Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp công nghệ nâng cao hiệu quả đường ống thu gom dầu trong điều kiện suy giảm sản lượng mỏ Bạch Hổ

Chia sẻ: Trần Văn Gan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

46
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được xây dựng trên cơ sở tổng hợp các kết quả nghiên cứu của chính tác giả về chế độ vận hành hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu ngoài khơi và từ số liệu thực tế ứng dụng các giải pháp công nghệ xử lý trong quá trình vận hành của hệ thống đường ống khu vực nội mỏ Bạch Hổ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp công nghệ nâng cao hiệu quả đường ống thu gom dầu trong điều kiện suy giảm sản lượng mỏ Bạch Hổ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN HOÀI VŨ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA ĐƯỜNG ỐNG THU GOM DẦU TRONG ĐIỀU KIỆN SUY GIẢM SẢN LƯỢNG MỎ BẠCH HỔ Ngành: Kỹ thuật dầu khí Mã số: 9520604 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2018
Công trình được hoàn thành tại: Bộ môn Khoan - Khai thác, Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất. Người hướng dẫn khoa học: 1. TSKH. Trần Xuân Đào 2. PGS. TS. Nguyễn Thế Vinh Phản biện 1: PGS. TS Hoàng Dung Hội Công nghệ Khoan Khai thác Việt Nam Phản biện 2: PGS. TS Lê Phước Hảo Hội Dầu khí Việt Nam Phản biện 3: TS Nguyễn Văn Thịnh Trường Đại học Mỏ - Địa chất Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại Trường đại học Mỏ - Địa chất vào hồi … giờ .… ngày …. tháng …. năm …. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư viện Trường đại học Mỏ - Địa chất.
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ngoài những phức tạp và khó khăn đặc thù trong quá trình vận chuyển dầu nhiều paraffin trên thế giới nói chung và ở Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro nói riêng, với việc hệ thống đường ống có tính bất cập cao, nhiệt độ môi trường đáy biển thấp hơn nhiệt độ đông đặc của dầu còn là những nhân tố bất lợi gây nên những khó khăn mới riêng có trong công tác vận chuyển dầu bằng hệ thống đường ống ngầm ngoài khơi của Vietsovpetro. Hiện nay sản lượng khai thác ở các mỏ của Vietsovpetro đã bước vào giai đoạn suy giảm nhanh qua từng năm, đã nảy sinh một loạt thách thức mới đối với quá trình thu gom, xử lý và vận chuyển dầu trong hệ thống đường ống ngầm ngoài khơi khu vực nội mỏ Bạch Hổ, đó là: Sản lượng thấp dẫn đến vận tốc dòng chảy thấp; năng lượng vỉa suy kiệt làm cho áp suất miệng giếng suy giảm tương ứng, đây là thách thức trực tiếp đến vận hành các cụm đường ống thu gom vận chuyển dầu bằng năng lượng đầu miệng giếng; việc áp dụng các giải pháp khai thác thứ cấp đã làm cho nhũ tương dầu-nước bền vững hơn; tính chất lý hóa của dầu khai thác như nhiệt độ đông đặc, giá trị độ nhớt động và hàm lượng paraffin có xu hướng tăng cao ở cuối đời mỏ càng làm tăng tính phức tạp và khó khăn trong vận hành hệ thống đường ống ngầm. Trước các vấn đề thực tiễn và có tính cấp thiết nêu trên, đòi hỏi phải có những nghiên cứu, tính toán và lựa chọn các giải pháp công nghệ - kỹ thuật cụ thể phù hợp với từng đối tượng riêng rẽ mang tính cục bộ, qua đó đưa ra các đề xuất nhằm hoàn thiện nhóm tổ hợp các giải pháp công nghệ-kỹ thuật vận hành hệ thống thu gom, xử lý và vận chuyển dầu một cách an toàn nhất, phù hợp với thực trạng khai thác mỏ Bạch Hổ trong giai đoạn suy giảm sản lượng. 1
