Nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển DCS cho giàn nén khí dầu khí mỏ rồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TẠ MINH NGHĨA

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN DCS CHO
GIÀN NÉN KHÍ DẦU KHÍ MỎ RỒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội – Năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TẠ MINH NGHĨA

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN DCS CHO
GIÀN NÉN KHÍ DẦU KHÍ MỎ RỒNG

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. NGUYỄN MẠNH TIẾN

Hà Nội – Năm 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển
DCS cho giàn nén khí dầu khí mỏ Rồng do tơi nghiên cứu và thực hiện , các kết
quả là trung thực và khác quan. Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về các kết quả
nghiên cứu và ứng dụng đã đƣợc công bố trong luận văn này.

Hà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2017
Ngƣời thực hiện
Học viên

Tạ Minh Nghĩa


MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. i
DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU ........................................................................ iii
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................... iv
LỜI NĨI ĐẦU ....................................................................................................1
CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ GIÀN NÉN KHÍ MỎ RỒNG .........................2
1.1.

Lịch sử hình thành và phát triển. .........................................................2

1.1.1. Giới thiệu xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt – Nga Vietsovpetro2
1.1.2. Hoạt động khai thác dầu khí tại liên doanh dầu khí Vietsovpetro
qua các thời kỳ. ...................................................................................................4

1.1.3. Cơ sở và mục tiêu của việc xây dựng giàn nén khí mỏ rồng .........6
1.2.

Cơng nghệ giàn nén khí mỏ rồng ........................................................6

1.2.1. Sơ đồ tổng quan giàn nén khí mỏ Rồng. ........................................7
1.2.2. Cơng nghệ các công đoạn ............................................................10
1.2.3. Hệ thống dừng sự cố ....................................................................18
1.2.4. Tín hiệu về dừng sự cố.................................................................20
1.3.

Các loại van điều khiển .....................................................................20

1.3.1. Shutdown Valve (SDV) ...............................................................20
1.3.2. Blowdown Valve (BDV) .............................................................21
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS VÀ PLC 22
2.1.

Hệ thống điều khiển phân tán DCS ...................................................22

2.1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển phân tán DCS .......................22
2.1.2. Phân loại các hệ thống điều khiển phân tán DCS. .......................30
2.2.

Các loại mạng và Bus truyền thông thông dụng. ..............................31


2.2.1. Profibus. .......................................................................................31
2.2.2. Foundation Fieldbus. ...................................................................34
2.2.3. Controlnet. ...................................................................................35

2.2.4. Mạng Ethernet. .............................................................................35
2.3.

Bộ điều khiển PLC S7-300. ...............................................................36

2.3.1. Giới thiệu về PLC ........................................................................36
2.3.2. Giới thiệu về PLC S7-300............................................................37
CHƢƠNG 3: THIẾT LẬP CẤU HÌNH VÀ LẬP CHƢƠNG TRÌNH HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN ....................................................................................42
3.1.

Thiết kế cấu hình hệ thống điều khiển ..............................................42

3.2.

Cấu hình phần cứng cho PLC............................................................45

3.3.

Phân công cổng vào ra.......................................................................47

3.3.1. PLC Master đầu vào số DI ...........................................................47
3.3.2. PLC Master đầu ra số DO ............................................................48
3.3.3. PLC Master đầu vào tƣơng tự AI.................................................50
3.3.4. PLC Master đầu ra tƣơng tự AO .................................................51
3.3.5. PLC Slave đầu vào số DI .............................................................52
3.3.6. PLC Slave đầu ra số DO ..............................................................54
3.3.7. PLC Slave đầu vào tƣơng tự AI ...................................................56
3.4.

Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển ........................................................58

3.4.1. Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển PLC Master ..............................58
3.4.2. Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển PLC Slave ................................71
CHƢƠNG 4: TRUYỀN THÔNG GIỮA PLC MASTER VÀ PLC SLAVE ..80


4.1.

Cấu hình chung hệ Master- Slave......................................................80

4.1.1. Cấu hình với Intelligent DP Slaves (trao đồi dữ liêu : Slave <>
Master)

......................................................................................................80

4.1.2. Cấu hình với Intelligent DP Slaves (Trao đổi dữ liêu trƣc tiếp
Slave<> I Slave) ................................................................................................81
4.2.

Cơ chế truyền thông giữa DP-Master <> DP-Slave thông minh ......82

4.2.1. Sự khác nhau giữa cơ chế truyền thông DP Master và DP Slave
dạng compack (ET200B), dạng module (ET200M) .........................................82
4.2.2. Hai mode truyền thông :MS (Master-Slave) và DX (Direct data
Exchange)

......................................................................................................82

4.2.3. Rãnh và địa chỉ của trao đổi dữ liệu ............................................83

4.3.

Cơ chế nhận thông tin giữa Master và Slave .....................................84

4.3.1. DP Slave đƣợc nhìn từ Master .....................................................84
4.3.2. DP Master đƣợc nhìn từ DP Slave ...............................................85
4.4.

