Nghiên cứu giải pháp thu gom vận chuyển hỗn hợp dầu khí bằng đường ống ở khu vực mỏ nam rồng đồi mồi

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐAI HOC MỎ - ĐỈA CHẮT

BÙI SĨ MINH
LÓP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ K50 cọ HÀ NỘI
BÙI SĨ MINH
LỚP: THIẾT BỊ DẦU KHÍ K50 CQ HÀ NỘI

Đô ÁN TÒT NGHIỆP
Đồ ÁN TÓT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THU GOM VẬN CHUYỂN HỒN Hộp DẦU
KHÍ BẰNG ĐƯỜNG ỐNG Ở KHU vực MỎ NAM RỒNG - ĐỒI MỒI
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẢN

ĐỀ TÀI:

GIÁO VIÊN CHẤM

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THU GOM VẬN CHUYỂN HỎN HỢP DẦU
KHÍ BẰNG ĐƯỜNG ỐNG Ở KHU vực MỎ NAM RỒNG - ĐỒI MỒI

THS. NGUYỀN VĂN THỊNH

HÀ NỘI, 6-2010
HÀ NỘI, 6-2010

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu ............................................................................................................. 1
CHƯƠNG

1:

TỐNG

QUAN

VÈ

CÔNG

TÁC

THU

GOM

VẬN

CHUYỂN DẦU KHÍ BẰNG ĐƯỜNG ÓNG ....................................................... 3
1.1 Tình hình khai thác dầu khí hiện nay ở Việt Nam............................. 3
1.2 Sự phát triển đường ống dẫn dầu và khí ở Việt Nam......................... 3

1.3 Tình hình khai thác tại mỏ Nam Rồng - Đồi Mồi............................... 5
1.4 Sơ đồ thu gom dầu khí........................................................................ 8
1.4.1
Yêu cầu, nhiệm vụ................................................... của hệ thống
8
1.4.2
Sơ đồ............................................................................. thu gom hở
8
1.4.3
Sơ đồ............................................................................ thu gom kín
9
1.4.4
Sơ đồthu gom trên.................................................................... biển
10
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THỦY Lực ĐƯỜNG ỐNG VẬN
CHUYẾN HỎN HỢP DẦU KHÍ ........................................................................ 12
2.1 Các cấu trúc của hỗn hợp khí lỏng...................................................... 12
2.1.1...................................................................................................Cấu trúc bọt
.................................................................................................................. 14
2.1.2
Cấu trúc.............................................................................. phân lóp
14
2.1.3
Cấu trúc........................................................................... dạng sóng
14
2.1.4
Cấu trúc.............................................................................. dạng nút
14
2.1.5
Cấu trúc........................................................................ nút phân tán

14
2.1.6
Cấu trúc.................................................................... màng phân tán
16
2.1.7
Cấu trúc........................................................................... nhũ tương
16
2.2 Tính toán thủy lực ống dẫn hỗn họp dầu khí...................................... 18
2.2.1..........................................................................................................Ranh
giới cấu trúc........................................................................................ 18
2.2.2..........................................................................................................Cấu trúc
nút và vành khăn................................................................................ 20
2.2.3..........................................................................................................Cấu trúc
Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

3.2. Giải pháp họp lý đế thu gom vận chuyển hỗn họp dầu khí ở khu
vực mỏ Nam Rồng - Đồi Mồi.................................. 27
3.2.1.
Tính cấp thiết trong việc thu gom hỗn hợp dầu khí ở khu vực
mỏ Nam Rồng - Đồi Mồi......................................... 27
3.2.2.
Các phương án thu gom hồn hợp dầu khí ở khu vực Nam Rồng
- Đồi Mồi................................................................. 28

3.2.2.1...................................................................................................Giai đoạn
trước khi đưa RP-4 vào vận hành................................................... 29
3.2.2.2...................................................................................................Giai đoạn
sau khi đưa RP-4 vào vận hành...................................................... 30
3.2.3......................................................................................................Tính toán
nhiệt thủy lực cho các phương án vận chuyển................................
31
3.2.3.1...................................................................................................Giai đoạn
trước khi đưa RP-4 vào vận hành................................................... 31
3.2.3.2...................................................................................................Giai đoạn
sau khi đưa RP-4 vào vận hành...................................................... 32
3.2.4
Ket luận và kiến nghị cho phần thu gom và vận chuyển sản phẩm 37
CHƯƠNG 4: CÁC sự CÓ THƯỜNG GẶP TRONG QUÁ
TRÌNH
VẶN CHUYỂN DẦU KHÍ VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC39
4.1 Lắng đọng paraíìn............................................................................... 40
4.2 Lắng đọng muối.................................................................................. 44
4.3.Sự hình thành các nút trong ổng dẫn khí.................................. 45
4.4. Han rỉ, ăn mòn đường ống....................................................... 46
CHƯƠNG 5: BẢO VỆ VÀ CHỐNG ĂN MÒN CHO HỆ
THỐNG
ĐƯỜNG ỐNG
5.1. Phân loại ăn mòn....................................................................................... 48
5.1.1...............................................................................................Theo vị trí của
quá trình ăn mòn...................................................................... 48
5.1.2...............................................................................................Theo hình thái
................................................................................................................... 49
5.2. Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn.................................. 55
5.2.1...............................................................................................

Vật
liệu
chống ăn mòn........................................................................... 55
5.2.2...............................................................................................
Lớp phủ
chổng ăn mòn........................................................................... 57

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

MỘT SỐ KÝ HIỆU DÙNG TRONG ĐÒ ẢN
De: đường kính ngoài ống, cm;
ơ: ứng suất theo chu vi ống, kG/cm2;
Pji áp suất trong, kG/cm2;
ô: chiều dày định mức ống, cm;
Frc: Hệ số Froude;
P: hàm lượng khí;
Re: Hằng số Reynold;
S: tiết diện ống, cm2;
va: lưu lượng không khí, m3/s;
Q:

luu

lượng

lưu

chất,

m3/s;

p: khối lượng riêng, kg/m3;
g: gia tốc trọng trường, m/s2;
: Hệ số giãn nở thể tích của dầu khí khi giảm áp suất trong đường ống;

0

Ri! yếu tố khí thực tế;
R2: yếu tố khí hòa tan;
W: hàm lượng nước, phần đơn vị;
p, Po: Áp suất trung bình trong ống và áp suất khí quyển;
T, T0: nhiệt độ trung bình và nhiệt độ điều kiện thường;
Z: hệ số nén của khí;
X: hệ số kháng thủy lực;

