị này làm cho dầu đi qua nó sẽ tán xạ hay tạo thành lớp mỏng để khí
tách ra khỏi dầu nhanh hơn.Thiết bị này cũng khử sự va đập của chất lỏng ở
tốc độ cao vào thành đối diện của bình tách. Hình 2.5 là hình vẽ của bộ làm
lệch hướng dòng chảy được lắp trong bình tách giữa đầu vào và mức dầu làm
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
22
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất

cho dầu khi chảy từ cửa vào đến khoang dầu luôn ở dạng lớp mỏng .Khi dầu
chảy qua thiết bị này nó được dàn mỏng ra và có xu hướng cuộn tròn làm tăng
hiệu quả làm tan các bọt khí, đặc biệt chúng có hiệu quả trong việc xử lý dầu
có bọt. Bộ làm lệch có đục lỗ được dùng để tách khí không hoà tan trong dầu,
chúng gây nên sự khuấy động nhẹ làm cho khí thoát ra khỏi dầu thô khi dòng
dầu chảy qua.
2.2.2.4 Nung nóng
Nung nóng làm giảm sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu, vì vậy nó hỗ
trợ cho việc thoát khí khỏi dầu dễ dàng hơn. Phương pháp hiệu quả nhất trong
việc nung dầu thô là cho chúng đi qua một thùng nước được nung nóng. Một
cái đĩa làm tán xạ chất lỏng thành dòng hay lớp mỏng sẽ làm tăng ảnh hưởng
của bình nước nóng, dòng dầu đi lên qua bình nuớc nóng sẽ tạo ra sự khuấy
động nhẹ rất cần thiết cho sự kết tụ và tách khí sủi bọt từ trong dầu. Bình
nước nóng cũng làm tăng hiệu quả của việc tách khí ra khỏi dầu thô dạng bọt.
Trên thực tế bình nước nóng không được lắp trong một số bình tách nhưng
nhiệt lượng có thể cung cấp cho dầu bằng những bộ nung nóng bằng lửa ,bộ
trao đổi nhiệt…một cách gián tiếp hay trực tiếp. Những bộ xử lý nhũ tương
cũng được dùng như vậy.
2.2.2.5 Hóa chất
Hoá chất làm giảm sức căng bề mặt của dầu thô và hỗ trợ trong việc
giải phóng khí ra khỏi dầu. Những hoá chất như thế làm giảm đáng kể khuynh
hướng tạo bọt của dầu và vì vậy làm tăng công suất của bình tách khi mà bọt
dầu đã được xử lý.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
23
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
Hình 2.5 Sơ đồ bình tách đứng đặc biệt để tách dầu thô nhiều bọt
1. Đầu vào chất lỏng; 5. Thiết bị dẫn hướng;
2. Bộ chiết sương; 6. Đầu ra chất lỏng;

3. Thiết bị tách cửa vào; 7. Đầu ra của khí;
4. Đĩa làm lệch;
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
24
Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa
chất
2.3 Những khó khăn thường gặp trong quá trình tách dầu khí
2.3.1. Tách dầu thô có bọt
Khi áp suất giảm tới một mức độ nào đó, những bọt khí được bao bọc
bởi một lớp dầu mỏng khi có khí hoà tan trong dầu. Điều này gây nên hiện
tượng bọt, váng hoặc bị tán xạ lơ lửng trong dầu và tạo nên những chất gọi là
bọt dầu. Độ nhớt và sức căng bề mặt của dầu có thể giữ khí trong dầu và gây
tạo bọt trong dầu. Dầu thô sẽ dễ dàng tạo bọt khi:
• Tỷ trọng API <40
0
API
• Nhiệt độ làm việc<160
0
F
• Dầu thô có độ nhớt >53 Cp.
Bọt dầu sẽ làm giảm đáng kể năng suất bình tách bởi vì thời gian lưu
giữ cần thiết để tách hết lượng bọt trong dầu thô càng dài. Dầu chứa bọt
không thể đo chính xác bằng đồng hồ hay bình đo thể tích theo một quy ước
nào đó. Những khó khăn kết hợp với sự tách không hoàn toàn dầu khí để nhấn
mạnh sự cần thiết cho các phương pháp và thiết bị đặc biệt trong xử lý bọt. Có
nhiều kiểu bình đặc biệt để thiết kế xử lý bọt. Sự khuấy nhẹ chất lưu, hỗ trợ
trong việc tách khí khỏi dầu và làm vỡ bọt khi dòng chảy đi qua thiết bị đầu
vào. Những cái đĩa khử bọt được lắp đặt từ cuối đầu vào tới cuối đầu ra của
bình tách, chúng được đặt cách nhau 4 inch tạo thành một hình chóp ở tâm
theo chiều đứng của bình. Những đĩa này được nhúng trong dầu, hỗ trợ cho

việc khuấy khí không hoà tan trong dầu và làm vỡ bọt khí trong dầu. Những
đĩa trên bề mặt phân cách dầu khí thuộc phần chứa khí của bình dùng để lọc
các hạt chất lỏng từ khí và làm vỡ những bọt còn lại trong khoang chứa khí
của bình. Màng ngăn dạng luới dày 6 inch đặt ở cửa ra của khí lọc tiếp phần
sương dầu còn lại trong khí và làm vỡ những bọt dầu còn sót laị trong đó.
Bình tách đứng hình (2.5) được dùng để xử lý bọt dầu thô. Khi dầu chảy
xuống đĩa thì bọt bị biến dạng và vỡ ra. Kiểu này có thể tăng hiệu suất của
bình tách trong xử lý bọt dầu từ 10-15%. Những nhân tố chính trong việc hỗ
trợ làm vỡ những bọt dầu là khuấy, nung nóng, hoá chất và lực ly tâm. Những
nhân tố này cũng được dùng để tách khí sủi bọt trong dầu. Những kiểu bình
tách sử dụng trong việc xử lý bọt dầu thô vừa được cải tiến, chúng được sản
xuất ở nhiều nơi khác nhau và một số bình được thiết kế cho những ứng dụng
riêng.
SV: Vũ Trọng Vĩnh Lớp: Thiết bị dầu khí - K51
25