Nghiên cứu giải pháp công nghệ nâng cao hiệu quả của đường ống thu gom dầu trong điều kiện suy giảm sản lượng mỏ bạch hổ tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN HOÀI VŨ

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ
NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA ĐƯỜNG ỐNG
THU GOM DẦU TRONG ĐIỀU KIỆN SUY GIẢM
SẢN LƯỢNG MỎ BẠCH HỔ

Ngành: Kỹ thuật dầu khí
Mã số: 9520604

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội – 2018


Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Khoan - Khai thác, Khoa
Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất.

Người hướng dẫn khoa học:
1. TSKH. Trần Xuân Đào
2. PGS. TS. Nguyễn Thế Vinh

Phản biện 1: PGS. TS Hoàng Dung
Hội Công nghệ Khoan Khai thác Việt Nam
Phản biện 2: PGS. TS Lê Phước Hảo
Hội Dầu khí Việt Nam
Phản biện 3: TS Nguyễn Văn Thịnh
Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp
Trường họp tại Trường đại học Mỏ - Địa chất vào hồi … giờ .…
ngày …. tháng …. năm ….

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội
hoặc Thư viện Trường đại học Mỏ - Địa chất.


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngoài những phức tạp và khó khăn đặc thù trong quá trình vận chuyển
dầu nhiều paraffin trên thế giới nói chung và ở Liên doanh Việt - Nga
Vietsovpetro nói riêng, với việc hệ thống đường ống có tính bất cập cao,
nhiệt độ môi trường đáy biển thấp hơn nhiệt độ đông đặc của dầu còn là
những nhân tố bất lợi gây nên những khó khăn mới riêng có trong công
tác vận chuyển dầu bằng hệ thống đường ống ngầm ngoài khơi của
Vietsovpetro.
Hiện nay sản lượng khai thác ở các mỏ của Vietsovpetro đã bước vào
giai đoạn suy giảm nhanh qua từng năm, đã nảy sinh một loạt thách thức
mới đối với quá trình thu gom, xử lý và vận chuyển dầu trong hệ thống
đường ống ngầm ngoài khơi khu vực nội mỏ Bạch Hổ, đó là: Sản lượng
thấp dẫn đến vận tốc dòng chảy thấp; năng lượng vỉa suy kiệt làm cho áp
suất miệng giếng suy giảm tương ứng, đây là thách thức trực tiếp đến vận
hành các cụm đường ống thu gom vận chuyển dầu bằng năng lượng đầu
miệng giếng; việc áp dụng các giải pháp khai thác thứ cấp đã làm cho
nhũ tương dầu-nước bền vững hơn; tính chất lý hóa của dầu khai thác
như nhiệt độ đông đặc, giá trị độ nhớt động và hàm lượng paraffin có xu
hướng tăng cao ở cuối đời mỏ càng làm tăng tính phức tạp và khó khăn
trong vận hành hệ thống đường ống ngầm. Trước các vấn đề thực tiễn và

có tính cấp thiết nêu trên, đòi hỏi phải có những nghiên cứu, tính toán và
lựa chọn các giải pháp công nghệ - kỹ thuật cụ thể phù hợp với từng đối
tượng riêng rẽ mang tính cục bộ, qua đó đưa ra các đề xuất nhằm hoàn
thiện nhóm tổ hợp các giải pháp công nghệ-kỹ thuật vận hành hệ thống
thu gom, xử lý và vận chuyển dầu một cách an toàn nhất, phù hợp với
thực trạng khai thác mỏ Bạch Hổ trong giai đoạn suy giảm sản lượng.
1


2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Trên cơ sở kết quả đánh giá thực trạng hoạt động của hệ thống đường
ống ngầm vận chuyển dầu từ BK-14 về CPP-3, đề xuất phương pháp mới
trong việc nghiên cứu trạng thái thủy động học của quá trình vận chuyển
dầu nhằm làm cơ sở tính toán và xác định các chế độ công nghệ vận
chuyển dầu. Đề xuất tổ hợp các nhóm giải pháp công nghệ phù hợp nhằm
đảm bảo an toàn quá trình vận hành hệ thống đường ống ngầm vận
chuyển dầu khu vực nội mỏ Bạch Hổ trong giai đoạn sản lượng khai thác
dầu suy giảm.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là chất lỏng vận
chuyển và hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu khí trong nội mỏ
Bạch Hổ mà đại diện là cụm đường ống từ BK-14 về CPP-3.
- Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu là hệ thống thủy động
lực học của tuyến đường ống ngầm vận chuyển dầu khí từ BK-14 về
CPP-3, gồm các tính chất lý hóa và tính lưu biến của chất lưu được vận
chuyển, các thông số công nghệ trong vận chuyển dầu khí như lưu lượng
dòng chảy, áp suất bơm, tổn hao áp suất dọc đường ống, các giải pháp
công nghệ xử lý trong vận chuyển dầu ngoài biển.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thư mục: Thu thập, thống kê, phân tích số liệu thực tế

về các thông số công nghệ vận chuyển dầu;
- Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu ứng dụng các lý thuyết
Catastrophe và Entropi đánh giá trạng thái thủy động lực học và hiệu quả
làm việc của hệ thống công nghệ đường ống vận chuyển dầu;
- Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm: Tính chất lý hóa và lưu biến
của chất lỏng vận chuyển làm cơ sở cho việc lựa chọn các giải pháp công
nghệ phù hợp;
2


