Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng giàn nén khí nhỏ vòm bắc mỏ bạch hổ

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

PHẠM VĂN QUYÊN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG
GIÀN NÉN KHÍ NHỎ VỊM BẮC MỎ BẠCH HỔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

VŨNG TÀU – 2012


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

PHẠM VĂN QUYÊN

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG
GIÀN NÉN KHÍ NHỎ VỊM BẮC MỎ BẠCH HỔ

Chuyên ngành: Kỹ thuật Khoan, Khai thác và Công nghệ Dầu khí
Mã số: 60.53.50

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS Hoàng Dung

VŨNG TÀU - 2012

1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là cơng trình nghiên cứu
thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn
sản xuất và dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Hồng Dung.
Các số liệu, mơ hình tính tốn và những kết quả trong luận văn là trung
thực, giải pháp nghiên cứu xuất phát từ thực tiễn và kinh nghiệm, chưa từng
được công bố dưới bất cứ hình thức nào trước khi trình, bảo vệ và cơng nhận
bởi “Hội đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật ”.
Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên.
Tác giả

Phạm Văn Quyên


2
TĨM TẮT
Khí đồng hành là sản phẩm đầu ra của các giàn khai thác dầu và là sản phẩm
chính đầu ra của một giàn nén khí, cho nên vấn đề thu gom tối đa các thành phẩm này
là một nhu cầu cấp thiết. Điều này chỉ thực hiện được khi hội tụ các yếu tố về mặt vật
chất, tri thức và tính cấp thiết là hiệu quả kinh tế.
Giàn nén khí nhỏ với thiết bị hiện đại, đội ngũ tri thức gồm nhiều kỹ sư được
đào tạo bài bản, cùng với nhu cầu về khí cho nền kinh tế Việt Nam đã thúc đẩy vấn đề
thu gom tối đa khí đồng hành thành nhu cầu cấp thiết và hiện thực qua giải pháp nâng
cao hiệu quả sử dụng Giàn nén khí nhỏ, vịm Bắc mỏ Bạch Hổ.
Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng Giàn nén khí nhỏ, vịm Bắc mỏ Bạch Hổ
được trình bày ngắn gọn một số vấn đề chủ yếu như sau.
Chương 1: Tổng quan về Giàn nén khí nhỏ

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và cơng nghệ để xử lý, chế biến khí hydrocarbon
Chương 3: Hiện trạng làm việc của Giàn nén khí nhỏ
Chương 4: Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng Giàn nén khí nhỏ - vòm Bắc
mỏ Bạch Hổ.
Kết luận và kiến nghị
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập và thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, người
viết đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của quý thầy cô, đồng nghiệp và các bạn hữu.
Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Hồng Dung (ĐHM-ĐC); q
thầy cơ phịng đào tạo sau đại học, khoa Dầu Khí, bộ mơn Khoan - Khai thác Dầu Khí
và đặc biệt là thầy PGS.TS Lê Xuân Lân (ĐHM-ĐC) đã giúp đỡ người viết hoàn
thành luận văn này. Người viết xin chân thành cảm ơn:
- Ban giám hiệu Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
- Thầy PGS.TS Hoàng Dung (ĐHM - ĐC)
- Quý thầy, cơ Khoa Dầu Khí và Bộ mơn Khoan - Khai thác Trường ĐH Mỏ - Địa
Chất
- Quý thầy, cô phòng quản lý đào tạo sau đại học Trường ĐH Mỏ - Địa Chất
- Gia đình, bạn bè, đồng nghiệp.
Hà Nội, tháng 03 năm 2012
Phạm Văn Quyên


3
MỤC LỤC
Trang phụ bìa

Trang

Lời cam đoan ..…….......................................................................................

1

Tóm tắt, lời cảm ơn………………………………………………………….

2

Mục lục……………………………………………………………………...

3

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt …………………………………….

6

Danh mục bảng biểu ………………………………………………………..

7

Danh mục hình vẽ, đồ thị …………………………………………………...

8

MỞ ĐẦU …………………………………………………………………...

11

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GIÀN NÉN KHÍ NHỎ ……………….....

