Vận chuyển đường ống dẫn dầu thô

Vận chuyển đường ống dẫn Dầu thô
1. Tổng quan về đường ống
1.1 Chức năng
Đường ống được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Nó có nhiều loại kết
cấu, kích thước và phạm vi sử dụng khác nhau.Trong ngành công nghiệp Dầu khí
nó có chức năng như sau:
-Vận chuyển dầu và các sản phẩm dầu từ nơi khai thác đến các kho chứa,
nhà máy chế biến, các trạm cung cấp, xí nghiệp…
-Vận chuyển nước, chất phụ gia hóa phẩm phục vụ cho công tác khai thác
Dầu khí vào giao đoạn cuối.
1.2 Phân loại đường ống
Do yêu cầu đa dạng và tính chất làm việc phức tạp nên hệ thống đường ống
được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau:
- Theo phương pháp lắp đặt thì có ống ngầm dưới đất, dưới nước, trên mặt đất
hoặc treo trên không.
- Theo đặc tính gồm có ống có áp và ống không có áp: Loại ống có áp thì
thông thường chất lưu lấp đầy tiết diện ống. Trong trường hợp không lấp đầy
thì có thể tự chảy hoặc có thể có áp lực. Còn ống không áp thì chuyển động
được thực hiện nhờ trọng lực gây ra bởi sự chênh lệch độ cao giữa 2 đầu ống.
- Theo trị số áp lực thì đường ống được chia ra làm 2 cấp. Cấp 1 đối với những
ống có áp suất lớn hơn từ 250- 1000 N/cm 2 và cấp 2 đối với những ống có áp
suất lớn hơn từ 120- 250 N/cm2.
- Theo đường kính thì đường ống chia làm 5 cấp. Cấp 1 đối với ống có đường
kính từ 1000-1400 mm; cấp 2 có đường kính từ 500-1000 mm; cấp 3 có
đường kính từ 300-500 mm; cấp 4 có đường kính bé hơn 300mm và có áp
suất lớn hơn 250 N/cm2; cấp 5 có đường kính bé hơn 300mm và áp suất từ
160 N/cm2 đến 250 N/cm2.
- Theo độ dốc thủy lực gồm có ống đơn giản (ống không phân nhánh, đường
kính không thay đổi) và ống phức tạp.

1

- Theo mức độ ăn mòn của chất chuyển tải người ta chia ra ống trong môi
trường không ăn mòn, ít ăn mòn (nếu mức ăn mòn 0,1 mm/năm), ăn mòn
trung bình(0,1-0,5mm/năm) và ăn mòn cao(>0,5mm/năm).
- Theo khả năng vận tải thì có đường ống dẫn dòng một pha hay hai pha, dẫn
dầu hay khí.
Một số hình ảnh về đường ống:

2. Khả năng vận chuyển của đường ống
Để đánh giá khả năng vận chuyển của đường ống, người ta sử dụng các thông
số của đường ống dẫn như: đường kính và độ nhám bề mặt, chiều dày thành
ống, tính chất của chất lưu……
Trong khai thác dầu mỏ, tính chất của dầu mỏ thay đổi theo từng giai đoạn
khai thác. Ở giai đoạn đầu, giai đoạn gia tăng nhu cầu vận chuyển dầu sẽ tăng
dần. Tới giai đoạn ổn định, lượng dầu đạt giá trị cao nhất, đồng thời lượng
2


nước vỉa khai thác và nước bơm ép cũng bắt đầu gia tăng (do các mỏ vỉa
không còn đủ áp suất tự phun, ta phải bơm ép nước, chất phụ gia hóa phẩm
tác động vào vỉa để nâng cao hệ số thu hồi dầu). Trong các giai đoạn cuối thì
khối lượng vận chuyển chủ yếu là nước.
Khả năng lưu thông của đường ống được xác định bởi trạng thái bề mặt
bên trong của ống và sự hiện diện của lớp lắng đọng asphan- nhựa- parafin.
Các lớp lắng đọng này sẽ làm giảm tiết diện của ống và kết quả là làm gia
tăng tổn thất thủy lực.Trong quá trình bơm dầu, nguy cơ tắc nghẽn đường ống
khi dừng bơm là rất cao. Ở Việt Nam dầu khai thác tại các mỏ hiện nay với
sản lượng ít dần, có hàm lượng parafin cao, điều này tạo ra nhiều khó khăn
trong việc vận chuyển sản phẩm của giếng khai thác và dầu đã tách khí. Do

