Bài giảng Thu gom, xử lý, vận chuyển, tàng trữ dầu – khí – nước

KHOA DẦU KHÍ BỘ MÔN KHOAN – KHAI THÁC BÀI GIẢNG THU GOM, XỬ LÝ, VẬN CHUYỂN, TÀNG TRỮ DẦU – KHÍ – NƯỚC ThS Nguyễn Khắc Long 5/7/2013 1 PHẦN 3 CƠ CHẾ VÀ CÔNG NGHỆ - KỸ THUẬT TÁCH PHA LỎNG - KHÍ Chương 1: Cơ chế và phương pháp tách pha Chương 2: Thiết bị tách pha Chương 3: Tính toán công nghệ thiết bị tách pha. 5/7/2013 2 PHẦN 3 CƠ CHẾ VÀ CÔNG NGHỆ - KỸ THUẬT TÁCH PHA LỎNG - KHÍ 5/7/2013 3 CHƯƠNG 1 CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 4 1. Mục đích tách pha 2.Cơ chế tách 3.Phương pháp tách dầu ra khỏi khí 4.Phương pháp tách khí ra khỏi dầu 5. Khó khăn gặp trong quá trình tách CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 5 - Thu hồi khí dầu làm nguyên liệu cho công nghiệp hoá hoặc dùng làm nhiên liệu. - Giảm xáo trộn của dòng khí - dầu, giảm sức căng kháng thuỷ lực trên các ống dẫn và hạn chế sự tạo thành nhũ tương. - Giải phóng các bọt khí đã tách trên đường ống. - Giảm các va đập áp suất khi tạo trên ống thu gom hỗn hợp dầu - khí dẫn tới các trạm bơm hoặc trạm xử lý. - Tách nước khỏi dầu khi khai thác các nhũ tương không ổn định. 1. Mục đích tách pha CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 6 - Cơ sở tách khí khỏi dầu: Sự giảm áp suất của hỗn hợp Nguyên tắc cân bằng hoạt nhiệt lỏng – khí - Cơ chế tạo khí tiếp xúc (flash vaporisation): áp suất trong bơm đầu tiên được nâng cao hơn điểm bọt, rồi giảm đột ngột từng nấc một, sau đó ghi nhận giá trị thể tích tương ứng. Tại mỗi nấc áp suất ta không thể phân biệt thể tích khí và dầu mà chỉ có thể ghi thể tích tổng. - Cơ chế tạo khí vi sai (vi phân) (differential vaporisation): tách vi sai thường bắt đầu bởi áp suất điểm bọt vì nếu trên giá trị này thì lại giống với trường hợp tách tiếp xúc. Khác với tách tiếp xúc, sau mỗi lần giảm áp thì khí được giải phỏng khỏi bình bằng cách giữ áp suất bơm không đổi. Thể tích dầu được đo trực tiếp sau khi giải phóng khí. 2. Cơ chế tách CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 7 - Trong tách tiếp xúc, khi giảm áp từ đầu đến giá trị cuối cùng thì khí không được tách mà luôn tiếp xúc cân bằng với dầu nên thành phần Hydrocacbon không thay đổi. - Trong tách vi sai: sau mỗi nấc giảm áp, khí được giải phóng nên thành phần Hydrocacbon trong bình thay đổi và liên tục giàu thêm các thành phần nặng, còn trọng lượng trung bình phân tử khí tăng lên. - Nói chung, tách vi sai cho nhiều dầu hơn là tách tiếp xúc. Trong thực tế, tách tiếp xúc ứng với tách một bậc. Tách vi sai ứng với tách nhiều bậc 2. Cơ chế tách CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 8 Tách khí ra khỏi dầu trong thiết bị PVT 1-Tách tiếp xúc; 2-Tách vi sai 2. Cơ chế tách NhiÒu khÝ Ýt láng NhiÒu láng Ýt khÝ G p P CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 9 Các phương pháp dùng để tách dầu ra khỏi khí trong bình tách bao gồm: -Trọng lực -Va đập (impingement) - Thay đổi hướng và tốc độ chuyển động dòng hỗn hợp - Dùng lực ly tâm - Đông tụ (chiết sương) - Phương pháp thấm (filtering) 3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 10 Tách trọng lực: - Nguyên lý tách dựa vào sự chênh lệch về mật độ. - Ở điều kiện nhiệt độ áp suất chuẩn (200C, 14,7 Psia), khối lượng riêng của dầu lớn hơn khí từ 400 ÷ 1600 lần. - Các hạt lỏng có kích thước khoảng 100μm hay lớn hơn thường được tách ra khỏi dòng khí trong các bình tách có kích thước trung bình, còn các hạt nhỏ hơn chỉ có thể tách bằng các thiết bị chiết sương. 