15

1.1 Giới thiệu ………………………………………….................................

15

1.1.1 Vị trí và chức năng ……………………………………………………

15

1.1.2 Hệ thống thiết bị công nghệ trên giàn ………………………………...

17

1.2 Sơ đồ công nghệ ………………………………………………………..

20

1.2.1 Sơ đồ chung …………………………………………………………..

20

1.2.2 Xử lý khí trước khi nén ……………………………………………….

22

1.2.3 Q trình nén khí ……………………………………………………..

22

1.2.4 Sơ đồ khí đầu ra ………………………………………………………

23

1.2.5. Sơ đồ cơng nghệ tổ hợp máy nén …………………………………….

24

1.2.6. Hệ thống đuốc ………………………………………………………..

28

1.2.7. Hệ thống xử lý khí nhiên liệu ………………………………………..

28

1.3 Những bất cập trong thực tế vận hành ………………………………….

31

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠNG NGHỆ ĐỂ XỬ LÝ, CHẾ

32

BIẾN KHÍ HYDROCARBON ……………………………………………

32

2.1 Cơ sở tính tốn ………………………………………………………….

32

2.1.1 Giản đồ pha …………………………………………………………...

32

2.1.1.1 Giản đồ pha của đơn cấu tử ………………………...........................

32

2.1.1.2 Giản đồ pha của hỗn hợp khí đa cấu tử …………………………….

34

2.1.2 Cân bằng pha lỏng – khí ………………………………………….......

36

2.1.3 Nhiệt lượng …………………………………………………………...

41

2.1.4 Nhiệt dung riêng ……………………………………………………...

41

2.1.5 Enthalpy ………………………………………………………………

45


4

2.1.6 Entropy ……………………………………………………………….

48

2.2 Các phương pháp tách Condensate ……………………………………..

51

2.2.1 Phương pháp ngưng tụ ………………………………………………..

51

2.2.2 Phương pháp hấp thụ …………………………………………………

53

2.2.3 Phương pháp chưng cất ………………………………………………

56

2.3 Các thiết bị ứng dụng trong cơng nghệ khí …………………………….

59

2.3.1 Bình tách ……………………………………………………………...

59

2.3.2 Máy nén khí …………………………………………………………..

59

2.3.3 Turbine khí ……………………………………………………………

62

2.3.4 Thiết bị thu hồi nhiệt (Heat Recovery Steam Generator) …………….

64

2.3.5 Thiết bị làm mát, gia nhiệt, trao đổi nhiệt …………………………….

66

2.3.6 Van điều khiển ………………………………………………………..

66

2.3.7 Đặc tính của các q trình cơng nghệ ………………………………...

67

2.3.7.1 Q trình tiết lưu qua van …………………………………………..

67

2.3.7.2 Chọn van điều khiển ………………………………………………..

70

2.3.7.3 Hỗn hợp theo dịng …………………………………………………

73

2.3.7.4 Q trình gia nhiệt, trao đổi nhiệt ………………….........................

73

2.3.7.5 Qua máy nén khí, máy bơm, expander ……………………………..

73

2.3.7.6 Qua bình tách ……………………………………………………….

73

Chương 3: HIỆN TRẠNG LÀM VIỆC CỦA GIÀN NÉN KHÍ NHỎ …

74

3.1 Hệ thống thu hồi khí trong vòm Bắc mỏ Bạch Hổ về GNKN ………….

74

3.2 Khảo sát thực tế bất cập trong việc thu gom khí trong hệ thống ……….

75

3.3 Nội dung các giải pháp đã được đề suất và kết quả …………………….

79

3.3.1 Thiết kế hệ thống bổ sung khí cao áp (10 bar) từ vịm Nam………….

79

3.3.2 Dùng chính 3 tổ hợp máy nén khí trên GNKN để thơng đường ống …

82

3.3.3 Giải pháp hồi khí cao áp từ sau cấp nén thứ nhất …………………….

82

3.4 Nhận xét ………………………………………………………………...

84

Chương 4: GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG GNKN…

85

4.1 Cơ sở thực tế để tính tốn nghiên cứu giải pháp ……………………….

85

4.1.1 Chế độ công nghệ của Giàn nén khí nhỏ ……………………………..

85

4.1.2 Chế độ cơng nghệ của mỏ Bạch Hổ …………………………………..

86

4.1.3 Điều kiện an toàn cho phép …………………………………………..

88

4.2 Nghiên cứu các thông số kỹ thuật cho thiết bị trong hệ thống để khắc phục

88

tồn tại, đề xuất giải pháp mới …………………………................................

88


5
4.2.1 Tính tốn suy giảm nhiệt độ qua van tiết lưu …………………….......

88

4.2.2 Kiểm tra nhiệt độ, áp suất khí có khả năng tạo hydrate khi giảm áp …

91

4.3 Giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng Giàn nén khí nhỏ ……………….

94

4.3.1 Phần mềm HYSYS …………………………………………………...

94

4.3.1.1 Giới thiệu về HYSYS ……………………………………………...

94

4.3.1.2 Quản lí Cơ sở Mơ phỏng …………………………………………...

96

4.3.2 Ứng dụng HYSYS ……………………………………………………

102

4.4 Hệ thống điều khiển áp suất đường hồi khí …………………………….

116

4.4.1Nguyên lý làm việc ……………………………………………………

116

4.4.2 Nhiệm vụ ……………………………………………………………..

116

4.4.3 Nguyên lý làm việc của đường hồi khí cao áp ………………………..

120

4.4.3.1 Chế độ làm việc tự động ……………………………………………

120

4.4.3.2 Chế độ làm việc tay ………………………………………………...

120

4.5 Hiệu quả khi áp dụng giải pháp ………………………………………...

121

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………….

122

DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ …………………………..

123

TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………..

124

PHỤ LỤC ………………………………………………………………….

