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:
MSSV
Địa chỉ
E-mail
Trình độ đào tạo: Đại học
Hệ đào tạo
Ngành
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
SINH VIÊN THỰC HIỆN
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)
(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN
(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 .........................


1.4.4
1.5

Máy nén .............................

Giới thiệu về mô phỏng trong dầu khí ..............................

1.5.1

Khái niệm về mô phỏng và

1.5.2 Các phần mềm mô phỏng hiện nay ................................................................
1.5.3

Giới thiệu phần mềm mô ph

1.5.4

Giới thiệu phần mềm mô ph

Chương 2 .......................................................................................................................

THIẾT KẾ QUY TRÌNH XỬ LÝ MỎ KHÍ – CONDENSATE SƯ TỬ TRẮNG.......
2.1

Mục đích thiết kế ..............................................................

2.2

Thiết kế quy trình ..............................................................

Chương 3 .......................................................................................................................
TÍNH TOÁN QUY TRÌNH ..........................................................................................
3.1

Tính toán cân bằng thủy lực .............................................

3.2

Tính toán cân bằng vật chất, năng lượng ..........................

3.3

Tính toán thiết bị ...............................................................

3.3.1

Tính toán bình tách ............

3.3.2

Tính toán van .....................

3.3.3

Tính toán máy nén .............

3.3.4

Tính toán đường ống .........

3.3.5

Tính toán giá trị áp suất và

từng thiết bị trong quy trình xử lý ...........................................................................
KẾT LUẬN .................................................................................................................
PHỤ LỤC ....................................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................

ii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, TÊN TIẾNG ANH
Tên Viết
Tắt
JOC
CPP
WHP-C
MMSCFD
C9+
Ps-C*

STBPD

ST-PIP
ST-LQ
CGF
LTPTP

STV
MPFM


iii


iv

HP Flare

GOR


v

ASME

HLL
NLL
LLL

DN

vi

TT
PT
FT


CV

IPS
XS

vii

XH

NPS
SCH
ISO


CS
GPR
PVC

API
GPSA

viii

rpm


FIC

BPD
BCPD
BWPD

ix

OGR
GLR
LGR


WGR

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


Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

Đồ Án Tốt Nghiệp

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


Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

Đồ Án Tốt Nghiệp

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


Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

Đồ Án Tốt Nghiệp

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
Nhiệt độ (ºC)
Áp suất (bar)
Lưu lượng (MMSCFD)
(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

Số
Thứ
Tự

1

GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông


ThS. Nguyễn Văn Toàn


Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

Số
Thứ
Tự

2

3
4
5
6
7
(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