Bài giảng thu gom, xử lý, vận chuyển, tàng trữ dầu, khí, nước ths nguyễn khắc long

KHOA DẦU KHÍ
BỘ MÔN KHOAN – KHAI THÁC

BÀI GIẢNG

THU GOM, XỬ LÝ, VẬN CHUYỂN, TÀNG TRỮ
DẦU – KHÍ – NƯỚC

ThS Nguyễn Khắc Long
5/7/2013

1


PHẦN 3
CƠ CHẾ VÀ CÔNG NGHỆ - KỸ THUẬT
TÁCH PHA LỎNG - KHÍ

Chương 1: Cơ chế và phương pháp tách pha
Chương 2: Thiết bị tách pha
Chương 3: Tính toán công nghệ thiết bị tách pha.

5/7/2013

2


PHẦN 3
CƠ CHẾ VÀ CÔNG NGHỆ - KỸ THUẬT
TÁCH PHA LỎNG - KHÍ

5/7/2013

3


CHƯƠNG 1
CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA

1. Mục đích tách pha
2.Cơ chế tách
3.Phương pháp tách dầu ra khỏi khí
4.Phương pháp tách khí ra khỏi dầu
5. Khó khăn gặp trong quá trình tách
5/7/2013

4


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
1. Mục đích tách pha

- Thu hồi khí dầu làm nguyên liệu cho công nghiệp hoá hoặc dùng
làm nhiên liệu.
- Giảm xáo trộn của dòng khí - dầu, giảm sức căng kháng thuỷ lực
trên các ống dẫn và hạn chế sự tạo thành nhũ tương.
- Giải phóng các bọt khí đã tách trên đường ống.
- Giảm các va đập áp suất khi tạo trên ống thu gom hỗn hợp dầu - khí
dẫn tới các trạm bơm hoặc trạm xử lý.
- Tách nước khỏi dầu khi khai thác các nhũ tương không ổn định.

5/7/2013

5


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
2. Cơ chế tách
- Cơ sở tách khí khỏi dầu:
Sự giảm áp suất của hỗn hợp
Nguyên tắc cân bằng hoạt nhiệt lỏng – khí
- Cơ chế tạo khí tiếp xúc (flash vaporisation): áp suất trong bơm đầu tiên được nâng
cao hơn điểm bọt, rồi giảm đột ngột từng nấc một, sau đó ghi nhận giá trị thể tích
tương ứng. Tại mỗi nấc áp suất ta không thể phân biệt thể tích khí và dầu mà chỉ có
thể ghi thể tích tổng.
- Cơ chế tạo khí vi sai (vi phân) (differential vaporisation): tách vi sai thường bắt đầu
bởi áp suất điểm bọt vì nếu trên giá trị này thì lại giống với trường hợp tách tiếp xúc.
Khác với tách tiếp xúc, sau mỗi lần giảm áp thì khí được giải phỏng khỏi bình bằng
cách giữ áp suất bơm không đổi. Thể tích dầu được đo trực tiếp sau khi giải phóng
khí.
5/7/2013

6


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
2. Cơ chế tách
- Trong tách tiếp xúc, khi giảm áp từ đầu đến giá trị cuối cùng thì khí không được
tách mà luôn tiếp xúc cân bằng với dầu nên thành phần Hydrocacbon không thay đổi.
- Trong tách vi sai: sau mỗi nấc giảm áp, khí được giải phóng nên thành phần
Hydrocacbon trong bình thay đổi và liên tục giàu thêm các thành phần nặng, còn

trọng lượng trung bình phân tử khí tăng lên.
- Nói chung, tách vi sai cho nhiều dầu hơn là tách tiếp xúc. Trong thực tế, tách tiếp
xúc ứng với tách một bậc. Tách vi sai ứng với tách nhiều bậc

5/7/2013

7


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
2. Cơ chế tách

G

NhiÒu khÝ
Tách khí ra khỏi dầu trong thiết

Ýt láng

bị PVT
1-Tách tiếp xúc;

2-Tách vi sai

NhiÒu láng
Ýt khÝ
p
5/7/2013

P

8


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí
Các phương pháp dùng để tách dầu ra khỏi khí trong bình tách bao gồm:
-Trọng lực
-Va đập (impingement)
- Thay đổi hướng và tốc độ chuyển động dòng hỗn hợp
- Dùng lực ly tâm
- Đông tụ (chiết sương)
- Phương pháp thấm (filtering)

5/7/2013

9


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí
Tách trọng lực:
- Nguyên lý tách dựa vào sự chênh lệch về mật độ.
- Ở điều kiện nhiệt độ áp suất chuẩn (200C, 14,7 Psia), khối lượng riêng của dầu lớn
hơn khí từ 400 ÷ 1600 lần.
- Các hạt lỏng có kích thước khoảng 100μm hay lớn hơn thường được tách ra khỏi
dòng khí trong các bình tách có kích thước trung bình, còn các hạt nhỏ hơn chỉ có thể
tách bằng các thiết bị chiết sương.