126

6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AC:

Thiết bị trao đổi nhiệt

BE:

Bình chứa dầu

C:

Máy nén khí

CNT:

Chưng cất nhiệt thấp

E:

Động cơ khí

E-18:

Bể chứa condensate và nhớt thải

FQT:

Bộ đo lưu lượng

GCNTT:

Giàn cơng nghệ trung tâm

GNKN:

Giàn nén khí nhỏ

GNKTT:

Giàn nén khí trung tâm

HC:

Hydrocarbon

HRSG:

Thiết bị thu hồi nhiệt

ISA:

Hệ đo lường theo tiêu chuẩn của mỹ

MFP:

Tủ báo cháy chính

MSP:

Giàn khoan khai thác (giàn cố định)

NNT:

Ngưng tụ nhiệt thấp

PCV:

Van điều chỉnh áp suất

PLC:

Hệ thống tự động điều khiển

PIC:

Bộ điều khiển tín hiệu áp suất

PPD:

Giàn bơm nước ép vỉa

RC:

Bình hồi lưu

RB:

Bình gia nhiệt

S:

Bình tách

SDV:

Van ngắt

SK-1:

Cụm thu gom khí đầu vào

SK-2:

Cụm điều chỉnh áp suất đầu vào máy nén

SK-3:

Cụm xử lý khí nhiên liệu

SK-4:

Cụm bơm nhớt thải và condensate

T:

Thiết bị trao đổi nhiệt

V:

Van tay

1st:

Cấp nén thứ nhất, 2nd:

Cấp nén thứ hai

3rd:

Cấp nén thứ ba,

4th:

Cấp nén thứ tư


7
DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1: Thơng số kỹ thuật chính của tổ máy nén gas pittông 4 SHM/B …...

24

Bảng 3.1: Thành phần khí đầu vào GNKN…………………………………….

75

Bảng 3.2: Thành phần khí từ giàn MSP-1……………………………………..

78

Bảng 4.1: Dự báo sản lượng khí giai đoạn 2011-2025 ………………………..

87

Bảng 4.2: Thành phần khí đầu ra GNKN ……………………………………..

88

Bảng 4.3: Dịng khí vào bình S-1……………………………………………...

102

Bảng 4.4: Thành phần khí đầu vào bình tách S-1……………………………...

102

Bảng 4.5: Kết quả tính toán giải pháp trên phần mềm HYSYS ………………

115


8
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1.1: Giàn nén khí nhỏ ………………………………………………….

15

Hình 1.2: Các bể trầm tích trên thềm lục địa Việt Nam ……………………..

15

Hình 1.3: Sơ đồ phân bố cơng trình và mạng ống cơng nghệ mỏ Bạch Hổ …

16

Hình 1.4: Sơ đồ cơng nghệ Giàn nén khí nhỏ ……………………………….

21

Hình 1.5: Sơ đồ cơng nghệ tổ hợp máy nén khí ……………………………..

25

Hình 1.6: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống xử lý khí nhiên liệu …………………..

29

Hình 2.1: Giản đồ pha của đơn cấu tử …………………………....................

32

Hình 2.2: Giản đồ pha của hỗn hợp khí đa cấu tử ……………………….......

34

Hình 2.3: Đồ thị kiểm tra áp suất hội tụ ……………………………………..

38

Hình 2.4: Đồ thị tra hằng số cân bằng K của C2H6 ………………………….

39

Hình 2.5: Mơ hình tính tốn cân bằng lỏng khí trong bình tách …………….

40

Hình 2.6: Đồ thị nhiệt dung riêng Cp (kJ/kgoC) của các khí hydrocacbon…..

42

Hình 2.7: Đồ thị tra ∆Cp theo nhiệt độ và áp suất qui đổi …………………...

43

Hình 2.8: Đồ thị nhiệt dung riêng của khí có tỉ trọng 0,65~0,75 ……………

44

Hình 2.9: Nhiệt dung riêng của các HC lỏng 1:etan, 2: propan, 3: ibutan, ….

44

Hình 2.10: Đồ thị Enthalpy của hydrocacbon lỏng theo MW và T …………

46

Hình 2.11: Đồ thị Enthalpy của khí theo MW và T …………………………

47

Hình 2.12: Đồ thị entropy S, enthalpy H của khí thiên nhiên theo P, T …….

50

Hình 2.13: Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp một bậc …………………………..

52

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị hấp thụ …………………………….

55

Hình 2.15: Sơ đồ tháp chưng - bốc hơi ……………………………………...

57

Hình 2.16: Sơ đồ tháp ngưng tụ - bốc hơi …………………………………...

58

Hình 2.17: Cấu trúc của Turbine …………………………………………….

62

Hình 2.18: Chu trình nhiệt động Brayton ……………………………...........

63

Hình 2.19: Ống “nhận nhiệt” của hãng MitSui BadCock Enery Ltd ………..

64

Hình 2.20: Sơ đồ cấu tạo bên trong của HRSG cơ bản ……………………...

65

Hình 2.21: Sơ đồ ứng dụng HRSG trong cơng nghiệp điện ………………...

65

Hình 2.22: Dự đoán sụt giảm nhiệt độ khi áp suất giảm qua van tiết lưu …...

70

Hình 3.1: Sơ đồ thu gom khí đồng hành vịm Bắc mỏ Bạch Hổ …………….

74

Hình 3.2: Giản đồ pha của khí vào GNKN ………………………………….

76

Hình 3.3: Giản đồ pha của khí từ giàn MSP-1……………………………….

78


9
Hình 3.4: Giải pháp hồi khí cao áp từ Vịm Nam mỏ Bạch Hổ ……………..

80

Hình 3.5: Sơ đồ cơng nghệ hồi khí cao áp từ cấp nén thứ nhất ……………..

