Đề tài Tính toán thủy lực đường ống thu gom vận chuyển dầu nội mỏ từ giàn cntt số 3

LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghiệp dầu khí tuy mới phát triển nhưng đã khẳng định được vai trò trong nền kinh tế quốc dân. Ngành dầu khí ngày càng được củng cố và phát triển, những trang bị mới về công nghệ hiện đại tiên tiến và con người với chuyên giỏi, đã khẳng định được sự lớn mạnh và cạnh tranh mãnh mẽ của ngành dầu khí Việt Nam trong lĩnh vực dầu khí trên thế giới. Nhiều hợp đồng khai thác dầu khí ở trong và ngoài nước đã và đang thực hiện rất thành công. Việc vận chuyển các sản phẩm khai thác từ trên mặt đất (miệng giếng) đến các các thiết bị tách cơ bản ban đầu, cho đến các điểm cất chứa đều được thực hiện bằng đường ống vận chuyển. Đặc trưng của dầu thô Việt Nam là có nhiệt độ đông đặc và hàm lượng farafin cao. Việc tính toán đánh giá sự ảnh hưởng của các yếu tố gây ảnh hưởng cho khả năng vận chuyển dầu khí phải thường xuyên được tiến hành, để từ đó đề ra được các giải pháp sửa chữa, điều chỉnh hệ thống sẵn có cho phù hợp với yêu cầu. Được sự đồng ý và hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Thịnh em đã chọn đề tài “Tính toán thủy lực đường ống thu gom vận chuyển dầu nội mỏ từ giàn CNTT số 3 (mỏ Bạch Hổ) ra tàu VSP.01” Do thời gian làm đồ án có hạn và việc tìm hiểu còn chưa đầy đủ nên không thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em đã có được sự góp ý và hướng dẫn tận tình của thầy, cô và các bạn. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Thịnh và các thầy cô trong bộ môn đã giúp đỡ em trong quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Sinh viên thưc hiện Lưu Văn Khai CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG THU GOM VẬN CHUYỂN DẦU KHÍ 1.1. Khái quát về đường ống vận chuyển dầu Đường ống vận chuyển dầu khí đầu tiên được xây dựng ở nước Mỹ để vận chuyển dầu thô. Trải qua hàng trăm năm phát triển, việc sử dụng đường ống dẫn dầu, khí, và các sản phẩm dầu mỏ khác đã chứng minh được tính ưu việt về kinh tế, sự hoạt động tin cậy, ổn định, thân thiện với môi trường của đường ống vận chuyển so với các hình thức vận chuyển khác. Hệ thống thu gom dầu khí liên kết nhiều giếng khai thác tại các khu vực xa xôi. Nó phân phối dầu và khí cho các vùng dân cư, hộ tiêu thụ, các doanh nghiệp, nhà máy nhiệt điện, nhà máy đạm,...Đường ống vận chuyển dầu đa dạng cả ở trên đất liền, ngoài biển, trong nhà máy hóa học, trên địa hình đồi núi... Đường ống dẫn vận chuyển dầu, khí từ biển vào trong đất liền dài hàng trăm km.. Nhu cầu tiêu thụ sản phẩm dầu khí tăng nhanh kéo theo đó là các dự án khai thác dầu khí trên biển. Trên thế giới các tuyến ống đã được xây dựng trên vịnh Mêxico, biển Bắc, Địa Trung Hải, Australia, Đông Nam A, Mỹ La Tinh… với quy mô, độ sâu nước lớn, kích thước đường ống tăng cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Tại Việt Nam, tuyến ống đầu tiên được lắp đặt bởi xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro khi xây dựng mỏ Bạch Hổ. Đến nay, trên thềm lục địa nước ta đã có hàng ngàn kilômet đường ống các loại, trong đó có cả đường ống mềm và các đường ống có kích thước lớn đưa khí vào bờ với chiều dài lên đến vài trăm kilôme Ngày nay trong các ngành sản xuất công nghiệp,đường ống và bể chứa nói chung được sử dụng rộng rãi ở nhiều phạm vi khác nhau. Nó có tác dụng quan trọng trong việc vận chuyển và cất giữ các sản phẩm công nghiệp mà thiếu nó thì quá trình tự động hoá của một số ngành công nghiệp sẽ gặp nhiều khó khăn, thậm chí không thực hiện được. Đường ống bể chứa có nhiều loại kết cấu, kích thước và phạm vi sử dụng khác nhau, do đó chúng phải được thiết kế, chế tạo lắp giáp trên cơ sở có căn cứ kỹ thuật, đảm bảo cho hệ thống hoạt động được an toàn, và đạt hiệu quả cao trong sử dụng. Đối với ngành Công Nghiệp Dầu Khí, việc vận chuyển các sản phẩm khai thác từ trên mặt đất (miệng giếng) đến các điểm cất chứa sản phẩm thương mại được thực hiện bằng hệ thống đường ống vận chuyển. Mọi tuyến ống phải được tính toán thiết kế cẩn thận trên cơ sở tính toán bền, nhiệt và tính toán công nghệ, đảm bảo cho quá trình vận hành được an toàn. Một tuyến ống bao gồm các đoạn đầu nối và phụ kiện lắp đặt kèm theo. Toàn bộ qúa trình thu gom xảy ra trên mặt đắt, được bắt đầu từ miệng giếng đến các trạm chứa, xuất sản phẩm thương mại. Hệ thống thu gom có các nhiệm vụ: - Tập hợp sản phẩm từ các giếng riêng rẽ, từ các khu vực trong mỏ lại với nhau, đó là nhiệm vụ thu gom. - Đo lường chính xác về số lượng và chất lượng của các thành phần trong sản phẩm khai thác theo những mục đích khác nhau. Trước hết, chất lưu vỉa ngay khi ra khỏi miệng giếng, trước khi gộp với các giếng khác, ta phải biết năng suất chung của giếng, năng suất riêng của từng pha: dầu, khí, nước nhằm để biết được biết được tình trạng của vỉa, tình trạng của giếng, sự khác biệt so với các chỉ tiêu thiết kế, từ đó điều chỉnh kịp thời chế độ khai thác cho phù hợp. Việc đo lường này thực hiện theo định kỳ cho mỗi giếng, thời hạn tuỳ theo mức độ phức tạp. Để việc đo lường chính xác thì trước hết phải tách riệng các pha, thông qua bình tách đo. Ở công đoạn này, nhiệm vụ chủ yếu là xác định số lượng và tỷ lệ pha. Khi sản phẩm luân chuyển trong hệ thống thu gom, phải qua các thiết bị công nghệ để xử lý thì cùng với việc đo số lượng, cần phải thực hiện việc kiểm tra chất lượng, chủ yếu là hàm lượng các tạp chất có trong mỗi loại sản phẩm. Ở giai đoạn cuối cùng, tương tự như trên, chất lượng phải được kiểm tra chặt chẽ theo chỉ tiêu trước khi xác định số lượng sản phẩm thương mại. - Xử lý chất lưu khai thác thành các sản phẩm thô thương mại. Chất lưu khai thác còn gọi là chất lỏng giếng, khai thác lên là một hỗn hợp: dầu - khí - nước, bùn cát. Trong đó còn có các hoá chất không phù hợp với yêu cầu vận chuyển và chế biến như CO2, H2O, các loại muối hoà tan hoặc không tan. Nên việc thu gom phải bảo đảm tách các pha, trước hết là tách khí, tách nước, tách muối hoà tan hoặc không hoà tan. Nên việc thu gom phải bảo đảm tách các pha, trước hết là tách khí, tách nước, tách muối; sau đó mỗi pha phải được tiếp tục xử lý. Đối với pha khí, sau khi ra khỏi thiết bị tách còn mang theo một tỷ lệ các thành phần nặng (từ propan trở lên), mang theo nước tự do ngưng tụ hoăc hơi nước và cá biệt còn có thể chứa các khí chua như H2O, CO2. Vì vậy, trước khi