QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ KHAI THÁC DẦU KHÍ

MỤC LỤC

1


PHẦN I – QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ KHAI THÁC DẦU KHÍ
1. Giới thiệu
Khai thác dầu khí là môn khoa học ứng dụng, thuộc lĩnh vực
thượng nguồn trong ngành công nghiệp dầu khí, có nhiệm vụ thu hồi
dầu khímột cách an toàn với hiệu quả kinh tế tối đa từ các mỏ dầu
khí.
Khai thác dầu khí có 02 phần: Hệ thống thiết bị khai thác và công
nghệ áp dụng trên hệ thống thiết bị đó. Hiện nay, ngành Dầu khí
Việt Nam đang khai thác dầu và khí từ các mỏ ở trên đất liền như mỏ
khí Tiền Hải C từ năm 1981 (sau này có thêm mỏ Đông Quan D và
D14-STL) và ở ngoài biển-thềm lục địa phía Nam hình thành các cụm
khai thác như mỏ dầu Bạch Hổ - Rồng; Rạng Đông; Sư Tử Đen-Sư Tử
Vàng; mỏ khí Lan Tây-Lan Đỏ và nhiều mỏ khác với nhiều cụm hệ
thống thiết bị khác nhau. Một hệ thống khai thác dầu khí cơ bản (cả
trên đất liền và ngoài biển) bao gồm: vỉa chứa, giếng khoan, đường
ống thu gom, bình tách, máy bơm/máy nén, hệ thống lưu chứa, và
đường ống xuất bán sản phẩm dầu thô và khí.
Giếng khai thác tiếp nhận dầu hoặc khí từ vỉa chứa sản phẩm
thông qua phần mở vỉa, đồng thời là đường ống dẫn dầukhí cùng với
nước (gọi chung là chất lưu) lên bề mặt đất cũng như cung cấp chức
năng điều chỉnh sản lượng khai thác chất lưu của giếng. Đường ống
thu gom có nhiệm vụ tập hợp dòng sản phẩm từ các giếng khai thác
và dẫn tới bình tách để tách riêng nước, khí và dầu phục vụ cho xử
lý đạt yêu cầu sản phẩm dầu khí thương mại. Máy bơm, máy nén
được sử dụng để vận chuyển dầu và khí tới điểm tiếp nhận thông
qua hệ thống đường ống xuất bán. Tính chất lưu biến của dầu và khí

thay đổi theo nhiệt độ, áp suất trong suốt quá trình chảy từ vỉa vào
giếng cũng như qua hàng loạt các thiết bị thu gom, xử lý.

2


Hình 1.1 - Sơ đồ tổng thể hệ thống khai thác dầu khí
2. Vỉa và mỏ dầu khí
Một vỉa dầu khí thường là mộtlớp đất đá dưới lòng đất có độ rỗng
và độ thấm, chứa dầu khí và được giới hạn bởi các lớp đá không
thấmhoặc các đới nước. Như vậy, mỗi vỉa dầu khí được đặc trưng bởi
một hệ thống áp suất riêng. Tập hợp của một hay nhiều vỉa dầu khí
trong cùng một cấu trúc địa chất sẽ trở thành một mỏ dầu khí.
Trên cơ sở điều kiện áp suất và nhiệt độ ban đầu (ngay sau khi
được phát hiện) trong biểu đồ biến đổi pha, các tích tụ hydrocacbon
được phân chia thành các loại vỉa dầu, khí ngưng tụ hoặc khí khô.
Một vỉa dầu có áp suất lớn hơn áp suất điểm bọt được gọi là dưới bão
hòa bởi vì nó có thể tiếp nhận thêm khí hòa tan trong điều kiện nhiệt
độ cụ thể. Vỉa dầu có có áp suất tại áp suất điểm bọtđược gọi là dầu
đã bão hòa do không thể tiếp nhận thêm khí hòa tan vào trong dầu
3