83

Hình 4.1: Giản đồ pha của khí sau khi giảm áp qua PCV-1…………............

90

Hình 4.2: Giản đồ pha của khí sau khi giảm áp qua PCV-2…………………

91

Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn điều kiện hình thành hydrate cho khí giãn nở …..

92

Hình 4.4 Đường đặc tính tạo hydrate của khí Gas …………………………..

93

Hình 4.5: Xây dựng “gói dung dịch (chất lưu)”……………………………..

96

Hình 4.6: Chọn phương trình trạng thái ……………………………………..

97

Hình 4.7: Nhập thành phần cho “Gói dung dịch (chất lưu)” ………………..

98

Hình 4.8: Chọn đơn vị sử dụng trong mơ phỏng ……………………………

98

Hình 4.9: Thanh cơng cụ (Palette) ……………………………………..........

99

Hình 4.10: Màn hình Available Utilities ……………………………………. 100
Hình 4.11: Thơng số trạng thái tới hạn và cực đại ………………………….. 100
Hình 4.12: Giản đồ pha của khí hydrocarbon ………………………………. 101
Hình 4.13 Mơ hình bình tách S-1……………………………………………. 103
Hình 4.14 Giản đồ pha của khí vào bình S-1………………………………... 103
Hình 4.15: Mơ hình bình tách đầu vào cấp I (S-101) ………………………. 104
Hình 4.16: Giản đồ pha của khí vào bình tách S-101……………………….. 104
Hình 4.17: Mơ hình máy nén cấp I (1ST STAGE) …………………………... 105
Hình 4.18a: Mơ hình quạt làm mát bằng khơng khí (T-100A) ……………... 105

Hình 4.18b: Mơ hình quạt làm mát bằng khơng khí (T-100A)……………....
Hình 4.19: Mơ hình thiết bị trộn dịng

106

(MIX-100)…………………………. 106

Hình 4.20: Mơ hình bình tách cấp 2 (S-102) ……………………………….. 107
Hình 4.21: Mơ hình máy nén cấp II (2ND STAGE)………………………….. 107
Hình 4.22: Mơ hình thiết bị trao đổi nhiệt khí –condensate ………………... 108
Hình 4.23: Mơ hình quạt làm mát bằng khơng khí T-100B ………………… 108
Hình 4.24: Mơ hình bình tách (S-103) ……………………………………… 109
Hình 4.25: Mơ hình máy nén cấp III (3RD STAGE) …………………………

109

Hình 4.26: Mơ hình quạt làm bằng khơng khí (T-100C) …………………… 110
Hình 4.27: Mơ hình thiết bị trao đổi nhiệt khí nước biển …………………... 110
Hình 4.28: Mơ hình thiết bị tách (S-104) …………………………………… 111
Hình 4.29: Mơ hình máy nén cấp IV (4TH-STAGE) ………………………... 111
Hình 4.30: Mơ hình van PCV-1…………………………………................... 112
Hình 4.31: Mơ hình van PCV-2 ……………………………………………..

112


10
Hình 4.32: Mơ hình quạt làm mát bằng khơng khí (T-100D) ………………. 113
Hình 4.33: Mơ hình mơ phỏng giải pháp trên phần mềm HYSSY …………. 114
Hình 4.34: Sơ đồ nguyên lý làm việc của đường hồi khí …………………… 118

Hình 4.35: Biểu đồ tỷ lệ lưu lượng, áp suất khí của máy nén ……………..............

119


11
MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài.
Qua thực tế các năm gần đây một số nhà máy chế biến dầu khí đang xây dựng
mới, các nhà máy hiện có thì đang tăng công suất, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng
nhiên liệu trong nước, trong khi đó nguồn nguyên liệu trong nước đang giảm dần, nên
việc thu hồi tăng cường các sản phẩm dầu khí là vấn đề cấp thiết và cần phải nghiên
cứu thực hiện. Một trong những sản phẩm quan trọng từ dầu khí cần phải thu hồi tăng
cường hiện nay đó là khí đồng hành tại vịm Bắc mỏ Bạch Hổ.
Mỏ Bạch Hổ hiện nay đang khai thác dầu bằng phương pháp gaslift, Giàn nén
khí nhỏ (GNKN) có nhiệm vụ thu gom khí trung áp, xử lý và cung cấp khí áp suất cao
cho vịm Bắc mỏ Bạch Hổ sử dụng vào mục đích khai thác dầu. Do khai thác dầu
bằng phương pháp gaslift nên lưu lượng khí trung áp thu gom từ các giàn khai thác
thuộc vòm Bắc mỏ Bạch Hổ cung cấp cho GNKN rất không ổn định và nằm trong
khoảng từ 800.000 đến 900.000 Sm3/ngày. Với lưu lượng đó, nếu GNKN làm việc
liên tục 3 tổ máy thì thiếu khí, cịn nếu làm việc 2 tổ máy với cơng suất lớn nhất
33.500 Sm3/giờ thì phải đốt bỏ một lượng khí dư trên đuốc, theo thống kê các giàn
khai thác tại vòm Bắc (Giàn 3/4/5/6/7/8) đã đốt bỏ khoảng 100.000 Nm3/ngày. Để
đảm bảo thu gom hết lượng khí trên các giàn khai thác dầu thuộc vòm Bắc mỏ Bạch
Hổ, GNKN bắt buộc phải làm việc 3 tổ máy và như vậy phải lấy thêm một phần khí
áp suất cao (>10at) từ vịm Nam mỏ Bạch Hổ để đưa vào đầu vào GNKN điều áp. Từ
hiện trạng nêu trên dẫn đến tồn tại những vấn đề:
- Thiếu khí cho các máy nén khí tại Giàn nén khí trung tâm (GNKTT) và gây
tổn hao năng lượng của dịng khí cao áp.

- Lượng khí đốt bỏ gây tổn thất tài nguyên, ảnh hưởng xấu tới môi trường sống.
Qua q trình làm việc, nghiên cứu qui trình cơng nghệ tại GNKN và hệ thống
thu gom khí vịm Bắc mỏ Bạch Hổ, tác giả nhận thấy để tăng cường thu gom khí trên
vịm Bắc, GNKN cần phải làm việc liên tục 3 tổ máy. Để thực hiện được điều đó bắt
buộc phải có một lượng khí nhất định để bù vào đầu vào GNKN. Do đó, nội dung
nghiên cứu của đề tài mang tính cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn đối với GNKN và
vòm Bắc mỏ Bạch Hổ.


12
2.Mục đích nghiên cứu của đề tài.
Trên cơ sở đánh giá, phân tích qui trình cơng nghệ thu gom, xử lý khí đồng
hành tại GNKN vịm Bắc mỏ Bạch Hổ, mục đích của đề tài là:
- Tính tốn thiết kế thông số công nghệ, ứng dụng phần mềm Hysys mô phỏng
các thông số kỹ thuật và công nghệ một hệ thống hồi khí dựa trên đường khí đầu ra
của các tổ hợp máy nén khí trên GNKN với áp suất 100 bar, nhiệt độ 98oC đi qua van
PCV1 để giảm áp suất xuống 25 bar sau đó đi qua van PCV2 để giảm áp suất xuống
4.5 bar sau đó hồi về đường ống chung tới đầu vào các máy nén nhằm bù lưu lượng
gas vào GNKN bị thiếu đột ngột trong thời gian nhất định, nhằm duy trì 3 tổ máy nén
khí làm việc liên tục.
- Thu gom tối đa lượng khí đồng hành tại vịm Bắc mỏ Bạch Hổ
- Cải thiện môi trường, điều kiện làm việc cho con người và thiết bị.
3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu là qui trình cơng nghệ nén - xử lý khí trên GNKN.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài là vòm Bắc mỏ Bạch Hổ, trong đó trọng tâm là
cơng nghệ xử lý và cung cấp khí gaslift trên GNKN.
4.Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết.
- Thu thập tài liệu về qui trình cơng nghệ thu gom khí đồng hành vịm Bắc mỏ
Bạch Hổ, qui trình cơng nghệ xử lý và cung cấp khí đồng hành trên GNKN, tài liệu
các giải pháp, sáng kiến đã thực hiện, tài liệu thống kê - dự báo sản lượng khí đồng

hành qua các năm. Nghiên cứu lý thuyết, phân tích, đánh giá hiện trạng qui trình cơng
nghệ thu gom khí đồng hành hiện tại, xác định các bất cập và nguyên nhân trong quá
trình vận hành từ đó:
- Tính tốn các thơng số kỹ thuật, công nghệ cho giải pháp
- Ứng dụng phần mềm Hyssys mơ phỏng q trình cơng nghệ
- Kiểm chứng kết quả tính tốn các thơng số kỹ thuật, cơng nghệ
- Đánh giá tính khả thi của giải pháp trên Giàn nén khí nhỏ và hiệu quả của giải
pháp đối với cơng nghệ thu gom khí đồng hành vịm Bắc mỏ Bạch Hổ.
5.Phương pháp nghiên cứu:
Từ phản ánh hiện thực khách quan đến tư duy đến thực nghiệm, tính tốn mơ
phỏng, kết luận.


13
Để thực hiện được những mục đích nghiên cứu, luận văn đã sử dụng tổ hợp các
phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp thư mục: Phân tích, tổng hợp tài liệu. Thu thập các tài liệu liên
quan đến công nghệ thu gom khí đồng hành tại vịm Bắc mỏ Bạch Hổ, sau đó phân
tích, tổng hợp, đánh giá cơng nghệ thu gom khí đồng hành tại mỏ.
- Áp dụng kiến thức về kỹ thuật, cơng nghệ khí, tự động điều khiển để tính tốn
các thơng số kỹ thuật và chế độ công nghệ hợp lý cho tổ hợp các thiết bị của giải pháp
trên GNKN
- Áp dụng phương pháp mô phỏng để mơ phỏng qui trình cơng nghệ cho các tổ
hợp thiết bị của giải pháp trên GNKN.
- Áp dụng phương pháp so sánh để kiểm chứng số liệu tính tốn với kết quả
ứng dụng phần mềm mơ phỏng.
- Phương pháp tư vấn: Xin ý kiến góp ý của giáo viên hướng hẫn, các nhà khoa
học, các đồng nghiệp về các vấn đề trong nội dung luận văn.
6.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:

- Giải pháp thiết kế các thông số kỹ thuật, công nghệ cho một hệ thống hồi khí
dựa trên ứng dụng các phương pháp khoa học và mơ phỏng bằng phần mềm có độ
chính xác và tin cậy cao. Vùng nghiên cứu cụ thể và đối tượng nghiên cứu không ảnh
hưởng đến các thành phần khác trong hệ thống, ngồi ra thơng số nghiên cứu phục vụ
cho các mục đích khác nhau. Các nghiên cứu này là cơ sở về kỹ thuật để nhà đầu tư
quyết định đầu tư cho giải pháp.
Ý nghĩa thực tiễn:
- Đề tài đã giải quyết được nhiệm vụ thu gom lượng khí dư đang đốt bỏ tại vịm
Bắc mỏ Bạch Hổ qua đó giảm lượng khí thải CO2 vào khí quyển.
- Giảm thiểu chế độ làm việc khơng ổn định cho các tổ hợp máy nén khí trên
GNKN
- Nâng cao khả năng thu hồi dầu, mang lại hiệu quả kinh tế.
- Ứng dụng phần mềm mơ phỏng qua đó nhận biết được sự thay đổi trạng thái
pha của chất khí trong q trình xử lý, có ý nghĩa trong việc kiểm chứng các thông số


14
tính tốn thủ cơng, góp phần giải quyết các bài toán về cân bằng pha và nhận biết
được trạng thái pha của lưu chất trong quá trình vận hành.
7. Cấu trúc của luận văn.
Cấu trúc của luận văn gồm 4 chương với 126 trang đánh máy, 69 hình vẽ và 8
bảng biểu, mở đầu, kết luận và kiến nghị, không kể phần phụ lục và nhận xét.


15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIÀN NÉN KHÍ NHỎ
1.1 Giới thiệu
1.1.1 Vị trí và chức năng

Hình 1.1:Giàn nén khí nhỏ
Giàn nén khí nhỏ là một cơng trình thuộc mỏ Bạch Hổ, nằm trong bể Cửu Long
cách Vũng Tàu khoảng 100 Km.

Hình 1.2: Các bể trầm tích trên thềm lục địa Việt Nam
Giàn nén khí nhỏ được lắp đặt trên giàn cố định, liên kết với Giàn khoan
khai thác số 4 bằng các cầu dầm số 1 và số 2. (xem Hình 1.3: Sơ đồ phân bố cơng
trình và mạng ống công nghệ mỏ Bạch Hổ)


16

Hình 1.3: Sơ đồ phân bố cơng trình và mạng ống công nghệ nội mỏ Bạch Hổ


17
GNKN có chức năng tận dụng khí đồng hành do Xí nghiệp Khai Thác Dầu Khí
khai thác từ vịm Bắc mỏ Bạch Hổ (khoảng 300 triệu m3 khí/năm), đây là nơi khí được
thu gom về sau đó được xử lý sơ bộ và nén lên áp suất cao (100 bar). Phần lớn sản
phẩm khí được cung cấp cho hệ thống giếng khai thác dầu bằng phương pháp gaslift
tại vòm Bắc mỏ Bạch Hổ, phục vụ nhu cầu nhiên liệu để chạy các động cơ dẫn động,
ngồi ra cịn một phần phục vụ nhu cầu nhiên liệu nội mỏ.
Trên GNKN lắp đặt 4 tổ máy nén khí cao áp và các hệ thống phụ trợ đảm bảo
cho việc hoạt động độc lập của giàn, ngồi ra cịn một số hệ thống phụ trợ được cung
cấp từ MSP-4.
Khí đồng hành sau khi được tách sơ bộ tại các giàn khai thác (tách cấp 1) được
đưa đến đầu vào giàn nén, khí được nén lên sau đó đi qua các cơng đoạn xử lý và phân
phối cho các nơi tiêu thụ: Hệ thống khai thác Gaslift, khí nhiên liệu sử dụng nội bộ.
1.1.2 Hệ thống thiết bị công nghệ trên giàn
Trên 4 tầng của giàn (tầng quạt làm mát khí, tầng trung gian, tầng lửng, tầng

chính) có lắp các thiết bị chính và phụ sau đây:
+ 4 tổ máy nén khí kiểu pistơng cao áp được dẫn động bằng động cơ khí, mỗi
tổ gồm có: tổ hợp máy nén, các bình tách lọc khí: đầu vào, trung gian và đầu ra, các
thiết bị làm mát khí cấp I cấp II cấp III cấp IV, các thiết bị làm mát nước và nhớt động
cơ, máy nén khí.
+ Một bình tách 2 pha S-1 (thiết bị tách khí - nước đồng hành) đặt ở đầu vào
GNKN để tách các pha khí – lỏng
+ Các cụm đo khí đầu vào, đầu ra, đo khí nhiên liệu được bố trí tương ứng với
từng tổ hợp máy nén ở các vị trí khác nhau.
+ Hệ thống thu gom và bơm condensate (xả đáy các bình tách – xả tĩnh) gồm
có bể chứa (E-18) và các bơm H-18/1/2.
+ Thiết bị tách khí - nước đồng hành gồm có: Bình tách S-1, tại đây nước được
tách ra và vận chuyển sang bình chứa dầu C-2 tại MSP-4.
+ Hệ thống khí nhiên liệu gồm có: Hai bình tách FS-1/1, FS-1/2 làm việc song
song, trong bình có các phin lọc khí nhiên liệu (nhớt bôi trơn xi lanh máy nén), nhớt


18
sau khi được tách ra được đưa đến bể chứa E-18. Nhớt tại bể chứa này được bơm sang
bình C-2 tại MSP-4 bằng hai bơm H-18/1.
+ Hệ thống lưu giữ và bơm hóa chất (Noorcool - chất chống gỉ, chất chống ăn
mòn) gồm mặt bằng để đặt các phi, các bồn chứa và bồn hòa trộn, các bơm phân phối
dung dịch làm mát đến các tổ hợp máy nén khí.
+ Hai máy phát điện dẫn động bằng tuốc bin khí và một máy phát điện dự
phòng chạy bằng động cơ diezel. Trạm phân phối điện cao thế và hạ thế, phịng ắc
quy.
+ Nhớt bơi trơn động cơ và máy nén khí: Dùng loại nhớt Pegasus 805 để bơi
trơn cho động cơ WAUKESHA và các tổ máy nén NOUVO PIGNONE, còn để bôi
trơn xi lanh, trục, bạc, xéc măng và gioăng đệm máy nén dùng loại nhớt Vactra-88.
Nhớt được các tàu dịch vụ cung cấp cho giàn trong các thùng phi. Dùng bơm xách tay

để bơm nhớt từ các phi chứa vào hệ thống nhớt của động cơ và máy nén bằng miếng
rót chuyên dụng khi cấp nhớt lần đầu hoặc khi thay nhớt.
+ Hệ thống làm mát động cơ và máy nén:
- Hệ thống làm mát chính: Hệ thống làm mát vỏ động cơ và các xi lanh
- Hệ thống làm mát phụ: Làm mát các xi lanh máy nén và làm mát hệ thống
nhớt bôi trơn động cơ, máy nén.
+ Hệ thống tự động hóa: Về cơ bản, tất cả các thơng số kiểm sốt q trình nén
khí được chuyển về phòng điều khiển và được xử lý bởi hệ thống điều khiển PLC
công nghiệp.
Các thông số được theo dõi tại chỗ và đưa về hệ thống điều khiển để hiển thị
thơng tin điều khiển tín hiệu đầu ra, sơ đồ điều khiển và kiểm soát chung được biểu thị
trên các sơ đồ cơng nghệ và tự động hóa.
Từ các tủ điều khiển đặt tại máy (chỉ được sử dụng bởi thợ vận hành khi khởi
động tổ máy), chỉ có các tín hiệu tổng hợp được đưa về hệ thống điều khiển.
+ Hệ thống điều khiển trạm máy nén gồm có 3 mức điều khiển: Mức 0 dùng để
mở các dụng cụ đo kiểm trước, các thiết bị thi hành lắp đặt trên các thiết bị công nghệ.
Mức 1: Chạy các bộ điều khiển của PLC SIEMENS155H nhằm điều khiển các tổ máy


19
nén và thiết bị khác. Mức 2: Mở hai trạm làm việc thay thế lẫn nhau trên cơ sở PC 486
RI-20 có trang bị chương trình FIX DMACS. Hệ thống trên rất thuận lợi cho phép
kiểm sốt q trình cơng nghệ và thực hiện việc bảo dưỡng thiết bị.
+ Cấu hình hệ thống điều khiển có 2 CPU thay thế lẫn nhau, các kênh kép cho
tín hiệu vào / ra cho các thiết bị công nghệ nhạy cảm chung của giàn, các khối (Blốc)
riêng tín hiệu vào / ra cho từng tổ máy nén.
+ Theo thiết kế có 3 máy nén khơng khí cấp khí nguồn ni (khí KIP): 2 máy
làm việc, 1 máy dự phòng. Tất cả các phần nối điện giữa các mô đun công nghệ và hệ
thống điều khiển được thực hiện bằng các cáp nhiều lõi rải trong các máng cáp chuyên
dụng.

+ Hệ thống kiểm tra nồng độ khí và báo cháy, hệ thống dập cháy tự động (bằng
nước) cho các thiết bị công nghệ đặt ngồi trời. Tự động chữa cháy trong các phịng
kín được đảm bảo bởi hệ thống CO2.
+ Mỗi vùng nguy hiểm khí cần bảo vệ có lắp các thiết bị tín hiệu cảnh báo. Tủ
báo cháy chính (MFP) đặt trong phịng điều khiển đảm bảo lơgíc dập cháy tự động.
Tín hiệu cháy được đưa về hệ thống điều khiển, được kiểm tra và hệ thống này sẽ đảm
bảo dừng trạm nén khí theo “sơ đồ an tồn”.
+ Tủ thơng tin (Panel) dùng để thông báo cho nhân viên vận hành bằng loa
phóng thanh và nó cịn được dùng vào việc phát các tín hiệu bằng âm thanh và ánh
sáng khi có cháy, rị khí và rời giàn.
+ Việc điều chỉnh áp suất (lưu lượng) khí vào giàn nén được tiến hành tự động
từ phòng điều khiển.
+ Do GNKN liên kết với MSP-4 bởi các cầu dẫn, do đó cũng thiết kế một tủ
phụ đặt trong phòng điều khiển của MSP-4. Các thông tin tổng hợp về hoạt động của
GNKN, về dừng sự cố được đưa về tủ phụ này, có nút ấn dừng sự cố toàn giàn tại đây.