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


Ký

hiệu

STT

Tên hình vẽ

Trang

hình vẽ
1

Sơ đồ
Nam Rồng - Đồi Mồi
Đồ
Đồvị
án
ántrí
tốt
tốtmỏ
nghiệp
nghiệp

2

khí
Kc: hệ số ảnh hưởng dầumôi trường
bão hòa khí tới chuyển động tương đối;
16
Sơ đồ một nút lỏng - khí trên tuyến ống nằm
Ky: hệ số kể đến sự ổn định các bọt khí trong chất lỏng;
ngang

3
3
a : hệ số
hòa
tan của
Thông số làm việc của đường
ống
RP-3
=> khí trong26dầu, m /m Pa;

4
5

RP-1 trong năm 2003
29 hòa khí;
nhớt
của
khí và dầu bão
g,jus: độ
Sơ đồ vận chuyến sảnMphâm
khai
thác
của

6

RC-DM thời điếm trước khi đưa RP-4 vào
Pg,ps' mật
độ của RP-1
khí và dầu bão hòa khí;

vận hành RC-DM
->RP-4->
30
Sơ đồ vận chuyến sản phâm khai thác của

7

độđưa
nhớtRP-4
độngvào
học, cP;
RC-DM thời điếm trướcu:khi
vận hành RC-DM ->RP-4->
Dt: đườngRP-3
kính thủy lực;
31
Sơ đồ vận chuyển sản phẩm sau (p:
khihàm
đưa lượng
RP-4 khí thực;
vào vận hành
Sơ đồ nguyên tắc bảo vệ ống bằng Các
Cathod
63
chí số:

8
9
Ký hiệu
STT

bảng

2

Trường
Trường Đại
Đại học
học Mỏ
Mỏ Địa
Địa Chất
Chất

Sơ đồ thu gom hở và kín
9
DANH
DANHMỤC
MỤCXù.
CÁC
CÁC
BẢNG
HÌNH
BIỂU
VẼ
sử
sử
DỤNG
DỤNG
TRONGĐỒ
ĐỒÁN
ÁN

sức cản thủy lực của hỗn
họp;
15TRONG
Phân loại cấu trúc dòng chảy của hỗn họp

3

1

7

Bảng 3.1

Bảng 3.2

g: Khí;

Tên bảng

Trang
1: Chất lỏng;

a: Không khí;
Các thông số vận chuyển theo đường ống

33

RC-DM-> RP-1
o: Tính
kiện khí quyến;

34
Ket quả tính toán nhiệt thủy
lựcvới
cácđiều
phương
h: Tính
hỗn họp;
án vận chuyển sản phấm RC-DM
vềcho
RP-1
(cho đến khi đưa RP-4s:vào
làm
việc)
Tính
cho
dầu bão hòa khí;
Ket quả tính toán nhiệt thủy lực các phương

3

Bảng 3.3

án vận chuyến sản phấm tù' RC-DM đi qua

35

RP-4 về RP-3 (giai đoạn trước khi đưa RP-4
vào làm việc)
Ket quả tính toán nhiệt thủy lực khi vận

4

Bảng 3.4

5

Bảng 5.1

3, RP-2 và UBN-3
Giới hạn nhiệt độ sử dụng của các loại vật liệu

58

6

Bảng 5.2

Be dày tối thiểu của lớp PE

59

chuyển sản phẩm đã tách khí từ RP-4 về RP-

Sinh
Sinh viên:
viên: Bùi
Bùi Sĩ
Sĩ Minh
Minh

36

Lóp:
Lóp: Thiết
Thiết bị
bị dầu
dầu khí
khí K50
K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

LỜI NÓI ĐẦU
Ngành dầu khí Việt Nam tuy còn non trẻ, với hơn 30 năm xây dựng và
phát triển nhưng đã sớm khẳng định vị trí của nó trong nền kinh tế quốc dân,
cho tới nay dầu khí vẫn luôn được coi là ngành kinh tế mũi nhọn. Tuy nhiên
dầu khí Việt Nam chủ yếu là khai thác ngoài khơi, tập trung ở vùng thềm lục
địa phía Nam Việt Nam, độ sâu nước biến không lớn và trải dài trên diện tích
rộng. Hiện nay nguồn dầu khí khai thác tại các mỏ đang giảm dần, Tập Đoàn
dầu khí Quốc gia Việt Nam vẫn đang tiếp tục tìm kiếm, thăm dò và phát hiện
các mỏ mới.
Những năm gần đây các mỏ mới phát hiện có trữ lượng không lớn,
chính vì vậy mà việc khai thác sao cho có hiệu quả rất quan trọng. Việc khai
thác, vận chuyển dầu khí luôn thu hút khá nhiều các công trình nghiên cứu.
Vừa qua mỏ Nam Rồng - Đồi Mồi đã được đưa vào khai thác và mới hoàn
thành giai đoạn khơi dòng sản phấm, việc nghiên cún giải pháp thu gom vận
chuyển hợp lý tại đây sẽ giúp tiết kiệm được rất nhiều chi phí đầu tư về khai

thác, vận chuyến cũng như chi phí nhân lực. Chính vì vậy mà em đã chọn đề
tài tổt nghiệp: “Nghiên cứu giải pháp thu gom, vận chuyên hon hợp dầu khí
bằng đường ong ở khu vực Mỏ Nam Rồng - Đồi Mồi”. Đồ án được chia
thành 5 chương:
Chương 1: Tổng quan về công tác thu gom vận chuyển dầu khí bằng
đường ống.
Chương 2: Tính toán thủy lực đường ống vận chuyến hỗn hợp dầu khí.
Chương 3: Giải pháp thu gom vận chuyến hồn họp dầu khí khu vực mỏ
Nam Rồng - Đồi Mồi.
Chương 4: Các sự cố thường gặp trong quá trình vận chuyển dầu khí và
biện pháp khắc phục.
Chương 5: Bảo vệ và chống ăn mòn cho hệ thống đường ống.
Đe hoàn thành đồ án này em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-

1

-

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

Mặc dù em đã cố gắng tìm hiểu cũng như nghiên cứu các tài liệu có

liên quan để xây dựng đồ án, nhưng do kinh nghiệm còn thiếu và trình độ còn
hạn chế, nên đồ án này chắc chắn còn nhiều thiếu sót, em rất mong nhận được
sự quan tâm góp ý của tất cả các thầy và các bạn đế sau này khi tiếp xúc với
môi trường công việc có thể giải quyết các vấn đề được tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 02 tháng 6 năm 2010

sv
Bùi Sĩ Minh

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

2

-

-

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

CHUÔNG 1
TỐNG QUAN VÈ CÔNG TÁC
THU GOM VẶN CHUYỂN DẦU KHÍ BẰNG ĐƯỜNG ỐNG
1.1 Tình hình khai thác dầu khí hiện nay ỏ’ Việt Nam
Hơn 30 năm trước, ngày 3/9/1975, Chính phủ ban hành nghị định số