Xây dựng cấu hình PLC với Step 7 ...................................................85

4.4.1. Cấu hình phần cứng 2 PLC ............................................................85
4.4.2. Lập trình truyền thơng cho 2 PLC ..................................................89
4.4.3. Lập trình trao đổi dữ liệu từ Master và Slave.................................95
KẾT LUẬN ......................................................................................................98
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................99
PHỤ LỤC .......................................................................................................100


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
PLC

Programmable Logic Control

Bộ điều khiển logic khả trình

DCS

Distributed Control System

Hệ thống điều khiển phân tán

LCS

Local Control Station

Trạm điều khiển cục bộ

LCU

Local Control Unit

Khối điều khiển cục bộ

PS

Process Station

Trạm quá trình

OS

Operator Station

Trạm vận hành

ES

Engineering Station

Trạm kỹ thuật

LT

Level Transmitter

Cảm biến đo mức

PT

Pressure Transmitter

Cảm biến đo áp suất

TT

Temperater Transmitter

Cảm biến đo nhiệt độ

ZSC

Valve Position Switch Close

Cảm biến van đóng

ZSO

Valve Position Switch Open

Cảm biến van mở

FT

Flow Transmitter

Cảm biến đo lƣu lƣợng

LSHH

Level Switch Hight Hight

Mức rất cao

LSLL

Level Switch Low Low

Mức rất thấp

PSHH

Pressure Switch Hight Hight

Áp suất rất cao

PSLL

Pressure Switch Low Low

Áp suất rất thấp

TSLL

Temperature Switch Low Low

Nhiệt độ quá thấp

LAHH

Level Alarm Hight Hight

Cảnh báo mức rất cao

LALL

Level Alarm Low Low

Cảnh báo mức rất thấp

PAHH

Pressure Alarm Hight Hight

Cảnh báo áp suất rất cao

PALL

Pressure Alarm Low Low

Cảnh báo áp suất rất thấp

TALL

Temperature Alarm Low Low

Cảnh báo nhiệt độ quá thấp

LAH

Level Alarm Hight

Cảnh báo mức cao

LAL

Level Alarm Low

Cảnh báo mức thấp

i


PAH

Pressure Alarm Hight

Cảnh báo áp suất cao

PAL

Pressure Alarm Low

Cảnh báo áp suất thấp

LV

Level Control Valve

Độ mở van

LY

Level Transducer Relay

Chuyển đổi mức

PDI

Pressure Differential Indicator

Hiển thị độ chênh áp

LI

Level Indicator

Hiển thị mức

PI

Pressure Indicator

Hiển thị áp suất

TI

Temperator Indicator

Hiển thị nhiệt độ

LC

Level Controller

Bộ điều khiển mức

ESD

Emmergency Shut Down

Cảnh báo dừng giàn

APS

Alarm Process System

Cảnh báo dời giàn

USD

Unit Shut Down

Dừng bộ phận

PSD

Process Shut Down

Ngắt quá trình

ii


DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật của cáp kiểu A ....................................................32
Bảng 2.2. Khoảng cách truyền theo tốc độ của cáp kiểu A..............................33
Bảng 3.1. Phân cổng đầu vào số DI PLC Master .............................................47
Bảng 3.2. Phân cổng đầu ra số DO PLC Master .............................................48
Bảng 3.3. Phân cổng đầu vào tƣơng tự AI PLC Master ...................................50
Bảng 3.4. Phân cổng đầu ra tƣơng tự AO PLC Master ....................................51
Bảng 3.5. Phân cổng đầu vào số DI PLC Slave ...............................................52
Bảng 3.6. Phân cổng đầu ra số DO PLC Slave ................................................54
Bảng 3.7. Phân cổng đầu vào tƣơng tự AI PLC Slave ....................................56
Bảng 4.1. Địa chỉ truyền thông từ slave sang master .......................................90
Bảng 4.2. Địa chỉ truyền thông từ master sang slave .......................................90

iii


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ xử lý cơng nghệ giàn nén khí Rồng .........................................8
Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ bình V-101 ............................................................10
Hình 1.3. Sơ đồ bình tách hệ thống xả kín V301 .............................................13
Hình 1.4. Sơ đồ bình tách đuốc cao áp V401 ...................................................14
Hình 1.5. Sơ đồ bình tách một máy nén giàn DGCP .......................................15
Hình 2.1. Cấu hình cơ bản của một hệ điều khiển phân tán .............................23
Hình 2.2. Bố trí trạm vận hành .........................................................................26
Hình 2.3. Bố trí trạm kỹ thuật ..........................................................................27
Hình 2.4. Bus trƣờng và các trạm vào ra từ xa.................................................28
Hình 2.5. Truy cập theo cấu hình Multi Master trong Profibus. ......................33
Hình 2.6. Truyền dữ liệu theo chu kỳ trong DP ...............................................34
Hình 2.7. Các modul của PLC S7 300 .............................................................38
Hình 3.1. Cấu hình hệ thống điều khiển giàn nén khí mỏ Rồng ......................44
Hình 3.2. Cấu hình phần cứng hệ thống thống điều khiển PLC Master ..........45
Hình 3.3. Cấu hình của thiết bị I/O phân tán ET200M (01) cho tầng Topsides
..........................................................................................................................45
Hình 3.4. Cấu hình của thiết bị I/O phân tán ET200M (02) cho tầng SLM ...46
Hình 3.5. Cấu hình phần cứng hệ thống thống điều khiển PLC Slave.............46
Hình 3.6. Cấu hình của các modul IO cho PLC Slave .....................................46
Hình 3.7. Cấu hình kết nối Profibus-DP ..........................................................47
Hình 3.8. Lƣu đồ chƣơng trình chính PLC Master trong một vịng qt .........58
Hình 3.9. Lƣu đồ thuật tốn khối truyền thơng giữa Master-Slave. ................59
Hình 3.10. Lƣu đồ chƣơng trình khởi động giàn..............................................60
Hình 3.11. Lƣu đồ chƣơng trình khởi động giàn sau reset ...............................61
Hình 3.12. Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển bình V101 ..................................63
Hình 3.13. Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển bình V301 ..................................65
Hình 3.14. Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển bình V401 ...................................67