dầu đông đặc và mất linh động ở nhiệt độ tương đối cao (thường 3036 oC) nên
vận chuyển các loại dầu này bằng đường ống thường kèm theo tổn thất thủy
lực lớn và gây tắc nghẽn đường ống.
Cụ thể, ta đi xét một số nguyên nhân chính làm cho khả năng vận chuyển của
đường ống bị suy giảm là:
- Đường kính trong của ống bị giảm và tình trạng bề mặt thay đổi dẫn đến gia
tăng tổn thất thủy lực. Khi vận chuyển, dầu kéo theo các vật chất cơ học từ vỉa
như cát, bùn, sét, vảy gỉ nhựa…. Khi tốc độ giảm sẽ lắng xuống hình thành
các lớp, nhiều khi rất khó phá hủy. Với dầu nhiều parafin, gặp điều kiện nhiệt
động không thuận lợi sẽ đông đặc, kết tinh và bám dính vào thành ống. Tương
tự khi vận chuyển nước vỉa hoặc dầu ngậm nước thì các lớp kết tinh sẽ là
muối, đồng thời nước thúc đẩy hình thành các lớp oxit trên thành ống. Các lớp
kết tủa bám dính trên thành ống làm giảm đường kính trong của ống, độ nhám
tăng lên.
- Độ bền của đường ống cũng giảm theo thời gian sử dụng do chịu lực cơ học
lâu dài và tiếp xúc với môi trường. Khi tiếp xúc với môi trường, phần lớn các
ống dẫn bị han gỉ, ngoài ra còn bị mài mòn, xói mòn do dòng chảy của hỗn
hợp lỏng rắn làm cho bề dày bị giảm. Trong thời gian làm việc, ống chịu các
tải cơ học, đặc biệt là khi vận chuyển dầu có hàm lượng từ trung bình đến cao,
sẽ dẫn đến hiện tượng mỏi của vật liệu và sức chịu tải sẽ giảm.

3


Để đảm bảo quá trình sản xuất bình thường, tiết kiệm vật liệu và năng lượng,
chúng ta phải hiểu rõ các nguyên nhân và biết cách lựa chọn các giải pháp cần
thiết, phù hợp để ngăn ngừa sự lắng đọng, kết tinh, bám dính, sự han gỉ và sự
hình thành các va đập áp suất trong đường ống.
Ở nước ta, với điều kiện khí hậu ẩm, khai thác ngoài biển, hệ thống thu gom ở
các mỏ nhỏ và giàn nhẹ là hệ thống kín, khí được khai thác xa bờ, được vận

chuyển theo dòng 2 pha nên việc đưa ra các giải phám làm tăng khả năng lưu
thông của tuyến đường ống là rất cần thiết.
3. Một số vấn đề liên quan đến sự tắc nghẽn đường ống
3.1Lắng đọng parafin trong đường ống vận chuyển
a. Giới thiệu
- Parafin: Là một hỗn hợp Hydrocacbon phức tạp, thành phần chủ yếu là
Hydrocacbon ở thể rắn, hợp chất từ C17 C100, thường là mạch no. Tỉ trọng
thường từ 0,860,94. Parafin bị mất tính lưu biến tạo thành thể rắn ở nhiệt độ
từ 2535 oC. Khi bắt đầu kết tinh hoặc mất tính linh động sẽ gây khó khăn
cho việc vận chuyển, làm tăng tổn hao áp suất và nhiều khi không vận
chuyển được.
- Nguyên nhân gây kết tinh, lắng đọng parafin:
+ Khả năng hòa tan của parafin trong dầu kém
+ Do nhiệt độ kết tinh của parafin cao
+ Do hàm lượng của parafin trong dầu cao
+ Do độ nhám của thành ống
+ Do tốc độ giảm áp lớn, tốc độ dòng chảy thấp.
- Các biện pháp khắc phục.
Người ta thường sử dụng các giải pháp khắc phục như là: bọc bảo ôn cho
đường dẫn dầu, xây dựng hệ thống làm sạch chất lắng đọng bên trong đường
ống, gia nhiệt cho dầu, sử dụng hóa phẩm làm giảm nhiệt độ đông đặc, độ
nhớt của dầu…. Tuy nhiên, trong từng giai đoạn, từng trường hợp cụ thể, các
giải pháp trên không phải lúc nào cũng áp dụng có hiệu quả.Chính vì thế, ta
cần lựa chọn giải pháp thích hợp.
b. Lắng đọng parafin trong đường ống và giải pháp khắc phục cụ thể
Tại điều kiện nhiệt độ tiệm cận nhiệt độ đông đặc của dầu, hiện tượng lắng
đọng parafin-keo nhựa trên bề mặt thành đường ống khai thác cũng như là
4