2. Mục đích nghiên cứu của luận án Trên cơ sở kết quả đánh giá thực trạng hoạt động của hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu từ BK-14 về CPP-3, đề xuất phương pháp mới trong việc nghiên cứu trạng thái thủy động học của quá trình vận chuyển dầu nhằm làm cơ sở tính toán và xác định các chế độ công nghệ vận chuyển dầu. Đề xuất tổ hợp các nhóm giải pháp công nghệ phù hợp nhằm đảm bảo an toàn quá trình vận hành hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu khu vực nội mỏ Bạch Hổ trong giai đoạn sản lượng khai thác dầu suy giảm. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là chất lỏng vận chuyển và hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu khí trong nội mỏ Bạch Hổ mà đại diện là cụm đường ống từ BK-14 về CPP-3. - Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu là hệ thống thủy động lực học của tuyến đường ống ngầm vận chuyển dầu khí từ BK-14 về CPP-3, gồm các tính chất lý hóa và tính lưu biến của chất lưu được vận chuyển, các thông số công nghệ trong vận chuyển dầu khí như lưu lượng dòng chảy, áp suất bơm, tổn hao áp suất dọc đường ống, các giải pháp công nghệ xử lý trong vận chuyển dầu ngoài biển. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp thư mục: Thu thập, thống kê, phân tích số liệu thực tế về các thông số công nghệ vận chuyển dầu; - Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu ứng dụng các lý thuyết Catastrophe và Entropi đánh giá trạng thái thủy động lực học và hiệu quả làm việc của hệ thống công nghệ đường ống vận chuyển dầu; - Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm: Tính chất lý hóa và lưu biến của chất lỏng vận chuyển làm cơ sở cho việc lựa chọn các giải pháp công nghệ phù hợp; 2
- Ứng dụng công nghệ thông tin: Sử dụng phần mềm Olga mô hình mô phỏng quá trình vận chuyển dầu trong hệ thống đường ống ngầm, cũng như và các phần mềm tin học trong khảo sát, đánh giá và phân tích số liệu. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Việc sử dụng công cụ toán học của lý thuyết Catastrophe và lý thuyết Entropi để chứng minh bản chất cũng như trạng thái thủy động lực học của hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu ngoài khơi khu vực nội mỏ Bạch Hổ đã góp phần đa dạng hóa các phương pháp tiếp cận và nghiên cứu một đối tượng động học cụ thể. - Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở cho việc lựa chọn và đề xuất các giải pháp công nghệ và kỹ thuật cho công tác vận hành hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu khu vực nội mỏ Bạch Hổ một cách an toàn và hiệu quả, phù hợp với giai đoạn suy giảm sản lượng khai thác của mỏ. 6. Điểm mới của luận án - Sử dụng công cụ toán học của lý thuyết Catastrophe và Entropi để nghiên cứu, đánh giá một cách định tính và định lượng trạng thái bền