iv

Hình 3.15. Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển bình V201 ...................................68
Hình 3.16. Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển bình V202 ...................................69
Hình 3.17. Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển bình V203 ...................................70
Hình 3.18. Lƣu đồ chƣơng trình chính PLC Slave trong một vịng qt .........71
Hình 3.19. Lƣu đồ chƣơng trình cảnh báo lỗi và sự cố ...................................73
Hình 3.20. Lƣu đồ chƣơng trình giám sát tầng Topside ..................................75
Hình 3.21. Lƣu đồ chƣơng trình giám sát và điều khiển hệ Fuel Gas ............76
Hình 3.22. Lƣu đồ chƣơng trình giám sát tầng SLM ......................................78
Hình 3.23. Lƣu đồ khối truyền thơng Slave - Master .....................................79
Hình 4.1. Mạng PLC-I/O phân tán truyền thông thông qua mạng Profĩbus-DP
..........................................................................................................................80
Hình 4.2. Cấu hình hệ DP-Master <> Slave .....................................................81
Hình 4.3. Cấu hình hệ DP-Master <> DP-Slave với trao đổi dữ liệu giữa hai
DP-Slave thơng minh .......................................................................................81
Hình 4.4. Mơ tả địa chỉ truyền thông giữa hệ DP Master <> DP Slave thơng
minh ..................................................................................................................82
Hình 4.5. Sơ đồ các rãnh thực của DP Slave....................................................83
Hình 4.6. DP Slave đƣợc nhìn từ Master .........................................................84
Hình 4.7. DP Master đƣợc nhìn từ Slave .........................................................85
Hình 4.8. Cài đặt Operating mode cho PLC Master ........................................86
Hình 4.9. Cấu hình phần cứng cho ET200M ...................................................86
Hình 4.10. Cài đặt Operating mode cho PLC Master ......................................87
Hình 4.11. Cấu hình truyền thơng PLC Master-PLC Slave .............................88
Hình 4.12. Cài đặt truy nhập dũ liệu 2 PLC .....................................................88
Hình 4.13. Sơ đồ truyền thơng dữ liệu .............................................................89
Hình 4.14. Khối DB1của Master lƣu tín hiệu truyền sang PLC Master ..........92
Hình 4.15. Khối DB2 của Master lƣu tín hiệu đọc về từ slave ........................93
Hình 4.16. Khối DB1 của Slave lƣu tín hiệu truyền sang PLC Master ...........94
Hình 4.17. Khối DB2 của Slave lƣu tín hiệu đọc về từ Master........................94

v


Hình 4.18. Lập trình PLC Master đọc dữ liệu từ PLC Slave ...........................95
Hình 4.19. Lập trình PLC Master gửi dữ liệu sang PLC Slave .......................96
Hình 4.20. Lập trình PLC Slave đọc dữ liệu từ PLC Master ...........................96
Hình 4.21. Lập trình PLC Slave gửi dữ liệu sang PLC Master ........................96

vi


LỜI NÓI ĐẦU
Trƣớc đây khu vực mỏ Rồng – Đồi Mồi chƣa đƣợc thu gom khí, mỗi ngày đều
đốt bỏ hơn 1 triệu m3 khí, nhƣng vẫn phải lấy khí từ giàn nén khí trung tâm Bạch
Hổ để phục vụ ép vỉa, khai thác dầu. Thực trạng đó đã làm ảnh hƣởng đến sản
lƣợng khí về bờ sụt giảm, hơn thế nữa cịn để lãng phí nguồn tài ngun và gây ảnh
hƣởng mơi trƣờng biển. Giàn nén khí mỏ Rồng – Đồi Mồi là dự án với tổng mức
đầu tƣ ban đầu gần 150 triệu USD do PV GAS làm chủ đầu tƣ với đại diện là Ban
Quản lý Dự án Khí Đơng Nam Bộ đã phát huy hiệu quả trong việc thu hồi khí đồng
hành khai thác từ mỏ Rồng và Đồi Mồi nén phục vụ cho ép vỉa và cung cấp khí về
bờ.
Nhằm đảm bảo vận hành an tồn và ổn định tổ hợp cơng nghệ nên giàn nén
khí Mỏ Rồng đƣợc trang bị một hệ thống tự động hóa q trình cơng nghệ hiện đại
và cấu trúc phức tạp. Chính vì vậy trong hệ thống cần có sự truyền thông giao tiếp
giữa các thiết bị điều khiển. Với đề tài: “Nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển DCS
cho giàn nén khí dầu khí mỏ Rồng” sẽ tập trung nghiên cứu xây dựng cấu hình
truyền thơng tín hiệu giám sát và điều khiển của giàn nén khí Mỏ Rồng giữa các bộ
điều khiển nhằm hoàn thiện hệ thống điêu khiển. Việc nghiên cứu sẽ tập trung chính
vào giao tiếp truyền thơng giữa hai bộ điều khiển q trình cơng nghệ và q trình

giám sát của giàn.
Luận văn bao gồm có 04 chƣơng:
Chƣơng 1. Khái quát về giàn nén khí mỏ rồng
Chƣơng 2. Tổng quan về hệ thống điều khiển DCS và PLC
Chƣơng 3. Thiết lập cấu hình và lập chƣơng trình hệ thống điều khiển
Chƣơng 4. Truyền thơng giữa PLC Master và PLC Slave

1


CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ GIÀN NÉN KHÍ MỎ RỒNG
Chƣơng 1 sẽ giới thiệu khái quát về giàn nén khí Mỏ Rồng bao gồm lịch sử
hình thành, sơ đồ cơng nghệ của giàn, các tín hiệu của hệ thống dừng sự cố nhằm
đảm bảo an tồn cho giàn nén khí Mỏ Rồng

1.1.