- Ứng dụng công nghệ thông tin: Sử dụng phần mềm Olga mô hình
mô phỏng quá trình vận chuyển dầu trong hệ thống đường ống ngầm,
cũng như và các phần mềm tin học trong khảo sát, đánh giá và phân tích
số liệu.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Việc sử dụng công cụ toán học của lý thuyết
Catastrophe và lý thuyết Entropi để chứng minh bản chất cũng như trạng
thái thủy động lực học của hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu
ngoài khơi khu vực nội mỏ Bạch Hổ đã góp phần đa dạng hóa các phương
pháp tiếp cận và nghiên cứu một đối tượng động học cụ thể.
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở cho
việc lựa chọn và đề xuất các giải pháp công nghệ và kỹ thuật cho công
tác vận hành hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu khu vực nội mỏ
Bạch Hổ một cách an toàn và hiệu quả, phù hợp với giai đoạn suy giảm
sản lượng khai thác của mỏ.
6. Điểm mới của luận án
- Sử dụng công cụ toán học của lý thuyết Catastrophe và Entropi để
nghiên cứu, đánh giá một cách định tính và định lượng trạng thái bền
động học của hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu mỏ Bạch Hổ,
cũng như làm cơ sở khoa học trong việc tính toán xác định giá trị vận tốc

dòng chảy phù hợp với tiêu hao năng lượng động học thấp nhất;
- Kết quả nghiên cứu lý thuyết Catastrophe cho phép tính toán xác
định tần suất và chu kỳ áp dụng các nhóm giải pháp công nghệ xử lý hệ
thống đường ống ngầm trong điều kiện không dừng khai thác với các chế
độ dòng chảy khác nhau;
- Lựa chọn và đề xuất tổ hợp các nhóm giải pháp công nghệ xử lý hệ
thống đường ống ngầm đảm bảo an toàn tuyệt đối trong vận chuyển dầu,
3


phù hợp với điều kiện khai thác thực tế của mỏ Bạch Hổ ở giai đoạn suy
giảm sản lượng.
7. Luận điểm bảo vệ
- Luận điểm 1: Trong điều kiện suy giảm sản lượng, hệ thống thủy
động lực học của quá trình vận chuyển dầu khí bằng đường ống ngầm
khu vực nội mỏ Bạch Hổ thường xuyên hoạt động trong trạng thái kém
bền vững và mất ổn định động học. Điều này làm tăng chi phí năng lượng
động học và hệ thống làm việc kém hiệu quả;
- Luận điểm 2: Trong điều kiện sản lượng khai thác của mỏ Bạch Hổ
bị suy giảm, để chi phí năng lượng động học đạt giá trị nhỏ nhất, vận tốc
dòng chảy chất lỏng trong đường ống ngầm khu vực nội mỏ phải lớn hơn
0,16 m/s, tốt nhất là 0,28-0,32 m/s. Trường hợp vận tốc dòng chảy nhỏ
hơn 0,16 m/s, cần phải áp dụng tổ hợp các giải pháp công nghệ-kỹ thuật
vận hành hệ thống đường ống với tần suất và chu kỳ phù hợp để quá trình
vận chuyển dầu đạt hiệu quả và an toàn.
8. Cơ sở tài liệu của luận án
Luận án được xây dựng trên cơ sở: Chế độ vận hành hệ thống đường
ống ngầm vận chuyển dầu, số liệu thực tế ứng dụng các giải pháp công
nghệ xử lý trong quá trình vận hành của hệ thống đường ống khu vực nội
mỏ Bạch Hổ; sơ đồ công nghệ xây dựng và phát triển mỏ Bạch Hổ qua

các giai đoạn; báo cáo phân tích đánh giá hệ thống thu gom, xử lý, vận
chuyển và tàng trữ dầu trên các mỏ của Vietsovpetro; các bài báo và các
công trình nghiên cứu khoa học của các tác giả trong nước và nước ngoài
đăng trên các tạp chí chuyên ngành.
9. Khối lượng và cấu trúc của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, 3 chương, kết luận, kiến nghị và danh
mục tài liệu tham khảo. Toàn bộ nội dung luận án trình bày trong 125
trang khổ giấy A4, trong đó có 23 biểu bảng, 54 hình vẽ và 5 phụ lục.
4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG
NGẦM VÀ QUÁ TRÌNH THU GOM, XỬ LÝ VÀ VẬN CHUYỂN
DẦU NỘI MỎ BẠCH HỔ VÀ RỒNG
1.1. Tổng quan về hệ thống công nghệ thu gom vận chuyển dầu nội
mỏ Bạch Hổ
1.1.1. Tổng quan về quá trình phát triển hệ thống thu gom dầu tại các
mỏ của Vietsovpetro
Để phục vụ công tác khai thác dầu, hệ thống thu gom, xử lý và vận
chuyển dầu khí được xây dựng trên cơ sở thiết kế của Liên Xô (mô hình
thiết kế giàn 16716) áp dụng cho đối tượng dầu ít paraffin, có nhiệt độ
đông đặc và độ nhớt thấp, đa phần là không bọc cách nhiệt theo mô hình
phát triển mỏ ở vùng biển Caspi, nước Cộng hòa Azerbaijan. Quá trình
phát triển hệ thống thu gom dầu tại các mỏ của Vietsovpetro gồm 5 giai
đoạn: 1986-1988, 1989-1994, 1995-1999, 2000-2009 và từ năm 2010
đến nay.
1.1.2. Tổng quan về hệ thống đường ống công nghệ thu gom dầu ở mỏ
Bạch Hổ
Hệ thống các cụm đường ống thu gom dầu nội mỏ Bạch Hổ bao gồm
nhiều dạng khác nhau, có thể phân chia như sau:

- Theo nguồn năng lượng vận chuyển: Đường ống vận chuyển dầu
bằng năng lượng vỉa (vận chuyển hỗn hợp dầu khí, vận chuyển dầu bão
hòa khí) và đường ống vận chuyển dầu bằng năng lượng bơm (dầu tách
khí);
- Theo đặc tính cách nhiệt: Đường ống bọc cách nhiệt (composite,
foam, pipe in pipe) và không bọc cách nhiệt.
5