động học của hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu mỏ Bạch Hổ, cũng như làm cơ sở khoa học trong việc tính toán xác định giá trị vận tốc dòng chảy phù hợp với tiêu hao năng lượng động học thấp nhất; - Kết quả nghiên cứu lý thuyết Catastrophe cho phép tính toán xác định tần suất và chu kỳ áp dụng các nhóm giải pháp công nghệ xử lý hệ thống đường ống ngầm trong điều kiện không dừng khai thác với các chế độ dòng chảy khác nhau; - Lựa chọn và đề xuất tổ hợp các nhóm giải pháp công nghệ xử lý hệ thống đường ống ngầm đảm bảo an toàn tuyệt đối trong vận chuyển dầu, 3
phù hợp với điều kiện khai thác thực tế của mỏ Bạch Hổ ở giai đoạn suy giảm sản lượng. 7. Luận điểm bảo vệ - Luận điểm 1: Trong điều kiện suy giảm sản lượng, hệ thống thủy động lực học của quá trình vận chuyển dầu khí bằng đường ống ngầm khu vực nội mỏ Bạch Hổ thường xuyên hoạt động trong trạng thái kém bền vững và mất ổn định động học. Điều này làm tăng chi phí năng lượng động học và hệ thống làm việc kém hiệu quả; - Luận điểm 2: Trong điều kiện sản lượng khai thác của mỏ Bạch Hổ bị suy giảm, để chi phí năng lượng động học đạt giá trị nhỏ nhất, vận tốc dòng chảy chất lỏng trong đường ống ngầm khu vực nội mỏ phải lớn hơn 0,16 m/s, tốt nhất là 0,28-0,32 m/s. Trường hợp vận tốc dòng chảy nhỏ hơn 0,16 m/s, cần phải áp dụng tổ hợp các giải pháp công nghệ-kỹ thuật vận hành hệ thống đường ống với tần suất và chu kỳ phù hợp để quá trình vận chuyển dầu đạt hiệu quả và an toàn. 8. Cơ sở tài liệu của luận án Luận án được xây dựng trên cơ sở: Chế độ vận hành hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu, số liệu thực tế ứng dụng các giải pháp công nghệ xử lý trong quá trình vận hành của hệ thống đường ống khu vực nội mỏ Bạch Hổ; sơ đồ công nghệ xây dựng và phát triển mỏ Bạch Hổ qua các giai đoạn; báo cáo phân tích đánh giá hệ thống thu gom, xử lý, vận chuyển và tàng trữ dầu trên các mỏ của Vietsovpetro; các bài báo và các công trình nghiên cứu khoa học của các tác giả trong nước và nước ngoài đăng trên các tạp chí chuyên ngành. 9. Khối lượng và cấu trúc của luận án Luận án gồm phần mở đầu, 3 chương, kết luận, kiến nghị và danh mục tài liệu tham khảo. Toàn bộ nội dung luận án trình bày trong 125 trang khổ giấy A4, trong đó có 23 biểu bảng, 54 hình vẽ và 5 phụ lục. 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM VÀ QUÁ TRÌNH THU GOM, XỬ LÝ VÀ VẬN CHUYỂN DẦU NỘI MỎ BẠCH HỔ VÀ RỒNG 1.1. Tổng quan về hệ thống công nghệ thu gom vận chuyển dầu nội mỏ Bạch Hổ 1.1.1. Tổng quan về quá trình phát triển hệ thống thu gom dầu tại các mỏ của Vietsovpetro Để phục vụ công tác khai thác dầu, hệ thống thu gom, xử lý và vận chuyển dầu khí được xây dựng trên cơ sở thiết kế của Liên Xô (mô hình thiết kế giàn 16716) áp dụng cho đối tượng dầu ít paraffin, có nhiệt độ đông đặc và độ nhớt thấp, đa phần là không bọc cách nhiệt theo mô hình phát triển mỏ ở vùng biển Caspi, nước Cộng hòa Azerbaijan. Quá trình phát triển hệ thống thu gom dầu tại các mỏ của Vietsovpetro gồm 5 giai đoạn: 1986-1988, 1989-1994, 1995-1999, 2000-2009 và từ năm 2010 đến nay. 