vận chuyển đi xa, phải xử lý để thu hồi các thành phần nặng, giảm giá thành vận chuyển và đặc biệt tránh các sự cố (tắc nghẽn, ăn mòn) đường ống và thiết bị công nghệ. Riêng pha nước, thường được gọi là nước thải của công nghiệp dầu mỏ mà chủ yếu là nước vỉa, trước khi thải ra môi trường, hoặc tái sử dụng (để ép vỉa, làm nguyên liệu cho công nghiệp hoá) cũng cần phải xử lý trước hết là lọc sạch các váng dầu. Để xử lý dầu thương mại, cần tiếp tục tách nước, tách muối và các tạp chất cơ học. Vì vậy, một hệ thống thu gom phải thoả mãn các yêu cầu sau đây: - Việc đo lường phải chính xác kể cả số lượng lẫn chất lượng. Mức độ chính xác phụ thuộc vào thiết bị đo theo nguyên tắc trực tiếp hoặc gián tiếp, vào giá trị tuyệt đối và mức độ dao động của chúng khi đó. - Sự hao hụt các sản phẩm dầu khí có thể do bay hơi các thành phần nhẹ, do rò rỉ qua đường ống và thiết bị công nghệ cho nên một yêu cầu khác là phải hạn chế tôi đa sự tổn hao, có thể lên tới 3
5%. - Việc xử lý phải đạt tiêu chuẩn cao nhất theo yêu cầu thương mại. - Phải đạt chỉ tiêu kinh tế đầu tư vận hành. Có tính vạn năng hoặc mức độ thích ứng cao. Trong quá trình phát triển mỏ, một phần năng suất dầu sẽ biến động: gia tăng, ổn định và suy giảm. Mặt khác, thành phần chất lưu cũng biến động: độ ngậm nước sẽ tăng, đến giai đoạn cuối có thể đạt trên 90%. Tỷ lệ khí sẽ ổn định, gia tăng rồi sẽ giảm dần. Do vậy ở các giai đoạn khác nhau, công suất vận chuyển và tính năng thiết bị công nghệ phải thay đổi cho phù hợp. Yêu cầu của thiết kế dự án là làm sao cho sự thay đổi là ít nhất. - Có mức độ tự động hoá cao, đặc biệt là các khâu đo lường sản phẩm và vận hành hệ thống kiểm soát khoá, van, thông số thiết bị. Khi thiết kế một hệ thống thu gom cần phải căn cứ vào yếu tố tự nhiên và khả năng kỹ thuật, gồm có: khả năng mặt bằng, địa hình của mỏ, khí hậu của vùng, năng lượng (áp suất, nhiệt độ) vỉa, tính chất lý hoá của chất lưu. Về phương diện lỹ thuật phải căn cứ vào nguyên tắc, sơ đồ hệ thống đã lựa chọn, các phương pháp tác động vào vỉa và giá trị áp suất miệng giếng khi khai thác. Để hoàn thành chức năng của hệ thống bao gồm sử lý sản phẩm, việc tách pha, tiếp tục xử lý dầu - khí - nước cho đạt yêu cầu môi sinh và thương mại phải sử dụng các thiết bị công nghệ: bình tách, bể lắng, lọc, thiết bị hấp thụ... Để vận chuyển cần có hệ thống đường ống (xả, gom, công nghệ) cùng với các trạm bơm, nén khí. Sơ đồ vận chuyển xuất phát từ các miệng giếng theo đường ống xả đến các trạm khu vực, thường là các giàn hoặc các cụm đầu giếng, thu gom các giếng trong phạm vi 2
3km, có tính năng tương tự nhau. Tại các trạm này nhiệm vụ hàng đầu là đo lường cho các giếng, sản phẩm được tách khí, nước: được xử lý sơ bộ trước khi đến các trạm xử lý chung. 1.2. Công dụng, thành phần, phân loại 1.2.1. Công dụng Đường ống dẫn là con đường đầu tiên trong chuỗi truyền tải dầu, khí từ nơi khai thác đến nơi tiêu thụ. Đường ống dẫn có thể vận chuyển được rất nhiều các dạng chất lỏng khác nhau, và nó có thể vận chuyển chất rắn. Tuyến ống dùng để vận chuyển dầu và các sản phẩm dầu có đường kính từ 100
1400mm với áp lực từ 12
100daN/cm