Lịch sử hình thành và phát triển.

1.1.1. Giới thiệu xí nghiệp liên doanh Dầu khí Việt – Nga Vietsovpetro
Vietsovpetro là Xí nghiệp Liên doanh đầu tiên của Việt Nam với nƣớc ngồi
trong lĩnh vực dầu khí và là một biểu tƣợng của tình Hữu nghị Việt Nam – Liên
Bang Nga. Xí nghiệp Liên doanh dầu khí Việt -Xơ đƣợc thành lập trên cơ sở các
Hiệp định Việt – Xô về hợp tác thăm dị, khai thác dầu khí trên thềm lục địa Việt
Nam ký ngày 03/07/1980 và Hiệp định Liên Chính phủ Việt Nam – Liên Xơ ký
ngày 19/06/1981 về việc thành lập Liên doanh dầu khí Việt –Xơ. Từ năm 1993,
Liên bang Nga tiếp nhận nghĩa vụ và quyền lợi của Liên Xô trong Liên doanh. Hiện
nay, Vietsovpetro đang hoạt động theo Hiệp định Liên Chính phủ Việt Nam và Liên
bang Nga ký ngày 27/12/2010 về tiếp tục hợp tác trong lĩnh vực thăm dò địa chất và
khai thác dầu khí tại thềm lục địa Việt Nam.

Lĩnh vực hoạt động chính của Liên doanh Việt – Nga Vietsovpetro là nghiên
cứu khoa học, khảo sát, khoan thăm dò địa chất, thiết kế phát triển xây dựng mỏ,
khai thác dầu và khí, thu gom xử lý dầu, khí và condensate. Ngồi ra, Vietsovpetro
cịn đƣợc phép cung cấp các dịch vụ dầu khí cho các đối tác ở Việt Nam, Liên bang
Nga và các nƣớc thứ ba.
Sau 36 năm xây dựng và phát triển, đến nay Vietsovpetro có cơ cấu tổ chức
gồm Bộ máy điều hành, với 18 phòng ban chức năng, 16 đơn vị thành viên và một
số ban quản lý dự án với đội ngũ lao động quốc tế gồm hơn 7.000 cán bộ khoa học,
kỹ thuật, quản lý và cơng nhân có trình độ chun mơn cao, đủ năng lực thực hiện
hầu hết các khâu phục vụ tìm kiếm thăm dị và khai thác dầu khí cho khơng chỉ
Vietsovpetro mà còn cho các đối tác hoạt động trong lĩnh vực tìm kiếm, thăm dị và
khai thác dầu khí ở trong nƣớc và nƣớc ngoài.

2


Từ ngày thành lập đến nay, Vietsovpetro đã khảo sát hàng trăm nghìn kilơmét
tuyến địa chấn 2D và hàng chục nghìn kilơmét vng địa chấn 3D. Năm 2015 đã
tiến hành khảo sát lại tồn bộ lơ 09-1 với diện tích gần 900 kilômét vuông bằng
công nghệ địa chấn tiên tiến 3D4C; Vietsovpetro đã khoan trên 500 giếng khoan
thăm dò và khai thác dầu, khí; phát hiện 9 mỏ dầu có giá trị thƣơng mại và nhiều
cấu tạo chứa dầu, trong đó Bạch Hổ là mỏ lớn nhất, có trữ lƣợng dầu tập trung chủ
yếu ở tầng đá móng Granit. Đây là hiện tƣợng đặc biệt, chƣa từng gặp ở hơn 400
mỏ và hơn 50 bể trầm tích đã đƣợc phát hiện tại khu vực vành đai Tây Bắc cung
Thái Bình Dƣơng.
Trên biển, Vietsovpetro đã phát triển và đang khai thác 5 mỏ dầu gồm: Bạch
Hổ, Rồng, Gấu Trắng, Thỏ Trắng và Nam Rồng – Đồi Mồi. Tại đây, Vietsovpetro
đã khoan gần 450 giếng khoan thăm dò và khai thác dầu khí, xây dựng đƣợc tổ hợp
gần 50 cơng trình biển phục vụ khai thác dầu, thu gom khí, gồm: 13 giàn khoan khai
thác cố định, 20 giàn đầu giếng, 2 cụm giàn cơng nghệ trung tâm, 3 giàn nén khí, 2

giàn bơm ép nƣớc duy trì áp suất vỉa, 3 tàu chứa dầu và hàng chục cơng trình phụ
trợ khác. Tất cả các cơng trình đƣợc kết nối thành một hệ thống cơng nghệ liên hồn
thơng qua hàng trăm kilomet cáp điện và 750 kilomet đƣờng ống ngầm nội mỏ, liên
mỏ. Năm 2016, Vietsovpetro đã phát triển, đƣa vào khai thác mỏ khí Thiên Ƣng tại
Lơ 04-3. Tại Lơ 09-3/12, Vietsovpetro đã phát hiện mỏ Cá Tầm, dự kiến cuối năm
2018 sẽ đƣa vào khai thác.
Trên bờ, Vietsovpetro đã xây dựng đƣợc hệ thống dịch vụ dầu khí tổng hợp
hồn chỉnh, hiện đại phục vụ cho các khâu trong chuỗi hoạt động tìm kiếm, thăm dị
và khai thác dầu khí. Đội khoan gồm 04 giàn tự nâng và 02 trạm sửa giếng. Đội tàu
dịch vụ và tàu cơng trình các loại gồm gần 30 chiếc cùng hệ thống cảng chuyên
dùng với bờ cảng dài hơn 1.400 mét có khả năng tiếp nhận đồng thời 02 tàu với
trọng tải 10.000 tấn và năng lực xếp dỡ hàng hóa thơng qua cảng đạt 3 triệu
tấn/năm.
Tính đến cuối năm 2016, Vietsovpetro đã khai thác trên 226 triệu tấn dầu thô,
thu gom và vận chuyển về bờ gần 32 tỷ mét khối khí, doanh thu bán dầu đạt gần 77