1.1.2. Tổng quan về hệ thống đường ống công nghệ thu gom dầu ở mỏ Bạch Hổ Hệ thống các cụm đường ống thu gom dầu nội mỏ Bạch Hổ bao gồm nhiều dạng khác nhau, có thể phân chia như sau: - Theo nguồn năng lượng vận chuyển: Đường ống vận chuyển dầu bằng năng lượng vỉa (vận chuyển hỗn hợp dầu khí, vận chuyển dầu bão hòa khí) và đường ống vận chuyển dầu bằng năng lượng bơm (dầu tách khí); - Theo đặc tính cách nhiệt: Đường ống bọc cách nhiệt (composite, foam, pipe in pipe) và không bọc cách nhiệt. 5
1.2. Những thách thức mới trong thu gom dầu bằng đường ống ngầm ở giai đoạn suy giảm sản lượng khai thác cuối đời mỏ Bạch Hổ Sản lượng dầu khai thác của Vietsovpetro đạt đỉnh vào năm 2003 (13,2 triệu tấn/năm) và sau đó giảm nhanh qua từng năm (hình 1.6), hiện nay sản lượng khai thác chỉ còn lại khoảng 4-5 triệu tấn/năm. Số liệu đo theo thời gian của động thái áp suất vỉa trung bình các giếng khoan khối Trung tâm Móng trong giai đoạn từ năm 2005 đến 2011 cho thấy mức độ suy giảm năng lượng vỉa khá rõ nét. Mặc dù đã có áp dụng giải pháp công nghệ bơm ép nước duy trì áp suất vỉa nhưng càng về giai đoạn cuối của đời mỏ thì nhịp độ suy giảm áp suất vỉa càng cao (xem hình 1.7). i - 3050 м., ат 245 240 235 230 225 220 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 nh i gian Hình 1.6. Biểu đồ thống kê sản lượng Hình 1.7. Động thái áp suất vỉa trung dầu khai thác và dự báo sản lượng khai bình các giếng khoan khối Trung tâm thác trong thời gian tới của tầng Móng trong giai đoạn 2005-2011. Vietsovpetro Ngoài những vấn đề phức tạp hiện hữu gây phức tạp và khó khăn trong vận chuyển dầu nhiều paraffin của mỏ Bạch Hổ như đặc tính kỹ thuật của đường ống không tương thích, nhiệt độ môi trường đáy biển thấp, dầu khai thác có nhiệt độ đông đặc cao, giá trị độ nhớt cao…, ở giai đoạn suy giảm sản lượng cuối đời mỏ Bạch Hổ đã xuất hiện những thách thức mới, đó là: - Năng lượng (áp suất) vỉa của thân dầu đã bị suy giảm gần đến giá trị tới hạn làm ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thu gom, vận chuyển dầu của các cụm đường ống sử dụng năng lượng áp suất đầu miệng giếng; 6
- Lưu lượng vận chuyển trong đường ống giảm làm thay đổi cấu trúc dòng chảy, dẫn đến lắng đọng và tắc nghẽn đường ống; - Nhiệt độ sản phẩm giảm thấp khi mỏ suy giảm sản lượng gây nên vấn đề lắng đọng paraffin cao, tạo nguy cơ tắc nghẽn đường ống; - Nhũ tương dầu-nước bền vững, làm tăng tổn thất thủy lực; - Tính chất lưu biến của dầu thay đổi theo chiều hướng xấu. 1.3. Những sự cố điển hình trong quá trình vận hành hệ thống đường ống ngầm thu gom dầu nội mỏ Bạch Hổ - Sự cố tắc nghẽn đường ống MSP-1 – FSO-1 (FSO Crưm); - Dừng đường ống thu gom dầu RP-1 – RC-1 – BT-7 – CPP-2; - Tăng áp suất trên đường bơm dầu từ giàn RP-1 đến FSO-3; - Tăng áp suất thu gom sản phẩm từ BK-14 về giàn công nghệ trung tâm CPP-3. 