được gọi là đường ống dẫn chính. Đường ống dẫn chính có các chức năng sau: - Dùng để vận chuyển khí thiên nhiên và nhân tạo từ nơi sản xuất (khai thác) đến nơi tiêu thụ. - Dùng dể vận chuyển dầu và các sản phẩm dầu từ nơi khai thác đến các nơi tiêu thụ (các kho chứa, nhà máy chế biến, các trạm cung cấp, các nhà máy xí nghiệp...) Dầu và khí sau khi được khai thác từ vỉa sẽ được vận chuyển qua hệ thống đường ống tới các trạm xử lý dầu và khí, sau đó được chuyển tới các trạm cất chứa. Dầu thô sau khi được xử lý sẽ vận chuyển vào các đường ống tới các trạm cất chứa. Các phần chuyển tiếp khi vượt qua các chướng ngại vật thiên nhiên và nhân tạo. Dọc theo tuyến ống người ta cho lắp đặt các thiết bị truyền dẫn tín hiệu, các tram bảo vệ, các thiết bị chống ăn mòn điện hoá... Ngoài ra dọc theo tuyến ống dẫn khí người ta còn lắp đặt thêm các trạm nén khí, các trạm phân phối khí. Khoảng cách giữa các trạm nén khí từ 120
150km 1.2.2. Thành phần Hệ thống đường ống là sự kết hợp của một vài chi tiết của các thiết bị mà chúng được kết hợp lại với nhau để vận chuyển dầu, khí, và các sản phẩm dầu mỏ từ vùng này đến vùng khác. Thành phần chủ yếu của công trình đường ống bao gồm: Công trình đường ống và công trình phụ trợ. * Công trình đường ống - Trạm cung cấp đầu sản phẩm vào và trạm nhận sản phẩm. - Đường ống chính, đường ống nhánh (kể cà các đoạn ống có kích thước thay đổi, đoạn ống kép), trạm bơm trên tuyến. - Các gối đỡ, khối gia tải ống. - Các van chặn, van xả nước, xả khí, thiết bị ngưng tụ, thiết bị gia nhiệt ... - Các đoạn vượt qua chướng ngại vật thiên nhiên và nân tạo. Các đoạn có thiết bị bù. - Các công trình chống trượt, sạt lở, xói mòn và lún. * Công trình phụ trợ - Các trạm gác tuyến. - Các trạm bảo vệ điện hóa. - Đường dây thông tin liên lạc. - Đường giao thông phục vụ cho việc vận hành tuyến ống. - Đường dây và các trạm biến thế điện, trạm phát điện cung cấp cho các thiết bị điều khiển trạm bơm và bảo vệ điện hóa. 1.2.3. Phân loại Do yêu cầu đa dạng và tính chất làm việc phức tạp nên ống được phân loại theo nhiều cách: - Theo phương pháp lắp đặt: Ngầm dưới đất, ngầm dưới nước, trên mặt đất hoặc được treo lên không. - Theo chất được chuyền tải: Dẫn nước, dẫn dầu, dẫn hỗn hợp. Hoặc ống được chuyển động phân đoạn các chất khác nhau bằng các nút ngăn cách. - Theo đặc tính và trị số áp lực: + Theo đặc tính: Ta phân ra ống có áp và ống tự chảy (không áp). Loại ống có áp lực, thông thường chất lưu lấp đầy tiết diện ống. Trường hợp không lấp đầy thì có thể có áp lực, hoặc tự chảy. Các ống lấp đầy thường là ống vận chuyển dầu thương mại, ống thu gom nước, còn ống thu gom trong hệ thống kín thường không lấp đầy. Trong ống tự chảy, chuyển động thực hiện nhờ trọng lực, gây ra bởi chênh lệch cao trình ở hai đầu ống. Lúc đó nếu dầu và khí chuyển động riêng rẽ, đường ống được xem là tự chảy tự do hoặc không áp, còn lúc không có pha khí được xem là tự chảy có áp. + Theo giá trị áp lực, ống được chia ra làm 2 cấp : · Cấp 1: Đối với ống có áp suất lớn hơn từ 25 ÷ 100daN/cm2 · Cấp 2: Đối với ống có áp suất lớn hơn từ 12 ÷ 25daN/cm2 - Theo nhiệt độ chất chuyển tải, ta chia ra ống lạnh (
), ống nhiệt (>50