ở điều kiện nhiệt độ thích hợp. Dòng chảy một pha (lỏng) chiếm ưu
thế trong vỉa dầu dưới bão hòa. Trong khi đó, dòng chảy 2 pha (dầu
và khí) thường tồn tại trong các vỉa dầu đã bão hòa.
Tùy thuộc vào tỷ số khí-dầu (GOR) hiện đang khai thác mà các
giếng được khoan trong cùng một vỉa có thể thuộc nhóm các giếng
khai thác dầu, khí, khí ngưng tụ. Những giếng đang khai thác với
GOR cao trên 100.000scf/bbl (bộ khối/thùng) được coi là giếng khai

thác khí; những giếng có GOR nhỏ hơn 5000scf/bbl thuộc nhóm
giếng khai thác dầu; Nếu có GOR trong khoảng từ 5000 – 100.000
scf/bbl sẽ được coi là giếng khai thác khí ngưng tụ.
Trên cơ sở các điều kiện về năng lượng nội tại và ngoại biên hỗ
trợ cho quá trình khai thác, các vỉa dầu có thể được phân chia thành
các loại: vỉa có hỗ trợ năng lượng nước biên; vỉa có hỗ trợ năng
lượng mũ khí; vỉa có hỗ trợ năng lượng khí hòa tan; và kết hợp của
nhiều dạng năng lượng.

Hình 1.2 - Vỉa chứa dầu khí và các dạng hỗ trợ năng lượng
Trong trường hợp vỉa rộngvới tổng diện tích rất lớn so với phần
diện tích chỉ chứa dầu, sẽ có một lượng lớn nước tồn tại trong vỉa ở
4


xung quanh và tiếp xúc trực tiếp với vùng chứa dầu.Thể tích nước kề
áp lớn thường cung cấp nguồn năng lượng đáng kể cho quá trình
đẩy dầu về phía giếng khai thác. Trong quá trình khai thác, áp suất
tại vùng dầu sẽ giảm xuống làm cho nước ở vùng kề áp dãn nở và di
chuyển vào, góp phần làm chậm quá trình giảm áp. Khi áp suất vỉa
được duy trì luôn cao hơn áp suất điểm bọt, dòng chảy trong vỉachỉ
có một pha lỏng nên làm tăng tối đa chỉ số khai thác của giếng.Cùng
một điều kiện sản lượng như nhau, vỉa dầu có hỗ trợ nước kề áp đủ
lớn sẽ có thời gian khai thác dài hơn so với các dạng hỗ trợ năng
lượng khác.Vùng nước biên ở các cánh của thân dầu sẽ có hiệu quả
hỗ trợ năng lượng cũng như cải thiện hệ số quét dầu tốt hơn vùng
nước nằm dưới đáy thân dầu do hiện tượng nón nước dễ dàng xảy ra
đối với các giếng khai thác gần vùng nước đáy. Khi có hiện tượng
nước xâm nhập vào giếng, không những sản lượng khai thác dầu sẽ
giảm, mà còn làm tăng chi phí xử lý nước trước khi thải ra môi

trường.
Đối với vỉa có mũ khí đủ lớn, có thể là nguyên sinh hoặc thứ sinh,
khi khai thác dầu làm giảm áp suất vỉa, cả mũ khí sẽ dãn nở, khí
chiếm phần thể tích lỗ rỗng để duy trì áp suất đồng thời đẩy quét
dầu xuống phía dưới tới giếng khai thác. Áp suất vỉa giảm còn làm
khí hòa tan trong dầu thoát ra, di chuyển lên vùng cao hơn của vỉa
và góp phần làm tăng thể tích mũ khí. Mặc dù năng lượng từ giãn nở
của mũ khí góp phần quan trọng trong khai thác thân dầu, nhưng
một khi ranh giới khí-dầu di chuyển quá nhanh tới khoảng bắn vỉa
của các giếng khai thác, khí sẽ chiếm phần lớn tỷ lệ dòng chảy vào
giếng làm giảm áp suất vỉa một cách nhanh chóng.
Các vỉa chứa dầu được bao quanh bởi các biên chắn không cho
dòng thường được gọi là vỉa dầu thể tích, không có hỗ trợ năng
lượng từ bên ngoài mà chỉ có năng lượng nội tại trong vỉa hỗ trợ cho
khai thác dầu. So sánh với các dạng năng lượng bên ngoài như mũ
khí hoặc nước biên thì vỉa dầu loại dãn nở của dầu và khí hòa tan sẽ
5