đường ống thu gom, vận chuyển sẽ diễn ra mạnh mẽ, làm giảm khả năng lưu
thông của đường ống.
Theo khảo sát, các thông số đặc trưng của dầu thô ở một số mỏ của
Vietsovpetro như sau:
Bảng 1: Đặc trưng lý hóa của một số mỏ Dầu Khí ở Vietsovpetro

Theo kết quả nghiên cứu, đối với dầu khai thác ở mỏ Bạch Hổ và một số mỏ
khác ở Vietsovpetro, thì parafin kết tinh mạnh ở khoảng nhiệt độ 3540 độ C.
Trong khi đó, nhiệt độ của dầu chuyển động trong đường ống dao động ở
mức 3445oC.
Hình 1 cho thấy nhiệt độ bắt đầu xuất hiện các tinh thể parafin trong dầu là
5860oC, nhiệt độ kết tinh mạnh mẽ parafin trong dầu xuất hiện ở khoảng
3540oC.

5


Người ta cũng đã nghiên cứu và chứng minh được rằng:
- Ở nhiệt độ vận chuyển dầu trên 65 oC: ít thấy hiện tượng lắng đọng
parafin.
- Đến nhiệt độ 35oC: lắng đọng parafin khoảng 1,0kg//ngày.
- Đến nhiệt độ 30oC:lắng đọng parafin khoảng 3,5kg/m2/ngày.
- Đến nhiệt độ 25oC: lắng đọng parafin khoảng 10kg/m2/ngày.
Bên cạnh đó, người ta cũng nhận định rằng: Tại điều kiện vận chuyển mà
nhiệt độ của dầu trong đường ống thấp, dầu chuyển động trong đường ống có
tính chất lưu biến của chất lỏng phi Niu-Tơn, kết quả bên trong đường ống
dẫn dầu sẽ xuất hiện các vùng ứ đọng parafin mềm hoặc dầu đông. Ở đoạn
đầu của đường ống, khi nhiệt độ trung bình của dầu khá cao, dầu còn mang
tính chất của chất lỏng Niu-Tơn, dòng chảy của dầu ở đây có thể là chảy rối,
nghĩa là dầu dịch chuyển theo toàn bộ tiết diện của ống.

6


Hình ảnh minh họa lắng đọng parafin:

Hình 2: Lắng đọng Parafin trong đường ống dẫn dầu từ mỏ Bạch Hổ sang FSO-3
mỏ Rồng (lấy trong thời gian sửa chữa Plem UBN-3)

Hình 3: Lắng đọng parafin từ RP-1 đến FSO-3.
7


Một số giải pháp cụ thể tác động lên ống và tác động lên chất lỏng:
- Duy trì áp suất vận chuyển cao (1015 at) để hạn chế việc tách khí và tốc độ
chảy cao để gây động lực hạn chế sự lắng đọng.
-

Duy trì nhiệt độ của dầu cao hơn nhiệt độ đông đặc của parafin ( hay còn
gọi là giải pháp gia nhiệt, vận chuyển dầu nóng ). Người ta thường dùng các
thiết bị nung điện ngầm, lò đốt điện hoặc là dùng khí để gia nhiệt dầu thô có
nhiệt độ cao hơn nhiệt độ đông đặc từ 2025 oC. Phương pháp này dễ thực
hiện, thuận tiện sử dụng ở bất kỳ khu vực khai thác nào….