) và ống bình thường. - Theo đường kính, ống dẫn được chia làm 5 cấp: + Cấp 1: Đối với ống có đường kính từ 1000 ÷ 1400mm + Cấp 2: Đối với ống có đường kính từ 500 ÷ 1000mm + Cấp 3: Đối với ống có đường kính từ 300mm đến nhỏ hơn 500mm + Cấp 4: Đối với ống có đường kính bé hơn 300mm - Theo chức năng ta chia ra ống xả (từ miệng giếng tới bình tách đo), ống gom dầu, gom khí, gom nước và ống dẫn dầu thương mại. - Theo sơ đồ thuỷ lực, ống được xem là đơn giản nếu như không phân nhánh và đường kính không thay đổi và ống phức tạp. - Theo độ dốc thủy lực, ống được xem là đơn giản nếu như không phân nhánh, đường kính thay đổi, và ống phức tạp. - Theo mức độ ăn mòn của chất chuyển tải ta phân chia ra ống cho môi trường không ăn mòn, ít ăn mòn (nếu như tính chất lám gỉ ống thép cacbon
0,1 mm/năm) ăn mòn trung bình (0,1 ÷ 0,5mm/năm) và ăn mòn cao (> 0,5nn/năm). Khi chuyển tải các chất lưu ăn mòn, người ta thường dùng ống thép cacbon có bề dày lớn hơn quy chuẩn, thép hợp kim, ống phi kim hoặc có biên pháp bảo vệ phía trong. 1.3. Vật liệu chế tạo Trong công nghiệp dầu khí, theo vật liệu người ta chia ra ống cứng và ống mềm. Ống cứng được chế tạo từ thép cacbon, thép không gỉ, thép hợp kim. Ngoài ra, tuỳ theo yêu cầu đặc biệt, ta có thể dùng các vật liệu khác như gang, kim loại màu: đồng, nhôm, titan..., ống phi kim: bê tông, bê tông cốt thép, thuỷ tinh sứ gốm... Ống mềm chế tạo từ chất dẻo, cao su, sợi kim loại... Ống thép chiếm tỷ lệ cao nhất. Thép ống có yêu cầu nhất định về tính cơ lý và về thành phần hoá học, nhất là hàm lượng lưu huỳnh và phốt pho cùng với các tạp chất khác. Thông thường người ta sử dụng thép hợp kim thấp, chịu gia công nhiệt và có thể được thường hoá. Đối với các môi trường ăn mòn, ta phải sử dụng loại thép chịu ăn mòn cao và thành phần hoá học cũng đòi hỏi khắt khe hơn. Theo tiêu chuẩn API, các loại thép thông thường mác 40 ÷ 110 có giới hạn chảy cực tiểu 28 ÷ 77 và cực đại từ 56 ÷ 98kG/mm
và bền kéo tối thiểu từ 42 ÷ 88kG/mm2. Hàm lượng phốt pho cực đại 0,04 ÷ 0,11%, lưu huỳnh từ 0,06 ÷ 0,065%. Với thép chịu ăn mòn, thành phần cực đại các nguyên tố như bảng 1.1. Bảng 1.1: Thành phần % của thép chịu ăn mòn Loại thép  Cmax  Mnmax  Mo  Ni,Cr,Cu  P  S  Si   Lò Điện, Siêm Martin  0,5  1,9  0,15 ÷ 0,3  0,5  0,44  0,06  0,35   Thép có độ bền cao được chế tạo ở mức độ ít hơn và không quy chuẩn, có giới hạn chảy thấp nhất 67 ÷ 120 và cao nhất 77 ÷ 126, giới hạn bền kéo 77 ÷ 134KG/mm
, có hàm lượng cacbon thấp hưn 0,45%, mangan 1,3 ÷ 1,7%, Si 0,15 ÷ 0,3%, đựơc tôi, giam và thường hoá. Các loại thép bền cao thường dòn, không phù hợp với điều kiện khí hậu nóng lạnh đột ngột và khó gia công cắt gọt. Căn cứ vào yêu câu kỹ thuật, chế tạo, lắp giáp ống được chia ra năm loại I ÷ V theo điều kiên áp suất, nhiệt độ và 5 nhóm A, B, C, D, E theo tính chất môi trường (bảng 1.2) Để chế tạo ống, người ta dùng hai công nghệ chủ yếu là cán và hàn, đặc biệt có thể đúc. Ống thép cán trực tiếp thường có chất lượng không cao do bề dày không đều và có độ ôval lớn. Ống hàn thường chế tạo từ thép tấm theo kỹ thuật hàn thẳng, để có chất lượng cao hơn thường dùng kỹ thuật hàn xoắn ốc. Bảng 1.3 cho thấy các đặc tính ống công nghệ của Nga và phương pháp