3


tỷ USD, nộp Ngân sách Nhà nƣớc và lợi nhuận phía Việt Nam gần 48 tỷ USD, lợi
nhuận phía Liên bang Nga gần 11 tỷ USD.
Vietsovpetro đến nay là Liên doanh hoạt động hiệu quả nhất trong tìm kiếm
thăm dị và khai thác dầu khí, có đóng góp to lớn cho nền kinh tế Việt Nam, đã
đƣợc Nhà nƣớc Việt Nam hai lần phong tặng danh hiệu Anh hùng Lao động thời kỳ
Đổi Mới, đƣợc tặng thƣởng Huân chƣơng Hồ Chí Minh và Huân chƣơng Sao Vàng
và nhiều huân chƣơng khác.
1.1.2. Hoạt động khai thác dầu khí tại liên doanh dầu khí Vietsovpetro qua các
thời kỳ.
Qua 36 năm xây dựng – phát triển, Vietsovpetro đã xuất sắc vƣợt qua nhiều
khó khăn, thách thức, trở thành cánh chim đầu đàn trong ngành dầu khí Việt Nam.

Với đội ngũ cán bộ, chuyên gia có trình độ khoa học cao cùng cơ sở vật chất đồng
bộ, Vietsovpetro đã và đang khai thác hiệu quả, bền vững các mỏ dầu khí tại thềm
lục địa phía Nam Việt Nam, nhƣ: Bạch Hổ, Rồng, Gấu Trắng, Thỏ Trắng…
Với từng giai đoạn khai thác mỏ, Vietsovpetro đã thực hiện nhiều nghiên cứu,
thử nghiệm để đƣa ra những lựa chọn công nghệ khai thác phù hợp, tối ƣu cho hai
đặc trƣng cơ bản của dầu khai thác tại các mỏ của Vietsovpetro, đó là dầu trong đá
móng và dầu nhiều paraffin có độ nhớt và nhiệt độ đơng đặc cao.
Lần đầu tiên trên thế giới, Vietsovpetro đã thử nghiệm và áp dụng thành công
giải pháp bơm ép nƣớc duy trì áp suất vỉa cho tầng đá móng mỏ Bạch Hổ (nơi tập
trung phần lớn trữ lƣợng dầu thu hồi của mỏ Bạch Hổ). Đây là thành tựu to lớn của
tập thể lao động quốc tế Vietsovpetro, góp phần quan trọng duy trì sản lƣợng khai
thác, mở ra khuynh hƣớng nghiên cứu và áp dụng giải pháp bơm ép nƣớc cho các
tầng đá móng nứt nẻ khác trên thế giới.
Việc thu gom khí đồng hành, xây dựng hệ thống các giàn nén khí ở các mỏ
Bạch Hổ và Rồng đã cho phép Vietsovpetro tận dụng đƣợc nguồn khí đồng hành
tách ra để sử dụng cho thu cầu khai thác dầu bằng gaslift và vận chuyển vào bờ cho
nhu cầu cơng nghiệp của đất nƣớc. Chính cơng tác thu gom và vận chuyển khí vào
bờ của Vietsovpetro đã đặt nền móng cho sự phát triển của ngành cơng nghiệp khí

4


tại Việt Nam; sự hình thành các cụm cơng nghiệp khí – điện – đạm đã và đang góp
phần đảm bảo an ninh năng lƣợng, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế đất nƣớc.
Cũng nhƣ mỏ Bạch Hổ, mỏ Bắc Trung tâm Rồng và mỏ Đông Nam Rồng đều
đƣợc tổ chức khai thác với chế đội khai thác ổn định, vƣợt hơn rất nhiều so với thiết
kế ban đầu và đang đƣợc nghiên cứu để mở rộng, gia tăng sản lƣợng khai thác.
Hiện nay, sản lƣợng khí nén của giàn Rồng - Đồi Mồi đang giữ ở mức cao trên
1,4 triệu m3/ngày (trên 450 triệu m3/năm) và luôn hoạt động ổn định khoảng 90%
công suất thiết kế. Liên tục từ năm 2010 đến nay, sản lƣợng khí từ giàn Rồng - Đồi