170/CP thành lập Tổng cục Dầu mỏ và Khí đốt Việt Nam, tiền thân của Tập
Đoàn dầu khí Quốc gia Việt Nam ngày nay. Một năm sau ngày thành lập,
ngày 25/7/1976, ngành dầu khí đã phát hiện nguồn khí thiên nhiên đầu tiên tại
giếng khoan số 61 ở Vùng Trũng Sông Hồng, 5 năm sau vào tháng 6 năm
1981, dòng khí công nghiệp ở mỏ khí Tiền Hải đã được khai thác đế đưa vào
phục vụ sản xuất; và 10 năm sau ngày thành lập, ngày 26/6/1986 Xí nghiệp
liên doanh dầu khí Việt - Xô đã khai thác tấn dầu đầu tiên tù’ mở Bạch Hố, ghi
nhận một mốc dấu quan trọng - Việt Nam đã có tên trong danh sách các nước
khai thác và xuất khẩu dầu thô trên thế giới, khẳng định một tương lai phát
triến đầy hứa hẹn cho ngành công nghiệp dầu khí đất nước. Ke tù' đó cho đến
nay, toàn ngành dầu khí đã khai thác được 205 triệu tấn dầu thô và hơn 30 tỷ
mét khối khí, mang lại doanh thu trên 40 tỉ USD, nộp ngân sách nhà nước gần
25 tỉ USD, tạo dựng nguồn vốn chủ sở hữu trên 80 nghìn tỷ đồng. Trong đó xí
nghiệp Liên doanh dầu khí Việt - Xô khai thác được 80% tống lượng dầu khai
thác của toàn ngành.
Hiện nay việc tìm kiếm thăm dò và chia lô đánh giá trữ’ lượng đang
được tiến hành trên toàn bộ thềm lục địa Việt Nam. Trong thời gian tới, ngành
dầu khí Việt Nam phấn đấu xây dựng và phát triến đế trở thành ngành kinh tế
kỹ thuật quan trọng, đồng bộ bao gồm: tìm kiếm, thăm dò, khai thác, vận
chuyển, chế biến, tàng trữ, phân phối, dịch vụ và xuất nhập khẩu. Xây dựng
tập đoàn dầu khí vững mạng, kinh doanh đa ngành trong nước và quốc tế.
1.2 Sự phát triến đường ống dẫn dầu và khí ở Việt Nam
Hệ thống đường ống dẫn dầu và khí ở Việt Nam dù mới được phát triển
nhưng đã có những thành tựu đáng kể. Ban đầu chỉ là xây dựng các tuyến
ống dẫn dầu khí trong nội bộ mở Bạch Hố, sau này đã xây dựng các tuyến

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-3

-

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

Ống dẫn dầu, khí nối các mỏ Rồng, Rạng Đông với mỏ Bạch Hố và các
tuyến đường ống dẫn khí vào bờ phục vụ cho nhu cầu năng lượng trong bờ.
Năm 1998 mỏ Bạch Hố có một hệ thống đường ống bao gồm :
+ 20 tuyến ống dẫn dầu với tổng chiều dài 60,7 km.
+ 10 tuyến ống dẫn khí với tống chiều dài 24,8 km.
+ 18 tuyến ống Gaslift với tống chiều dài 28,81 km.
+ 17 tuyến ống dẫn nước ép vỉa với tống chiều dài 19,35 km.
+ 11 tuyến ống dẫn hồn hợp dầu khí với tống chiều dài 19,35 km.
Năm 2001 tại mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng Xí nghiệp Liên doanh (XNLD)
đã xây dựng 93 tuyến ống ngầm các loại với tổng chiều dài gần 260km. Hiện
tại XNLD đã thiết kế, xây dựng thành công tuyến ống dẫn dầu bọc cách nhiệt
từ CTP2 đến UBN-4, đảm bảo tổn thất nhiệt trong quá trình vận chuyến là rất
thấp (vận chuyến 14000T/ngày trong đường ống <I>426

X

16mm trên quãng

đường dài gần 6km, nhiệt độ của dầu ở đầu vào đường ống là 50°c, ở đầu
cuối đường ống là 48°C) khoảng 2°c, trong khi đó nếu không bọc cách nhiệt
thì tốn thất nhiệt trên tuyến ống nêu trên sẽ là khoảng 24°c. Hiện nay XNLD

đã thiết kế, xây dựng xong và đưa vào sử dụng đường ống dẫn khí Rạng Đông
- Bạch Hổ, với chiều dài trên 46km được cấp chứng chỉ quốc tế.
Một số tuyến ống dẫn khí vào bờ đâ xây dựng thành công và đang đưa vào
hoạt động, thực hiện nhiệm vụ cung cấp khí đồng hành và khí tự nhiên (khí
không đi kèm cùng với dầu thô) cho các nhu cầu sản xuất điện, đạm và khí
đốt phục vụ đời sổng :
+ Tuyến đường ống dẫn Bạch Hố - Phú Mỹ dài gần 150km dẫn khí tù’ giàn
nén khí trung tâm ở mở Bạch Hô về bờ, đi qua trạm chế biến khí Dinh cố,
nhà máy điện Bà Rịa, đến trung tâm phân phối khí Phú Mỹ. Đây là tuyến ống
dẫn khí đầu tiên của Việt Nam tù’ biến vào bờ nằm trong dự án đường ống dẫn
khí Bạch Hổ - Thủ Đức.