-

Vận chuyển dầu cùng khí hoặc nước: Làm tăng độ linh động của dầu.

-

Sơn phủ đường ống nhằm giảm độ nhám và khả năng bám dính của ống:
Các vật liệu bảo vệ đường ống phải có tính kết dính kém với parafin- nhựa
trong dầu thô. Khi chế tạo ta phủ lên bề mặt trong của ống một lớp sơn tráng
epoxi hoặc thủy tinh. Cố tạo cho lớp này có tính phân cực (tính háo nước).
Tuy nhiên, do xử lý nhiệt lớp phủ này kém bền nên thời gian sử dụng không
được lâu dài.

- Phương pháp điện trường: Như chúng ta đã biết, dầu thô khi khai thác có lẫn
các tạp chất nước và muối khoáng, dưới ảnh hưởng của từ trường, các phân
tử nước, muối khoáng sẽ thay đổi hướng và làm thay đổi cấu trúc của tinh
thể parafin. Mức độ tác động của trường điện từ phụ thuộc vào cường độ và
hướng đối với dòng chất lỏng và tốc độ bơm dầu qua trường điện từ. Thường
ở miệng giếng khai thác, người ta đặt thử nghiệm máy phát điện từ. Nguyên
tắc của máy là cho dòng dầu đi qua một đoạn ống làm bằng vật liệu không
nhiễm từ, trên ống có bố trí những cuộn cảm ứng và khi cho dòng điện đi
qua những cuộn cảm ứng này sẽ tạo ra từ trường biến thiên và làm cho dầu
nhiễm từ và dẫn đến làm thay đổi cấu trúc tinh thể parafin, ngăn ngừa sự
lắng đọng parafin trong ống.
Phương pháp này thường được áp dụng kết hợp với các phương pháp khác.
- Pha loãng dầu, đây là giải pháp để giảm độ nhớt của dầu, giảm tổn hao áp
suất, tăng tốc độ vận chuyển và giảm nồng độ parafin.

8


-

Sử dụng chất phụ gia: phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi. Nó còn
giải quyết được một cách tổng hợp các nhiệm vụ chống lắng đọng parafin,
chống ăn mòn, chống lắng đọng muối và có thể tác động vào vùng đáy giếng

để nâng cao hệ số thu hồi dầu. Chỉ cần một lượng nhỏ chất phụ gia cho vào
là có thể làm thay đổi bản chất ranh giới dầu – nước, thay đổi mạng tinh thể
parafin, giảm điểm đông, độ nhớt… Tùy thuộc vào bản chất dầu thô, điều
kiện vận chuyển khai thác mà người ta chọn lựa các loại phụ gia khác nhau.
Các chất phụ gia được sản xuất có gốc polyetylene, polyisobutylene,
polyeste……

- Phương pháp tẩy rửa parafin trong đường ống : Sau một thời gian khai thác,
vận chuyển dầu thô, dù chúng ta sử dụng phương pháp gia nhiệt, dùng chất
phụ gia… thì cũng không khắc phục hoàn toàn được lắng đọng parafin trên
thành ống. Theo định kỳ, người ta xử lý bằng cách tẩy rửa đường ống. Có
thể sử dụng condensat ở vùng khai thác dầu, dầu diesel hay là dầu hỏa để tẩy
rửa.
Dùng dầu diesel hoặc condensate nóng cho lưu thông trong ống để tẩy rửa
parafin, những đoạn ống có lưu lượng bơm thấp thì càng nhanh tạo lắng
đọng, có thể dùng hỗn hợp nước thêm vào dầu vận chuyển với tốc độ lớn để
tẩy rửa lắng đọng, tuy nhiên lại phải tốn kém cho tách loại nước.
Nhược điểm chính của phương pháp này là khi tẩy rửa thì phải ngừng làm
việc. Và hệ thống đường ống có nhiều cấp đường kính, tạo nút trong vận
chuyển và có nhiều đoạn ống đứng nên việc tẩy rửa hơi khó khăn.
3.2 Lắng đọng muối trong đường ống vận chuyển
Khi có nước có thể xảy ra sự lắng đọng muối và ăn mòn đường ống.
Lắng đọng muối thường hay gặp ở những nơi có sự thay đổi về nhiệt độ, áp
suất như: đường ống sau côn, trong phin lọc thô, trong các van tiết lưu….Khi áp
suất thay đổi đột ngột sẽ phá vỡ sự cân bằng và dẫn đến các loại muối vô cơ lắng
đọng. Sự thay đổi áp suất riêng phần CO2 cũng tạo nên sự lắng đọng mạnh muối
CaCO3.
9