3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 11 Tách va đập: - Dòng khí có chứa hỗn hợp lỏng đập vào một tấm chắn, chất lỏng sẽ dính lên bề mặt tấm chắn và chập lại với nhau thành các giọt lớn và lắng xuống nhờ trọng lực. - Khi hàm lượng chất lỏng cao hoặc kích thước các hạt bé, để tăng hiệu quả tách người ta cần tạo ra nhiều va đập nhờ sự bố trí các mặt chặn kế tiếp nhau. 3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 12 Thay đổi hướng và vận tốc chuyển động: - Nguyên tắc: lực quán tính của chất lỏng lớn hơn chất khí. -Khi dòng khí có mang theo chất lỏng gặp các chướng ngại vật sẽ thay đổi hướng chuyển động một cách đột ngột - Tách nhờ thay đổi vận tốc dòng chảy: Là phương pháp thực hiện bằng cách tăng hay giảm đột ngột vận tốc dòng chảy dựa vào sự khác biệt quán tính hay sự linh động của dầu và khí. 3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 13 Sử dụng lực ly tâm: -Khi dòng hơi chứa lỏng buộc phải chuyển động theo quỹ đạo vòng với tốc độ đủ lớn, lực ly tâm sẽ đẩy chất lỏng ra xa hơn, bám vào thành bình, chập dính với nhau thành các giọt lớn và lắng xuống dưới nhờ trọng lực. - Còn chất khí do có lực ly tâm bé nên sẽ ở phần giữa bình và thoát ra ngoài theo đường thoát khí. 3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 14 Đông tụ (chiết sương) - Các đệm đông tụ là một phương pháp có hiệu quả để tách lỏng ra khỏi khí tự nhiên. - Ứng dụng: hệ thống vận chuyển và phân phối khí. -Kết hợp nhiều cơ chế: va đập, thay đổi hướng, thay đổi tốc độ dòng và keo tụ. Hiệu quả phụ thuộc vào diện tích có thể tập hợp và chập dính các hạt chất lỏng. -Các thiết bị đông tụ trong bình tách có thể là lưới thép, đĩa hình yên ngựa, Berl, vòng Rasching… phải có diện tích bề mặt lớn 3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 15 Thấm (filtering) -Sử dụng các vật liệu xốp - Khí qua vật liệu xốp sẽ chịu va đập, thay đổi hướng và tốc độ chuyển động -Áp dụng: dùng cho các bộ chiết kiểu phin lọc 3. Phương pháp tách dầu ra khỏi khí CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 16 Các phương pháp dùng để tách khí ra khỏi dầu trong bình tách bao gồm: -Các giải pháp cơ học: dao động (agitation), va đập (baffling), lắng (settling) và lực ly tâm. - Các giải pháp nhiệt - Các giải pháp hóa học 4. Phương pháp tách khí ra khỏi dầu CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 17 Các giải pháp cơ học: - Các rung động điều hòa có kiểm soát tác động lên dầu sẽ làm giảm sức căng bề mặt và độ nhớt của dầu - Các tấm chắn: phân tán dầu cho khí dễ dàng thoát ra, trải dầu thành những lớp mỏng trên đường chảy xuống phần lắng - Dưới tác dụng của lực ly tâm, dầu nặng hơn nên được giữ lại ở thành bình còn khí chiếm vị trí phía trong của dòng xoáy lốc 4. Phương pháp tách khí ra khỏi dầu CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 18 Các giải pháp nhiệt: -Nhiệt đóng vai trò làm giảm sức căng bề mặt trên các bọt khí và giảm độ nhớt của dầu, giảm khả năng lưu trữ khí bằng thủy lực - Cho dầu thô đi qua nước nóng. - Là phương pháp hiệu quả với dầu bọt Các giải pháp hóa học: -Sử dụng hóa phẩm giảm sự tạo bọt và tăng khả năng tách (silicone 1 – 106)- - Tác dụng chính của hóa chất là giảm sức căng bề mặt, làm giảm xu hướng tạo bọt của dầu và do đó tăng khả năng tách khí. 4. Phương pháp tách khí ra khỏi dầu CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 19 5.1 Tách dầu bọt: Dầu thô sẽ dễ dàng tạo bọt khi: + Tỷ trọng API < 4000API. + Nhiệt độ làm việc < 1600 F. + Dầu thô có độ nhớt > 53 Cp. Bọt dầu sẽ làm giảm đáng kể năng suất của bình tách bởi vì thời gian lưu giữ cần thiết để tách hết lượng bọt trong dầu thô càng dài. Những đĩa khử bọt được lắp đặt từ cuối đầu vào đến cuối đầu ra của bình tách, chúng được đặt cách nhau 4 inch tạo thành một hình chóp ở tâm theo chiều đứng của bình 5. Khó khăn gặp trong quá trình tách CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 20 5.2 Lắng đọng paraffin Parafin lắng đọng trong thiết bị tách làm giảm hiệu suất tách của thiết bị và nó có thể lắng đọng cục bộ trong bình gây cản trở hoạt động của màng chiết. Để loại trừ ảnh hưởng của Parafin lắng đọng có thể dùng hơi nóng hoặc dung môi hòa tan hoàn toàn Parafin. Giải pháp tốt nhất là ngăn cản sự lắng đọng ban đầu của nó bằng nhiệt hay hóa chất. Một phương pháp khác là phủ bọc bên trong của bình một lớp nhựa 5. Khó khăn gặp trong quá trình tách CHƯƠNG 1: CƠ CHẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP TÁCH PHA 5/7/2013 21 5.3 Cát, Bùn, Cặn khoan, muối và các tạp chất khác - Những hạt cát vừa với số lượng nhỏ có thể loại bỏ bằng lắng đọng trong bình tách đứng với một cái phễu dưới đáy và loại bỏ chúng theo định kỳ. - Muối có thể loại bỏ chúng bằng cách cho thêm nước vào trong dầu và khi muối hòa tan thì nước được tách khỏi dầu và được xả ra ngoài. 