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-

4

-

Lớp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

PM3 thuộc khu vực khai thác chung Việt Nam - Malaysia, mỏ Cái Nước vào
bờ cung cấp khí cho Tổ hợp Điện - Đạm Cà Mau.
+ Đường ống dẫn khí tù' mỏ Lan Tây - Lan ĐỞ ở bế Nam Côn Sơn vào bờ,

được công ty BP của Anh thiết kế, xây dựng với chiều dài gần 400km đường
ống ngầm dưới biến. Đây là đường ống hai pha có khả năng vận chuyến cả
khí lẫn chất lỏng ngưng tụ, đường ống được xây dựng với công suất thiết kế
là 7 tỷ m3khí/năm. Cho đến nay dự án khí Nam Côn Sơn đã đưa vào hoạt
động. Đối với công trình đường ổng dẫn khí trên bờ và dưới nước được hoàn
thành và đấu nối tại Long Hải vào tháng 6/2002. Điểm cuối của đường ống là
nhà máy xử lý khí Dinh cố với cồng suất hiện nay là 13,2 triệu m3/ ngày.
1.3. Tình hình khai thác tại mỏ Nam Rồng - Đồi Mồi
Đồi Mồi và Nam Rồng là 2 mỏ có diện tích chồng lấn, trong đó Đồi
Mồi thuộc lô 09-3, do Công ty Liên doanh điều hành Việt - Nga - Nhật (VRJ)
phát hiện vào năm 2004, nằm liền kề lô 09-1 mỏ Bạch Hổ và Rồng của Liên
doanh dầu khí VietSovpetro.
Mỏ Rồng và Bạch Hố của Liên doanh Vietsovpetro đã khai thác hơn 28
năm, hiện nay sản lượng dầu khai thác đang giảm dần. Hiện tại ở mỏ Rồng,
các thiết bị máy móc được đầu tư chưa sử dụng hết công suất theo như thiết
kế. Để tận dụng nguồn năng lực sản xuất, tiết kiệm tối đa chi phí phải bỏ ra
mà vẫn đảm bảo khai thác một cách hiệu quả nhất, VRJ và Vietsovpetro đã
chủ trương hợp nhất mỏ. Chủ trương kết nối mỏ Đồi Mồi trên lô 09-3 vào hệ
thống khai thác liên hoàn của Việt - Xô và lấy tên là “Nam Rồng - Đồi Mồi”
là một chủ trương đúng đắn. Ngày 8/12/2006, các bên đã ký kết thỏa thuận
tiền hợp nhất mỏ. Tiếp sau đó là tiến hành các thỏa thuận như: Thỏa thuận
phát triển chung, điều hành chung, vận hành mỏ, đo đạc và phân chia sản
phẩm, thỏa thuận bốc dầu, đánh giá trữ lượng, nghiên cứu thiết kế khai thác
thử và xây dựng công trình mỏ...
Ngay sau khi ký kết thỏa thuận tiền hợp nhất mở, ngày 8/1/2008, tổ họp
các bên tham gia triến khai lập dự án khai thác sớm, lên phương án, kế hoạch,
tiến hành thiết kế, chế tạo, lắp đặt....Việt - Xô đã tiến hành xây dựng 2 giàn
khoan khai thác RC-4 và RC-DM, cải hoán giàn RP-1, xây dựng lắp đặt hệ
thống đường ống ngầm, mua sắm, lắp đặt hệ thống công nghệ thượng tầng,
Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-5

-

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

khoan và hoàn thiện 10 giếng khai thác. Với kinh nghiệm 30 năm trong ngành
dầu khí, Việt - Xô đã hoàn thành toàn bộ khối lượng công việc lớn này trong
thời gian 15 tháng.
Đầu năm nay (2010), cùng với giếng khoan Đồi Mồi - 2X của VRJ,
3 giếng của Việt - Xô cũng hoàn thành theo đúng cam kết. Cột mốc là vào
ngày 26/1/2010, dòng sản phâm khai thác thương mại từ mỏ hợp nhất được
công nhận. Điều đáng mừng là sản lượng dầu tại đây rất lớn so với các mỏ
của Việt - Xô đang khai thác. Ket quả này cho thấy, mô hình hợp tác mới mô hình họp nhất, phát triển và điều hành chung mỏ đã tở ra rất hiệu quả và
đã được đánh giá rất cao. Nó tận dụng được tất cả năng lực sản xuất của Việt Xô, tù' con người, đến cơ sở vật chất thiết bị. Như vậy, chủ đầu tư không phải
bở tiền đầu tư các công trình tách lọc dầu, vận chuyến dầu, nên sẽ tiết kiệm
rất lớn về mặt kinh tế.
Hiện nay sản lượng dầu đang được khai thác tại mỏ Nam Rồng - Đồi
Mồi đạt hơn 700 tấn/ngày đêm. Trong tháng 3 năm 2010, khoảng 100.000
thùng dầu thương phẩm của phần quyền lợi khối 09-3 xuất cho nhà máy lọc
dầu Dung Quất. Trong tương lai gần, các bên sẽ tăng sản lượng bằng cách lần
lượt đưa các giếng tiếp theo vào khai thác.
Mô hình hợp nhất đầu tiên đạt hiệu quả, giúp Việt - Xô mạnh dạn trong
việc hoạch định chiến lược phát triến sản xuất kinh doanh trong tương lai.

Đặc biệt có the nhân rộng mô hình hợp nhất trên cơ sở hợp tác với các nhà
thầu dầu khí đang hoạt động vùng lân cận 2 mỏ Bạch Hố và mỏ Rồng của
Việt - Xô. Theo đó Việt - Xô sẽ ưu tiên kết nối mỏ Bạch Hổ và Rồng với tất
cả những mỏ lân cận, nhằm tận dụng tối đa công trình trên Bạch Hố đã được
xây dựng, cũng như năng lực kinh nghiệm của Việt - Xô.

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-

6

-

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

-

7

-

Lóp: Thiết bị dầu khí K50

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

1.4. Sơ đồ thu gom dầu khí
1.4.1.
Yêu cầu, nhiệm vụ của hệ thống.
*

Nhiệm vụ:

Hệ thống thu gom dầu khí có các nhiệm vụ:
•

Tập hợp sản phẩm từ tất cả các giếng riêng rẽ, từ các khu vực trong
mỏ lại với nhau.

•

Đo lường chính xác về số lượng và chất lượng của các thành phần
trong sản phẩm khai thác theo những mục đích khác nhau.

•

Xử lý chất lưu khai thác thành các sản phẩm thương mại.