Thường có mặt 3 loại lắng đọng muối chính: cacbonat( chiếm 60% chất lắng
đọng), sunfat (chiếm 30%) và clorit (chiếm 10%). Ngoài ra có ít loại silicat.

Một số hình ảnh minh họa cho lắng đọng muối:

Muối thường có mặt trong nước vỉa và nước đồng hành tồn tại ở 2 dạng:
+ Muối hòa tan như NaCl, CaCl2.
+ Muối không hòa tan gồm các nhóm: Cacbonat ( CaCO3, MgCO3), nhóm
sunfat ( CaSO4, MgSO4), nhóm silicat ( CaSiO3, MgSiO3).
10


Trong đó, sự lắng đọng muối sunfat là khó xử lý nhất, còn muối clorit hòa
tan trong nước nên dễ dàng loại bỏ hơn.
Giải pháp hóa học:
Dùng axit HCl để hòa tan muối, tuy nhiên người ta ít dùng do axit gây ăn mòn
thiết bị đường ống, làm hỏng nhanh các chi tiết có cao su, các lớp cách điện.
Vì vậy người ta thường sử dụng các hợp chất phốt phát tạo ra các vỏ bọc cho
các tinh thể ngăn chúng dính liền nhau và không cho lắng đọng.
4. Kết luận
Dầu khai thác của một số mỏ ở Việt Nam là loại dầu nhiều parafin, có độ nhớt
và nhiệt độ đông đặc cao so với nhiệt độ môi trường bên ngoài. Vận chuyển dầu
này bằng đường ống sẽ gặp rất nhiều khó khăn do hiện tượng lắng đọng parafin
và muối. Lắng đọng parafin và muối trên đường ống khai thác, vận chuyển có thể
gây nên tắc nghẽn đường ống và dừng khai thác vận chuyển.
Cùng với đó, hệ thống đường ống sử dụng để vận chuyển có nhiều loại (có
loại không bọc cách nhiệt), có nhiều cấp đường kính, nhiều ống đứng và khúc
cong gây tổn thất thủy lực lớn.
Từ những khó khăn, thách thức đó người ta đưa ra những giải pháp nhằm
ngăn ngừa sự lắng đọng parafin và muối. Đây là việc làm cần thiết nhằm cho

phép vận chuyển an toàn dầu thô có hàm lượng parafin cao, qua đó tiết kiệm chi
phí vận hành và bảo dưỡng. Trên thực tế, người ta có thể sử dụng tổ hợp các giải
pháp như: duy trì áp suất vận chuyển cao; giải pháp gia nhiệt kết hợp với sử dụng
chất phụ gia; sơn phủ đường ống; phương pháp điện trường; tẩy rửa đường
ống……
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS.TS Lê Xuân Lân (2005), Thu gom, xử lý dầu-khí- nước, Hà Nội.
2. ThS Nguyễn Văn Thịnh (2006), Bài giảng Công trình đường ống và bể
chứa, Hà Nội.
3. Đồ án môn học : “Nghiên cứu cơ chế lắng đọng parafin và giới thiệu một
số phụ gia có hiệu quả chống lắng đọng parafin cho dầu thô” của sinh viên
Hoàng Mạnh Hùng.

11


12