5.4. Chất lỏng ăn mòn: -Nước, H2S và CO2, đôi khi tạo thành hydrate -Nước lắng xuống phần dưới của ống làm giảm diện tích chảy của khí và làm rỉ sét đường ống - Khí chua: gây rỉ sét khi gặp nước trong đường ống. 5. Khó khăn gặp trong quá trình tách CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 22 1. Chức năng và yêu cầu của bình tách 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách của thiết bị tách pha 3. Hiệu quả làm việc của thiết bị tách pha 4. Tên gọi và phân loại 5. Các giai đoạn tách 6. Các bộ phận của bình tách CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 23 1. Chức năng và yêu cầu của thiết bị tách pha 1.1. Chức năng của thiết bị tách pha Thiết bị tách pha là một thuật ngữ dùng để chỉ một bình áp suất sử dụng để tách chất lưu thu được từ các giếng dầu khí thành các pha khí và lỏng. 1.1.1 Chức năng cơ bản bao gồm tách dầu khỏi khí, tách khí khỏi dầu và tách nước khỏi dầu t = 2 - 4 phút, loại 2 pha t =30s – 2 ph, loại 3 pha t =2 -10 ph 1.1.2 Chức năng phụ của bình tách bao gồm duy trì áp suất tối ưu và mức chất lỏng trong bình tách 1.1.3 Các chức năng đặc biệt của thiết bị tách bao gồm tách dầu bọt, ngăn ngừa lắng đọng parafin, ngăn ngừa sự han gỉ và tách các tạp chất. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 24 1. Chức năng và yêu cầu của thiết bị tách pha 1. 2. Yêu cầu đối với thiết bị tách - Không để bình tách làm việc với tối đa dung tích của nó và thực hiện đầy đủ các chức năng, dựa vào các phương pháp và các nguyên tắc đã nêu trên. - Kiểm soát nguồn năng lượng vỉa, tạo tốc độ chất lưu phù hợp để pha khí và pha lỏng ở trạng thái cân bằng, nhằm mục đích tách bằng trọng lực. - Tách dầu – khí và loại bỏ các tạp chất trong giai đoạn tách sơ cấp (cơ bản). Đây là giai đoạn cần được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả. - Làm sạch các sản phẩm tách sơ cấp như: khử các hạt lỏng trong khí, tránh tình trạng tồn tại các nút lỏng. - Hạn chế dòng chảy rối trong phần chứa khí để đảm bảo sự ổn định thích hợp. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 25 1. Chức năng và yêu cầu của thiết bị tách pha 1. 2. Yêu cầu đối với thiết bị tách - Ngăn chặn hiện tượng khí – dầu trộn lẫn vào nhau trở lại. - Có các thiết bị tương ứng để điều chỉnh quá trình hồi áp suất và mực chất lỏng trong bình. - Đảm bảo an toàn và hoạt động hiệu quả nhờ các đồng hồ đo áp suất, nhiệt độ và mực chất lỏng cung như các van an toàn. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 26 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tách của thiết bị tách pha - Nhiệt độ tách: Nhiệt độ cao hơn sẽ tăng sự bay hơi của hydrocarbon, giảm sự thu hồi thành phần lỏng. - Áp suất tách: Ở áp suất cao hơn sẽ cho phép nhiều hydrocarbon được ngưng tụ, tăng thu hồi lỏng. Tuy nhiên, sau khi đạt tới giá trị max nhất định, áp suất cao sẽ làm cho thành phần lỏng giảm. - Số bậc tách (Number of stages): nói chung khi tăng số bậc tách thì sẽ tăng hiệu quả tách, kết quả tăng lượng dầu ổn định. (2-3 stages) - Kích thước, hình dáng và cấu trúc bên trong của bình tách. - Tính chất vật lý, hóa học của chất lưu đi vào bình tách CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 27 3. Hiệu quả làm việc của thiết bị tách pha Hiệu quả làm việc của một thiết bị phụ thuộc vào hai chỉ tiêu cơ bản: số lượng chất lỏng thoát ra theo đường khí đánh giá bằng hệ số mang lỏng Kl và số lượng khí thoát ra theo đường lỏng bởi hệ số Kg: , ql,qg: lưu lượng chất lỏng theo đường khí và khí theo đường lỏng Vg,Ql: lưu lượng khí và lỏng của thiết bị trong điều kiện làm việc của bình Thông thường Kl<50 cm3/1000m3 ; Kg<200.103 cm3/m3 CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 28 3. Hiệu quả làm việc của thiết bị tách pha Đánh giá hiệu quả qua mức độ tách và chất lượng (độ sạch) của chất lỏng cũng như của khí được tách. - Mức độ tách đánh giá theo sự thay đổi tốc độ khối của các chất lưu ở đầu ra và đầu vào. - Mức độ hoàn thiện về mặt kỹ thuật của thiết bị quyết định bởi mức độ sạch của khí cũng như lỏng, năng suất (tức là tốc độ luân chuyển) và tiêu hao kim loại, thường đánh giá qua 3 chỉ tiêu:  Đường kính tối thiểu của giọt chất lỏng được giữ lại trong thiết bị.  