Khảo Sát Các Số Liệu liên quan đến Flow Assurance Cho Cả Đời Mỏ
Flow Assurance trong các dự án thượng nguồn là một trong những khâu then chốt. Để phát tiển mỏ một cách an toàn và kinh tế, Flow Assurance cần tính toán nhiều yếu tố tại nhiều điểm vận hành khác nhau trên Production Profile được cho bởi nhóm Công nghệ mỏ. Do các phần mềm thương mại phổ biến như PIPESIM hoặc PIPEPHASE chỉ dừng lại ở việc tính toán 1 điểm vận hành nên tùy theo thông số cần nghiên cứu kỹ sư Flow Assurance sẽ ước lượng sơ bộ và lựa chọn điểm thích hợp để tiếp tục phân tích. Điểm đại diện đại diện cho điều kiện vận hành ngặt nghèo nhất của đường ống và thông số cần khảo sát nên không hề dễ tính toán, với hàng trăm thậm chí là hàng ngàn mốc thời gian, việc ước lượng để chọn một điểm đại diện không phải lúc nào cũng dễ dàng và dễ dàng rơi vào tình trạng thiết kế thấp hơn hoặc quá cao hơn so với yêu cầu nếu kỹ sư Flow Assuracne không có đủ kinh nghiệm.
Là người thực hiện rất nhiều phân tích Flow Assurance cho các hệ thống ống thượng nguồn, tôi đã phát triển một Module viết trên Open Link của PIPESIM (tạo gọi là Module 1) cho phép khảo sát, tính toán các thông số cơ bản của đường ống tại mọi điểm trong Production Profile và phần mở rộng bao gồm tính toán tốc độ ăn mòn ống qua các năm và độ ăn mòn tích lũy qua cả đời mỏ. Việc tính toán này sẽ rất hữu ích cho các công việc sau:
- Tính toán bọc ống cho các hệ thống ống dầu: cách truyền thống mà chúng ta hay dùng là
- Lấy 1 điểm có lưu lượng dầu thấp nhất, sau đó tính cho từng giá trị U để nhiệt độ tại điểm đến lớn hơn nhiệt độ tạo Wax.
- Bằng Excel tính toán sơ bộ Entropy của hệ đa pha trong tại các điểm thời gian sau đó chọn điểm có Entropy thấp nhất tức là điểm mà nhiệt lượng của để làm tăng hoặc giảm 1 đơn vị nhiệt độ là bé nhất rồi tìm giá trị U. Cách làm này tuy có chặt chẽ hơn so với cách làm trên nhưng vẫn còn nhiều nhược điểm chẳng hạn như: phải giả định nhiệt dung riêng khối của lưu chất gồm dầu khí và nước là constant nhưng trong thực tế nhiệt dung riêng của khí sẽ dao động tương đối mạnh theo tỷ trọng hoặc nói chính xác hơn là theo áp suất, hoặc trong thực tế tại một số điểm dọc ống vấn đề trao đổi nhiệt bị chi phối rất mạnh bởi hiện tượng đối lưu nên gải định một giá trị Entropy bất biến trong quá trình lưu chuyển là không chính xác.
Như vậy, với Module 1, việc khảo sát sẽ chính xác hơn rất nhiều, Module 1 cho phép tính nhiệt độ tại điểm đến với từng điểm thời gian dựa trên các mô hình tính toán thủy lực phức tạp có sẵn trên PIPESIM. Các mô hình này cho phép dự báo nhiệt độ nằm trong mối tương quan của chế độ chảy, nhiệt độ môi trường, độ dày các lớp thành ống vv… nên rất chính xác nên hạn chế sai lầm khi thiết kế ống do chọn điểm tính toán bọc ống không chính xác.