có cơ chế khai thác yếu nhất. Tại những vùng khai thác mà áp suất
thấp hơn áp suất điểm bọt thì khí sẽ thoát ra khỏi dầu và tạo thành
dòng 2 pha chảy vào giếng. Để cải thiện hệ số thu hồi dầu đối với
các vỉa loại này, các biện pháp duy trì áp suất vỉa cần được nghiên
cứu áp dụng sớm.
3. Giếng khoan phát triển khai thác
Các giếng được khoan sâu vào lòng đất để tới vị trí các vỉa sản
phẩm với các công đoạn khoan có đường kính giảm dần. Sau khi
hoàn thành mỗi công đoạn khoan, giếng được chống ống với cấu
trúc ống sau được lồng vào trong ống trước tới mặt đất hoặc có thể
là ống lửng. Mỗi cột ống chống đều được trám xi măng lên tới mặt

đất hoặc ít nhất cũng phải cao hơn mức của lần trám cột ống trước
đó.

Ống chống cuối cùng trong giếng được gọi là ống chống khai

thác, trong đó cột ống nâng được thả vào bên trong giếng và thường
được cố định với ống chống khai thác bằng nút neo. Dòng sản phẩm
sẽ từ khoảng bắn vỉa, chảy qua cột ống nâng để lên tới đầu giếng
khai thác trên mặt đất.
Để hỗ trợ khả năng khai thác cho giếng khi áp suất vỉa giảm, các
van khí nén được lắp đặt dọc theo ống nâng ở những vị trí đã được
tính toán.
Các giếng khai thác được khoan thẳng đứng hoặc nghiêng định
hướng tới vỉa sản phẩm. Tùy thuộc vào đặc tính vỉa mà khoảng khai
thác trong giếng khoan được thiết kế theo kiểu: thân trần; ống đục
lỗ, màng lọc, đệm sỏi lọc cát; hoặc

thông thường nhất là chống

ống,trám xi măng và bắn đạn xuyên vào vỉa.
3.1.

Thiết bị đầu giếng

Đầu giếng là phần thiết bị bề mặt được lắp đặt ngay bên dưới
van chính, là nơi cố định đầu của các ống chống và đầu ống nâng.
Tùy thuộc vào chương trình chống ống khi khoan giếng, một vài đầu
cột ống chống được lắp đặt ngay sau khi trám xi măng. Đầu ống
6

chống được cấu tạo hình côn bên trong để giữ nêm treo cả cột ống
chống. Đối với cột ống chống khai thác, đầu ống còn được ren và bắt
chặt vào nêm nhằm tạo ma sát. Tất cả các đầu ống chống đều được
lắp áp kế hiển thị áp suất trong khoảng không vành xuyến giữa các
cột ống. Toàn bộ cụm thiết bị đầu giếng đều được đặt lên cột ống
chống dẫn hướng, do vậy cột ống này luôn chịu nén và thường được
trám xi măng tới bề mặt. Cột ống nâng được thả bên trong cột ống
chống khai thác với một được treo ngay trên đầu cột ống chống khai
thác, đầu còn lại được cố định bởi packer ở phía đáy giếng.

7


Hình 1.3 – Các thành phần của cụm đầu giếng

8


3.1.1. Cây thông khai thác

Cụm thiết bị khai thác được lắp đặt ngay bên trên thiết bị đầu
giếng được gọi là cây thông và được sử dụng để kiểm soát dòng
chảy sản phẩm của giếng. Cây thông được kết nối với đầu cột ống
nâng thông qua một thiết bị nhỏ đặc biệt. Van chính được lắp ngay
bên dưới đường ống dẫn sản phẩm. Ngoài ra, cây thông còn được
trang bị các van nhánh, van đỉnh để dễ dàng điều chỉnh dòng hoặc
đóng giếng khi cần thiết. Một áp kế thường được lắp trên đỉnh của
cây thông để báo áp suất bên trong cột ống nâng.Các áp kế khác
được lắp đặt cùng với các van nhánh để kiểm soát dòng chảy chất

lưu.
Trong tất cả các giếng đang hoạt động, lưu lượng chất lưu được
điểu chỉnh bởi các van điều dòng (choke) lắp tại mỗi nhánh khai
thác. Van điều dòng tạo đối áp cho toàn bộ thiết bị lòng giếng cũng
như điều chỉnhgiảm áp đáy giếng tránh làm hỏng vỉa. Với giếng khai
thác khí, van điều dòng còn có tác dụng làm giảm ngưng tụ khíhoặc
thành tạo hydrat khí trong ống nâng. Vận hành cụm thiết bị đầu
giếng khai thác cần có quy chế đóng và mở cụ thể. Trước khi mở van
điều tiết phải tiến hành kiểm tra toàn bộ thiết bị khai thác trên bề
mặt, đặc biệt là van an toàn, các đầu nối, thiết bị trao đổi nhiệt,
nhằm đảm bảo dòng chất lưu chảy thông suốt qua hệ thống thu gom
xử lý.Ngoài ra, các thùng chứa/bể chứa cũng cần phải sẵn sàng và
đảm bảo đủ cho lần mở giếng.

9


Hình 1.4 – Hình ảnh cây thông khai thác ngoài thực tế
3.1.2. Bộ đầu treo ống khai thác

Bộ đầu treo đầu ống khai thác nằm ngay bên dưới cây thông và
được nối với đường ống dập giếng và đường tuần hoàn nghịch. Tất
cả các đầu ống chống đều được lắp áp kế hiển thị áp suất trong
khoảng không vành xuyến giữa các cột ống.
Bộ đầu treo cần ống khai thác bao gồm: Đầu treo cần ống khai
thác; đầu bao cần ống khai thác; các van cửa, van cho áp kế và áp
kế.
Bộ đầu treo cần ống khai thác có các nhiệm vụ sau:
• Treo và giữ cần HKT.
• Bịt kín khoảng không vành xuyến giữa các cần HKT và ống

chống khai thác.
• Thông qua các đồng hồ cà van để kiểm tra áp suất ngoài
cần HKT khi thực hiện các giải pháp công nghệ kỹ thuật.
3.1.3. Tổ hợp đầu ống chống

Là phần thiết bị bề mặt được lắp đặt ngay bên dưới van chính, là
nơi cố định đầu của các ống chống và đầu ống nâng. Tùy thuộc vào
chương trình chống ống khi khoan giếng, một vài đầu cột ống chống
10


được lắp đặt ngay sau khi trám xi măng. Đầu ống chống được cấu
tạo hình côn bên trong để giữ nêm treo cả cột ống chống. Dùng để
làm kín khoảng không ngoài ống chống, treo ống khai thác và là bệ
đặt của cây thông khai thác.
Tổ hợp đầu ống chống bao gồm: Các đầu treo ống chống; các
đầu bao ống chống; gioăng và vành làm kín; van cửa, van cho áp kế
và áp kế.
Tổ hợp đầu ống chống có nhiệm vụ sau:
• Liên kết các cột ống chống.
• Bịt kín khoảng không vành xuyến giữa hai cột ống chống
liên tiếp.
• Đo áp suất trong khoảng không gian vành xuyến giữa hai
cột ống chống.
3.2.

Thiết bị lòng giếng

Có nhiệm vụ cách ly và điều khiển dòng sản phẩm đi theo hướng
nhất định, thực hiện các quy trình công nghệ cần thiết trong quá

trình khai thác nhờ kỹ thuật cáp tời mà không cần dập giếng, tiến
hành công việc khảo sát giếng trong khi giếng đang hoạt động. Thiết
bị lòng giếng trong phương pháp khai thác tự phun bao gồm:
3.2.1. Phễu định hướng

Phễu định hướng được lắp đặt ngay tại đáy cột ống khai thác, có
nhiệm vụ hướng các thiết bị tời chuyên dụng đi qua đáy cột ống khai
thác khi khảo sát hay sữa chữa giếng một cách dễ dàng, không bị
vướng.

11


Hình 1.5 – Phễu định hướng
3.2.2. Thiết bị định vị

Thiết bị định vị có nhiệm vụ định vị, cách ly và khóa giữ các thiết
bị chuyên dụng điều khiển dòng chảy tùy theo các yêu cầu kỹ thuật.

Hình 1.6 – Thiết bị định vị
3.2.3. Ống đục lỗ

Ống đục lỗ cho phép dòng sản phẩm chảy liên tục vào ống khai
thác trong khi tiến hành các quy trình công nghệ như khảo sát giếng
bằng kỹ thuật tời.
Ống đục lỗ được thiết kế tối ưu nhằm giảm thiểu tổn hao năng
lượng của dòng sản phẩm chảy qua các lỗ vào ống khai thác.

12

Hình 1.7 - Ống đục lỗ
3.2.4. Van cắt

Là nút chẹn tạm thời, có chức năng tạo vùng kín tạm thời để tăng
áp suất trong ống khai thác nhằm mục đích mở packer và thiết bị bù
trừ, đưa chúng vào trạng thái làm việc. Hầu hết các van cắt được nối
trực tiếp ngay dưới packer.
3.2.5. Packer

Packer là thiết bị chuyên dụng dùng để cách ly vùng không gian
giữa cột ống khai thác và cột ống chống khai thác hay giữa các dãy
cột ống khai thác với nhau, sữa chữa giếng hay xử lý vùng cận đáy
giếng bằng các phương pháp khác nhau.

13


Hình 1.8 – Packer
3.2.6. Thiết bị bù trừ giãn nở nhiệt

Thiết bị bù trừ giản nở nhiệt có chức năng cân bằng sự thay đổi
độ dài của cột ống khai thác dưới tác động của áp suất và nhiệt độ
môi trường trong suốt quá trình khai thác.
3.2.7. Van tuần hoàn

Van tuần hoàn dùng để tạo mối liên hệ tạm thời giữa vùng không
gian vành xuyến và bên trong cột ống khai thác mà không cần phải
tháo thiết bị đầu giếng hay kéo cột ống khai thác cùng với packer
nhằm mục đích thay thế các chất lỏng nặng bằng các hỗn hợp nhẹ

hơn khi gọi dòng hay dập giếng.

14


Hình 1.9 – Van tuần hoàn
3.2.8. Van dập giếng

Van dập giếng có chức năng tạo mối liên hệ tuần hoàn giữa vùng
trong ống khai thác và vùng không gian vành xuyến khi cần phải
bơm ép khẩn cấp vào giếng chất lỏng nặng để dập giếng khi có sự
cố kỹ thuật hay nhằm mục đích khống chế sự phun trào.

Hình 1.10 – Van dập giếng
3.2.9. Van an toàn sâu

Van an toàn sâu có nhiệm vụ ngăn dòng sản phẩm khai thác lên
bề mặt khi có sự cố (áp suất đáy giếng tăng đột ngột, sự cố trên bề
mặt, thời tiết không thuận lợi,...)

15


Hình 1.11 – Van an toàn sâu
3.2.10.

Mandrel

Mandrel là một trong những thành phần chính của thiết bị lòng
giếng bên cạnh van gaslift. Nó dùng để định vị, lắp đặt các loại van

gaslift, van điều khiển, van tuần hoàn, van bơm ép hóa chất, van tiết
lưu hay van dập giếng mà không làm ảnh hưởng đến tiết diện của
cột ống khai thác, đồng thời cho phép các thiết bị kỹ thuật tời và các
loại thiết bị chuyên dụng khác có thể chuyển động qua lại dễ dàng.

Hình 1.12 – Mandrel

16


3.2.11.

Van Gaslift

Van gaslift được đặt vào trong Mandrel ở độ sâu thiết kế nhằm
đưa khí vào dòng sản phẩm khai thác để khí hóa cột chất lỏng phía
trên van.
Van gaslift được phân loại phụ thuộc vào chế độ khai thác, chức
năng sử dụng, nguyên lý hoạt động, cấu trúc hay nguyên lý lắp đặt.

Hình 1.13 – Van Gaslift
4. Thu gom và xử lý dầu khí
Thu gom dầu khí là quá trình vận chuyển sản phẩm khai thác
theo đường ống từ các giếng đến các điểm thu gom trung tâm. Thu
gom dầu thô tại mỏ có thể nhờ áp lực miệng giếng, chênh lệch địa
hình giữa đầu vào và đầu ra của đường ống hoặc dùng máy bơm.
Quy trình thu gom dầu khí phải được tiến hành đồng thời với việc đo
lưu lượng từng giếng nhằm hiệu chỉnh các thông số thiết kế khai
thác giếng, kiểm tra và điều chỉnh khai thác toàn bộ mỏ.
Quy trình xử lý để nhận được dầu thương phẩm được gọi là xử lý

dầu thô. Xử lý dầu thô bao gồm các quá trình tách khí, ổn định dầu,
tách nước, tách muối, làm sạch nước thải khỏi dầu bị nhũ tương hóa
và các tạp chất cơ học. Xử lý dầu khí tại mỏ là công việc cần thiết
nhằm làm giảm chi phí vận chuyển, giảm sự ăn mòn các thiết bị và
hệ thống vận chuyển dầu khí.

17


4.1.

Bình tách

Dòng chất lưu từ giếng khai thác thường là hỗn hợp rất phức tạp
với hàng trăm thành phần hydrocacbon khác nhau. Dòng chảy dầu
khí là dòng đa pha (lỏng khí) luôn có lưu lượng lớn, chảy rối, dãn nở
mạnh, đôi khi có tham gia của hơi nước, nước và lẫn cả cát.
4.1.1. Bình tách Test

Dùng để tách lưu lượng từ một hay nhiều giếng để phân tích và
đo lưu lượng một cách chi tiết. Bằng cách này, có thế xác định chất
lượng chất lưu trong điều kiện dòng chảy áp suất khác nhau. Giai
đoạn này thường diễn ra khi giếng bắt đầu được đưa vào khai thác
và sau đó đều đặn, thường là một đến hai tháng. Bộ phần này cũng
có thể được sử dụng để sản xuất khí đốt để phát điện.
4.1.2. Bình tách khai thác

Trong thực tế có 3 loại bình tách được phân loại thành: bình tách
đứng; bình tách ngang; và bình tách hình cầu. Trong đó bình tách
ngang còn được phân thành 2 loại: bình tách ngang thân đơn và

bình tách ngang thân kép. Mỗi loại đều có những ưu nhược điểm và
phạm vi sử dụng nhất định tùy thuộc chủ yếu vào đặc tính dòng chất
lưu sẽ được tách, khoảng không gian lắp đặt và đặc biệt là giá
thành. Các bình tách ngang được lựa chọn nhiều nhất bởi giá thành
thấp và phù hợp với nhiều loại dầu như tỷ số khí-dầu cao; có bọt;
hoặc hàm lượng nước lớn, do khi tách dầu loại này cần mặt thoáng
khí - lỏng rộnghoặc cần có vách ngăn. Ngoài ra bình tách ngang còn
dễ dàng lắp đặt, có thể thực hiện xếp chồng để tạo thành hệ thống
các cấp tách, cần dùng ít đường ống kết nối với các thiết bị khác,
đồng thời chi phí vận hành thấp.

18


Hình 1.14 – Sơ đồ nguyên lý bình tách 3 pha nằm ngang
Trong bình tách ngang, chất lưu có thời gian dài hơn khi chuyển
động qua các tấm và vách ngăn song song với trục của bình, nơi
chất lỏng tạo thành giọt và rơi xuống vùng chất lỏng bên dưới. Tuy
nhiên, mực chất lỏng bên dưới luôn phải được điểu chỉnh cho phù
hợp, tránh làm giảm hiệu suất tách pha lỏng hoặc làm cho dầu bị
cuốn theo dòng chảy của khí.
Bình tách đứng thường được lựa chọn đối với dầu có chỉ số GOR
thấp hoặc trung bình, cũng có thể phù hợp đối với dòng chất lưu có
dạng nút chất lỏng kích thước lớn do dầu đã tách ra sẽ không bị
cuốn theo dòng khí. Bình tách đứng có lợi thế diện tích chiếm chỗ
nhỏ, lựa chọn tối ưu đối với các giàn khai thác ngoài khơi. Tuy nhiên,
do dòng chảy tự nhiên của pha khí có xu thế bay lên trên nên làm
giảm hiệu quả tách hơi và pha lỏng khi đường kính của bình tách
không đủ lớn. Ngoài ra, bình tách đứng có giá thành cao, cồng kềnh
khi chế tạo đồng bộ và vận chuyển khó khăn.

Bình tách hình cầu có giá thành thấp đồng thời gọn nhẹ. Tuy
nhiên do có cấu tạo thu gọn nên các bình kiểu này bị giới hạn
khoảng không gian để tách chất lỏng. Ngoài ra, thiết lập và điều
chỉnh mực chất lỏng trong bình loại này sẽ gặp nhiều khó khăn.

19


4.2.

Xử lý khí và nén

Xử lý khí trải qua một số giai đoạn, mỗi giai đoạn lấy khí từ một
mức áp suất thích hợp trong bình tách khai thác, và từ những giai
đoạn trước đó. Một giai đoạn điển hình được hiển thị bên hình 1.6,
khí sẽ được làm lạnh lần đầu thông qua bộ trao đổi nhiệt. Sau đó nó
đi qua máy sàn để loại bỏ chất lỏng và cuối cùng đi vào máy nén để
nén khí.
4.2.1. Bộ trao đổi nhiệt

Để máy nén hoạt động hiệu quả thì nhiệt độ khí cần phải thấp.
Nhiệt độ càng thấp thì năng lượng ít tiêu hao, tuy nhiên dòng chất
lưu từ giếng lên thì nhiệt độ khá là nóng nên ta cần phải làm mát
dòng khí. Có hai loại trao đổi nhiệt là dạng tấm và dạng ống. Các
chất lỏng làm mát thường là nước tinh thiết, ức chế ăn mòn. Khi
thiết kế bộ trao đổi nhiệt thì cần phải chú trọng đến cân bằng năng
lượng nhiệt.

Hình 1.15 – Cấu tạo bộ trao đổi nhiệt

20


4.2.2. Máy sàn và máy nghiềng

Khi tách chất lưu hay qua trao đổi nhiệt thì có tích tụ các hạt
lỏng, cần loại bỏ nó trước khi đưa vào máy nén, nếu không chúng sẽ
làm mòn các thiết bị trong máy nén. Máy sàn và máy nghiền sẽ loại
bỏ các hạt lỏng này thông qua việc glycol hấp thụ. Glycol đã xử lý
được bơm từ bể chứa, nó chảy từ mức này đến mức khác so với dòng
khí khi nó tràn qua các mép của mỗi cái bẫy. Sau khi hấp thụ các
chất lỏng xong thì chúng ta sẽ tái chế glycol để tiếp tục quá trình
bằng cách loại bỏ chất lỏng hấp thụ theo sơ đồ bên dưới.

Hình 1.16 – Sơ đồ tái chế Glycol
4.2.3. Máy nén

Sau khi được xử lý tách dầu khí và nước, sản phẩm thương mại sẽ
được vận chuyển tới tàng trữ hoặc xuất bán bán. Các loại bơm dạng
piston hoặc máy nén khí được sử dụng tương ứng cho dầu và khí để
cung cấp năng lượng cơ học cần thiết để đẩy dầu và khí qua đường
ống.
Bơm piston có 2 dạng dựa theo cách thức hoạt động: hành trình
đơn và hành trình kép. Trong đó bơm hành trình kép thường sử dụng

21


2 piston, bơm hành trình đơn sử dụng với số lượng piston nhiều hơn
nhằm tạo ra dòng dầu tương đối liên tục trong ống vận chuyển.

Máy nén được sử dụng để cung cấp khí với áp lực cao cho vận
chuyển bằng đường ống hoặc cho khí nâng. Có 2 dạng máy nén
được sử dụng trong vận chuyển khí: máy nén dạng piston và máy
nén dạng ly tâm. Máy nén dạng piston có hiệu suất thấp do có quá
nhiều chi tiết chuyển động trong quá trình vận hành. Máy nén ly tâm
có hiệu suất cao hơn do chỉ có 2 bộ phận chuyển động trong quá
trình làm việc là các cánh và trục quay. Ngoài ra chi phí vận hành
thấp, tiêu tốn ít dầu bôi trơn và cũng không cần dùng nước làm mát
do tỷ số nén thấp nên ma sát nhỏ.