Tốc độ cực đại của dòng khí.  Thời gian lưu trữ. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 29 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Tên gọi: -Bình tách hoặc bẫy, lắp đặt tại vị trí sản suất hoặc ở các giàn ngay gần miệng giếng, cụm phân dòng, trạm chứa để tách sản phẩm từ giếng thành khí và lỏng. - Các thiết bị chỉ dùng để tách nước hoặc chất lỏng (dầu + nước) ra khỏi khí, thường có tên gọi là bình nốc ao hoặc bẫy. - Buồng Flat: chất lưu vào từ các bình tách cao áp, còn chất lưu đi ra được truyền tới các bể chứa, cho nên thường đóng vai trò bình tách cấp hai hoặc cấp ba. - Bình giãn nở: Các bình tách bậc một làm việc ở các trạm tách nhiệt độ thấp hoặc tách lạnh, được trang bị thêm nguồn nhiệt để nung chảy hydrat CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 30 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Tên gọi: -Các bình lọc khí cũng tương tự như bình tách dùng cho các giếng có chất lưu chứa ít chất lỏng hơn so với chất lưu của giếng khí và giếng dầu, thường dùng trên các tuyến ống phân phối, thu gom khí. Được chế tạo theo kiểu lọc thô và lọc ướt - Bình thấm khí (bầu lọc kiểu thô) dùng để tách bụi. Môi trường thấm trong bình có tác dụng loại bỏ bụi, cặn, gỉ và các vật liệu lạ ra khỏi dòng khí và đồng thời cũng thường dùng để tách lỏng CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 31 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Phân loại: - Theo số pha (chức năng của bình tách) thì có: Bình tách hai pha: được sử dụng để tách khí từ lỏng: khí từ dầu trong mỏ dầu, hoặc khí từ nước trong mỏ khí. Lỏng và khí đi theo 3 đường khác nhau. Bình tách 2 pha thường dùng trong thu gom, đường ống phân phối, những chỗ không yêu cầu phải kiểm soát slug hoặc heads của chất lỏng. Bình tách ba pha: được sử dụng để tách khí từ pha lỏng và nước từ dầu. Nước, dầu khí đi theo 3 đường khác nhau - Theo áp suất làm việc: Loại thấp áp từ 0,6 đến 6at, trung áp 6 đến 16at, cao áp từ 16 đến 64at. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 32 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Phân loại: -Theo phạm vi ứng dụng: Bình tách thử giếng, nối với giếng cần phải thử hoặc cần phải kiểm tra, để tách và đo chất lỏng, do đó có trang bị các loại đồng hồ để đo tiềm năng dầu, khí, nước Bình tách đo: có nhiệm vụ tách dầu, khí, nước và đo các chất lưu có thể thực hiện trong cùng một bình, các kiểu thiết kế đảm bảo đo các loại dầu khác nhau, có thể loại 2 hoặc 3 pha. Bình tách khai thác dùng tách chất lỏng giếng khai thác từ một giếng hoặc một cụm giếng. Bình tách nhiệt độ thấp là một kiểu đặc biệt, chất lỏng giếng có áp suất cao chảy vào bình qua van giảm áp sao cho nhiệt độ bình tách giảm đáng kể thấp hơn nhiệt độ của chất lỏng giếng CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 33 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Phân loại: - Theo nguyên lý tách cơ bản Nguyên lý trọng lực: Các bình tách loại này ở cửa vào không thiết kế các bộ phận tạo va đập, lệch dòng hoặc đệm chắn. Còn ở cửa ra của khí (không nhiều) có lắp đặt bộ phận chiết sương Loại va đập hoăc keo tụ bao gồm tất cả các thiết bị ở cửa vào có bố trí các tấm va đập hoặc đệm chắn để thực hiện tách sơ cấp Nguyên lý tách ly tâm có thể dùng cho sơ cấp hoặc dùng cả cho thứ cấp, lực ly tâm được tạo ra theo nhiều cách. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 34 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Phân loại: - Theo hình dạng: Bình tách đứng, Bình tách ngang, Bình tách hình cầu. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 35 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách đứng: Bình tách hình trụ đứng có đường kính từ 10in đến 10ft, cao từ 4 đến 25ft . Sản phẩm vào bình tách phải qua bộ phận dẫn hướng gây ra việc tách sơ bộ bởi ba tác động đồng thời: trọng lực, ly tâm, va chạm. Khí được tách bay lên phía trên, trong khi chất lỏng rơi xuống nơi chứa, các giọt lỏng nhỏ được thu hồi nhờ bộ phận chiết sương. Phân loại - Bình tách trụ đứng 2 pha: dầu - khí. - Bình tách trụ đứng 3 pha: dầu - khí - nước. - Bình tách 3 pha sử dụng lực ly tâm. . CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 36 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách đứng: •Ưu điểm: - Bình tách đứng có thể điều khiển lượng tương đối lớn chất lỏng mà không bị cuốn theo dòng khí, nó điều khiển mức tốt hơn. - Khuynh hướng chất lỏng bay hơi trở lại được giảm thiểu vì diện tích mặt cắt ngang bé. - Chiếm không gian ngang bé phù hợp giàn khai thác chật hẹp. •Nhược điểm: - Chi phí chế tạo, vận chuyển bằng tàu cao. - Khi hai bình tách có cùng công suất thì bình tách đứng thường có kích thước lớn hơn bình tách ngang. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 37 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách đứng: Phạm vi áp dụng: + Để xử lý sản phẩm có tỷ lệ khí - lỏng (GOR) từ thấp tới trung bình, dòng chất lưu có tương đối nhiều nút chất lỏng. + Chất lỏng giếng có nhiều cát, bùn và tạp chất rắn khác. + Nơi có diện tích hạn chế về chiều ngang như các trạm chứa và các giàn khai thác ngoài biển + Cho các giếng có lưu lượng thay đổi trong phạm vi rộng, tức thời. Như các giếng tự phun, giếng khai thác gaslift định kỳ. + Ở dòng chảy xuôi có thể xảy ra ngưng tụ hoặc keo tụ. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 38 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách đứng: Hình 2.1 Bình tách hình trụ đứng 2 pha. 1- Cửa vào của hỗn hợp. 2- Bộ phận tạo va đập. 3- Bộ phận chiết sương. 4- Đường xả khí. 5- Đường xả chất lỏng. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 39 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách đứng: Hình 2.2 Bình tách hình trụ đứng 3 pha. 1- Đường vào của hỗn hợp. 2- Bộ phận tạo va đập. 3- Bộ phận chiết sương. 4- Đường xả khí. 5- Đường gom các giọt chất lỏng. 6- Đường xả nước. 7- Đường xả dầu. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 40 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách đứng: Hình 2.3 Bình tách hình trụ đứng 3 pha sử dụng lực ly tâm. Chú thích: 1- Cửa vào của hỗn hợp. 2- Bộ phận chuyển động xoáy. 3- Vòng hình tròn. 4- Bề mặt tiếp xúc dầu - khí. 5- Bề mặt tiếp xúc dầu - nước. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 41 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách ngang: - Bình có mặt phân cách khí-lỏng lớn (gas-liquid interface). -. Sự thay đổi về kiểm soát mực chất lỏng trong bình tách bị giới hạn nhiều hơn so với ở bình tách đứng do khoảng dâng tương đối thấp. Đường kính thay đổi từ 10in đến 16ft; chiều dài từ 4 đến 70ft. Phân loại: - Bình tách ngang 2 pha, - Bình tách ngang 3 pha, - Bình tách ngang kiểu đơn (một tầng) - Bình tách ngang kiểu kép (hai tầng) CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 42 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách ngang: Ưu điểm : - Hiệu quả với tách ba pha khí-dầu-nước; bình tách ngang có diện tích tiếp xúc dầu khí lớn, cho phép khí thoát nhanh hơn, vì thế nó có thể xử lý thể tích khí nhiều, tính kinh tế và hiệu suất cao, - Chi phí chế tạo rẻ, chi phí vận chuyển bằng con lăn thấp hơn so với bình tách đứng, - Thuận lợi hơn cho việc lắp đặt và bảo hành, - Bình tách ngang hạn chế dòng rối và tạo bọt. Với cùng một công suất cho trước bình tách ngang nhỏ hơn và rẻ hơn bình tách đứng. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 43 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách ngang: Nhược điểm: - Việc điểu khiển mức là một vấn đề khó trong bình tách ngang, không gian giao động mức bị giới hạn. - Việc làm sạch gặp khó khăn và vì thế không tiện cho những giếng nhiều cát. - Bình tách ngang chiếm không gian lớn tuy nhiên có thể giảm thiểu bằng xếp chồng các bình tách. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 44 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách ngang: Phạm vi áp dụng: - Cần tách hiệu quả dầu - nước, tức là khi cần phải tách 3 pha. - Tách dầu bọt: nhờ diện tích tiếp xúc lỏng khí lớn, bọt sẽ bị phá hủy nhanh cho phép tách bọt khí có hiệu quả. - Nơi chiều cao hạn chế do có mái thấp. - Tỷ lệ khí-dầu (GOR) cao. - Cho các giếng tốc độ khai thác ổn định, cột áp chất lỏng bé. -Cần loại trừ bộ khống chế mức tiếp xúc dầu - nước. - Lắp đặt trước các thiết bị xử lý, thiết bị sản xuất sẽ không hoạt động hài hòa nhiều như có chất lỏng trong khí ở đầu vào. - Lắp đặt sau các thiết bị sản xuất mà cho phép hoặc tháo ra chất lỏng ngưng tụ hay đông tụ. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 45 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách ngang: Hình 2.4 Bình tách hình trụ nằm ngang 2 pha 1- Đường vào của hỗn hợp. 2- Bộ phận tạo va đập. 3- Bộ phận chiết sương. 4- Đường xả khí. 5- Đường xả chất lỏng. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 46 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách ngang: Hình 2.5 Bình tách hình trụ nằm ngang 3 pha. 1- Đường vào của hỗn hợp. 2- Bộ phận tạo va đập. 3- Bộ phận chiết sương. 4- Đường xả khí. 5- Đường xả nước. 6- Đường xả dầu. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 47 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách ngang: CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 48 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách ngang: Hình 2.6. Bình tách trụ ngang kép (2 tầng) 1- Đầu vào tạo dòng xoáy. 8- Van điều tiết. 2- Thanh hướng dòng. 9- Thanh kéo. 3- Bình chứa tầng trên. 10- Hệ thống xả nước. 4- Các tấm rót trải dầu. 11- Bộ cảm biến đo mức kiểu phao. 5- Bộ phận thu giữ hạt dầu. 13- Vách ngăn. 6- Vòi phun. 14- Bình chứa tầng dưới. 7- Các vách ngăn dạng nan chớp. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 49 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách cầu: Bình tách cầu được chế tạo để tối ưu công dụng của những thiết bị tách khí- lỏng hiện có. Một thiết bị hướng dòng theo tiếp tuyến với vỏ bình, chất lỏng tách ra do bị giảm vận tốc đột ngột trong bình, nơi khí ra cũng có màn chắn sương. Đường kính bình tách thường từ 24-72in. Ưu điểm: - Bình tách kiểu này chi phí không cao, rẻ hơn so với dạng đứng hay ngang. - Loại hình cầu cân đối, nhỏ, gọn, dễ dàng di chuyển tới nơi lắp đặt. Nhược điểm: Khó giữ mức chất lỏng ổn định CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 50 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách cầu: Phạm vi áp dụng: - Tỷ lệ GOR trung bình, tốc độ khai thác ổn định, chất lỏng không có cột áp. - Lưu lượng ổn định, không có hiện tượng trào dầu hay va đập của dòng dầu. - Điều kiện không gian lắp đặt phù hợp. - Sau các thiết bị xử lý (khử ẩm bằng glycol, khử chua, làm ngọt khí…) để thu hồi glycol, amin. - Cần thiết bị tách nhỏ, chỉ cần 1 ngưởi có thể vận chuyển hoặc lắp ráp. - Yêu cầu làm sạch nhiên liệu và xử lý khí cho mỏ hoặc nhà máy sử dụng. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 51 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách cầu: Hình 2.7 Bình tách hình cầu 2 pha dầu – khí. 1- Bộ phận ly tâm - kiểu thiết bị thay đổi hướng cửa vào. 2- Màng chiết. 3- Phao đo mức chất lỏng. 4- Thiết bị điều khiển mức chất lỏng trong bình. 5- Van xả dầu tự động CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 52 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách cầu: Bình tách hình cầu 3 pha 1- Thiết bị đầu vào. 2- Bộ phận chiết sương. 3- Phao báo mức dầu trong bình. 4- Phao báo mức nước trong bình. 5- Thiết bị điều khiển mức nước trong bình. 6- Thiết bị điều khiển mức dầu trong bình. 7- Phao xả dầu tự động. 8- Phao xả nước tự động. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 53 4 Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Bình tách cầu: Bình tách hình cầu 3 pha 1- Thiết bị đầu vào. 2- Bộ phận chiết sương. 3- Phao báo mức dầu trong bình. 4- Phao báo mức nước trong bình. 5- Thiết bị điều khiển mức nước trong bình. 6- Thiết bị điều khiển mức dầu trong bình. 7- Phao xả dầu tự động. 8- Phao xả nước tự động. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 54 4. Tên gọi và phân loại thiết bị tách pha Khả năng áp dụng của các loại bình tách: 1- Tiện lợi nhất. 2- Trung bình. 3- Kém tiện lợi. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 55 5. Các giai đoạn tách - Giai đoạn 1: là giai đoạn đầu của quá trình tách. Hỗn hợp sản phẩm được tạo rối và phân tán để tách các bọt khí. -Giai đoạn 2: là sự tách bằng trọng lực, thực hiện tách bổ sung các bọt khí còn sót mà giai đoạn 1 chưa tách được bằng cách trải hỗn hợp thành những lớp mỏng trên mặt phẳng nghiêng. Để tăng hiệu quả tách, trên mặt phẳng nghiêng có bố trí các gờ chặn nhỏ, đồng thời tăng số lượng các tấm lệch dòng. - Giai đoạn 3: là sự tách sương, sử dụng bộ chiết sương để giữ lại các giọt dầu bị cuốn theo dòng khí. Sự tách các giọt lỏng ra khỏi dòng khí dựa trên tập hợp các cơ chế: va đập, trọng lực, thay đổi hướng và tốc độ dòng khí. - Giai đoạn 4: là giai đoạn lắng trọng lực, sự phân lớp các chất lỏng: pha lỏng nhẹ hơn sẽ nổi trên pha lỏng nặng hơn. Sự sa lắng các giọt chất lỏng tuân theo định luật Stock. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 56 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bình tách thường được đặt ở các vị trí khác nhau: trước và sau máy nén khí, thiết bị tách nước và thiết bị tách chua (gas sweeetening unit) Một bình tách thông thường được thiết kế có các đặc điểm sau: + Cửa vào hướng tâm, tại đây xảy ra tách lỏng – khí + Khoảng lắng đọng có chiều cao hoặc chiều dài đủ lớn cho dòng các giọt lỏng tách ra khỏi dòng khí. + Được trang bị thiết bị chiết sương gần lối ra của khí để tách những phần tử chất lỏng còn sót lại không được tách ra dưới tác dụng của trọng lực. + Nó có đủ các thiết bị kiểm soát được mực chất lỏng, van xả chất lỏng (liquid dump valve), van đối áp (backpressure), van an toàn, đồng hồ đo áp suất, ống thủy chuẩn (ống đo – gauge glass), bộ điều chỉnh khí (gas regulator) và các ống. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 57 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Cấu tạo chung: Hình 2.11 Sơ đồ bình tách hai pha trụ đứng 1- Đường vào của hỗn hợp. 4- Đường xả chất lỏng. toàn. 2- Tấm lệch dòng. 5- Bộ phận chiết sương 3- Thiết bị điều khiển mức. 6-Đường xả khí 7-Van an toàn CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 58 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Cấu tạo chung: - Khu vực 1: Phần tách khí chủ yếu, nơi xảy ra quá trình tách chủ yếu phần chất lỏng tự do trong dòng hỗn hợp lỏng khí. - Khu vực 2: Phần lắng chất lỏng. - Khu vực 3: Phần chứa chất lỏng. - Khu vực 4: Phần bẫy các giọt chất lỏng liên kết chúng lại và rơi xuống. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 59 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân tách cơ bản A: Bộ phận tách cơ bản lắp đặt trực tiếp ở phần cửa vào bảo đảm nhiệm vụ tách dầu ra khỏi khí,tức là giải phóng được các bọt khí tự do. Hiệu quả làm việc phụ thuộc cấu trúc đường vào: hướng tâm, tiếp tuyến với vòi phun tức bộ phận phân tán để tạo dòng rối cho hỗn hợp dầu khí. - Tách hướng tâm - Tách ly tâm CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 60 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân tách cơ bản A: -Tách hướng tâm Hình 2. Tách cơ bản kiểu cửa vào hướng tâm. 1- Thành bình. 4- Vòi phun. 2- Đoạn ống đục lỗ. 5- Đường vào của hỗn hợp. 3- Tấm chặn. 6- Lỗ thoát chất lỏng. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 61 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân tách cơ bản A: -Tách ly tâm 1 2 3 4 5 6a 6b 7 CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 62 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân tách cơ bản A: -Tách ly tâm CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 63 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân tách thứ cấp B: Bộ phận tách thứ cấp là phần lắng trọng lực, thực hiện tách bổ sung các bọt khí còn sót lại ở phần A. Để tăng hiệu quả tách các bọt khí ra khỏi dầu, cần hướng các lớp mỏng chất lưu theo các mặt phẳng nghiêng (tấm lệch dòng), phía trên có bố trí các ngưỡng chặn nhỏ, đồng thời phải kéo dài đường chuyển động bằng cách tăng số lượng các tấm lệch dòng. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 64 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân chiết sương C: -Lắp ráp ở phần cao nhất của thiết bị nhằm giữ lại các giọt dầu nhỏ bị cuốn theo dòng khí. Chiết sương có tác dụng tách các bụi dầu ra khỏi khí theo nguyên tắc cơ bản là ép, đổi hướng và thay đổi tốc độ chuyển động -Phân loại: + Chiết sương kiểu đồng tâm + Chiết sương kiểu nan chớp + Chiết sương dạng cánh + Bộ lọc sương hoặc bộ khử sương CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 65 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân chiết sương C: + Chiết sương kiểu đồng tâm 1- Đường vào của hỗn hợp dầu - khí. 2- Thành bình tách. 3- Cửa thu khí từ bộ phận cơ bản lên bộ phận chiết sương. 4- Lỗ thoát khí trên. 5- Lỗ thoát khí dưới. 6- Lỗ thu khí sau khi tách. 7- Đường khí ra sau khi tách. 8- Các ống đồng tâm. 9- Đường thu hồi các giọt dầu. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 66 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân chiết sương C: + Chiết sương kiểu đồng tâm 1- Đường vào của hỗn hợp dầu - khí. 2- Thành bình tách. 3- Cửa thu khí từ bộ phận cơ bản lên bộ phận chiết sương. 4- Lỗ thoát khí trên. 5- Lỗ thoát khí dưới. 6- Lỗ thu khí sau khi tách. 7- Đường khí ra sau khi tách. 8- Các ống đồng tâm. 9- Đường thu hồi các giọt dầu. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 67 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân chiết sương C: + Chiết sương kiểu nan chớp Chế tạo đơn giản, giá thành thấp, quá trình tách nhanh và khả năng tách bụi dầu là tốt hơn so với bộ chiết sương dạng đồng tâm. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 68 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân chiết sương C: + Chiết sương dạng cánh Hiệu quả cao, giá thành chế tạo thấp, khi sử dụng ít bị tắc nghẽn do tạp chất hoặc parafin. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 69 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân chiết sương C: + Bộ lọc sương hoặc bộ khử sương Được sử dụng để tách sương từ khí thiên nhiên và được dùng nhiều trong hệ thống vận chuyển và phân phối khí có hàm lượng chất lỏng trong khí thấp. Các bộ phận khử tách được giọt sương cỡ 10-100µm CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 70 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Bộ phân lưu giữ chất lỏng D: + Bộ lọc sương hoặc bộ khử sương Là phần thấp nhất của thiết bị dùng để gom dầu và xả dầu ra khỏi bình tách. Dầu ở đây có thể là một pha hoặc hỗn hợp dầu - khí tuỳ thuộc vào hiệu quả làm việc của phần A và phần B, vào độ nhớt và thời gian lưu giữ. Trường hợp hỗn hợp thì phần này có nhiệm vụ lắng để tách khí, hơi ra khỏi dầu. Ở thiết bị 3 pha, nó còn có chức năng tách nước. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 71 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Thiết bị kiểm soát quá trình tách: Các thiết bị điều khiển, kiểm soát có nhiệm vụ khống chế các thông số: mức tiếp xúc dầu - khí, dầu - nước, giá trị áp suất, nhiệt độ làm việc trong bình… Để đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc, các thiết bị tách cần có: bộ khuếch đại tín hiệu, thiết bị báo mức, đồng hồ đo và các loại van. Kiểm soát thời gian lưu trữ chất lỏng trong bình tách - Hệ thống kiểm soát ngắt mức cao và mức thấp -Hệ thống báo động mức cao và mức thấp Khống chế mức chất lỏng trong bình nhờ bộ Rơle phao để khởi động van đầu vào. CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ TÁCH PHA 5/7/2013 72 6. Các bộ phận của thiết bị tách pha Thiết bị kiểm soát quá trình tách: Khống chế giá trị áp suất trong giá trị cho phép. Khống chế nhiệt độ trong giới hạn làm việc. Trường hợp này không bắt buộc cho tất cả các thiết bị tách, mà chỉ dùng trong trường hợp đặc biệt nhằm đóng mở tự động đường dẫn và bộ gia nhiệt. Kiểm soát quá trình tách 3 pha - Kiểm soát mức nhờ phao nổi giữa dầu và khí - Kiểm soát mức nhờ phao nổi giữa dầu, nước và đập tràn - Kiểm soát mức nhờ đập tràn mà không sử dụng phao nổi giữa dầu-nước