Việc phân chia các sơ đồ thu gom thường căn cứ vào áp suất làm việc
của thiết bị đo tách tại các trạm khu vực, được phân chia ra hệ thống kín, hệ

thống hở; căn cứ vào đặc điểm địa hình: trên đất liền, ngoài biển, địa hình
phẳng hoặc dốc, căn cứ vào tính chất hóa lý của dầu như dầu nặng nhẹ, dầu
nhiều paraffín, dầu nhiều lưu huỳnh... Khi thiết kế một hệ thống thu gom cần
phải căn cứ vào yếu tố tụ' nhiên và khả năng kỹ thuật, bao gồm: khả năng mặt
bằng, địa hình của mỏ, khí hậu của vùng, năng lượng vỉa (áp suất, nhiệt độ),
tính chất hóa lý của chất lưu. về phương diện kỹ thuật phải căn cứ vào
nguyên tắc, sơ đồ hệ thống đã lựa chọn, các phương pháp tác động vào vỉa và
giá trị áp suất miệng giếng khi khai thác.
1.4.2.
*

So’ đồ thu gom hỏ’

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:
Trong sơ đồ hở (hình 1.2,a), áp suất của thiết bị tách đo có giá trị thấp,

gần xấp xỉ với giá trị áp suất khí quyển. Tại đó thực hiện quá trình tách khí
sâu, mức độ tách cao. Sơ đồ này được sử dụng phổ biến cho các thiết kế cách
đây 3 đến 4 thập kỷ. Sau khi tách, dầu và khí đi theo các tuyến ống riêng biệt
cho nên thường gọi là sơ đồ hai tuyến ống thu gom. Khí sau khi tách với áp
suất dư 3-5kG/cm2 còn có thể tiếp tục chảy đến trạm xử lý. Còn dầu muốn tự
chảy được phải tạo cho tuyến ống một độ dốc nào đó nên thông thường thiết
bị tách được bố trí cao hơn mặt bằng tự nhiên, song phổ biến nhất là phải lắp
trạm bơm đẩy.

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

Lóp: Thiết bị dầu khí K50

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

Sơ đồ thu gom hở có un việt là việc đo luờng cho các giếng chính xác
vì áp suất thấp, giá trị dao động nhỏ, mặt khác giá trị áp suất miệng giếng bé
nên có thế kéo dài khả năng tụ’ phun, giảm đuợc chi phí năng lượng khi khai
thác cơ học (gaslift, bơm). Ngoài ra, do giá trị áp lực thấp nên mức độ an toàn
khi vận hành cao.

Hình 1.2 Sơ đồ thu gom hở và kín
ỉ. Miệng giếng khai thác 4. Đường gom khỉ,
7. Đường xả một phần khí,
2.

Ỏng xả,

5. Đường gom dầu,

3.

Thiết bị tách đo, 6. Đường gom hon họp.

8. Mảy bơm,

Tuy vậy, trong thời gian gần đây, ở các mỏ hiện đại, các sơ đồ này
không còn được sử dụng do các hạn ché lớn. Trước hết chi phí đầu tư cao, do
phải đầu tư hai tuyến ống riêng biệt, do phải trang bị thêm các trạm bơm, việc
vận hành phải sử dụng nhiều nhân lực. Khi dùng sơ đồ này, sự hao hụt dầu
tương đối cao tù’ 3-5% do sự bay hơi thành phần nhẹ vào trong khí quyển.

1.4.3.

So’ đồ thu gom kín.

* Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:
Trong sơ đồ kín (hình 1.2 b, c), áp suất của bình tách đo tại các trạm có
giá trị lớn, khí sau khi được tách đế thực hiện việc đo lường, phần lớn hoặc

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

9

-

-

Lớp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

toàn bộ được gộp lại với dầu và chảy cùng một ống gom còn gọi là so đồ một
tuyến ống. Trong ống gom, dòng chảy là dòng hai pha khí - lỏng.
Các thiết kế trong thời gian gần đây đều hướng theo sơ đồ kín vì có một
số ưu thế nhất định sau:
*

Ưu điểm:

- Dòng chảy trong ống gom gồm hai pha khí lỏng, tốc độ lớn và tốc độ

sẽ tăng dần theo chiều dài tuyến ống, giảm sự lắng đọng của vật liệu cơ học.
Đặc biệt với dầu có nhiều paraíĩn, hồn họp lỏng khí hạn chế sự kết tinh và
cùng với tốc độ lớn sẽ góp phần ngăn ngừa sự lắng đọng, giảm nguy cơ tắc
nghẽn đường ống.
- Giảm kinh phí đầu tư và vận hành nhờ tiết kiệm được kim loại, giảm
được số lượng nhân lực vận hành, giảm được công suất bơm đấy.
- Sơ đồ cho phép tăng khả năng tự động hóa.
*

Nhược điểm:
- Đo lường không chính xác do áp lực bình tách đo cao và khó loại trừ

các va đập áp suất.
- Đòi hỏi áp lực miệng giếng cao nên sẽ giảm thời gian tự' phun và khi
chuyển qua khai thác cơ học sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.
- Có the xảy ra rò rỉ qua các đầu mối, van...
- Các dao động áp suất với biên độ lớn có thể làm đứt đường ống, làm
mất tác dụng các thiết bị đo - kiểm tra, chất lượng tách khí của thiết bị tách sẽ
xấu đi và có thế làm gián đoạn sự làm việc ở các giếng tự phun. Khi thiết bị
tách làm việc kém dẫn tới hàm lượng khí ở các trạm chứa thương mại cao, có
thể gây ra các sự cố nghiêm trọng như cháy, nổ, ngộ độc.
1.4.4.

So’ đồ thu gom trên biển.

Bắt đầu từ những năm 70 của thế kỷ trước, tỷ lệ dầu được khai thác từ
các thềm lục địa ngày càng gia tăng. Phần lớn các quốc gia ở Đông Nam Á,
sản lượng khai thác ngoài biển là chủ yếu. Riêng nước ta hiện nay, tỷ lệ này là

100%. Dầu sản xuất ngoài biển đắt hơn trên đất liền do phải xây dựng một hệ

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-

10

-

Lớp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

thống thu gom tốn kém. Các sơ đồ được lựa chọn tùy thuộc vào cự ly so với
đất liền và chiều sâu nước biển.
Với các mỏ gần bờ, người ta xây dựng các giàn nhẹ đế thi công 4-6
giếng, các giàn này nối với bờ bằng các cầu vượt bằng thép hoặc bê tông, vừa
là đường giao thông, vừa đế lắp đặt các ống xả. Hỗn họp theo các ống xả vào
đất liền. Các trạm tách đo, xử lý đều bố trí trên bờ.
Với các mỏ xa bờ, trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển, độ
ngậm nước còn thấp thì dầu đã tách khí có thể được chở về đất liền đế xử lý.
Khi việc phát triển mỏ đã bước qua giai đoạn ốn định thì tất cả mọi công đoạn
thu gom, xử lý đều phải tiến hành ngoài biển. Dầu thương mại đưa vào bờ
bằng tàu chở dầu hoặc đường ống, còn khí vận chuyển nhờ đường ống là chủ
yếu, nếu dùng tàu thì khí phải hóa lỏng.
Điều kiện biến nông, các trạm thu gom khu vục là các giàn cố định, tất