1.2. Những thách thức mới trong thu gom dầu bằng đường ống
ngầm ở giai đoạn suy giảm sản lượng khai thác cuối đời mỏ Bạch
Hổ
Sản lượng dầu khai thác của Vietsovpetro đạt đỉnh vào năm 2003
(13,2 triệu tấn/năm) và sau đó giảm nhanh qua từng năm (hình 1.6), hiện
nay sản lượng khai thác chỉ còn lại khoảng 4-5 triệu tấn/năm. Số liệu đo
theo thời gian của động thái áp suất vỉa trung bình các giếng khoan khối
Trung tâm Móng trong giai đoạn từ năm 2005 đến 2011 cho thấy mức
độ suy giảm năng lượng vỉa khá rõ nét. Mặc dù đã có áp dụng giải pháp
công nghệ bơm ép nước duy trì áp suất vỉa nhưng càng về giai đoạn cuối

i - 3050 м., ат

của đời mỏ thì nhịp độ suy giảm áp suất vỉa càng cao (xem hình 1.7).
245

240

235

230

225

220
2005

2006

2007

2008
nh

Hình 1.6. Biểu đồ thống kê sản lượng
dầu khai thác và dự báo sản lượng khai
thác trong thời gian tới của
Vietsovpetro

2009

2010

2011

2012
i gian

Hình 1.7. Động thái áp suất vỉa trung
bình các giếng khoan khối Trung tâm
tầng Móng trong giai đoạn 2005-2011.

Ngoài những vấn đề phức tạp hiện hữu gây phức tạp và khó khăn
trong vận chuyển dầu nhiều paraffin của mỏ Bạch Hổ như đặc tính kỹ
thuật của đường ống không tương thích, nhiệt độ môi trường đáy biển
thấp, dầu khai thác có nhiệt độ đông đặc cao, giá trị độ nhớt cao…, ở giai
đoạn suy giảm sản lượng cuối đời mỏ Bạch Hổ đã xuất hiện những thách
thức mới, đó là:
- Năng lượng (áp suất) vỉa của thân dầu đã bị suy giảm gần đến giá trị
tới hạn làm ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thu gom, vận chuyển dầu
của các cụm đường ống sử dụng năng lượng áp suất đầu miệng giếng;
6


- Lưu lượng vận chuyển trong đường ống giảm làm thay đổi cấu trúc
dòng chảy, dẫn đến lắng đọng và tắc nghẽn đường ống;
- Nhiệt độ sản phẩm giảm thấp khi mỏ suy giảm sản lượng gây nên
vấn đề lắng đọng paraffin cao, tạo nguy cơ tắc nghẽn đường ống;
- Nhũ tương dầu-nước bền vững, làm tăng tổn thất thủy lực;
- Tính chất lưu biến của dầu thay đổi theo chiều hướng xấu.
1.3. Những sự cố điển hình trong quá trình vận hành hệ thống
đường ống ngầm thu gom dầu nội mỏ Bạch Hổ
- Sự cố tắc nghẽn đường ống MSP-1 – FSO-1 (FSO Crưm);
- Dừng đường ống thu gom dầu RP-1 – RC-1 – BT-7 – CPP-2;
- Tăng áp suất trên đường bơm dầu từ giàn RP-1 đến FSO-3;
- Tăng áp suất thu gom sản phẩm từ BK-14 về giàn công nghệ trung
tâm CPP-3.
1.4. Tổng quan các công trình nghiên cứu về thu gom dầu tại mỏ
Bạch Hổ
Một số công trình tiêu biểu như:
a) Cụm công trình: “Nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện công nghệ

thu gom, xử lý, vận chuyển dầu thô trong điều kiện đặc thù của các mỏ
Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro và các mỏ kết nối trên thềm lục địa
nam Việt Nam”, Giải thưởng Hồ Chí Minh về Khoa học – Công nghệ
năm 2016.
b) Công trình “Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ xử lý và vận chuyển
dầu nhiều paraffin, độ nhớt cao trong khai thác dầu khí tại thềm lục địa
phía Nam Việt Nam” của tác giả Phùng Đình Thực, Hà Nội năm 1995.
c) Công trình “Hoàn thiện hệ thống vận chuyển sản phẩm dầu khí của
các giếng dầu ngoài khơi” của tác giả Nguyễn Phan Phúc, Maxcơva
(Nga) năm 1999.
7


d) Công trình “Hoàn thiện công nghệ thu gom, xử lý và vận chuyển
dầu có nhiệt độ đông đặc cao ở các mỏ của Vietsovpetro” của tác giả
Nguyễn Thế Văn, UFA (Nga) năm 2011.
Các công trình nghiên cứu trên chủ yếu đi sâu vào:
- Nghiên cứu, đề xuất giải pháp hoàn thiện công nghệ thu gom, xử lý
và vận chuyển dầu tại thời điểm mà sản lượng khai thác và năng lượng
vỉa của mỏ Bạch Hổ còn cao, dầu khai thác chủ yếu bằng phương pháp
tự phun, chưa sử dụng phương pháp khai thác cơ học;
- Nghiên cứu tính chất lưu biến của dầu được tiến hành chung cho cả
mỏ mà chưa phân chia ra từng khu vực với các tính chất dầu đặc trưng
khác biệt để từ đó lựa chọn ra các hóa phẩm chuyên biệt và hàm lượng
tối ưu để xử lý đạt hiệu quả cao nhất.
Tuy nhiên, nhiều vấn đề vẫn chưa được làm sáng tỏ và còn bỏ ngỏ,
như:
- Trạng thái động học của một đối tượng cụ thể trong hệ thống đường
ống ngầm thu gom dầu và khí;
- Bản chất thủy động lực học của hệ thống đường ống ngầm thu gom