chế tạo. Trong các hệ thống phân phối khí, người ta thường dùng các vật liệu như sắt đúc, thép, polyetylen, polyamid và đồng. Sắt đúc không dùng cho ống có áp lực trên 200KPa, ống thép dùng cho trường hợp áp lực rất cao; ống polyetylen càng ngày càng được phổ cập nhất là hệ thống phân phối, chế tạo theo công nghệ polymen hoá etylen, có tỷ trọng từ 0,91 đến 0,96, có thể xem là một vật liệu nhớt - dẻo. Có hai loại phổ biến cho ống dẫn khí la PE-80 (tới áp suất 420 KPa) và PE-100 (tới700KPa). So với ống thép thì ống polyetylen bền với hoá chất, không bị ăn mòn, dễ vận chuyển và kinh tế, nhưng không chịu được áp lực cao và khi nhiệt độ tăng thì độ bền giảm. Ống polyamit có tính chất tương tự như ống PE nhưng có giới hạn chảy, giới hạn bền, độ cứng và mật độ cao hơn, việc ghép nối không dùng phương pháp hàn mà chỉ dán. Đồng là một loại vật liệu tuổi thọ cao, dễ sử dụng song rất đắt tiền nên chỉ dùng cho các mạng phân phối trong nhà, không dùng cho các ống dẫn chính. Trong khai thác và thu gom dầu khí, người ta còn dùng loại ống mềm để truyền dẫn từ một điểm cố định đến một điểm có khoảng cách không cố định mà thay đổi theo thời gian với một khoảng cách nhất định. Chẳng hạn như từ miệng giếng ngầm (trên đáy biển) tới các dàn khai thác kiểu nổi, dẫn chất lưu từ ống cố định trên đáy biển lên tàu dầu hoặc truyền dầu từ tàu nọ qua tàu kia. Ngoài ra, ống mềm còn dùng làm ống nâng, ống kiểm soát miệng giếng ngầm. Ống mềm trong các hệ thống khai thác trên biển có hai loại chính, khác nhau về mật độ phù hợp với hai điều kiện nổi trên mặt nước và chìm xuống đáy biển. Đường ống mềm có hai phần là các đầu nối bằng kim loại và phần thân ống. Đầu nối liên kết với thân nhờ keo dán chuyên dụng. Mặt cắt của thân ống mềm cứng từ ngoài vào trong thường có các lớp: lớp vỏ Polyurethane, lớp vải, lớp kim loại - cao su, lớp sợi, lớp cao su, lớp dây kim loại lớp dây sợi thứ hai và lớp lưới kim loại - cao số Trang Ngang Bảng 1.3: Đặc tính ống thép công nghệ do Nga sản xuất TT  Các loại ống  Kích thước của ống  Quy chuẩn     Đường kính ngoài (mm)  Bề dầy ống (mm)  Chiều dài (mm)    1  Thép hàn  8 ( 1620  1 ( 14  1,5 ( 18 
OTC 10704-63   2  Ống hàn- kéo nguội và cán nguội  5 ( 76  0,5 ( 3  1,5 ( 8,5 
OTC 10704-63   3  Ống hàn với mối hàn xoắn vít  426 ( 1220  4 ( 12  10 ( 18 
OTC 8696-62   4  Ống thép liền cán nóng  25 ( 530  2,5 ( 75  4 ( 12,5 
OTC 8732-70   5  Ống thếp liền kéo nguội và cán nguội  1 ( 200  0,1 ( 12  1,5 ( 9 
OTC 8734-58   6  Ống chế tạo chính xác  4 ( 710  0,1 ( 32  1 ( 9 
OTC 9567-60   7  Ống thép liền cho các trạm áp lực cao  12 ( 129  3 ( 60  4,5    8  Ống thép liền chịu áp lực cao  6 ( 13  2 ( 4,5  0,5 ( 4 
OTC 11017-64   9  Ống thép liền gia công nóng băng thép không gỉ  57 ( 325  3,5 ( 32  1,5 ( 10 
OTC 9940-72   10  Ống thép liền gia công nguội và gia công nóng bằng thép không gỉ  5 ( 250  0,2 ( 2,2  1,5 ( 9 
OTC9941-72   11  Ống thép hàn bằng thép không gỉ  8 ( 102  1 ( 4  1,5 ( 8 