Mồi đều vƣợt trên 10% kế hoạch sản lƣợng, tiến tới đạt gần 72% tổng lƣợng khí của
đời dự án, đóng góp gần 1/3 sản lƣợng khí từ hệ thống Cửu Long đƣa về bờ.
Chế độ bơm ép là giải pháp hàng đầu nâng cao hệ quả khai thác mỏ. Kinh
nghiệm cho thấy hệ số thu hồi dầu không vƣợt quá 0,15 – 0,20 nếu không bơm ép
nƣớc.
Tuy nhiên, nếu không tổ chức bơm ép và điều chỉnh chúng một cách hợp lý thì
hệ số thu hồi dầu có thể cịn thấp hơn. Lựa chọn đƣợc chế độ khai thác tối ƣu trên
cơ sở phải đảm bảo grandient thủy động lực luôn nhỏ hơn hoặc dao động xung
quanh gradient trọng trƣờng. Áp dụng bơm ép theo chu kỳ, bơm ép ở phần dƣới
ranh giới dầu nƣớc là những yêu cầu đặc biệt quan trọng, cần đƣợc nghiên cứu, áp
dụng một cách phù hợp cho từng mỏ cụ thể. Chiều dày đới chuyển tiếp càng lớn thì
hiệu quả bơm ép càng cao.
Vietsovpetro đã áp dụng thành công công nghệ mới nhằm tăng khả năng cho
dòng của giếng nhƣ nứt vỉa thủy lực, xử lý axit, vi sinh hóa lý và ngăn cách điều
chỉnh dòng.
Bạch Hổ và Rồng là những mỏ khai thác dầu và khí chính của Vietsovpetro đã
ở giai đoạn cuối của thời kỳ khai thác. Do đó, trong bối cảnh giá dầu thế giới duy trì
ở mức thấp và chƣa phát hiện đƣợc các mỏ dầu khí lớn, để khai thác hiệu quả, vƣợt
qua thời kỳ khó khăn, Vietsovpetro cần tiếp tục tập trung nghiên cứu ứng dụng các
giải pháp khoa học – công nghệ trong lĩnh vực khai thác, tối ƣu hóa gaslift, bơm ép
duy trì áp suất vỉa và xử lý vùng lân cận đáy giếng để nâng cao hệ số thu hồi dầu.

5


Nhận thấy sự thiết yếu của phƣơng pháp bơm ép vỉa để gia tăng hệ số thu hồi
dầu nên việc xây dựng các giàn nén khí để thu gom khí đồng hành tạo khí áp suất
cao đƣa trở lại mỏ làm khí gaslift là rất quan trọng. Việc xây dựng các giàn nén khí
với nguồn nguyên liệu là khí đồng hành thu gom đƣợc ngày càng phổ biến hơn.
Giàn nén khí mỏ Rồng (DGCP) là một trong những giàn nhƣ vậy.

1.1.3. Cơ sở và mục tiêu của việc xây dựng giàn nén khí mỏ rồng
a. Cơ sở thực hiện
Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro (VSP) là đơn vị đang quản lý vận hành
khai thác mỏ Rồng, công ty liên doanh VRJ là đơn vị quản lý vận hành khai thác
mỏ Đồi Mồi bể Cửu Long thuộc Biển Đông Việt Nam. Sản lƣợng dầu khai thác của
mỏ Rồng và Đồi Mồi khoảng hơn 450 triệu m3/năm, kèm theo đó là một lƣợng lớn
khí đồng hành và Gaslift hiện tại chƣa đƣợc thu gom xử lý, đang bị đốt bỏ tại mỏ
gây lãng phí tài ngun và ơ nhiễm mơi trƣờng. Vấn đề lớn và cấp thiết đặt ra là
phải thu gom xử lý lƣợng khí nói trên.
b. Mục tiêu
Nhu cầu khí cho thị trƣờng đang trên đà tăng trƣởng mạnh, sản lƣợng khí hiện
tại chƣa đáp ứng đƣợc nhu cầu tiêu thụ trong nƣớc. Bên cạnh đó, sản lƣợng thu gom
tại các mỏ ngoài khơi bể Cửu Long (đặc biệt là mỏ Bạch Hổ) giảm dần theo thời
gian, dẫn đến sự thiếu hụt nghiêm trọng khối lƣợng khí cung cấp cho các hộ tiêu thụ
trên bờ. Chính vì vậy việc thu gom và xử lý khí của mỏ Rồng và Đồi Mồi có ý
nghĩa thiết thực quan trọng bù đắp vào sự thiếu hụt trên.

1.2.

Cơng nghệ giàn nén khí mỏ rồng
Nguồn khí đầu vào của giàn DGCP đƣợc đƣa về từ mỏ Rồng và mỏ Đồi Mồi,

các nguồn khí này đƣợc đƣa vào ống góp khí chung trên RP3 và đƣa đến DGCP
bằng đƣờng ống 14” vào bình tách đầu vào Slug Catcher. Các thiết bị chính và
những thiết bị khác trên giàn DGCP đƣợc thiết kế với lƣu luợng dịng khí đầu vào
lớn nhất là 0,96 triệu m3/ngày đêm, cho điều kiện bình thƣờng là 0,9 triệu m3/ngày
đêm.

6

Trên DGCP lắp đặt 2 tổ máy nén cao áp, cụm khí nhiên liệu, máy phát điện
đảm bảo hoạt động của giàn và các thiết bị phụ trợ khác. Cụm module máy nén khí
đƣợc thiết kế, chế tạo và lắp ráp bởi nhà thầu GPS Singapore tại Batam, Indonesia.
1.2.1. Sơ đồ tổng quan giàn nén khí mỏ Rồng.

7


Hình 1.1. Sơ đồ xử lý cơng nghệ giàn nén khí Rồng
Khí thu gom tại khu vực mỏ Rồng và Đồi Mồi theo hệ thống đƣờng ống về
RP3 áp suất từ 5 barg ÷ 6 barg theo đƣờng ống gom 14” tới trạm nén khí, trƣớc tiên
8


vào Bình tách đầu vào V-101 để tách chất lỏng. Khí thốt ra khỏi bình tách đầu vào
V-101 sẽ đi qua tấm chắn (có cấu tạo là những màng chắn mịn, những đƣờng khúc
khửu tổ ong tạo va đập. các hạt nhỏ sẽ bị giữ lại sau đó liên kế thành hạt lớn hơn và
lắng xuống) nhƣ vậy phần này giữ lại những hạt chất lỏng có kích thƣớc rất nhỏ.
Dịng khí ra khỏi Bình tách đầu vào tiếp tục đƣợc chia ra đi tới đầu vào của tổ máy
nén khí cao áp
Dịng khí vào mỗi tổ máy nén khí cao áp đầu tiên vào bình tách Inlet scrubber
V-201A/B dịng khí qua cấp nén thứ nhất áp suất khí tăng từ 5 barg lên 31,36 barg
và nhiệt độ khí từ 29ºC lên 150,9ºC, dịng khí ra khỏi cụm làm mát AC-201A/B
nhiệt giảm xuống còn 45ºC. Một lƣợng chất lỏng đƣợc tạo ra do việc giảm nhiệt độ
và đƣợc tách tại bình tách trung gian dƣới sự điều khiển của van điều khiển mực
LV-401A/B chất lỏng gom vào đƣờng chung tới RP3. Dịng khí vào bình V202 A/B
áp suất khí tăng từ 31,36 barg lên 109 barg và nhiệt độ khí từ 45ºC lên 141,9ºC khí
nén đƣợc làm mát tại thiết bị làm mát cấp II là AC-202A/B, dịng khí ra khỏi cụm
làm mát cấp 2 nhiệt giảm xuống còn 45ºC. Một lƣợng chất lỏng đƣợc tạo ra do việc

giảm nhiệt độ và đƣợc tách tại bình tách đầu ra V-203A/B dƣới sự điều khiển của
van điều khiển mực LV-402A/B chất lỏng gom vào đƣờng chung tới RP-3. Dịng
khí ra khỏi bình tách đầu ra của hai tổ máy nén đi tới đƣờng chung qua cụm đo khí
đầu ra của trạm nén khí PK-201 và hịa vào hệ thống gaslift của mỏ Rồng & Bạch
Hổ. Khí đầu ra của trạm nén khí cao áp Rồng dùng cho gaslift tại mỏ Rồng, phần
còn dƣ sẽ về mỏ Bạch Hổ chiều dài ống khoảng 28.000 m, nhiệt độ dịng khí ra
45ºC sẽ giảm xuống 25ºC.
Dịng khí ra khỏi bình tách trung gian đi một phần đi tới cụm xử lý khí nhiên
liệu qua thiết bị tách lọc F-501, dịng khí qua khỏi F-501 đƣợc chia ra làm hai
nhánh, một đi tới hệ thống xử lý khí làm kín (seal gas system) của tổ hợp máy nén
khí, phần cịn lại dƣới sự điều khiển của van điều khiển áp suất PV-1401/1402 khí
tiếp tục đƣợc xử lý làm nhiên liệu, dịng khí nhiên liệu áp suất giảm cịn 11,66 barg
tới bình tách khí nhiên liệu sau đó phin lọc tiếp tục tới thiết bị gia nhiệt. Khí nhiên
liệu ra khỏi cụm xử lý khí nhiên liệu cung cấp tới Turbine máy nén, turbine máy

9


phát điện, duy trì đuốc, có thể xuất qua RP-3. Một lƣợng chất lỏng đƣợc tách ra tại
bình tách khí nhiên liệu dƣới sự điều khiển của van điều khiển mực chất lỏng gom
vào đƣờng chung tới RP3.
Toàn bộ lƣợng khí xả ra khi dừng tồ máy nén, khi sự cố dừng trạm nén sẽ đi
vào đƣờng gom chung tới bình tách đuốc V-401 sau đó ra đuốc để đốt tại trạm nén
khí, lƣợng chất lỏng đƣợc tách ra tại bình tách đuốc đƣợc chảy xuống thùng chứa
V-301 từ đây chất lỏng đƣợc bơm ly tâm tăng áp và đi vào đƣờng chung tới RP3.
Trên trạm nén khí lắp đặt một hệ thống xả hở, toàn bộ nƣớc từ các mặt sàn,
đƣờng thải của các bình tách khí trên trạm nén khí xả xuống thùng chứa chất lỏng
của hệ thống xả hở V-302 (Slops caisson), từ đây nƣớc nhiễm dầu đƣợc tách dầu và
bơm bởi bơm ngầm đi vào đƣờng chung tới RP3, nƣớc đạt yêu cầu về môi trƣờng
đƣợc thải ra biển

1.2.2. Cơng nghệ các cơng đoạn
a. Bình tách đầu vào V-101

Hình 1.2. Sơ đồ cơng nghệ bình V-101

10


Khí từ bình tách RP3 theo đƣờng ống 14” đi qua van XV0101 để vào bình V101. Khi giàn hoạt động van XV0101 luôn luôn mở. Trƣớc van XV0101 đặt 2 cảm
biến đƣa về màn hình DCS để theo dõi áp suất và nhiệt độ trƣớc van.
TT-0106: Transmitter đo nhiệt độ dịng khí trƣớc van đầu vào XV0101, hiển
thị trên DCS
-

TSH, TAH: Giá trị cắt ngƣỡng trên DCS để cảnh báo nhiệt độ cao.

-

TSL, TAL: Giá trị cắt ngƣỡng trên DCS để cảnh báo nhiệt độ thấp.

-

PT-0106: Các Transmitter đo áp suất trƣớc van đầu vào, hiển thị trên
DCS

-

PSH, PAH: Giá trị cắt ngƣỡng trên DCS để cảnh báo áp suất cao.

-

PSL, PAL: Giá trị cắt ngƣỡng trên DCS để cảnh báo áp suất thấp.