20
1.2 Sơ đồ công nghệ
1.2.1 Sơ đồ chung ( xem Hình 1.4)
Khí đầu vào GNKN gồm hai nguồn : Trung áp (khoảng 5 - 7 bar) và cao áp
(khoảng 10 bar) nhiệt độ 260C (nhiệt độ biển). Khí trung áp được lấy từ các giàn
3,4,5,6,7,8 và khí cao áp được lấy từ giàn 1 được dẫn vào bình tách pha S-1 để tách ra
khỏi dịng khí pha lỏng được tạo ra trong đường ống ngầm dưới biển trong quá trình
vận chuyển khí từ các giàn về giàn MSP-4. Khí từ bình S-1 được đưa đến cụm điều
chỉnh áp suất SK-2 sau đó theo ống cái phân đều cho các tổ máy nén (C100,200,300,400). Khí đến hệ thống nén cấp I,II,III,IV sau mỗi cấp được làm mát và
tách lỏng, khí sau cấp nén cấp 4 phần lớn sẽ được sử dụng để cung cấp cho khai thác
gaslift. Condensate đen tách ra từ S-1, các bình tách trung gian, lượng lỏng được tách
ra từ hệ thống xả đáy về bể chứa E-18 sẽ được đưa tới bình 100 m3 tại MSP-4. (xem
Hình 1.4: Sơ đồ cơng nghệ Giàn nén khí nhỏ.)

21

Hình 1.4: Sơ đồ cơng nghệ Giàn nén khí nhỏ


22
1.2.2 Xử lý khí trước khi nén
Khí trung áp từ hệ thống thu gom của vòm Bắc mỏ Bạch Hổ và giàn MSP-4 đi
theo đường ống 16” vào GNKN, sau đó đi vào bình tách pha S-1, áp suất làm việc của
bình là 6 bar và khả năng xử lý lượng chất lỏng tức thời đến 10 m3.
Trong quá trình bắt đầu khởi động GNKN áp suất cần thiết phải đạt đến 10 bar để
khởi động các động cơ dẫn động máy nén khí. Khí theo hệ thống ống dẫn 12” đến đầu
vào các tổ máy nén cao áp để nâng áp suất. Ngồi ra khí đầu ra của bình tách S-1 còn
được sử dụng làm nhiên liệu ban đầu (black gas) cho các động cơ.
Nước, Condensate đen tách ra từ khí ở bình tách S-1 qua van điều chỉnh mức LV502 được đưa vào hệ thống thu gom chung tại MSP-4.
1.2.3 Q trình nén khí
Từ bình tách đầu vào S-1, khí đi qua cụm điều chỉnh áp suất SK-2 (điều chỉnh áp
suất khí đầu vào máy nén) đến ống cái đầu vào và phân chia đến các tổ máy nén khí. Mỗi
tổ máy nén khí có các đặc tính sau đây:
- Năng suất thiết kế: 432.000 Nm3/ngày đêm
- Năng suất bình thường:
- Áp suất đầu hút:

408.000 Nm3/ngày đêm

5 bar

- Áp suất đầu ra (tại mặt bích máy nén): 110 bar

- Thiết bị truyền động: Động cơ khí 12V-AT 27GL
(cơng suất N = 2285 kw, vòng quay N = 750 đến 1000 vòng/phút)
Để tách các hạt chất lỏng và tạp chất cơ học, dịng khí trước khi vào đầu hút của
máy nén khí cấp I phải đi qua các bình tách lọc đầu vào S-101/201/301/401 .
Trong điều kiện 4 tổ máy làm việc song song, tổng cân bằng vật chất của giàn như sau:
Khí đầu vào: đến 1.728.000 Nm3 /ngày (18.000 Nm3 /giờ cho mỗi tổ máy)
Khí đầu ra: đến 1.632.200 Nm3 /ngày (17.000 Nm3 /giờ cho mỗi tổ máy)
Sử dụng khí cho nhu cầu nội bộ (khí nhiên liệu): đến 44.160 Nm3 /ngày (460 Nm3
/giờ cho mỗi tổ máy)
Condensate bơm đi giàn MSP-4: đến 8.000 kg/ngày cho mỗi tổ máy


23
Áp suất đầu vào: 5 bar
Áp suất đầu ra đến: 102 bar
Nhiệt độ đầu vào: 260C - 360C
Nhiệt độ đầu ra: đến 450C .
Máy nén khí SHMB/4 NOUVO PIGNONE.
Động cơ dẫn động WAUKESHA 12V-AT 27GL,12 xylanh kiểu chữ V, sử dụng
nhiên liệu GAS, cơng suất 3064 HP.
1.2.4 Sơ đồ khí đầu ra (xem Hình 1.4)
- Khí sử dụng cho Gaslift
- Khí nhiên liệu