hỗn hợp dầu khí để dự báo các vấn đề phức tạp có thể xảy ra nhằm có
các giải pháp phù hợp để ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra cho hệ thống;
- Tổ hợp các nhóm giải pháp công nghệ vận chuyển dầu phù hợp với
điều kiện suy giảm sản lượng của mỏ Bạch Hổ hiện nay.
Kết luận
- Hệ thống đường ống thu gom dầu có tính đồng bộ không cao, cũng
như chưa tương thích với tính chất lưu biến của dầu khu vực mỏ Bạch
Hổ;
- Trong quá trình khai thác mỏ Bạch Hổ ở giai đoạn cuối với sản
lượng dầu suy giảm mạnh, đã xuất hiện những tác nhân mới gây nhiều
8


phức tạp và khó khăn cho quá trình thu gom, xử lý và vận chuyển dầu
trong hệ thống đường ống ngầm;
- Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về các đặc tính lý - hoá
của dầu và các giải pháp công nghệ xử lý trong vận chuyển dầu nhiều
paraffin tại Vietsovpetro, phù hợp với điều kiện thực tiễn ở giai đoạn khi
sản lượng khai thác, cũng như năng lượng vỉa còn cao, mà chưa có công
trình nào nghiên cứu đánh giá trạng thái thủy động lực học của hệ thống
đường ống làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất và lựa chọn các giải pháp
công nghệ phù hợp cho giai đoạn sản lượng dầu khai thác của mỏ suy
giảm mạnh.
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI
THỦY ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM
VẬN CHUYỂN DẦU NHIỀU PARAFFIN MỎ BẠCH HỔ
2.1. Cơ sở lựa chọn tuyến ống BK-14/BT7 – CPP-3 làm đối tượng
nghiên cứu đại diện
Việc lựa chọn tuyến đường ống làm đối tượng nghiên cứu đại diện
cho toàn bộ hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu khu vực nội mỏ

Bạch Hổ được dựa trên các tiêu chí cơ bản sau: Các thông số công nghệ
có độ chính xác và độ tin cậy cao; điều kiện làm việc của tuyến đường
ống phản ánh đúng bản chất của đối tượng cần nghiên cứu; số liệu công
nghệ lưu trữ đầy đủ và phong phú.
2.2. Nghiên cứu tính chất lý hóa của dầu và lưu chất khai thác ở khu
vực BK-14
2.2.1. Nghiên cứu tính chất lý hóa của dầu
Kết quả nghiên cứu cho thấy rõ xu hướng tính chất lưu biến của dầu
xấu dần ở tất cả các đối tượng khai thác theo thời gian, đây chính là một
trong những nguyên nhân quan trọng làm cho mức độ phức tạp tăng cao
9


trong quá trình thu gom, xử lý và vận chuyển dầu bằng đường ống ngầm
sau một thời gian dài khai thác của mỏ.

Hình 2.2. Sự thay đổi đặc tính lưu biến của dầu khai thác ở thân dầu
Mioxen dưới theo thời gian
Bảng 2. 1. Tính chất lưu biến của dầu mỏ Bạch Hổ biến đổi theo thời gian
Năm
Đối tượng

1995
2005
2015
Mio. Olig.
Mio. Olig.
Mio. Olig.
Móng
Móng

Móng
dưới dưới
dưới dưới
dưới dưới

Khối lượng
riêng ở 20oС,
g/сm3

863,7 832,7 833,6 869,6 835,2 835,8 861,5 833,7 833,4

Độ nhớt ở
50oС, MPa.s

10,35 4,01 4,092 11,12 5,21

Nhiệt độ đông
29,5
đặc,oС
Hàm lượng
paraffin, %
18,7
KL.

5,56

12,4

5,89

6,09

34,6

33,5

35,1

34,9

19,4 22,06 19,08 25,05 26,82 21,1

26,8

26,8

31,5

33,0

30,0

33,7

2.2.2. Nghiên cứu tính chất lưu biến của lưu chất khai thác ở khu vực
BK-14
2.2.2.1. Nghiên cứu tính chất lưu biến của dầu có nước
Nghiên cứu được thực hiện trên dầu không nước và nhũ tương dầunước với hàm lượng nước tăng dần từ 50% đến 75% (kết quả được trình
bày trong hình 2.5).
10

Theo kết quả trên hình 2.6, khi hàm lượng nước trong dầu vượt quá
65%, độ nhớt và ứng suất trượt động của nhũ tương dầu-nước giảm đột
ngột, chứng tỏ nhũ tương dạng nghịch “nước trong dầu” đã chuyển sang
nhũ tương dạng thuận “dầu trong nước”.

Hình 2.5. Đồ thị biểu diễn tương quan
giữa độ nhớt động lực và nhiệt độ của dầu
BK-14

Hình 2. 6. Mối tương quan giữa độ
nhớt động lực dầu và hàm lượng
nước

2.2.2.2. Nghiên cứu tính chất lưu biến của dầu BK-14 bão hòa khí
Các hình 2.7 và 2.9 cho thấy độ nhớt của dầu BK-14 mỏ Bạch Hổ phụ
thuộc nhiệt độ ở những điều kiện bão hoà khí khác nhau. Kết quả nghiên
cứu tính chất lưu biến dầu bão hòa khí cho thấy khả năng vượt trội ở tính
lưu chuyển của dầu bão hòa khí so với dầu đã tách khí.