1.4. Tổng quan các công trình nghiên cứu về thu gom dầu tại mỏ Bạch Hổ Một số công trình tiêu biểu như: a) Cụm công trình: “Nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện công nghệ thu gom, xử lý, vận chuyển dầu thô trong điều kiện đặc thù của các mỏ Liên doanh Việt - Nga Vietsovpetro và các mỏ kết nối trên thềm lục địa nam Việt Nam”, Giải thưởng Hồ Chí Minh về Khoa học – Công nghệ năm 2016. b) Công trình “Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ xử lý và vận chuyển dầu nhiều paraffin, độ nhớt cao trong khai thác dầu khí tại thềm lục địa phía Nam Việt Nam” của tác giả Phùng Đình Thực, Hà Nội năm 1995. c) Công trình “Hoàn thiện hệ thống vận chuyển sản phẩm dầu khí của các giếng dầu ngoài khơi” của tác giả Nguyễn Phan Phúc, Maxcơva (Nga) năm 1999. 7
d) Công trình “Hoàn thiện công nghệ thu gom, xử lý và vận chuyển dầu có nhiệt độ đông đặc cao ở các mỏ của Vietsovpetro” của tác giả Nguyễn Thế Văn, UFA (Nga) năm 2011. Các công trình nghiên cứu trên chủ yếu đi sâu vào: - Nghiên cứu, đề xuất giải pháp hoàn thiện công nghệ thu gom, xử lý và vận chuyển dầu tại thời điểm mà sản lượng khai thác và năng lượng vỉa của mỏ Bạch Hổ còn cao, dầu khai thác chủ yếu bằng phương pháp tự phun, chưa sử dụng phương pháp khai thác cơ học; - Nghiên cứu tính chất lưu biến của dầu được tiến hành chung cho cả mỏ mà chưa phân chia ra từng khu vực với các tính chất dầu đặc trưng khác biệt để từ đó lựa chọn ra các hóa phẩm chuyên biệt và hàm lượng tối ưu để xử lý đạt hiệu quả cao nhất. Tuy nhiên, nhiều vấn đề vẫn chưa được làm sáng tỏ và còn bỏ ngỏ, như: - Trạng thái động học của một đối tượng cụ thể trong hệ thống đường ống ngầm thu gom dầu và khí; - Bản chất thủy động lực học của hệ thống đường ống ngầm thu gom hỗn hợp dầu khí để dự báo các vấn đề phức tạp có thể xảy ra nhằm có các giải pháp phù hợp để ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra cho hệ thống; - Tổ hợp các nhóm giải pháp công nghệ vận chuyển dầu phù hợp với điều kiện suy giảm sản lượng của mỏ Bạch Hổ hiện nay. Kết luận - Hệ thống đường ống thu gom dầu có tính đồng bộ không cao, cũng như chưa tương thích với tính chất lưu biến của dầu khu vực mỏ Bạch Hổ; - Trong quá trình khai thác mỏ Bạch Hổ ở giai đoạn cuối với sản lượng dầu suy giảm mạnh, đã xuất hiện những tác nhân mới gây nhiều 8
phức tạp và khó khăn cho quá trình thu gom, xử lý và vận chuyển dầu trong hệ thống đường ống ngầm; - Đã có nhiều công trình khoa học nghiên cứu về các đặc tính lý - hoá của dầu và các giải pháp công nghệ xử lý trong vận chuyển dầu nhiều paraffin tại Vietsovpetro, phù hợp với điều kiện thực tiễn ở giai đoạn khi sản lượng khai thác, cũng như năng lượng vỉa còn cao, mà chưa có công trình nào nghiên cứu đánh giá trạng thái thủy động lực học của hệ thống đường ống làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất và lựa chọn các giải pháp công nghệ phù hợp cho giai đoạn sản lượng dầu khai thác của mỏ suy giảm mạnh. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI THỦY ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG NGẦM VẬN CHUYỂN DẦU NHIỀU PARAFFIN MỎ BẠCH HỔ 2.1. Cơ sở lựa chọn tuyến ống BK-14/BT7 – CPP-3 làm đối tượng nghiên cứu đại diện Việc lựa chọn tuyến đường ống làm đối tượng nghiên cứu đại diện cho toàn bộ hệ thống đường ống ngầm vận chuyển dầu khu vực nội mỏ Bạch Hổ được dựa trên các tiêu chí cơ bản sau: Các thông số công nghệ có độ chính xác và độ tin cậy cao; điều kiện làm việc của tuyến đường ống phản ánh đúng bản chất của đối tượng cần nghiên cứu; số liệu công nghệ lưu trữ đầy đủ và phong phú. 2.2. Nghiên cứu tính chất lý hóa của dầu và lưu chất khai thác ở khu vực BK-14 2.2.1. Nghiên cứu tính chất lý hóa của dầu Kết quả nghiên cứu cho thấy rõ xu hướng tính chất lưu biến của dầu xấu dần ở tất cả các đối tượng khai thác theo thời gian, đây chính là một trong những nguyên nhân quan trọng làm cho mức độ phức tạp tăng cao 9
trong quá trình thu gom, xử lý và vận chuyển dầu bằng đường ống ngầm sau một thời gian dài khai thác của mỏ. Hình 2.2. Sự thay đổi đặc tính lưu biến của dầu khai thác ở thân dầu Mioxen dưới theo thời gian Bảng 2. 1. Tính chất lưu biến của dầu mỏ Bạch Hổ biến đổi theo thời gian Năm 1995 2005 2015 Mio. Olig. Mio. Olig. Mio. Olig. Đối tượng Móng Móng Móng dưới dưới dưới dưới dưới dưới Khối lượng riêng ở 20oС, 863,7 832,7 833,6 869,6 835,2 835,8 861,5 833,7 833,4 g/сm3 Độ nhớt ở 10,35 4,01 4,092 11,12 5,21 5,56 12,4 5,89 6,09 50oС, MPa.s Nhiệt độ đông 29,5 31,5 33,0 30,0 33,7 34,6 33,5 35,1 34,9 đặc,oС Hàm lượng paraffin, % 18,7 19,4 22,06 19,08 25,05 26,82 21,1 26,8 26,8 KL. 2.2.2. Nghiên cứu tính chất lưu biến của lưu chất khai thác ở khu vực BK-14 2.2.2.1. Nghiên cứu tính chất lưu biến của dầu có nước Nghiên cứu được thực hiện trên dầu không nước và nhũ tương dầu- nước với hàm lượng nước tăng dần từ 50% đến 75% (kết quả được trình bày trong hình 2.5). 10
Theo kết quả trên hình 2.6, khi hàm lượng nước trong dầu vượt quá 65%, độ nhớt và ứng suất trượt động của nhũ tương dầu-nước giảm đột ngột, chứng tỏ nhũ tương dạng nghịch “nước trong dầu” đã chuyển sang nhũ tương dạng thuận “dầu trong nước”. Hình 2.5. Đồ thị biểu diễn tương quan Hình 2. 6. Mối tương quan giữa độ giữa độ nhớt động lực và nhiệt độ của dầu nhớt động lực dầu và hàm lượng BK-14 nước 2.2.2.2. Nghiên cứu tính chất lưu biến của dầu BK-14 bão hòa khí Các hình 2.7 và 2.9 cho thấy độ nhớt của dầu BK-14 mỏ Bạch Hổ phụ thuộc nhiệt độ ở những điều kiện bão hoà khí khác nhau. Kết quả nghiên cứu tính chất lưu biến dầu bão hòa khí cho thấy khả năng vượt trội ở tính lưu chuyển của dầu bão hòa khí so với dầu đã tách khí. Hình 2.7. Tương quan độ nhớt Hình 2.9. Tương quan ứng suất của dầu và nhiệt độ ở các tỷ số khí trượt động và nhiệt độ ở các tỷ số - dầu khác nhau tại 80oC khí dầu khác nhau tại 80oC 2.3. Nghiên cứu và đánh giá hệ thống động học bằng lý thuyết Catastrophe và Entropi 2.3.1. Nghiên cứu và đánh giá hệ thống động học trên cơ sở lý thuyết Catastrophe 11