OTC 11068-64   Bảng 1.4: Độ nhám tuyệt đối của của một số loại ống, ((mm) Loại ống  (  (tb  Loại ống  (  (tb   1. Ống thủy tinh và kim loại màu - Ống mới và nhẵn  0,001(0,01  0,005  6. Ống cao su, vải - Ống cao su - Sợi vải tẩm cao su  0,01(0,03 0,5(0,8  0,15 0,8   2. Ống thép không hàn - Mới sạch lắp đặt tốt - Ống cũ bình thường  0,02(0,05 0,15(0,3  0,03 0,2  7. Ống gỗ - Bào cẩn thận - Bào vừa phải - Không bào  0,1(0,3 0,3(1,0 1.0(1,25  0,16 0,6 2,0   3. Ống thép hàn - Ống mới và sạch - Bị gỉ đã làm sạch - Ống cũ bình thường - Ống cũ bị gỉ - Ống cũ bị gỉ nhiều, rất bẩn  0,03(0,1 0,1(0,3 0,3(0,7 0,8(1,5 2(4  0,05 0,15 0,5 1,0  8. Ống xi măng amiang - Ống mới - Ống cũ bình thường  0,05(0,1 0,6  0,08   4. Ống ngang - Ống mới tráng atphan - Ống mới không tráng - Ống cũ bình thường - Ống rất bẩn  0,12(0,3 0,2(0,5 0,5(1,5 3  0,2 0,3 1,0  9. Ống bê tông - Bề mặt chất lượng cao - Bề mặt trung bình - Bề mặt thô  0,3(0,8 2,5 3(9  0,5   5.Ống thép tráng kẽm - Mới và sạch - Ống cũ bình thường  0,1(0,2 0,4(0,7  0,15 0,5      Ghi chú: Ống cũ bình thường - ống sau vài năm sử dụng; (tb : Giá trị trung bình   CHƯƠNG 2 DÒNG CHẢY CỦA CHẤT LƯU TRONG ỐNG NGANG VÀ NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2.1. Dòng chảy của chất lưu trong ống 2.1.1. Chất lỏng Newton Chất lỏng Newton là chất lỏng tuân theo định luật Newton. Dòng chảy của những chất lỏng tuân theo định luật Newton được biểu diễn bằng phương trình sau: ( =

(2.1) Trong đó: (: Ứng suất trượt do lực nhớt gây ra, (Pa); (: Độ nhớt động lực học, (Pa.S);
: Gradien vận tốc theo phương r thẳng góc với hướng dòng chảy, (S-1); F: Lực nhớt trên bề mặt giữa hai lớp chất lỏng, xác định theo công thức: F = (.S.
(2.2) Với: S: Diện tích tiếp xúc giữa hai lớp chất lỏng trên đó xảy ra hiện tượng nội ma sát, (m2) Từ phương trình (2.1) ta thấy quan hệ giữa ứng suất trượt ( và gradien vận tốc
là quan hệ tuyến tính, đường cong chảy là đường thẳng, độ nhớt của chất lỏng Newton là hệ số góc của đường thẳng này, không phụ thuộc vào gradien vận tốc, chỉ phụ thuộc vào loại chất lỏng, nhiệt độ và áp suất. ( =
(2.3) Mô hình chất dòng chảy chất lỏng Newton được mô tả bằng đường II1, hình 2.1a. 2.1.2. Chất lỏng phi Newton Là chất lỏng có độ nhớt (() phụ thuộc vào gradien vận tốc (
). 2.1.2.1. Chất lỏng giả dẻo (mô hình Ostwald) Chất lỏng giả dẻo có dòng chảy không tuân theo phương trình của Newton, độ nhớt giảm nhanh khi gradien vận tốc tăng, chất lỏng có khả năng chảy ngay cả khi ứng suất trượt rất nhỏ. Đường cong chảy (đường II2, hình 2-1a) của chất lỏng có xu hướng lồi về phía trục (. Chất lỏng có tính chất dị thường đó gọi là giả dẻo. Sự chảy của chất lỏng này tuân theo mô hình của Ostwald: (=(’
(2.4) Trong đó: (: Ứng suất trượt, (Pa); (: Độ nhớt, (Pa.S);
: Gradien vận tốc, (S-1); n<1: Hệ số đặc trưng cho mức độ ổn định của chất lỏng; 2.1.2.2. Chất lỏng nhớt dẻo (mô hình Bingham) Chất lỏng nhớt dẻo là hệ cấu trúc mà trong đó pha rắn có cấu trúc mạng tinh thể dày đặc (ví dụ như mạng tinh thể parafin) chỉ có khả năng tạo dòng chảy sau khi mạng bị phá vỡ. Sự chảy của loại này bắt đầu sau khi tác dụng lên chúng một ứng suất trượt lớn hơn ứng suất giới hạn (0 và sau khi bị phá vỡ cấu trúc chất lỏng tuân theo định luật Newton. Những chất lỏng đó tính nhớt – dẻo và dòng chảy tuân theo mô hình của Bingham: ( = (o+(”
(2.5) Mô hình Bingham được mô tả ở đường I1 (hình 2.1a).