Hình 2.9. Tương quan ứng suất
trượt động và nhiệt độ ở các tỷ số
khí dầu khác nhau tại 80oC

Hình 2.7. Tương quan độ nhớt
của dầu và nhiệt độ ở các tỷ số khí
- dầu khác nhau tại 80oC

2.3. Nghiên cứu và đánh giá hệ thống động học bằng lý thuyết

Catastrophe và Entropi
2.3.1. Nghiên cứu và đánh giá hệ thống động học trên cơ sở lý thuyết
Catastrophe
11


Lý thuyết Catastrophe được hiểu là sự biến đổi không đồng nhất tức
thời, xuất hiện ở trạng thái đột biến qua sự phản ánh của hệ thống nghiên
cứu trong sự thay đổi đều đặn của các điều kiện ngoại biên.
Giả sử, mô hình hóa một hệ động lực học nào đó được mô phỏng dưới
dạng phương trình vi phân:
dx
=
dt

df(x, c1 , c2 ,…, cn )

(2.2)

Trong đó, f là hàm của biến đổi trạng thái của x và các tham số điều
khiển c1, c2... cn. Xác định được điểm đột biến hay điểm tới hạn nếu:
d2 f

df

(dx) = 0; (dx2 ) > 0
u

u

(2.3)

Đây chính là điều kiện đảm bảo cho hoạt động của hệ động lực học
tương ứng ở trạng thái ổn định.
2.3.1.1. Đánh giá trạng thái thủy động học của hệ thống đường ống vận
chuyển dầu BK-14 – CPP-3
Hệ thống động học của đường ống ngầm thu gom dầu ngoài khơi
mỏ Bạch Hổ được thể hiện qua các thông số đo được, đó là lưu lượng và
áp suất theo thời gian. Ngoài ra, những tham số khác không đo đếm được
như độ gồ ghề, tiết diện bên trong ống; tính chất lưu biến thay đổi theo
nhiệt độ, áp suất,.. cũng được thể hiện thông qua giá trị đo được là áp
suất làm việc của đường ống.
Như vậy, hệ động học của hệ thống đường ống vận chuyển dầu khí
được mô phỏng như sau:
F = f(P, t) trong đó f(P) = (Q, t, S, ToC, θ, ρ, τ, η, φ, ξ, μ,…)

(2.4)

Theo lý thuyết Catastrophe, mô phỏng hệ động học của đường ống
vận chuyển dầu khí có dạng:

P = df(P)/dt = at2 + bt + c

Trong đó P chính là những giá trị áp suất đo được theo thời gian.
Theo điều kiện (2.3), ta có: P = df(P)/dt = at2+bt+c = 0
12

(2.5)

Trạng thái động học của hệ động học nghiên cứu được xác định như
sau: Delta = b2-4ac lớn hơn hoặc bằng không (Delta ≥0) được lý giải cho
hệ động học có trạng thái bền vững và ổn định động học, còn ngược lại
(Delta<0) chứng tỏ hệ động học đang nghiên cứu đã thay đổi trạng thái
và rơi vào bất ổn định, kém bên vững.
Kết quả tính toán được thực hiện trong khoảng thời gian liên tục 3
năm cho đường ống từ BK-14 về CPP-3. Giá trị tính toán Delta theo thời
gian (năm 2012) được biểu diễn trong hình 2.13.

Hình 2.13. Kết quả tính toán giá trị Delta trong suốt thời gian năm 2012
cho đường ống từ BK-14 về CPP-3
2.3.1.2. Tính toán tần suất và chu kỳ xử lý, áp dụng các giải pháp công
nghệ đối với đường ống thu gom dầu trong khu vực mỏ Bạch Hổ
Để đảm bảo tính ổn định và trạng thái bền động học của hệ thống
đường ống vận chuyển dầu, từ kết quả nghiên cứu trên cơ sở lý thuyết
Catastrophe, cho phép tính toán và xác định chu kỳ cần phải can thiệp
các giải pháp công nghệ đối với hệ thống đường ống:
- Vận tốc dòng chảy ≤ 0,04 m/s, thời gian cần xử lý bơm rửa đường
ống là 4-5 ngày;
- Vận tốc dòng chảy > 0,04 và ≤ 0,08 m/s, thời gian cần xử lý bơm
rửa đường ống là 7-8 ngày;
13


- Vận tốc dòng chảy >0,08 và <0,16 m/s, thời gian cần xử lý bơm rửa
đường ống là 12-13 ngày;
- Vận tốc dòng chảy ≥ 0,16 m/s, không nhất thiết phải xử lý đường
ống bằng bơm rửa, nhưng phải xem xét khả năng xử lý hóa phẩm.
2.3.2. Nghiên cứu và đánh giá hệ thống động học trên cơ sở lý thuyết
Entropi

2.3.2.1. Lý thuyết Entropi trong động lực học:
Để xác định trạng thái tới hạn của hệ thống động lực học trong đường
ống vận chuyển hỗn hợp dầu và khí ở chế độ ngậm khí thấp ta xem xét
giá trị Entropi E của hệ. Entropi đặc trưng cho mức độ hỗn loạn và tổn
hao năng lượng của hệ động lực học quá trình chuyển động các phân tử.
Để xác định giá trị Entropi của hệ động lực học trong đường ống vận
chuyển hỗn hợp dầu-khí-nước ta trở lại tập hợp các dữ liệu dao động ban
đầu của áp suất hay lưu lượng theo thời gian Xi(t). Theo C. Shannon thì
giá trị Entropi của hệ động lực học được xác định theo biểu thức sau:
E(x) = − ∑ni=1 Pi ∗ lg(Pi )
(2.6)
Trong đó:

Pi - là xác suất của hệ rơi vào trạng thái i;
i-

là trạng thái của hệ;

lg - Logarit cơ số 2;
n - số điểm thuộc trạng thái i.
2.3.2.2. Đánh giá trạng thái thủy động lực học của hệ thống đường ống
vận chuyển dầu BK-14 – CPP-3 trên cơ sở lý thuyết Entropi
Kết quả tính toán Entropi của 7 nhóm phân chia theo vận tốc dòng
chảy cho phép xây dựng biểu đồ tương quan giữa Entropi tính toán với
các giá trị vận tốc dòng chảy thực tế trong đường ống BK-14 - CPP-3.
Từ hình 2.16, cho phép xác định được vùng giá trị vận tốc dòng chảy mà
ở đó Entropi có giá trị cực tiểu khi vận tốc dòng chảy bằng 0,28- 0,32
m/s, tương ứng với chi phí năng lượng thấp nhất. Điều này cho thấy rằng
14

hệ thống động lực học đường ống ngầm vận chuyển dầu khí BK-14 –
CPP-3 sẽ đảm bảo tính bền động và hiệu quả với chi phí năng lượng thấp
nhất.