Hình 1.17 – Máy nén Pittong

22


Hình 1.18 – Máy nén ly tâm
5. Vận chuyển dầu khí
Đường ống dẫn dầu, khí hoặc các sản phẩm của công nghiệp dầu
khí có tầm quan trọng đặc biệt trong khai thác dầu khí từ thu gom
cho tới phân phối. So với các phương tiện vận chuyển như tầu biển,
xe tải, đường ống có ưu thế đặc biệt do vận chuyển ổn định, liên tục
với khối lượng lớn đi quãng đường xa với giá thành thấp. Vận chuyển
dầu khí bằng đường ống có tính linh hoạt rất cao và có khả năng
vượt qua những phức tạp của địa hình cũng như khắc nhiệt về môi
trường xung quanh.Trong hệ thống thiết bị khai thác dầu khí ngoài
biển, đường ống nội bộ mỏ có nhiệm vụ kết nối các giàn đầu giếng
với giàn hoặc tàu xử lý trung tâm. Đường ống xuất bán sẽ dẫn dầu
tới tầu chứa và dẫn khí về bờ và tới hộ tiêu thụ.

23

Hình 1.19 – Sơ đồ đường ống trong hệ thống khai thác dầu ngoài
khơi
6. Hệ thống an toàn và điều khiển
Mục đích của an toàn hệ thống là bảo vệ con người, môi trường
và thiết bị khai thác dầu khí. Do vậy nhiệm vụ chính là phải đảm bảo
hydrocacbon không bị rò rỉ và chủ động hạn chế những ảnh hưởng
nếu xảy ra rò rỉ. Thiết bị an toàn và điều khiển được trang bị khắp hệ
thống thiết bị khai thác dầu khí, từ lòng giếng cho đến các đoạn của
đường ống vận chuyển.
Van được sử dụng nhiều nhất trong hệ thống với mục đích điều
khiển áp suất, mực chất lỏng, nhiệt độ và lưu lượng dòng chảy. Trong
công nghiệp dầu khí, van tự động được sử dụng nhiều nhất và
thường được kết hợp với các thiết bị cảm biến. Từ các hoạt động
thông minh của van, các thiết bị xử lý dầu khí cũng được điều khiển
tự động giúp cho quá trình được diễn ra thông suốt và an toàn.

24


PHẦN II – BẢO VỆ ĐƯỜNG ỐNG DẪN DẦU – KHÍ KHỎI BỊ ĂN MÒN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ CATOD
1. Cấu tạo đường ống dẫn dầu, khí
Ống dẫn dầu - khí gồm 4 thành phần chính và cũng thường gặp
là: Chất caoeoxy, chất kết dính copolymer, lớp bên ngoài của
polyethylene và thành phần cuối là ống thép kim loại. Ba thành phần
được kết hợp với nhau tạo thành lớp vỏ bảo vệ ống thép, ngăn chặn
sư xâm nhập của các yếu tố ăn mòn như nước, oxy, nhiệt độ
cao..v..v..

Hình 2.1 – Cấu tạo chung của đường ống dẫn dầu - khí
Thành phần chính của đường ống dẫn dầu (khí) là ống thép.
Ống thép có hai loại chính: thép cacbon và thép hợp kim.
Thép cacbon là một loại thép có hai thành phần cơ bản chính
là sắt và cacbon, trong khi các nguyên tố khác có mặt trong thép
cacbon là không đáng kể. Thành phần phụ trợ trong thép cacbon
là mangan (tối đa 1,65%), silic (tối đa 0,6%) và đồng (tối đa
0,6%). Lượng cacbon trong thép càng giảm thì độ dẻo của thép
cacbon càng cao. Hàm lượng cacbon trong thép tăng lên cũng
làm cho thép tăng độ cứng, tăng thêm độ bền nhưng cũng làm

25