cả các đầu giếng đều bố trí trên giàn, cao hơn mặt nước biến. Neu biến nông
(20-3Om), khí tượng không phức tạp, mật độ giếng cao thì các đường ống
gom sẽ được lắp trên các cầu dẫn nối liền các giàn với nhau. Ớ điều kiện
ngược lại thì hệ thống ống thu gom sẽ bố trí dưới đáy biến.
Trong sơ đồ thu gom với đầu giếng ngầm, khi chiều sâu nước biển vượt
90-100m, việc xây dựng các trạm thu gom kiểu giàn cố định là không kinh tế
mà phải dùng các giàn nối, các đầu giếng bố trí ngầm trong nước, các ổng xả
và thu gom là các ống mềm. Tùy theo chiều sâu, các đầu giếng được lắp ngay
trên đáy biên hoặc ở một độ sâu nào đó thợ lặn có thê tới được đê an toàn cho
đầu giếng, các phương tiện vận tải biển vận hành an toàn.
Neu các giếng xa nhau thì các đầu giếng sẽ bố trí độc lập, còn nếu
miệng giếng gần nhau thì gộp lại thành các cụm đầu giếng. Mồi đầu giếng
thông thường được nối với hai ống mềm: một ống khai thác và một ống tuần
hoàn. Sản phẩm từ miệng giếng theo ống mềm về giàn khai thác cũng là các
trạm thu gom khu vực. Trong quá trình phát triển mỏ, trạm thu gom dầu có
thế đơn giản kiếu giàn nhẹ, nhưng khi mỏ đã đi vào hoạt động ốn định thì
thường thay bằng các giàn nổi có cấu trúc theo kiểu bán chìm. Dầu sau khi
được xử lý theo các đường ống mềm qua hệ thống neo nổi và dẫn đến các tàu
chứa.
Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-

11

-

Lóp: Thiết bị dầu khí K50

Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

CHUÔNG 2
TÍNH TOÁN THỦY LỤC
ĐƯỜNG ỐNG VẶN CHUYỂN HỎN HỢP DẦU KHÍ

Trong công nghiệp khai thác dầu khí hiện đại, hệ thống thu gom kín
một đuờng ống là chủ yếu, trong đó vận chuyến chất lỏng hai pha lỏng - khí
(dầu - khí) và có thể là ba pha (nước- dầu- khí). Do sự sắp xếp tương quan
giữa pha lỏng và pha khí khi chuyến động tạo ra hình dáng cấu trúc khác nhau
giữa chất lỏng hai pha hoặc ba pha nên việc tính toán trở nên phức tạp.
Ảnh hưởng quyết định đến cấu trúc chuyến động của hệ thống là tương
tác giữa các pha. Trong chất lỏng do xuất hiện các lực căng bề mặt giữa các
pha cho nên ta không thế mô tả chế độ chảy bằng các khái niệm thông thường
(dòng hoặc rối) như dòng một pha. Mặt khác, sự khó khăn trong việc tính toán
thủy lực của dòng khí - lỏng còn do sự chuyển động tương đối của pha, tạo ra
tốc độ tương đối. Tốc độ này phụ thuộc trước hết vào sự khác biệt về tính chất
vật lý như độ nhớt, mật độ, sức căng bề mặt của các pha. Ngoài ra, còn phụ
thuộc vào tương quan hàm lượng khí - lỏng, đường kính ống và độ nghiêng
của tuyến ổng so với phương nằm ngang.
Sự thay đối tốc độ tương đối của mật độ, độ nhớt, sức căng bề mặt,
hàm lượng chất lưu trong tiết diện ngang theo chiều dài tuyến ống làm cho
thủy động của hỗn hợp khí - lỏng có đặc tính rất phức tạp, khác với chất lỏng
một pha.
Khi tốc độ của hỗn hợp thấp, trọng lực chi phối nhiều đến cấu trúc, giá
trị tốc độ và mạch đập áp suất. Tốc độ tương đối ảnh hưởng đến cấu trúc dòng
chảy, còn cấu trúc lại chi phối tốn thất áp lực.
2.1. Các cấu trúc của hỗn họp khí - lỏng

Việc nghiên cứu dòng chảy không khí - nước hoặc hơi nước trong ống
thủy tinh nằm ngang, nghiêng hoặc lên, xuống cho phép phân chia các kiểu
cấu trúc đa dạng tùy theo tính chất vật lý của chất lưu, theo đường kính, góc
nghiêng của ống. Tuy vậy các dạng cấu trúc được xác định bởi hai thông số

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-

12

-

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

Cơ bản được gọi là các chỉ tiêu không thứ nguyên đó là hệ số Froude và hàm
lượng thể tích khí |3.
Chỉ số Froude :

(2.1)

Hàm lượng khí:
K
K+
Q

Vh là tổc độ trung bình của hỗn hợp

(2.2)

p=

vh =

Vq + Q , .

s’

g là gia tốc trọng trường;
D là đường kính ống;
s là tiết diện ống;
Va,Qi tương ứng là lun lượng không khí và chất lỏng.
Khi vận chuyển hỗn hợp dầu khí theo đường ổng, giá trị p được tính theo
p=

E
P.T
1 + o __ o_________

/?,-í,'(l-W).T.Po.Z
Với E0 : hệ số giãn nở thế tích của dầu khí khi giảm áp suất trong đường ống;
RI,R2: tương ứng yếu tố khí thực tế và khí hòa tan;
W: hàm lượng nước, phần đơn vị;
p ,P0: áp suất trung bình trong ống và áp suất khí quyến;
T, T0: nhiệt độ trung bình và nhiệt độ điều kiện thường °K;
Z: hệ số nén của khí.

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-

13

-

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

Hiện tại có nhiều biểu đồ phân chia cấu trúc dòng hỗn hợp, hình 2.1 là
sự phân chia theo Frc và p.
2.1.1.

Cấu trúc bọt

Khi hàm lượng khí thấp, các bọt khí riêng biệt phân tán ở phần trên của
tiết diện ống ngang, kích thước các bọt đều nhau chuyến động với tốc độ chất
lỏng hoặc bé hơn, chế độ chảy không có va đập áp suất. Khi tăng tốc độ hỗn
hợp, cấu trúc dòng chảy vẫn bảo toàn.
2.1.2.

Cấu trúc phân lóp

Khi tăng hàm lượng khí và tốc độ tăng ít, số F rc trong khoảng 0,5 -ỉ- 9,
các bọt khí dính nhau thành bọt lớn và sau đó pha khí trở nên liên tục thành
dòng phân lóp. cấu trúc được bảo toàn cho tới p ~ 0,98 và F rc= 9. Đặc điểm
của dòng này là tốc độ hai pha khác nhau và không có mạch đập. cấu trúc này
chỉ xuất hiện trong ống ngang (tốc độ khí cao hơn lỏng) và ống dốc xuống
(tốc độ lỏng cao hơn khí).
2.1.3.

Cấu trúc dạng sóng

Khi giữ nguyên hàm lượng khí và tăng tốc độ, trên mặt phân lóp sẽ
xuất hiện sóng, đỉnh song chưa chạm tới thành ống. Dòng chảy có va đập biên
độ nhỏ và tần số cao. cấu trúc đạt được khi p và F rc có giá trị cao cũng như
giá trị thấp.
2.1.4.

Cấu trúc dạng nút

Khi tăng đồng thời p và Vh thì cấu trúc bọt sẽ chuyến sang cấu trúc nút.
Các nút khí được phân cách bởi các lóp chất lỏng. Khi tiếp tục tăng p và Vh
kích thước nút khí sẽ tăng lên còn kích thước lớp chất lỏng sẽ giảm. Biên độ
mạch đập ban đầu tăng và sau đó sẽ giảm xuống.
2.1.5.

Cấu trúc nút phân tán

Tiếp tục tăng p nút sẽ chuyến thành sóng, trong đó có chứa các bọt khí.
Dòng chảy không đều, gián đoạn và các tích tụ khí hợp lại, mạch đập đạt tới
giá trị cực đại. Khi tăng Vh chiều cao sóng sẽ giảm, số lượng chất lỏng trong
khí tăng lên, hàm lượng phân bố đều hơn trong tiết diện và va đập áp suất sẽ

giảm.

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-

14

-

Lớp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

12
o —p —73 -■"» A

—

-—--------------

o — o ___o ___o ___c

o- - o__o __o,__ o__

________

3

4

/

Hình 2.1 : Phân loại cấu trúc dòng chảy của hỗn hợp dầu- khí
1. Câu trúc bọt; 2. Câu trúc phân lớp; 3. Câu trúc dạng sóng; 4. Câu trúc
dạng nút; 5. cấu trúc nút phân tán; 6. cấu trúc màng phân tán; 7. cấu trúc
nhũ tương;

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

- 15

-

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

2.1.6.

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

Cấu trúc màng phân tán

Khi tốc độ chuyển động lớn, số Frc đạt 90 -í- 900 và hàm lượng khí cao
0,9 -ỉ- 0,98 dòng sẽ hình thành cấu trúc màng phân tán. Chất lỏng được phân

tán thành giọt nhỏ cùng chuyến động trong dòng khí, phần còn lại dạng màng
mỏng bám vào thành ống, phần dưới dày hơn phần trên, cho nên còn gọi là
cấu trúc vành khăn. Khi tăng F rc số lượng chất lỏng và mức độ phân tán của
chúng tăng lên. Với Frc cao, thực tế toàn bộ chất lỏng biến thành bụi. cấu trúc
này hoàn toàn không có mạch đập.
2.1.7.

Cấu trúc nhũ tuơng

Với Frc trung bình cỡ 25 -ỉ- 100 và tăng dần p, cấu trúc bọt sẽ chuyển
thành cấu trúc nhũ gồm nhiều bọt khí và đuợc bao bởi các màng chất lỏng.
Các bọt khí phân bố đều trong tiết diện. Dòng chảy có va đập biên độ thấp,
tần số cao.
Trong số bảy cấu trúc được nêu trên thì cấu trúc dòng chảy dạng nút
vừa phổ biến, vừa phức tạp. Vì vậy cấu trúc dòng chảy dạng nút luôn được
quan tâm nghiên cứu kỹ luỡng nhất.

Hình 2.2: Sơ đồ một nút lỏng - khí trên tuyến ổng nằm ngang
1- Lớp lỏng; 2 - nút khí; 3 và 5 - ranh giới vũng xoáy của tuyến sau và tuyến
trước; 4 và 6 - các vòng xoáy của tuyến sau và tuyến trước; 7 và 9 - tuyến
trước và tuyến sau của nút lỏng,8 - nút lỏng; 10 - đường chuyên động của các
phần tử chất lỏng ngoài vòng xoáy; 11 - ranh giới khí - lỏng; 12 - thành ổng.

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-

16

-

Lớp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

Hình 2.2 mô tả một lớp lỏng - khí chuyển động dọc đường ống tù' trái
qua phải với vận tốc Ư. Dễ dàng nhận thấy rằng chuyển động của các nút
trong chất lỏng, lóp khí trên phần lớn chiều dài ống là cùng chiều dòng chảy.
Nhung ở đoạn đầu và đoạn cuối của nút lỏng xuất hiện những tuyến ngắn
(tuyến trước và tuyến sau) của nút, ở đó có dòng chảy rất phức tạp. Trạng thái
của các tuyến đó xác định sự tồn tại của dòng chảy nút cũng như đặc điếm của
nó.
Dòng chảy dạng nút có thế hình dung như là kết quả của tương tác qua
lại giữa các nhân tố, thành phần của lớp khí, lỏng. Trong ống dẫn nằm ngang
nút lỏng di chuyến dưới sự tác động của chênh lệch áp suất trong các nút khí
kế cận và lực ma sát trên thành ổng sẽ cản lại sự chuyến động đó. Chất lỏng
tách ra tù' các tuyến được chuyến qua tuyến trước vào nút lỏng rồi chảy qua
tuyến sau.
Tại tuyến sau, chất lỏng không phân bố đều theo tiết diện mà tạo thành
một lớp chất lỏng và nút khí. Nút lỏng chuyển động về phía trước, để lại một
lóp chất lỏng sau tuyến sau và trên lớp lỏng là nút khí.
Tại tuyến trước, cấu trúc tuyến tương tự' như bước nhảy thủy lực, phần
trước nó gồm có vùng chất lỏng chảy tới (dòng trung chuyến) và vùng chảy
ngược, ở tuyến trước chất lỏng tạo nên dòng trung chuyến chảy từ lóp lỏng
vào nút lỏng, vùng chảy ngược gồm những mạch xoáy theo trục ngang vuông
góc với trục ống dẫn. Mỗi vòng xoáy chiếm cả chiều cao dòng chảy trên dòng
trung tuyến. Tất cả vòng xoáy quay theo một hướng và xoáy vào lóp chất

lỏng.
Cấu trúc dòng chảy còn phụ thuộc vào góc nghiêng. Trong các đường
ống thẳng đứng và dốc ngược, ta chỉ gặp ba cấu trúc cơ bản là bọt, nút khí và
vành khăn sau khi giá trị áp suất trở nên thấp hơn áp suất bão hòa.
Các đường ống dốc thoải độ dốc đến 11° và nằm ngang ta có thể gặp
các cấu trúc bọt (1), phân lớp (2), sóng (3), nút (4,5) và vành khăn (6). Như
vậy cấu trúc phân lớp và sóng ta chỉ gặp ỏ' ổng nằm ngang và dốc xuống. Ớ
các ống nằm ngang tốc độ khí cao hơn tốc độ lỏng, còn ở ống dốc xuống thì
ngược lại, tốc độ khí thấp hơn do chất lỏng nặng hơn.
Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-