Lý thuyết Catastrophe được hiểu là sự biến đổi không đồng nhất tức thời, xuất hiện ở trạng thái đột biến qua sự phản ánh của hệ thống nghiên cứu trong sự thay đổi đều đặn của các điều kiện ngoại biên. Giả sử, mô hình hóa một hệ động lực học nào đó được mô phỏng dưới dạng phương trình vi phân: dx = df(x, c1 , c2 ,…, cn ) (2.2) dt Trong đó, f là hàm của biến đổi trạng thái của x và các tham số điều khiển c1, c2... cn. Xác định được điểm đột biến hay điểm tới hạn nếu: df d2 f (dx) = 0; (dx2 ) > 0 (2.3) u u Đây chính là điều kiện đảm bảo cho hoạt động của hệ động lực học tương ứng ở trạng thái ổn định. 2.3.1.1. Đánh giá trạng thái thủy động học của hệ thống đường ống vận chuyển dầu BK-14 – CPP-3 Hệ thống động học của đường ống ngầm thu gom dầu ngoài khơi mỏ Bạch Hổ được thể hiện qua các thông số đo được, đó là lưu lượng và áp suất theo thời gian. Ngoài ra, những tham số khác không đo đếm được như độ gồ ghề, tiết diện bên trong ống; tính chất lưu biến thay đổi theo nhiệt độ, áp suất,.. cũng được thể hiện thông qua giá trị đo được là áp suất làm việc của đường ống. Như vậy, hệ động học của hệ thống đường ống vận chuyển dầu khí được mô phỏng như sau: F = f(P, t) trong đó f(P) = (Q, t, S, ToC, θ, ρ, τ, η, φ, ξ, μ,…) (2.4) Theo lý thuyết Catastrophe, mô phỏng hệ động học của đường ống vận chuyển dầu khí có dạng: P = df(P)/dt = at2 + bt + c Trong đó P chính là những giá trị áp suất đo được theo thời gian. Theo điều kiện (2.3), ta có: P = df(P)/dt = at2+bt+c = 0 (2.5) 12
Trạng thái động học của hệ động học nghiên cứu được xác định như sau: Delta = b2-4ac lớn hơn hoặc bằng không (Delta ≥0) được lý giải cho hệ động học có trạng thái bền vững và ổn định động học, còn ngược lại (Delta 0,04 và ≤ 0,08 m/s, thời gian cần xử lý bơm rửa đường ống là 7-8 ngày; 13
- Vận tốc dòng chảy >0,08 và
hệ thống động lực học đường ống ngầm vận chuyển dầu khí BK-14 – CPP-3 sẽ đảm bảo tính bền động và hiệu quả với chi phí năng lượng thấp nhất. Hình 2.16. Mối tương quan giữa giá trị Entropi với vận tốc dòng chảy trong đường ống Kết luận - Càng về cuối đời mỏ, tính chất hóa lý của dầu khai thác đã có những thay đổi rõ nét theo chiều hướng phức tạp; - Kết quả nghiên cứu về tính chất lưu biến của các dạng chất lưu cho phép định hướng và lựa chọn các giải pháp công nghệ vận chuyển trong giai đoạn sản lượng khai thác suy giảm; - Việc ứng dụng lý thuyết Catastrophe cho phép khẳng định hệ thống đường ống vận chuyển dầu từ BK14 về CPP-3 có trạng thái thủy động học dao dộng liên tục, tức là thường xuyên rơi vào trạng thái mất ổn định và có tính bền động học kém. Trạng thái bất ổn định này được thể hiện rõ thông qua các xung động áp suất của hệ thống đường ống; - Kết quả nghiên cứu theo lý thuyết Catastrophe cho phép xác định tần suất và chu kỳ cần phải xử lý bằng các giải pháp công nghệ, nhằm nâng cao tính bền động và ổn định trạng thái của toàn bộ hệ thống trong quá trình vận chuyển dầu một cách an toàn nhất trong giai đoạn suy giảm sản lượng của mỏ; 15
- Kết quả nghiên cứu theo lý thuyết Entropi cho phép xác định được dải các giá trị dòng chảy của chất lưu trong đường ống BK-14 – CPP-3 với chi phí năng lượng thấp nhất, nhằm làm cơ sở tính toán và xác định chế độ công nghệ làm việc của hệ thống đường ống ngầm luôn đảm bảo an toàn trong vận hành và hiệu quả thu gom dầu tốt nhất phù hợp với giai đoạn suy giảm sản lượng của mỏ. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA ĐƯỜNG ỐNG THU GOM DẦU TRONG ĐIỀU KIỆN SUY GIẢM SẢN LƯỢNG MỎ BẠCH HỔ 3.1. Nghiên cứu lựa chọn tổ hợp các nhóm giải pháp công nghệ - kỹ thuật nâng cao hiệu quả thu gom dầu bằng đường ống ngầm trong điều kiện suy giảm sản lượng của mỏ Bạch Hổ Các giải pháp xử lý dầu nhiều paraffin để vận chuyển rất đa dạng. Để áp dụng hiệu quả phải lựa chọn giải pháp trên cơ sở các điều kiện nhất định, trong những giai đoạn nhất định. Trên cơ sở nghiên cứu tính chất lưu biến của dầu và thực tiễn phát triển công nghệ cho từng giai đoạn ở các điều kiện cụ thể khác nhau, trong những năm qua Vietsovpetro đã tích lũy được một số kinh nghiệm trong việc xử lý dầu paraffin để vận chuyển như sau: - Xử lý lắng đọng của dầu thô nhiều paraffin bằng phương pháp gia nhiệt với nhiệt độ tối ưu nhất là từ 750C trở lên (Hình 3.6); - Xử lý lắng đọng của dầu thô nhiều paraffin bằng phương pháp gia nhiệt kết hợp với xử lý hóa phẩm giảm nhiệt độ đông đặc (Bảng 3.1); - Xử lý lắng đọng của dầu thô nhiều paraffin bằng phương hòa trộn dầu nhiều paraffin với condensate, với tỷ lệ không nhỏ hơn 5% (Hình 3.9). 16
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của hóa phẩm đến nhiệt độ đông đặc của dầu thô BK-14 Định lượng hóaNhiệt độ đông đặc ở các nhiệt độ xử lý, C o STT Tên hóa phẩm phẩm, ml/m3 45 65 80 1 Chemical A 1000 28 25-26 24 2 Chemical B 1000 25-28 24 23 3 Chemical C 1000 25-27 22 18-22 4 Chemical D 1000 25-26 26 23-25 Hình 3.6. Mối tương quan giữa nhiệt độ Hình 3.9. Độ nhớt của hỗn hợp dầu với xử lý dầu và nhiệt độ đông đặc của dầu sau condensate tại các nhiệt độ khác nhau khi xử lý nhiệt tại các nhiệt độ khác nhau 3.2. Nghiên cứu công nghệ thu gom dầu trong giai đoạn suy giảm sản lượng khai thác Trong những năm qua, Vietsovpetro đã đúc kết được nhiều kinh nghiệm trong việc vận chuyển sản phẩm khai thác trong nội mỏ và liên mỏ cách xa hàng chục km. Những kinh nghiệm này đang được tiếp tục sử dụng để thu gom dầu trong giai đoạn suy giảm sản lượng khai thác, đó là: - Công nghệ vận chuyển chất lỏng dầu-nước ở trạng thái nhũ tương thuận; - Công nghệ vận chuyển hỗn hợp dầu – khí; 17
- Vận chuyển dầu dầu bão hòa khí bằng thiết bị tách khí sơ bộ (UPOG); - Bằng việc ứng dụng phần mền OLGA để nghiên cứu đánh giá trạng thái hoạt động của đường ống thu gom dầu bằng cách mô phỏng các điều kiện trùng khớp với thực tế vận hành như áp suất, nhiệt độ, lưu lượng dòng chảy với các tính chất hóa lý của chất lỏng vận chuyển để tính toán mô phỏng lớp lắng đọng paraffin tương ứng bên trong thành ống. Từ đó cho phép xây dựng được mối quan hệ tác động qua lại giữa vận tốc dòng chảy của chất lỏng vận chuyển trong ống và giá trị bề dày tương ứng của lớp lắng đọng paraffin bên trong thành đường ống (hình 3.23). Kết quả cho thấy khi vận tốc dòng chảy của chất lỏng vận chuyển trong đường ống ngầm đạt từ 0,2 đến 0,3 m/s thì lớp lắng đọng của paraffin giảm nhanh chóng từ 25 mm xuống còn 9 mm. Hình 3.23. Mối tương quan giữa vận tốc dòng chảy chất lỏng trong ống và sự hình thành lớp chất lắng đọng paraffin bên trong thành ống 3.3. Lựa chọn tổ hợp nhóm các giải pháp công nghệ nâng cao hiệu quả phù hợp với đường ống thu gom dầu trong điều kiện suy giảm sản lượng mỏ Bạch Hổ 18