-

FT0103: transmitter để đo lƣu lƣợng khí đơn vị là Sm3/h hiển thị trên
màn hình DCS

-

Valve XBDV-0103 đƣợc lắp đặt trên đƣờng ống xả khí tới hệ thống
đuốc áp cao HP Flare Header. Trong tình trạng khẩn cấp, van XBDV
đƣợc mở hồn tồn để xả khí áp cao đến HP Flare Header
Mức nƣớc trong bình đƣợc điều khiển bằng LOOP điều khiển mức:
- Transmitter đo mức LT-0103 đƣợc sử dụng để biến đổi đại lƣợng mức bình

thành tín hiệu dịng điện 4-20mA, các tín hiệu này sẽ đƣợc đƣa về PLC và đƣợc xử
lý trong chƣơng trình thơng qua hàm điều khiển PID để đƣa ra tín hiệu điều khiển
valve LV-0101 (Trên đƣờng xả lỏng tới hệ thống condensate header) nhằm duy trì
một mức dầu ổn định theo mức Setpoint.
- LIC-0103: Khối chƣơng trình điều khiển mức trên PLC.
- LV-0101: Valve cho phép điều khiển góc mở, đƣợc điều khiển bởi tín hiệu
điều khiển từ LIC-0103.
Mức trong bình đƣợc điều khiển bởi góc mở của Valve LV-0101. Nếu mức
nƣớc trong bình lớn hơn mức cao (1300 mm), góc mở của Valve sẽ là 100%, nếu
mức nƣớc trong bình nhỏ hơn mức thấp (475 mm), góc mở của Valve sẽ là 0%. Tùy

11

vào độ chênh lệch của mức nƣớc so với điểm đặt mà ta sẽ tăng hay giảm góc mở
của Valve.
Level Switch bảo vệ mức thấp trong bình V-101 LSLL-0102. Khi mức chất
lỏng trong khoang nƣớc xuống dƣới mức tác động của LSLL-0102 Level Switch
này sẽ tác động gây ra tín hiệu đóng van XV0102 để ngăn hiện tƣợng tổn thất khí
qua đƣờng condensate header.
Level Switch bảo vệ mức cao cho bình LSHH-0102. Khi mức chất lỏng trong
bình quá cao, Level Switch này tác động sẽ gây ra và gây tín hiệu đóng van đầu vào
XV0101. Tín hiệu mức và tín hiệu đóng van đầu vào đều đƣợc hiển thị trên màn
hình DCS.
Tất cả các tín hiệu đo lƣờng trên đều đƣợc hiển thị giá trị hoặc trạng thái về
trên DCS và độ mở của Control Valve cũng đƣợc xác nhận lại nhờ cơ cấu feedback
của các bội biến đổi I/P.
Pressure Switch bảo vệ áp suất thấp cho bình PSLL-0102, khi áp suất trong
bình xuống thấp dƣới điểm Setpoint thì PSLL sẽ tác động (tiếp điểm thƣờng hở sẽ
đóng lại) gửi tín hiệu về PLC và PLC sẽ xuất ra tín hiệu Alarm cảnh báo đồng thời
gây ra tín hiệu ESD, đóng van đầu vào XV-0101
Khi Startup thì áp suất trong bình ban đầu cịn thấp nên muốn khởi động đƣợc
ta phải override PSLL-0102, (bỏ qua tín tác động tín hiệu này) đến khi đạt trạng thái
làm việc bình thƣờng ta bỏ override.
Pressure Switch bảo vệ áp suất cao PSHH-0102, khi áp suất trong bình đạt
mức set point của PSHH-0102, sẽ đƣa tín hiệu cảnh báo lên màn hình DCS đồng
thời gây ra tín hiệu PSD hệ thống, đóng van đầu vào XV0101 với mục đích bảo vệ
bình khỏi áp suất quá cao vƣợt qua giới hạn an toàn. Transmiter áp suất PT0103
đƣợc lấy từ bình đƣa về màn hình DCS để giám sát áp suất trong bình.
Tín hiệu PDI0102 đƣợc lấy bằng cách lấy giá trị tuyệt đối của hai transmitter
áp suất PT0106 (áp suất trƣớc van) và PT0103 (áp suất bình).
b. Bình xả kín V-301

12

Transmitter đo mức LT-0902 đƣợc sử dụng để biến đổi đại lƣợng mức bình
thành tín hiệu dịng điện 4-20mA và hiển thị giá trị trên màn hình DCS
Lấy hai giá trị cắt ngƣỡng từ LT-0902 là LAH-0902 và LAL-0902.
Mức bình V-301 đƣợc điều khiển bởi hai bơm P-301A/B

Hình 1.3. Sơ đồ bình tách hệ thống xả kín V301
Level Switch bảo vệ mức thấp trong bình V-301 là LSLL-0903. Khi mức
chất lỏng trong khoang nƣớc xuống dƣới mức tác động của LSLL-0102 Level
Switch này sẽ tác động gây ra tín hiệu dừng hai bơm P-301A/B
Level Switch bảo vệ mức cao cho bình LSHH-0901. Khi mức chất lỏng trong
bình quá cao, Level Switch này tác động sẽ gây ra tín hiệu PSD. Tín hiệu mức PSD
đều đƣợc hiển thị trên màn hình DCS.
Khi mức trong bình nằm trong khoảng từ 300 mm đến 400 mm, hai bơm đều ở
chế độ nghỉ. Khi mức trong bình nằm trong khoảng từ 400 mm đến 824 mm,
chƣơng trình sẽ cho tín hiệu chạy bơm P-301A. Khi mức trong bình nằm trong
khoảng từ 824 mm đến 924 mm, chƣơng trình sẽ cho tín hiệu chạy bơm P-301A/B.
c. Bình tách đuốc V-401
Mức nƣớc trong bình đƣợc điều khiển bằng LOOP điều khiển mức:

13