17

-

Lớp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

Ngoài việc sử dụng biếu đồ, trong thực tế các dạng cấu trúc dòng hỗn
hợp có thể quan sát một cách trực giác qua biên độ và tần số dao động áp suất
ghi nhận qua đồng hồ áp suất và đồng hồ dao động lắp trên tuyến ống. Neu
ống lắp đặt trên mặt đất ta có thế phân biệt qua theo dõi sự rung và nghe các
mạch áp theo thành ống. Chẳng hạn biên độ lớn với tần số bé thế hiện cấu trúc
phân tán, biên độ trung bình thế hiện cấu trúc nút và biên độ bé cho thấy dòng

chảy có cấu trúc sóng và nhũ tuơng.
2.2. Tính toán thủy ỉực ống dẫn hỗn họp dầu khí
Từ các cấu trúc đã mô tả, chúng ta có thế rút ra các cấu trúc có thế qui
về chất lỏng một pha.
Với dòng có cấu trúc dạng bọt có hàm luợng khí thấp, chuyến động
chậm, bọt khí và chất lỏng chuyển động cùng một tốc độ nên khi tính toán
thường chấp nhận như môi trường lỏng đon pha. Nghĩa là ở cấu trúc này, chất
lưu chuyển động theo ống như chất lỏng đơn pha.
Còn với cấu trúc vành khăn (màng phân tán) đặc trung bởi hàm lượng
khí cao, tốc độ chuyển động lớn, ta thường gặp khi vận chuyển khí tự nhiên ở
các mở khí ngưng tụ hoặc xảy ra khi vận chuyến khí dầu còn nhiều thành
phần nặng như butan, propan. Nói chung cấu trúc này ít gặp ở các mỏ dầu.
2.2.1.

Ranh giới các cấu trúc

Ngoại trừ cấu trúc bọt, khi tính toán người ta chia các cấu trúc ra ba
cấp: nút, phân lớp và màng phân tán. Do chế độ phân lóp chỉ có trong ống
ngang và ống xuống có độ nghiêng bé nên thường phải phân biệt ranh giới
chuyến tiếp từ phân lóp qua nút. Ta có thế trục tiếp quan sát từ các ống thủy
tinh và xử lý các số liệu thực nghiệm khi xây dựng các đường cong theo hệ
tọa độ /F , và J3 đặc trưng cho sự tương quan giữa các số Froude.

(2.4)
Từ đó ta có đường cong phân chia hai vùng cấu trúc phân lớp và nút
của dòng chảy, đường cong này được biểu thị bằng một phương trình thực
nghiệm như sau:

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

-

18

-

Lóp: Thiết bị dầu khí K50


2AH

/AX'sD
F

-

và p
Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

F>

2 sin ớ

0,2

-0.25

p

Ẳ

Các số liệu thực nghiệm với hồn hợp không khí - nước cho thấy khi
Frc > F*r dòng có cấu trúc nút, khi Frc< F*r sẽ có cấu trúc phân lớp và sóng.
Ớ đây 0 là góc nghiêng của ống so với phương ngang;

Ẳ=

X là hệ số kháng thủy lực, xác định theo các công thức:
(2.6)
2 sin OgD
2Ẩ2
- -1------

= 0,067.

RD
V|! tốc độ chày không áp cùa chất lòng trong ống xuôi do trọng lực;

V, =

(2.8)

Ẫ

AH: tổn hao ma sát trên chiều dài AV;
K3: Độ nhám tương đương, e/D;
X cũng có thể tính theo hệ số Rc theo phương pháp tính lặp gần đúng.
Với ổng dốc ngược và thẳng đứng sẽ tồn tại ranh giới giữa chảy nút và

màng phân tán. Ranh giới thu được bằng kết quả thực nghiệm cho hỗn hợp
không khí - nước và dầu - không khí rồi xây dựng đường cong theo hệ tọa độ:

£L
w,_
ps
Với wc là tiêu chuẩn Weber;
pnpg: mật độ lỏng, khí;
w_ =
D (p,-p,)g
là sức căng bề mặt hệ thống lỏng - khí, N/m;

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

- 19

-

Lớp: Thiết bị dầu khí K50


Đồ án tốt nghiệp

Trường Đại học Mỏ Địa Chất

Từ các chất lỏng khác nhau ta thu đuợc các đường cong ranh giới khác

2.2.2.

Cấu trúc nút và vành khăn

Thường dùng các phương trình cơ bản để mô tả chuyển động như sau:
ầP

K=Ằh^-\Pf±ầZ-g-Pr

(2-10)

Với ±AZ là tống đại số sự chênh lệch địa hình trên tuyến;
: mật độ của hỗn họp theo hàm lượng thế tích và hàm lượng khí;
pp = p(\-p)+prP
Và pv = p(\- (?) +

prẹ

(2.11)
(2.12)

xh là sức cản thủy lực của hỗn họp;
xh = V|fX ;
Với V|/ là hệ số sức kháng thủy lực kế đến sự chuyển động tương đối
giữa các pha.
Với ống dốc xuôi:
y,

=

1-0,25/7^' ~PS\F:0S
P,Xy

Với ổng nằm ngang và dốc ngược:
¥, = 1 + 0,25

~ PÍ\TJL F:«s
Pe K>

Với Kc là hệ số ảnh hưởng môi trường bão hòa khí tới chuyến động
tương đổi;
/

c\0,5

Ara} là hệ số hòa tan của khí trong dầu, m3/m3Pa;
Ky là hệ số kế đến sự ốn định các bọt khí trong chất long;

Sinh viên: Bùi Sĩ Minh

20-

-

Lớp: Thiết bị dầu khí K50