 a)
 b) Hình 2.1: Đường cong chảy (a) và đường cong nhớt của chất lỏng “nhớt” (b). II1: Chất lỏng Newton: ( = (
II2: Chất lỏng giả dẻo (mô hình Oswald): ( = (’
, n<1 I1: Chất lỏng nhớt dẻo (mô hình Bingham): ( = (o + (”
I3, II3: Chất lỏng có độ nhớt tăng dần I2: Chất lỏng có độ nhớt giảm dần Các nghiên cứu mô hình lưu biến của dầu mỏ chứng minh rằng ở thấp hơn nhiệt độ đông đặc parafin, dòng chảy của dầu tuân theo mô hình của Bingham. Sử dụng mô hình Bingham trong nghiên cứu dầu nhiều parafin, độ nhớt cao đã được trình bày trong các công trình nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của Mirzadzanzade, Gubin. Mô hình tổng quát cho các loại chất lỏng: ( = (o + (
Khi (o = 0, n = 1, ta có mô hình Newton; Khi (o = 0, ta có mô hình Ostwald; Khi n = 1, ta có mô hình Bingham; Qua nghiên cứu tính chất lưu biến của dầu thô ở mỏ Rồng và mỏ Bạch Hổ nhằm xác định vùng dị thường độ nhớt là yếu tố quan trọng để xác định vùng mà ở đó dầu chuyển từ chất lỏng Newton sang chất lỏng phi Newton, đây là yếu tố chính gây tổn thất áp suất trong quá trình vận chuyển dầu khí, ta thấy: Khi nhiệt độ lớn hơn 400C dầu là chất lỏng Newton. Thấp hơn nhiệt độ này dầu biểu hiện tính phi Newton và khi nhiệt độ càng giảm, tính chất này thể hiện càng rõ. Ở 220C (nhiệt độ thấp hơn của nước biển vùng cận đáy khu vực mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng) ứng suất trượt đạt giá trị rất lớn. Bảng 2.1: Ảnh hưởng nhiệt độ đến thông số lưu biến của dầu mỏ Rồng. Nhiệt độ (T, 0C)  Ứng suất trượt ((, Pa)  Hệ số mũ (n)   30  0,100  1,0000   28  0,265  0,8121   26  0,328  0,6789   24  1,050  0,5445   22  3,595  0,4867   Bảng 2.2: Ảnh hưởng nhiệt độ đến thông số lưu biến của dầu mỏ Bạch Hổ Nhiệt độ (T, 0C)  Ứng suất trượt ((o, Pa)  Hệ số mũ (n)   30  0,10  0,050   28  1,35  0,112   26  3,70  0,203   24  5,80  0,382   22  8,90  0,659   Phương trình biểu diễn sự phụ thuộc giữa tính chất lưu biến của dầu và nhiệt độ được viết như sau (đối với mỏ Bạch Hổ): - Ở điều kiện nhiệt độ lớn hơn 360C thì dầu thô mỏ Bạch Hổ là chất lỏng Newton, sự phụ thuộc giữa độ nhớt và nhiệt độ: