THIẾT KẾ QUY TRÌNH XỬ LÝ MỎ KHÍ – CONDENSATE SƯ TỬ TRẮNG VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC &CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ
ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu
trưởng Trường Đại học BR-VT)
Họ và tên sinh viên:

PHẠM NHẬT MINH

Ngày sinh:

MSSV

: 12030226 Lớp: DH12HD

Địa chỉ
E-mail

: 951 – Bình Giã – Thành phố Vũng Tàu
:

18/05/1994

Trình độ đào tạo: Đại học
Hệ đào tạo : Chính quy
Ngành
: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
Chuyên ngành: Hóa Dầu

1. Tên đề tài: THIẾT KẾ QUY TRÌNH XỬ LÝ MỎ KHÍ – CONDENSATE
SƯ TỬ TRẮNG VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH.
2. Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
ThS. Nguyễn Văn Toàn
3. Ngày giao đề tài: 9/3/2016
4. Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 13/06/2016
Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 13 tháng 06 năm 2016
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)

SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đồ án tốt nghiệp của riêng tôi với sự hướng dẫn của
PGS. TS Nguyễn Văn Thông và ThS. Nguyễn Văn Toàn. Nội dung trình bày trong
đồ án này là hoàn toàn trung thực, chưa từng công bố ở bất cứ hình thức nào. Các
số liệu, bảng biểu, nội dung được trình bày trong đồ án này có trích dẫn nguồn tài
liệu tham khảo.
Nếu phát hiện bất cứ nội dung gian lận nào trong đồ án, tôi xin chịu trách
nhiệm hoàn toàn.

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể giảng viên khoa Hóa học và
Công nghệ thực phẩm Trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu đã hỗ trợ và tạo điều kiện
để tôi có thể hoàn thành đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn PGS. TS Nguyễn Văn Thông, ThS. Nguyễn Văn Toàn
đã hướng dẫn, đóng góp ý kiến để hoàn thành đồ án này.
Cảm ơn Công Ty Tham Dò và Khai Thác Dầu Khí Cửu Long JOC đã tạo điều
kiện cho tôi có cơ hội được làm đồ án tại Công ty.
Tôi cũng bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến ThS. Phạm Nguyễn Khánh Duy
đã tận tình giúp đỡ và chỉ dẫn trong suốt thời gian làm đồ án.
Cảm ơn Chú Phạm Văn Hoanh – người đã tạo môi trường, điều kiện tốt nhất
để tôi thực hiện Đồ án này.
Cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên và đóng góp những ý kiến để giúp
tôi hoàn thành đồ án này.
Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Phạm Nhật Minh


MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................................ i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, TÊN TIẾNG ANH ..................................................... iii
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................... xi
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... xiii
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
Chương 1 ......................................................................................................................... 2
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .......................................................................................... 2
1.1 Sơ lược mỏ Sư Tử Trắng ....................................................................................... 2
1.1.1 Giới thiệu chung về mỏ Sư Tử Trắng .............................................................. 2
1.1.2 Đặc điểm thành phần dòng khí – condensate mỏ Sư Tử Trắng ....................... 3

1.2 Giới thiệu về dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1 .......................... 7
1.3 Tìm hiểu các cụm quy trình xử lý chính trong Dự án ........................................... 8
1.3.1 Cụm đầu giếng và thiết bị thu gom .................................................................. 8
1.3.2 Thiết bị đo sản lượng giếng .............................................................................. 9
1.3.3 Cụm thiết bị phân tách dầu – khí.................................................................... 10
1.3.4 Cụm thiết bị nén ............................................................................................. 10
1.3.5 Cụm bơm ép ................................................................................................... 11
1.3.6 Hệ thống cung cấp nhiên liệu ......................................................................... 11
1.3.7 Hệ thống nước làm mát .................................................................................. 12
1.3.8 Hệ thống đốt, xả ............................................................................................. 13
1.3.9 Hệ thống thu gom lỏng ................................................................................... 13
1.3.10 Khu nhà ở .................................................................................................... 14
1.4 Cơ sở lý thuyết các thiết bị sử dụng trong dầu khí ............................................. 14
1.4.1 Bình tách ......................................................................................................... 14
1.4.2 Van ................................................................................................................. 31

i


1.4.3 Đường ống ...................................................................................................... 42
1.4.4 Máy nén .......................................................................................................... 55
1.5 Giới thiệu về mô phỏng trong dầu khí ................................................................. 77
1.5.1 Khái niệm về mô phỏng và ứng dụng ............................................................ 77
1.5.2 Các phần mềm mô phỏng hiện nay ................................................................ 78
1.5.3 Giới thiệu phần mềm mô phỏng Hysys .......................................................... 78
1.5.4 Giới thiệu phần mềm mô phỏng Pipesim ....................................................... 79
Chương 2 ....................................................................................................................... 80
THIẾT KẾ QUY TRÌNH XỬ LÝ MỎ KHÍ – CONDENSATE SƯ TỬ TRẮNG....... 80
2.1 Mục đích thiết kế ................................................................................................. 80
2.2 Thiết kế quy trình ................................................................................................. 80

Chương 3 ....................................................................................................................... 84
TÍNH TOÁN QUY TRÌNH .......................................................................................... 84
3.1 Tính toán cân bằng thủy lực ................................................................................ 84
3.2 Tính toán cân bằng vật chất, năng lượng ............................................................. 85
3.3 Tính toán thiết bị .................................................................................................. 86
3.3.1 Tính toán bình tách ......................................................................................... 86
3.3.2 Tính toán van .................................................................................................. 90
3.3.3 Tính toán máy nén .......................................................................................... 92
3.3.4 Tính toán đường ống ...................................................................................... 94
3.3.5 Tính toán giá trị áp suất và nhiệt độ thiết kế và lựa chọn chênh áp qua
từng thiết bị trong quy trình xử lý ........................................................................... 99
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 100
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 103

ii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, TÊN TIẾNG ANH
Tên Viết

Nghĩa Tiếng Việt

Tên Tiếng Anh

Tắt
JOC

Joint Operating Company

Công ty Liên Doanh Điều Hành

CPP

Central Process Platform

Giàn xử lý trung tâm

WHP-C

Well Head Platform-Su Tu Trang

Giàn đầu giếng Sư Tử Trắng

MMSCFD

Million Standard Cubic Per Day

C9+
Ps-C*
STBPD

ST-LQ
CGF
LTPTP

STV
MPFM

ngày

Cấu tử từ Nonan trở lên

Pseudo-Hydrocarbon

Cấu tử giả
Thùng dầu đo ở điều kiện tiêu

Standard Barrel Per Day

chuẩn
Tên giếng tại mỏ Sư Tử Trắng

ST-1P, 2P, 3P, 4P, 5P, 6P
ST-PIP

Triệu feet khối tiêu chuẩn mỗi

Su Tu Trang Production and
Reinjection Platform

Giàn sản xuất và nén khí

Su Tu Trang Living Quarter

Khu nhà ở

Central Gas Facility

Khu xử lý khí trung tâm

Long Term Production Testing Phase

Giai đoạn thử nghiệm và sản
xuất

Choke

Van tiết lưu đầu giếng

Manifold

Cụm ống

Check Valve

Van một chiều

Isolation Valve

Van cô lập

Su Tu Vang

Giàn Sư Tử Vàng

Multiphase Flow Meter

Thiết bị đo lưu lượng nhiều pha

Test Separator

Thiết bị đo sản lượng đầu giếng

Production Separator

Thiết bị tách đầu giếng

Suction Scrubber

Thiết bị tách đầu hút

Suction Cooler

Thiết bị làm mát đầu hút

iii


Interstage Cooler

Thiết bị làm mát trung gian

Interstage Scrubber

Thiết bị tách trung gian
Hệ thống cung cấp khí nhiên

Fuel Gas System

liệu

Diesel System

Hệ thống cung cấp dầu diezel

Back up Generator

Hệ thống bổ sung

Transfer Pump

Bơm tiếp vận

Workboat

Tàu chứa nhiên liệu

Fuel Gas Pre-Cooler

Thiết bị tiền làm mát

Fuel Gas Scrubber

Thiết bị tách lỏng

Fuel Gas Filter

Thiết bị lọc

Fuel Gas Superheater

Thiết bị quá nhiệt

Condensate Pump

Thiết bị bơm condensate

Gas Turbine Generator

Máy phát điện

Fresh Water

Nước làm mát

Cooling Water Expansion Vessel

Bình giãn nở sau khi nước làm
mát đã trao đổi nhiệt

Cooling Water System Chemical

Thiết bị bơm chất xử lý cho

Dosing Pump

nước làm mát

Cooling Water Circulation Pumps

Thiết bị bơm tuần hoàn

Sea Water/Cooling Water Exchanger

Thiết bị trao đổi nhiệt với nước
biển

Flare

Hệ thống đốt, xả

Amostpheric Ventilation

Thiết bị thông khí ra môi trường

Blowdown

Thiết bị xả khí

Topside

Thiết bị trên bề mặt

Closed Drain Vessel

Bình thu gom lỏng

Closed Drain System

Hệ thống thu gom lỏng kín

Level Alarm High

Báo động mực chất lỏng ở mức

iv


cao
HP Flare

GOR

High Pressure Flare

Hệ thống xả cao áp

Closed Drain Header

Cụm thu hồi lỏng

Open Drain System

Hệ thống thu gom lỏng mở

Platform

Giàn xử lý

Open Drain Tank

Bình thu gom lỏng mở

Separator

Bình tách

Gravity Settling

Lắng trọng lực

Centrifugal Force

Lực ly tâm

Coalescing

Kết khối

Gravity

Trọng lực

Drag

Lực kéo

Particulates

Vi hạt

Terminal Velocity

Vận tốc tới hạn

Gas Oil Ratio

Tỉ số Khí/Dầu

Primary Separation Section

Bộ phận tách thứ cấp

Inlet Diverter

Thiết bị chuyển dòng chảy

Secondary Separation Section

Bộ phận tách sơ cấp

Internal Bafflers

Bộ chuyển hướng dòng chảy

Liquid Separation Section

Bộ phận chứa chất lỏng

Vortex Breaker

Bộ phận ngăn cản dòng xoáy

Mist Eliminator Section

Bộ phận khử (chiết) sương
Bộ phận khử (chiết) sương dạng

Mesh Mist Eliminator

lưới
Bộ phận khử (chiết) sương dạng

Vane Mish Eliminator

cánh
Bộ phận khử (chiết) sương dạng

Cyclonic Mist Eliminator

cyclon
Đệm

Pad

v


ASME

Process Control

Điều khiển quá trình

Relief Devices

Thiết bị giảm áp

Pressure Protective Devices

Hệ thống bảo vệ áp suất

American Society of Mechanical
Engineers

Hiệp hội kĩ sư cơ khí Hoa Kì

Relief Valve

Van xả áp

High Pressure Separator

Bình tách áp suất cao

Intermediate Pressure Separator

Bình tách áp suất trung bình

Low Pressure Separator

Bình tách áp suất thấp

Horizontal Separator

Bình tách nằm ngang

Vertical Separator

Bình tách trụ đứng

Spherical Separator

Bình tách hình cầu

Allowable Horizontal Velocity

Vận tốc cho phép pha hơi

Inlet

Đầu vào

Outlet

Đầu ra

HLL

High Liquid Level

Mực chất lỏng ở mức cao

NLL

Normal Liquid Level

Mực chất lỏng ở mức ổn định

LLL

Low Liquid Level

Mực chất lỏng ở mức thấp

Downstream Facilities

Các thiết bị xử lý hạ lưu

Surge Time

Thời gian Surge

Holdup Time

Thời gian Holdup

Surge Volume

Thể tích phần Surge

Holdup Volume

Thể tích phần Holdup

Nominal Diameter

Đường kính danh nghĩa

Gate Valve

Van cổng

Globle Valve

Van cầu

Plug Valve

Van nút

Butterfly Valve

Van bướm

Ball Valve

Van bi

DN

vi


Check Valve

Van kiểm tra

Pressure Relief Valve

Van an toàn

Control Valve

Van điều khiển

Throttling Valve

Van tiết lưu

Actuator

Bộ phận dẫn động

Control Loop

Vòng điều khiển

Sensing Element

Bộ phận cảm biến

Controller

Bộ phận điều khiển

Set Point

Giá trị cài đặt

TT

Temparature Transmitter

PT

Pressure Transmitter

FT

Flow Transmitter

Bộ phận chuyển tín hiệu nhiệt
độ
Bộ phận chuyển tín hiệu áp suất
Bộ phận chuyển tín hiệu lưu
lượng

Body Valve

Thân Van

Bonnet Assembly

Nắp đậy Van

Flow Coefficient

Hệ số dòng chảy

Valve Travel (Valve Lift)

Hành trình Van

Equal Percentage

Đặc tính tuyến tính

Linear

Đặc tính cân bằng

Quick-Opening

Đặc tính mở nhanh

Disk

Đĩa

Valve Plug

Chốt Van

Seat

Đế Van

Piping Geometry Factor

Hệ số hình dạng ống

Vena Contracta

Vị trí hẹp nhất trong Van

IPS

Iron Pipe Size

Tiêu chuẩn của đường ống

XS

Extra Strong

CV

Phân loại khoảng áp suất của
đường ống

vii


XH

Extra Heavy

NPS

Nominal Pipe Size

SCH

Schedule

ISO

CS
GPR

Phân loại khoảng áp suất của
đường ống
Kích thước đường ống danh
nghĩa
Phân loại bề dày đường ống

International Organization for
Standardization
Metric

Hệ đơn vị mét

Outside Diameter

Đường kính ngoài

Kinematic Viscosity

Độ nhớt động học

Dynamic Viscosity

Độ nhớt tuyệt đối

Laminar

Dòng chảy tầng

Turbulent

Dòng chảy rối

Critical

Dòng chảy quá độ

Friction Factor

Hệ số ma sát

Carbon Steel

Thép carbon

Glassfiber Reinforced Polyester

Polyester lõi thủy tinh

PVC

API
GPSA

Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế

Polyetylen
Equivalent Pipe Lengths

Độ dài ống tương đương

Tee

Cái T

Reducer

Ống chuyển tiếp

Elbow

Khuỷu ống, ống nối

American Petroleum Institute

Viện dầu mỏ Hoa Kì

Gas Processors Suppliers Association Tên sách
Suction

Đầu hút máy nén (bơm)

Discharge

Đầu đẩy máy nén (bơm)

Positive-Displacement Compressor

Máy nén thể tích

Dynamic Compressor

Máy nén động

Ejector

Bơm phun tia

viii

rpm

Impeller

Cánh quay

Reciprocating Compressor

Máy nén piston

Centrifugal Compressor

Máy nén ly tâm

Diffuser

Bộ phận phân tán

Revolutions per minute

Số vòng quay trên phút

Single Stage

Một bậc nén

Multistage

Đa bậc nén

Single-acting

Tác động đơn

Doube-acting

Tác động kép

Driver

Bộ phận dẫn động

Steam Piston

Piston hơi nước

Steam Turbine

Tuabin hơi nước

Gas Engines

Động cơ khí

Diesel Engines

Động cơ Diesel

Automatic start-stop control

Điều khiển đóng-mở
Điều khiển tốc độ tại một giá trị

Constant-speed control

không đổi
Đường đặc tính

Characteristic Curve
FIC

Bộ phận hiển thị và điều khiển

Flow Indicator Controller

lưu lượng

Adiabatic (Isotropic)

Quá trình đoạn nhiệt

Polytropic

Quá trình đa biến

Isothermal

Quá trình đẳng nhiệt

Inter Cooler

Thiết bị làm mát trung gian

Overall Efficiency

Hiệu suất toàn phần

Volumetric Efficiency

Hiệu suất nạp

Barrel Per Day

Thùng mỗi ngày

BCPD

Barrel Condensate Per Day

Thùng condensate mỗi ngày

BWPD

Barrel Water Per Day

Thùng nước mỗi ngày

BPD

ix


Phần trăm nước có trong hỗn

Watercut

hợp lỏng

OGR

Oil Gas Ratio

Tỉ số dầu/khí

GLR

Gas Liquid Ratio

Tỉ số khí/lỏng

LGR

Liquid Gas Ratio

Tỉ số lỏng/khí

WGR

Water Gas Ratio

Tỉ số nước/khí

x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Các thông số dòng vào từ giếng ST-2P mỏ Sư Tử Trắng ...........................3
Bảng 1.2 Thành phần cấu tử mẫu khí sau khi qua thiết bị đo sản lượng giếng (Test
Separator) giếng ST-2P ...............................................................................................3
Bảng 1.3 Thành phần các cấu tử mẫu condensate sau khi qua thiết bị kiểm tra đầu
giếng ............................................................................................................................5
Bảng 1.4 Tên các loại bình tách ................................................................................15
Bảng 1.5 Lựa chọn hệ số K thông qua kích thước đường ống..................................18
Bảng 1.6 Ưu và nhược điểm của bình tách đứng và bình tách nằm ngang ..............24
Bảng 1.7 Hệ số K phân loại theo áp suất vận hành của tháp ....................................25
Bảng 1.8 Hệ số K phân loại theo thiết bị chiết sương..............................................25
Bảng 1.9 Tỉ số L/D tham khảo dựa vào khoảng áp suất hoạt động ..........................30
Bảng 1.10 Các bộ phận trong Van điều khiển ..........................................................37
Bảng 1.11 Lựa chọn tính chất với đặc điểm của quy trình .......................................39
Bảng 1.12 Các giá trị N trong tính toán thiết kế Van chất lỏng ................................40
Bảng 1.13 Các giá trị N trong tính toán thiết kế Van chất khí ..................................41
Bảng 1.14 Phân loại đường ống theo khoảng áp suất danh nghĩa ............................45
Bảng 1.15 Giá trị độ nhám ứng với từng loại vật liệu ..............................................50
Bảng 1.16 Phân loại máy nén ....................................................................................57
Bảng 1.17 Hệ số chuyển đổi năng lượng ứng với mỗi đơn vị ..................................72
Bảng 1.18 Hiệu suất của từng loại máy nén..............................................................72
Bảng 1.19 Đơn vị của năng suất nén ứng với hằng số khí ........................................73
Bảng 1.20 So sánh giữa máy nén piston và ly tâm ...................................................76
Bảng 2.1 Thông số để thiết kế cho hệ thống .............................................................80

Bảng 2.2 Các thiết bị trong hệ thống xử lý ...............................................................81
Bảng 3.1 Tính chất dòng sản phẩm tại điều khiện chuẩn .........................................84
Bảng 3.2 Thông số vận hành tại giàn xử lý trung tâm STV .....................................84
Bảng 3.3 Thông số đường ống Pipeline từ giàn PIP về giàn xử lý trung tâm STV ..85

xi


Bảng 3.4 Các thông số dòng vào bình tách cao áp ...................................................86
Bảng 3.5 Mối liên hệ giữa đường kính và chiều cao mực HLLL................................88
Bảng 3.6 Bảng chuyển đổi giữa diện tích bề mặt và chiều cao mực chất lỏng trong
hình trụ ......................................................................................................................89
Bảng 3.7 Các thông số tính toán cho Van cho chất lỏng ..........................................90
Bảng 3.8 Các thông số tính toán cho Van cho chất khí ............................................91
Bảng 3.9 Các thông số tính toán cho máy nén ..........................................................92
Bảng 3.10 Thông số được tính toán cho bậc nén thứ hai ..........................................94
Bảng 3.11 Các thông số để tính toán đường ống pha khí và pha lỏng .....................95
Bảng 3.12 Các thông số để tính toán đường ống hai pha .........................................97
Bảng 3.13 Kết quả tính toán cho bình tách cao áp ..................................................101
Bảng 3.14 Kết quả tính toán cho máy nén ..............................................................101
Bảng 3.15 Kết quả tính toán cho Van .....................................................................101
Bảng 3.16 Kết quả tính toán cho đường ống...........................................................101

xii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Bản đồ vị trí Lô 15.1 ....................................................................................2
Hình 1.2 Bình tách nằm ngang ..................................................................................22
Hình 1.3 Bình tách trụ đứng ......................................................................................23

Hình 1.4 Bình tách hình cầu ......................................................................................23
Hình 1.5 Các mức chất lỏng chính có trong bình tách ..............................................27
Hình 1.6 Các bộ phận chính của Van........................................................................32
Hình 1.7 Cấu tạo của Van cổng ................................................................................33
Hình 1.8 Mô hình một vòng điều khiển cơ bản ........................................................34
Hình 1.9 Liên kết giữa 2 bộ phận chính của Van điều khiển ....................................35
Hình 1.10 Các bộ phận chi tiết trong Van điều khiển ...............................................36
Hình 1.11 Các loại đặc tính của Van ........................................................................38
Hình 1.12 Mối liên hệ giữa hệ số ma sát, chuẩn số Reynolds và độ nhám...............49
Hình 1.13 Mối liên hệ giữa phần thể tích chất lỏng và hệ số tỷ số ma sát................55
Hình 1.14 Đặc trưng của các loại máy nén khác nhau ..............................................58
Hình 1.15 Cấu tạo một máy nén piston tác động đơn 2 cấp nén ..............................60
Hình 1.16 Máy nén piston ba bậc nén tác động đơn .................................................60
Hình 1.17 Máy nén piston 2 bậc tác động kép ..........................................................61
Hình 1.18 Chu kì làm việc của máy nén pistông ......................................................61
Hình 1.19 Các bước nén trong máy nén pistong .......................................................63
Hình 1.20 Khoảng lưu lượng ứng với hiệu suất nén trong máy nén ly tâm .............65
Hình 1.21 Áp suất và vận tốc khi đi qua máy nén ly tâm .........................................65
Hình 1.22 Mô hình máy nén ly tâm gồm 2 thiết bị làm mát trung gian ...................66
Hình 1.23 Mắt của bộ cánh quay trong máy nén ly tâm ...........................................67
Hình 1.24 Tính chất điển hình đường cong của máy nén ly tâm ..............................68
Hình 1.25 So sánh đường đặc tính các loại máy nén ................................................68
Hình 1.26 Điều khiển hiện tượng Surge trong máy nén ...........................................69
Hình 1.27 Điều khiển hiện tượng Choke trong máy nén ..........................................69
Hình 1.28 Đường cong thể hiển các quá trình nén ...................................................71
Hình 1.29 Mối liên hệ giữa hiệu suất nén đa biến và đoạn nhiệt ..............................75

xiii

Hình 3.1 Sự thay đổi áp suất và nhiệt độ ứng với khoảng cách trong đường ống ....85
Hình 3.2 Mối liên hệ giữa phần thể tích chất lỏng và tỷ số hệ số ma sát..................99

xiv


Đồ Án Tốt Nghiệp

Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

MỞ ĐẦU
Trong thời gian gần đây, với sự biến động đầy phức tạp của giá dầu thô trên
thế giới do nguồn cung ngày càng nhiều đến từ các quốc gia sản xuất dầu mỏ lớn
như Nga, Ả Rập Xê Út, Iran,…và đặc biệt là Mỹ – một quốc gia gần đây đã ứng
dụng thành công công nghệ khai thác dầu khí đá phiến, đã gây không ít ảnh hưởng
đến nguồn thu ngân sách của các quốc gia có nền kinh tế phụ thuộc vào dầu mỏ,
trong đó có Việt Nam. Nhưng không vì thế mà các dự án khai thác dầu khí đã được
triển khai từ trước phải dừng tiến độ thực hiện. Dự án phát triển mỏ Sư Tử Trắng
Giai Đoạn 1 là một trong những dự án đang được tiến hành trong tình cảnh giá dầu
thô đầy biến động này.
Việc bắt đầu khai thác vào tháng 9/2012 với kế hoạch thử nghiệm mỏ trong
giai đoạn dài, cũng như cung cấp các thông tin về vỉa để phát triển toàn mỏ trong
thời gian tới, do hiện nay chưa đánh giá được chính xác trữ lượng dầu – khí của mỏ,
trong khi đó vẫn đảm bảo lượng xuất khẩu dầu – khí về bờ là mục đích của dự án.
Trong quá trình thực tập và có điều kiện được tìm hiểu dự án này, đề tài tốt
nghiệp “THIẾT KẾ QUY TRÌNH XỬ LÝ MỎ KHÍ – CONDENSATE SƯ TỬ
TRẮNG VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH” được thực hiện nhằm đạt được các
mục đích sau đây:
1. Tìm hiểu về mỏ Sư Tử Trắng và Dự án phát triển toàn mỏ Giai đoạn 1.
2. Tìm hiểu các cụm xử lý và thiết bị chính trong dự án.

3. Sử dụng công cụ mô phỏng Hysys và phần mềm Pipesim để tính toán cân
vật chất, cân bằng năng lượng trong quá trình thiết kế quy trình công nghệ.
4. Xây dựng quy trình công nghệ chính cho dự án.
5. Tính toán, thiết kế các thiết bị chính trong quy trình sản xuất.

GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
ThS. Nguyễn Văn Toàn

1

SVTH: Phạm Nhật Minh


Đồ Án Tốt Nghiệp

Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

Chương 1
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1 Sơ lược mỏ Sư Tử Trắng
1.1.1 Giới thiệu chung về mỏ Sư Tử Trắng
Việc đưa mỏ Sư Tử Trắng đi vào khai thác giai đoạn 1 là công trình xây dựng
dầu khí có quy mô lớn nhất của Cửu Long JOC kể từ sau công trình Sư Tử Vàng
năm 2008 [1]. Mỏ Sư Tử Trắng được phát hiện vào ngày 19/11/2003, phía Đông
Nam thuộc Lô 15.1 thềm lục địa Việt Nam, ở độ sâu 56 m nước, cách đất liền
khoảng 62 km, cách Vũng Tàu khoảng 135 km về phía Đông và cách hệ thống xử lý
trung tâm Sư Tử Vàng CPP 18.748 km, là mỏ nằm xa nhất so với hệ thống xử lý
trung tâm [2].

Hình 1.1 Bản đồ vị trí Lô 15.1

(Nguồn: Executice Summary, Cưu Long JOC)
Trữ lượng ước tính đến tháng 9/2023 của mỏ đạt khoảng 84 triệu thùng
condensate và 3-4 tỷ m3 khí đốt. Vị trí mỏ Sư Tử Trắng thuộc bể Cửu Long được
thể hiện trong Hình 1.1.

GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
ThS. Nguyễn Văn Toàn

2

SVTH: Phạm Nhật Minh


Đồ Án Tốt Nghiệp

Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

Ngày 16/9/2012 đón nhận dòng khí đầu tiên của mỏ Sư Tử Trắng [8]. Hiện
nay mỏ Sư Tử Trắng đang được khai thác 2 giếng tại giàn WHP-C (Wellhead
Platform-C) với lưu lượng ước tính đạt 80 MMSCFD.
1.1.2 Đặc điểm thành phần dòng khí – condensate mỏ Sư Tử Trắng
Được đánh giá là mỏ khí-condensate có trữ lượng rất lớn và chỉ mới đưa vào
khai thác trong vòng ba năm trở lại đây, mỏ Sư Tử Trắng đang đóng góp một sản
lượng rất lớn vào tổng sản lượng khai thác của Cửu Long JOC, góp phần đạt được
các mục tiêu về gia tăng sản lượng của công ty. Các đặc điểm về thông số và thành
phần đang khai thác ngoài giàn của dòng khí-condensate của mỏ Sư Tử Trắng được
thể hiện ở Bảng 1.1, Bảng 1.2 và Bảng 1.3.
Bảng 1.1 Các thông số dòng vào từ giếng ST-2P mỏ Sư Tử Trắng
Thông số

Giá trị

Nhiệt độ (ºC)

93.11

Áp suất (bar)

38.2

Lưu lượng (MMSCFD)

80

(Nguồn: Cuu Long JOC, Su Tu Trang Composition, [4].)
Bảng 1.2 Thành phần cấu tử mẫu khí sau khi qua thiết bị đo sản lượng giếng (Test
Separator) giếng ST-2P
Kết quả
Số
Thứ

Cấu tử
% Mol

Tự

1

% Khối
lượng

Nhiệt độ
sôi (oC)

Methane

80.1109

60.7134

-161.52

Ethane

10.0128

14.2231

-88.58

Propane

5.2973

11.0350

-42.07

iso-Butane

1.1260

3.0917

-11.81

n-Butane

1.6540

4.5415

-0.49

GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
ThS. Nguyễn Văn Toàn

3

SVTH: Phạm Nhật Minh


Đồ Án Tốt Nghiệp

Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

Kết quả
Số
Thứ

Cấu tử
% Mol

Tự

2

3

% Khối
lượng

Nhiệt độ
sôi (oC)

neo-Pentane

0.0050

0.0171

27.84

iso-Pentane

0.4884

1.6646

27.84

n-Pentane

0.4713

1.6062

36.06

Hexanes

0.3642

1.2414

68.75

Heptanes

0.2178

1.0311

98.45

Octanes

0.0895

0.4830

125.69

C9+

0.0199

0.1208

150.89

0.0555

0.1153

0.0000

0.0000
0.1158

Carbon
Dioxide
Carbon
Monoxide

4

Nitrogen

0.0874

5

Hydrogen

<0.0001

6

Phân tử khối

21.2203

7

Tỷ trọng riêng

0.7327

(Nguồn: Gas Sample, Cuu Long JOC, Su Tu Trang Composition, [4].)
Các thông số về nhiệt độ, áp suất, thành phần và lưu lượng trình bày ở trên
được đo tại thiết bị đo sản lượng giếng (Test Separator) của một trong hai giếng
hiện đang khai thác tại mỏ Sư Tử Trắng. Hầu hết tại các đầu giếng khai thác đều có
một thiết bị đo sản lượng, có thể là một bình tách (Test Separator) hoặc thiết bị đo
lưu lượng đa pha (Multiphase Flow Meter). Sau khi dòng khai thác được đo đạc thì
hỗn hợp hai pha khí-lỏng sẽ được trộn và vận chuyển về hệ thống xử lý trung tâm

GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
ThS. Nguyễn Văn Toàn

4

SVTH: Phạm Nhật Minh


Đồ Án Tốt Nghiệp

Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

Sư Tử Vàng CPP bằng đường ống ngầm dưới biển dài 18 km để tiếp tục xử lý các
quá trình tiếp theo.
Bảng 1.3 Thành phần các cấu tử mẫu condensate sau khi qua thiết bị kiểm tra đầu
giếng
STT

Cấu tử

%
Khối

% Mol

lượng

Phân
tử

Nhiệt
độ sôi

khối

(oC)

Khối
lượng
riêng
(kg/m3)

1

CH4

7.3586

38.1224

16.04

-161.52

260.00

2

C2H6

1.9194

5.3053

30.07

-88.58

339.90

3

C3H8

2.2945

4.3246

44.10

-42.07

500.50

4

i-C4H10

1.0012

1.4316

58.12

-11.81

557.20

5

n-C4H10

2.0683

2.9576

58.12

-0.49

578.80

6

i-C5H12

1.6635

1.9163

72.15

27.84

619.60

7

n-C5H12

2.1370

2.4617

72.15

36.06

626.20

8

Ps-C6*

4.6130

4.5643

84.09

63.50

684.80

9

Ps-C7*

7.4761

6.4725

96.20

91.46

721.85

10

Ps-C8*

11.0407

8.5759

107.37

116.53

745.06

11

Ps-C9*

7.3579

5.0540

121.32

142.02

764.20

12

Ps-C10*

5.9165

3.6697

134.94

165.52

778.20

13

Ps-C11*

4.0947

2.3151

147.40

187.02

789.20

14

Ps-C12*

5.7476

2.9671

161.53

208.14

800.31

15

Ps-C13*

4.2230

2.0056

175.50

227.44

811.15

16

Ps-C14*

2.3728

1.0379

190.52

246.33

822.10

17

Ps-C15*

1.8739

0.7560

206.39

266.23

832.00

18

Ps-C16*

1.5902

0.5953

222.89

283.34

839.20

19

Ps-C17*

1.6906

0.5929

237.56

300.04

847.20

20

Ps-C18*

2.1871

0.7242

251.64

313.43

852.23

21

Ps-C19*

3.0647

0.9685

263.68

325.24

857.60

22

Ps-C20+

18.2798

3.1088

488.74

411.95

985.60

23

CO2

0.0119

0.0224

24

Nitrogen

0.0170

0.0503

GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
ThS. Nguyễn Văn Toàn

5

SVTH: Phạm Nhật Minh


Đồ Án Tốt Nghiệp

Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

STT

25
26

Cấu tử

%
Khối
lượng

% Mol

Argon

<0.000
1

<0.0001

Water content
(%V)

Phân
tử
khối

Nhiệt
độ sôi
(oC)

Khối
lượng
riêng
(kg/m3)

0.11

27

Methanol

<0.000
1

<0.0001

28

22-Methylpropane

0.011

0.015

Methylcyclopentan

0.939

1.593

Benzene

0.606

1.107

Cyclohexane

0.699

1.185

Methylcyclohexane

2.691

3.914

Toluene

1.904

2.951

E-Benzene

0.230

0.309

m-Xylene

0.443

0.596

o-Xylene

0.344

0.384

124TriMethylBenzene

0.391

0.465

28

(Nguồn : Cuu Long JOC, Condensate, Su Tu Trang Composition, [4]. )
Hiện tại mỏ Sử Tử Trắng đang khai thác hai giếng với lưu lượng khoảng 80
MMSCFD. Theo kinh nghiệm ước tính sản lượng thì cứ 1 MMSCFD khí thì có
khoảng 130 thùng dầu ở điều khiển chuẩn (STBPD).
Hiện tại, hệ thống xử lý trung tâm Sư Tử Vàng CPP đang hoạt động liên tục
24/24, các thiết bị như máy nén, đường ống, bơm,.. gần như đang vận hành hết công
suất thiết kế. Trong khi đó, lưu lượng từ mỏ Sư Tử Trắng đổ về Sư Tử Vàng CPP

GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
ThS. Nguyễn Văn Toàn

6

SVTH: Phạm Nhật Minh


Đồ Án Tốt Nghiệp

Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

ngày càng tăng do mỏ mới được đưa vào khai thác trong hai năm trở lại đây, và sắp
tới sẽ đưa vào khai thác nhiều giếng mới nên lưu lượng cũng sẽ tăng lên. Đáng kể
đến là lưu lượng khí sau khi đổ về Sư Tử Vàng sẽ làm cho máy nén hoạt động quá
công suất, dẫn đến những rủi ro cho toàn bộ hệ thống trong quá trình hoạt động.

1.2 Giới thiệu về dự án phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng giai đoạn 1
Dự án “Giai đoạn thử nghiệm và sản xuất thời gian dài của mỏ Sư Tử Trắng”
(Long Term Production Testing Phase) được đi vào hoạt động năm 2012. Trong giai
đoạn đầu, dự án được thiết kế bao gồm một Wellhead Platform (WHC-C) riêng biệt,
không có người làm việc trên giàn này và được điều khiển bởi giàn xử lý trung tâm
Sư Tử Vàng CPP. Giàn WHP-C được thiết kế để có thể xử lý bốn giếng cao áp, bao
gồm ST-1P, ST-2P, ST-3P, ST-4P. Nhưng hiện tại chỉ khai thác hai giếng ST-1P và
ST-2P với lưu lượng sản phẩm khoảng 80 MMSCFD khí và 10,000 BPD
condensate và tất cả sản phẩm khai thác sẽ được vận chuyển về Sư Tử Vàng CPP
thông qua đường ống ngầm dưới đáy biển [5].
Như đã đề cập ở trên, giàn xử lý trung tâm Sư Tử Vàng CPP đã đang hoạt
động gần như hết công suất, đặc biệt đối với các máy nén. Và mục đích của dự án
“Phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng Giai đoạn 1” nhằm gia tăng sản lượng condensate
nhưng vẫn giữ lưu lượng khí xuất khẩu là 50 MMSCFD khí về Sư Tử Vàng CPP.
Bên cạnh đó việc phát triển dự án giai đoạn 1 cũng cung cấp những thông tin về mỏ,
vỉa để hỗ trợ Dự án “ Phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng Giai đoạn 2” trong tương lai
sẽ gia tăng đáng kể lưu lượng khí xuất khẩu.
Dự án “Phát triển toàn mỏ Sư Tử Trắng Giai đoạn 1” bao gồm việc lắp đặt
một giàn nén khí xuống lại vỉa để tiếp tục khai thác (ST-Production and Reinjection
Platform, ST-PIP) được liên kết với với giàn WHP-C thông qua một cầu nối giữa
hai giàn. Việc khoan hai giếng mới ST-5P và ST-6P trên giàn ST- PIP với mục đích
là giếng sản xuất kết hợp với hai giếng bên giàn WHP-C là ST-1P và ST-2P đang là
giếng sản xuất sẽ chuyển thành hai giếng dùng để bơm khí nén xuống vỉa nhằm khai
thác hai giếng ST-3P và ST-4P. Sau khi hoàn thành dự án này thì toàn mỏ sẽ có bốn

GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
ThS. Nguyễn Văn Toàn

7

SVTH: Phạm Nhật Minh