Hình 2.16. Mối tương quan giữa giá trị Entropi với
vận tốc dòng chảy trong đường ống
Kết luận
- Càng về cuối đời mỏ, tính chất hóa lý của dầu khai thác đã có những
thay đổi rõ nét theo chiều hướng phức tạp;
- Kết quả nghiên cứu về tính chất lưu biến của các dạng chất lưu cho
phép định hướng và lựa chọn các giải pháp công nghệ vận chuyển trong
giai đoạn sản lượng khai thác suy giảm;
- Việc ứng dụng lý thuyết Catastrophe cho phép khẳng định hệ thống
đường ống vận chuyển dầu từ BK14 về CPP-3 có trạng thái thủy động
học dao dộng liên tục, tức là thường xuyên rơi vào trạng thái mất ổn định
và có tính bền động học kém. Trạng thái bất ổn định này được thể hiện
rõ thông qua các xung động áp suất của hệ thống đường ống;
- Kết quả nghiên cứu theo lý thuyết Catastrophe cho phép xác định
tần suất và chu kỳ cần phải xử lý bằng các giải pháp công nghệ, nhằm
nâng cao tính bền động và ổn định trạng thái của toàn bộ hệ thống trong
quá trình vận chuyển dầu một cách an toàn nhất trong giai đoạn suy giảm
sản lượng của mỏ;
15


- Kết quả nghiên cứu theo lý thuyết Entropi cho phép xác định được
dải các giá trị dòng chảy của chất lưu trong đường ống BK-14 – CPP-3
với chi phí năng lượng thấp nhất, nhằm làm cơ sở tính toán và xác định
chế độ công nghệ làm việc của hệ thống đường ống ngầm luôn đảm bảo

an toàn trong vận hành và hiệu quả thu gom dầu tốt nhất phù hợp với giai
đoạn suy giảm sản lượng của mỏ.
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ NÂNG
CAO HIỆU QUẢ CỦA ĐƯỜNG ỐNG THU GOM DẦU TRONG
ĐIỀU KIỆN SUY GIẢM SẢN LƯỢNG MỎ BẠCH HỔ
3.1. Nghiên cứu lựa chọn tổ hợp các nhóm giải pháp công nghệ - kỹ
thuật nâng cao hiệu quả thu gom dầu bằng đường ống ngầm
trong điều kiện suy giảm sản lượng của mỏ Bạch Hổ
Các giải pháp xử lý dầu nhiều paraffin để vận chuyển rất đa dạng. Để
áp dụng hiệu quả phải lựa chọn giải pháp trên cơ sở các điều kiện nhất
định, trong những giai đoạn nhất định. Trên cơ sở nghiên cứu tính chất
lưu biến của dầu và thực tiễn phát triển công nghệ cho từng giai đoạn ở
các điều kiện cụ thể khác nhau, trong những năm qua Vietsovpetro đã
tích lũy được một số kinh nghiệm trong việc xử lý dầu paraffin để vận
chuyển như sau:
- Xử lý lắng đọng của dầu thô nhiều paraffin bằng phương pháp gia
nhiệt với nhiệt độ tối ưu nhất là từ 750C trở lên (Hình 3.6);
- Xử lý lắng đọng của dầu thô nhiều paraffin bằng phương pháp gia
nhiệt kết hợp với xử lý hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc (Bảng 3.1);
- Xử lý lắng đọng của dầu thô nhiều paraffin bằng phương hòa trộn
dầu nhiều paraffin với condensate, với tỷ lệ không nhỏ hơn 5% (Hình
3.9).
16


Bảng 3.1. Ảnh hưởng của hóa phẩm đến nhiệt độ đông đặc của dầu thô
BK-14
STT Tên hóa phẩm

o

Định lượng hóaNhiệt độ đông đặc ở các nhiệt độ xử lý, C
phẩm, ml/m3
45
65
80

1

Chemical A

1000

28

25-26

24

2

Chemical B

1000

25-28

24

23

3

Chemical C

1000

25-27

22

18-22

4

Chemical D

1000

25-26

26

23-25

Hình 3.6. Mối tương quan giữa nhiệt độ
xử lý dầu và nhiệt độ đông đặc của dầu sau
khi xử lý nhiệt tại các nhiệt độ khác nhau

Hình 3.9. Độ nhớt của hỗn hợp dầu với
condensate tại các nhiệt độ khác nhau

3.2. Nghiên cứu công nghệ thu gom dầu trong giai đoạn suy giảm sản
lượng khai thác
Trong những năm qua, Vietsovpetro đã đúc kết được nhiều kinh
nghiệm trong việc vận chuyển sản phẩm khai thác trong nội mỏ và liên
mỏ cách xa hàng chục km. Những kinh nghiệm này đang được tiếp tục
sử dụng để thu gom dầu trong giai đoạn suy giảm sản lượng khai thác,
đó là:
- Công nghệ vận chuyển chất lỏng dầu-nước ở trạng thái nhũ tương
thuận;
- Công nghệ vận chuyển hỗn hợp dầu – khí;
17


- Vận chuyển dầu dầu bão hòa khí bằng thiết bị tách khí sơ bộ
(UPOG);
- Bằng việc ứng dụng phần mền OLGA để nghiên cứu đánh giá trạng
thái hoạt động của đường ống thu gom dầu bằng cách mô phỏng các điều
kiện trùng khớp với thực tế vận hành như áp suất, nhiệt độ, lưu lượng
dòng chảy với các tính chất hóa lý của chất lỏng vận chuyển để tính toán
mô phỏng lớp lắng đọng paraffin tương ứng bên trong thành ống. Từ đó
cho phép xây dựng được mối quan hệ tác động qua lại giữa vận tốc dòng
chảy của chất lỏng vận chuyển trong ống và giá trị bề dày tương ứng của
lớp lắng đọng paraffin bên trong thành đường ống (hình 3.23). Kết quả
cho thấy khi vận tốc dòng chảy của chất lỏng vận chuyển trong đường
ống ngầm đạt từ 0,2 đến 0,3 m/s thì lớp lắng đọng của paraffin giảm
nhanh chóng từ 25 mm xuống còn 9 mm.

Hình 3.23. Mối tương quan giữa vận tốc dòng chảy chất lỏng trong ống
và sự hình thành lớp chất lắng đọng paraffin bên trong thành ống

3.3. Lựa chọn tổ hợp nhóm các giải pháp công nghệ nâng cao hiệu
quả phù hợp với đường ống thu gom dầu trong điều kiện suy
giảm sản lượng mỏ Bạch Hổ
18


3.3.1. Nhóm giải pháp công nghệ xử lý và giải quyết vấn đề về năng
lượng vận chuyển và lưu lượng dòng chảy trong đường ống
- Đối với những cụm đường ống vận chuyển dầu bằng năng lượng
vỉa, phải đảm bảo chế độ dòng chảy trong đường ống từ 0,16-0,32 m/s,
tốt nhất là trong khoảng 0,28-0,32 m/s. Trong trường hợp không đảm bảo
được lưu lượng như trên, để tránh lắng đọng paraffin và nhựa asphalten
trong đường ống, cần định kỳ bơm rửa đường ống trong điều kiện không
dừng khai thác với tần suất bơm rửa đã nêu ở mục 2.3.1.2;
- Nhằm đảm bảo lưu lượng tối ưu cho đường ống, đối với những tuyến
đường ống có lưu lượng thấp, cần bổ sung khí (vận chuyển chất lưu dạng
hỗn hợp dầu khí) để đảm bảo chế độ vận tốc dòng chảy trong đường ống
như đã trình bày ở trên.
3.3.2. Nhóm giải pháp công nghệ xử lý và giải quyết vấn đề về lắng
đọng paraffin trong đường ống
- Bơm rửa đường ống khi không dừng khai thác bằng nước biển;
- Gia nhiệt trước khi bơm vào đường ống, đây là giải pháp công nghệ
có hiệu quả cao đối với cụm đường ống có bọc cách nhiệt. Giá trị nhiệt
độ cần phải được đảm bảo lớn hơn 75oC;
- Xử lý bằng hóa phẩm giảm nhiệt độ kết tinh và lắng đọng của
paraffin theo hàm lượng tính toán cụ thể cho từng loại dầu phù hợp với
hóa phẩm sử dụng.
3.3.3. Nhóm giải pháp công nghệ xử lý và giải quyết vấn đề nhiệt độ
đông đặc và độ nhớt của dầu
- Xử lý bằng hóa phẩm để giảm nhiệt độ đông đặc của dầu thấp hơn

nhiệt độ môi trường;
- Pha trộn condensate vào dầu với hàm lượng không nhỏ hơn 5% thể
tích để vận chuyển hỗn hợp dầu-condensate;
19


- Pha trộn nước vào dầu với hàm lượng nước không nhỏ hơn 65%
nhằm tạo thành hỗn hợp chất lỏng dầu nước ở trạng thái nhũ tương thuận;
- Vận chuyển hỗn hợp dầu – khí với tỷ số khí phụ thuộc vào điều kiện
cụ thể của dầu và được tính toán phù hợp;
- Sử dụng thiết bị tách khí sơ bộ (UPOG) cho dầu trước khi đưa vào
đường ống.
3.4. Đánh giá hiệu quả áp dụng kết quả nghiên cứu của đề tài vào
thực tế vận hành hệ thống đường ống thu gom vận chuyển dầu
từ BK-14 về CPP-3 nội mỏ Bạch Hổ
3.4.1 Đánh giá mức độ bền vững và tính ổn định thủy động học của hệ
thống trên cơ sở lý thuyết Catastrophe
Kết quả tính toán Catastrophe đối với đường ống BK-14 – CPP-3 cho
thấy việc luôn duy trì chế độ công nghệ với vận tốc dòng chảy 0,18 –
0,22 m/s đã đảm bảo và duy trì cho hệ thống thủy động học của đường
ống có mức độ bền vững và tính ổn định thủy động học cao.

Hình 3.24. Kết quả tính toán giá trị Delta trong suốt thời gian năm 2016
cho đường ống từ BK-14 về CPP-3
Việc áp dụng chế độ công nghệ vận chuyển dầu theo kết quả nghiên
cứu đã duy trì vận hành vận chuyển dầu trong tuyến đường ống ngầm từ
BK-14 về CPP-3 một cách an toàn mà không cần phải bơm rửa định kỳ.
20

3.4.2. Đánh giá mức độ phức tạp của hệ thống đường ống trong quá
trình vận hành
Trong quá trình vận hành cụm đường ống từ BK-14 về CPP-3 trước
đây luôn phải xử lý công nghệ như bơm rửa đường ống. Cụ thể:
- Năm 2011: Dùng condensate để ngâm rửa đường ống với tổng thời
gian 55 ngày, dùng nước biển để bơm rửa đường ống 17 lần (khoảng 750
m3 mỗi lần bơm rửa trong 8 giờ);
- Năm 2012: bơm rửa đường ống 15 lần trong 6 tháng đầu năm (6
tháng cuối năm vận chuyển chung với dầu Gấu Trắng sau đó dừng trong
một thời gian dài để ngâm rửa đường ống bằng condensate và hoán cải
hệ thống công nghệ).
Trong khi đó, với việc áp dụng chế độ công nghệ vận chuyển dầu
trong đường ống ngầm hợp lý với vận tốc dòng chảy tối ưu theo kết quả
nghiên cứu của luận án đã cho thấy không hề phải sử dụng một giải pháp
công nghệ nào khác để hỗ trợ trong quá trình vận hành đường ống.
3.4.3. Tính toán hiệu quả kinh tế sau khi áp dụng kết quả nghiên cứu
của luận án vào vận hành cụm đường ống từ BK14 về CPP3
Hiệu quả kinh tế được xác định trên cơ sở tính toán phần chi phí tiết
kiệm lượng hóa phẩm xử lý dầu, chi phí nước bơm rửa đường ống (bơm
rửa định kỳ đồng thời với quá trình khai thác) và chi phí xử lý nước bơm
rửa đường ống đạt đến chất lượng xả biển.
Trong cả năm 2016, tổng lượng dầu khai thác của BK-14/BT-7 là
176260 m3. Trong quá trình vận chuyển dầu về CPP-3 không phải bơm
rửa đường ống so với bơm rửa khoảng 30 lần/năm như trước đây. Do đó
hiệu quả kinh tế khi áp dụng đề tài này như sau:
-

Tiết giảm chi phí hóa phẩm xử lý dầu:
176260 m3 x 2,224 USD/m3 = 392 002 USD (1)
21

Tiết giảm chi phí xử lý nước bơm rửa:

-

49,12 USD/lần x 30 lần = 1 474 USD

(2)

Tiết giảm chi phí nước bơm rửa:

-

2.272,5 USD/lần x 30 lần = 68 175 USD

(3)

Tổng chi phí tiết giảm: (1) + (2) + (3) = 461 651 USD
Như vậy, tổng chi phí tiết giảm từ khi áp dụng đề tài này hơn 461 651
USD mỗi năm, trong đó chưa tính đến chi phí nhân công bơm rửa, chi
phí lưu kho hóa phẩm, chi phí khấu hao cho các thiết bị bơm hóa phẩm
và một số chi phí khác.
KẾT LUẬN
Kết quả nghiên cứu hệ thống đường ống ngầm, quy trình công nghệ
trong vận chuyển dầu khí, tính chất lưu biến và tính chất lý hóa của dầu
khí khai thác tại mỏ Bạch Hổ cho phép tác giả đưa ra một số kết luận sau
đây:
1. Tính chất lưu biến và tính chất lý hóa của dầu mỏ Bạch Hổ thay
đổi sau hơn 30 năm khai thác mỏ với xu thế ngày càng phức tạp như nhiệt

độ đông đặc tăng từ 5,7 đến 13,6% tùy theo đối tượng khai thác, độ nhớt
của dầu ở nhiệt độ 50oС đã tăng thêm 19,8%, giá trị hàm lượng paraffin
tăng thêm 6,74% so với số liệu năm 1995. Hệ thống đường ống được
phát triển theo tiến trình phát triển mỏ nên tính đồng bộ thấp và không
phù hợp đối với dầu nhiều paraffin của mỏ Bạch Hổ;
2. Kết quả nghiên cứu hệ thống động học vận chuyển dầu của đường
ống ngầm tại mỏ Bạch Hổ bằng lý thuyết Catastrophe cho phép đưa ra
nhận định hệ thống đường ống vận chuyển dầu khí nội mỏ Bạch Hổ có
trạng thái bền động học kém, cũng như mức độ ổn định thủy động lực
học thấp;
22


3. Kết hợp lý thuyết Catastrope và Entropi cho phép tính toán và xác
định giá trị vận tốc dòng chảy trong đường ống từ 0,16 đến 0,32 m/s, tốt
nhất là 0,28-0,32 m/s, có chi phí năng lượng thấp nhất. Ngoài ra cũng
xác định được tần suất và chu kỳ bơm rửa đường ống khi không dừng
vận chuyển dầu trong trường hợp vận tốc dòng chảy nhỏ hơn 0,14 m/s;
4. Xây dựng và đề xuất tổ hợp các giải pháp công nghệ phù hợp cho
các cụm đường ống khác nhau trong nội mỏ Bạch Hổ nhằm đảm bảo an
toàn quá trình vận hành hệ thống đường ống vận chuyển dầu trong giai
đoạn khai thác dầu cuối đời mỏ với sản lượng suy giảm;
5. Hiệu quả kinh tế tính toán sơ bộ năm 2016 khi áp dụng kết quả
nghiên cứu của luận án vào vận hành cụm đường ống ngầm BK-14 về
CPP-3 là tiết giảm hóa phẩm và nước bơm rửa, đạt khoảng 461651 USD
mỗi năm, trong đó chưa tính đến chi phí bơm, chi phí lưu kho, chi phí
khấu hao cho các thiết bị bơm hóa phẩm và một số chi phí khác.

KIẾN NGHỊ
Kết quả nghiên cứu đã chỉ rõ, tính chất lý hóa và lưu biến của dầu

khai thác có nhiều thay đổi theo chiều hướng phức tạp cho quá trình vận
chuyển, nên tác giả có những kiến nghị như sau:
1. Cần tiếp tục nghiên cứu và cập nhật thông tin tính chất lý hóa và
lưu biến của dầu khai thác theo thời gian làm cơ sở cho việc lựa chọn
giải pháp công nghệ phù hợp trong quá trình vận chuyển dầu bằng đường
ống ngầm;
2. Kết quả nghiên cứu của luận án không những chỉ áp dụng tốt và
hiệu quả cho các cụm đường ống ngầm vận chuyển dầu tại mỏ Bạch Hổ
mà còn có khả năng áp dụng cho các mỏ khác.
23