5/7/2013

10


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí

Tách va đập:
- Dòng khí có chứa hỗn hợp lỏng đập vào một tấm chắn, chất lỏng sẽ
dính lên bề mặt tấm chắn và chập lại với nhau thành các giọt lớn và
lắng xuống nhờ trọng lực.
- Khi hàm lượng chất lỏng cao hoặc kích thước các hạt bé, để tăng hiệu
quả tách người ta cần tạo ra nhiều va đập nhờ sự bố trí các mặt chặn kế
tiếp nhau.

5/7/2013

11


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí
Thay đổi hướng và vận tốc chuyển động:
- Nguyên tắc: lực quán tính của chất lỏng lớn hơn chất khí.
-Khi dòng khí có mang theo chất lỏng gặp các chướng ngại vật sẽ thay đổi hướng
chuyển động một cách đột ngột
- Tách nhờ thay đổi vận tốc dòng chảy: Là phương pháp thực hiện bằng cách tăng
hay giảm đột ngột vận tốc dòng chảy dựa vào sự khác biệt quán tính hay sự linh động
của dầu và khí.

5/7/2013

12


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí
Sử dụng lực ly tâm:
-Khi dòng hơi chứa lỏng buộc phải chuyển động theo quỹ đạo vòng với tốc độ đủ
lớn, lực ly tâm sẽ đẩy chất lỏng ra xa hơn, bám vào thành bình, chập dính với nhau
thành các giọt lớn và lắng xuống dưới nhờ trọng lực.
- Còn chất khí do có lực ly tâm bé nên sẽ ở phần giữa bình và thoát ra ngoài theo
đường thoát khí.

5/7/2013

13


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí
Đông tụ (chiết sương)
- Các đệm đông tụ là một phương pháp có hiệu quả để tách lỏng ra khỏi khí tự nhiên.
- Ứng dụng: hệ thống vận chuyển và phân phối khí.
-Kết hợp nhiều cơ chế: va đập, thay đổi hướng, thay đổi tốc độ dòng và keo tụ. Hiệu
quả phụ thuộc vào diện tích có thể tập hợp và chập dính các hạt chất lỏng.
-Các thiết bị đông tụ trong bình tách có thể là lưới thép, đĩa hình yên ngựa, Berl, vòng
Rasching… phải có diện tích bề mặt lớn

5/7/2013

14


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí
Thấm (filtering)
-Sử dụng các vật liệu xốp
- Khí qua vật liệu xốp sẽ chịu va đập, thay đổi hướng và tốc độ chuyển động
-Áp dụng: dùng cho các bộ chiết kiểu phin lọc

5/7/2013

15


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
4. Phương pháp tách khí ra khỏi dầu

Các phương pháp dùng để tách khí ra khỏi dầu trong bình tách bao
gồm:
-Các giải pháp cơ học: dao động (agitation), va đập (baffling), lắng
(settling) và lực ly tâm.
- Các giải pháp nhiệt
- Các giải pháp hóa học

5/7/2013

16

CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
4. Phương pháp tách khí ra khỏi dầu

Các giải pháp cơ học:
- Các rung động điều hòa có kiểm soát tác động lên dầu sẽ làm giảm
sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu
- Các tấm chắn: phân tán dầu cho khí dễ dàng thoát ra, trải dầu thành
những lớp mỏng trên đường chảy xuống phần lắng
- Dưới tác dụng của lực ly tâm, dầu nặng hơn nên được giữ lại ở thành
bình còn khí chiếm vị trí phía trong của dòng xoáy lốc

5/7/2013

17


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
4. Phương pháp tách khí ra khỏi dầu
Các giải pháp nhiệt:
-Nhiệt đóng vai trò làm giảm sức căng bề mặt trên các bọt khí và giảm độ nhớt của
dầu, giảm khả năng lưu trữ khí bằng thủy lực
- Cho dầu thô đi qua nước nóng.
- Là phương pháp hiệu quả với dầu bọt
Các giải pháp hóa học:
-Sử dụng hóa phẩm giảm sự tạo bọt và tăng khả năng tách (silicone 1 – 106)- Tác dụng chính của hóa chất là giảm sức căng bề mặt, làm giảm xu hướng tạo bọt
của dầu và do đó tăng khả năng tách khí.

5/7/2013

18


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
5. Khó khăn gặp trong quá trình tách
5.1 Tách dầu bọt:
Dầu thô sẽ dễ dàng tạo bọt khi:
+ Tỷ trọng API < 4000API.
+ Nhiệt độ làm việc < 1600 F.
+ Dầu thô có độ nhớt > 53 Cp.
Bọt dầu sẽ làm giảm đáng kể năng suất của bình tách bởi vì thời gian lưu giữ cần
thiết để tách hết lượng bọt trong dầu thô càng dài.
Những đĩa khử bọt được lắp đặt từ cuối đầu vào đến 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

5/7/2013

19


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
5. Khó khăn gặp trong quá trình tách
5.2 Lắng đọng paraffin
Parafin lắng đọng trong thiết bị tách làm giảm hiệu suất tách của thiết bị và nó có thể
lắng đọng cục bộ trong bình gây cản trở hoạt động của màng chiết.
Để loại trừ ảnh hưởng của Parafin lắng đọng có thể dùng hơi nóng hoặc dung môi
hòa tan hoàn toàn Parafin.
Giải pháp tốt nhất là ngăn cản sự lắng đọng ban đầu của nó bằng nhiệt hay hóa chất.
Một phương pháp khác là phủ bọc bên trong của bình một lớp nhựa

5/7/2013

20


CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA
5. Khó khăn gặp trong quá trình tách
5.3 Cát, Bùn, Cặn khoan, muối và các tạp chất khác
- Những hạt cát vừa với số lượng nhỏ có thể loại bỏ bằng lắng đọng trong bình tách
đứng với một cái phễu dưới đáy và loại bỏ chúng theo định kỳ.
- Muối có thể loại bỏ chúng bằng cách cho thêm nước vào trong dầu và khi muối hòa
tan thì nước được tách khỏi dầu và được xả ra ngoài.
5.4. Chất lỏng ăn mòn:
-Nước, H2S và CO2, đôi khi tạo thành hydrate
-Nước lắng xuống phần dưới của ống làm giảm diện tích chảy của khí và làm rỉ sét
đường ống
- Khí chua: gây rỉ sét khi gặp nước trong đường ống.

5/7/2013

21


CHƯƠNG 2
THIẾT BỊ TÁCH PHA

1. Chức năng và yêu cầu của bình tách
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách của thiết bị
tách pha
3. Hiệu quả làm việc của thiết bị tách pha

4. Tên gọi và phân loại
5. Các giai đoạn tách
6. Các bộ phận của bình tách

5/7/2013

22


CHƯƠNG 2
THIẾT BỊ TÁCH PHA

1. Chức năng và yêu cầu của thiết bị tách pha
1.1. Chức năng của thiết bị tách pha
Thiết bị tách pha là một thuật ngữ dùng để chỉ một bình áp suất sử dụng để tách
chất lưu thu được từ các giếng dầu khí thành các pha khí và lỏng.
1.1.1 Chức năng cơ bản bao gồm tách dầu khỏi khí, tách khí khỏi dầu và tách nước
khỏi dầu
t = 2 - 4 phút, loại 2 pha t =30s – 2 ph, loại 3 pha t =2 -10 ph
1.1.2 Chức năng phụ của bình tách bao gồm duy trì áp suất tối ưu và mức chất
lỏng trong bình tách
1.1.3 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.
5/7/2013

23


CHƯƠNG 2
THIẾT BỊ TÁCH PHA

1. Chức năng và yêu cầu của thiết bị tách pha
1. 2. Yêu cầu đối với thiết bị tách
-

Không để bình tách làm việc với tối đa dung tích của nó và thực hiện đầy đủ các
chức năng, dựa vào các phương pháp và các nguyên tắc đã nêu trên.

-

Kiểm soát nguồn năng lượng vỉa, tạo tốc độ chất lưu phù hợp để pha khí và pha
lỏng ở trạng thái cân bằng, nhằm mục đích tách bằng trọng lực.

-

Tách dầu – khí và loại bỏ các tạp chất trong giai đoạn tách sơ cấp (cơ bản). Đây
là giai đoạn cần được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả.

-

Làm sạch các sản phẩm tách sơ cấp như: khử các hạt lỏng trong khí, tránh tình
trạng tồn tại các nút lỏng.

-

Hạn chế dòng chảy rối trong phần chứa khí để đảm bảo sự ổn định thích hợp.

5/7/2013

24

CHƯƠNG 2
THIẾT BỊ TÁCH PHA

1. Chức năng và yêu cầu của thiết bị tách pha
1. 2. Yêu cầu đối với thiết bị tách
-

Ngăn chặn hiện tượng khí – dầu trộn lẫn vào nhau trở lại.

-

Có các thiết bị tương ứng để điều chỉnh quá trình hồi áp suất và mực chất lỏng
trong bình.

-

Đảm bảo an toàn và hoạt động hiệu quả nhờ các đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ và
mực chất lỏng cung như các van an toàn.

5/7/2013

25