- Cũng với các tính dòng và cho ra Profile nhiệt độ tại từng thời điểm, việc tính toán Thermal Expansion và Buckling Analysis sẽ cho kết quả hợp lý hơn với Module 1 nhất là với các hệ thống ống kết nối liên hoàn, vd: ta có hệ thống ống A kết nối với B rồi sau đó đưa về CPP. Cách làm rất phổ biến và rất Conservative là giả định nhiệt độ tại B bằng đúng nhiệt độ đầu giếng mà bỏ qua yếu tố là nhiệt độ tại B là nhiệt độ trộn của 2 dòng A và B rồi sau đó tính toán 1 profile nhiệt độ và dùng nó làm cơ sở để thiết kế cơ khí. Khác với cách tính toán hay thực hiện Module 1 sẽ cho 1 profile nhiệt độ tại B theo các thời điểm vận hành và đồng thời tính ra từng Profile nhiệt độ dọc tuyến ống tại nhiều điểm thời gian khác nhau, kỹ sư cơ khí đường ống lúc đó sẽ chọn 1 Profile nhiệt độ dọc tuyến ống tích hợp mà tính toán thay vì phải chọn 1 profile dựa trên các giả định rất Conservative như trên. Việc này đặc biệt trở nên rất hiệu quả nếu đường ống kết nối liên hoàn gồm nhiều phần tử có Profile đạt Peak về lưu lượng khác nhau.
- Ăn mòn: để tính toán ăn mòn, cách làm khá phổ biến là tính toán ăn mòn tại nhiều điểm sau đó chọn điểm có tốc độ ăn mòn cao nhất và sau đó nhân lên cho cả đời mỏ. Cách làm thứ 2 tốt hơn hiện được OLGA sử dụng là tính toán tốc độ ăn mòn dọc theo tuyến ống tại 1 điều kiện cho trước. Cách làm số 2 tuy có cải tiến hơn so với cách số 1 tuy nhiên cách làm này cũng lặp lại những nhược điểm nêu trên là tốc độ ăn mòn cho dù tính toán tại 1 số điểm và chia Production profile thành những khoảng khác nhau cũng không thể lường hết các bất thường trong các khoảng thời gian trên do sự thay đổi của lưu lượng khí, thành phần CO2 dẫn tới sự thay đổi Shear Stress và do đó ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn. Module 1 cho phép tính toán tốc độ ăn mòn tại nhiều tất cả các điềm khác nhau dọc Profile sau đó cho phép tổng chiều dày kim loại mất mát do ăn mòn trong cả đời mỏ, thực tế cho thấy nếu dùng cách tính này chiều dày kim loại bị ăn mòn sẽ giảm đi rất đáng kể.
- Tính toán áp suất: áp suất tại các giàn vệ tinh là thông số quan trọng ảnh hưởng đến độ nặng thiết bị, hiệu quả khai thác và con số được quan tâm nhiều nhất khi thực hiện công việc Flow Assurance. Cách làm thường gặp là lấy thời điểm mà lưu lượng khí, lỏng là cao nhất rồi thực hiện tính toán tại điểm đó, cách làm này đến giờ vẫn đúng tuy nhiên peak áp suất nhiều khi chỉ xảy ra trong thời gian rất ngắn sau đó giảm đi, có 1 số đường ống tính toán thiết kế với đường ống kính ống nhỏ hơn và chấp nhận mất mát sản lương trong 1 thời gian ngắn, với cách làm truyền thống ta khó mà biết được chính xác thời giản sản lượng bị mất kéo dài trong bao lâu. Vấn đề thứ 2 hay gặp là tính toán kích thước đường ống nhằm xác định thời giản bỏ mỏ khi đó tuy lưu lương khai thác thấp như áp suất tại tubing đã giảm đáng kể, cách tính dò từng điểm không cho phép xác định chính xác khoảng thu hồi thêm với các áp suất khác nhau.Vấn đề thứ 3 là việc chọn điểm thiết kế các thiết bị nâng áp như bơm máy nén tại các giàn vệ tinh, việc chọn điểm thiết kế quá cao trong thời gian quá ngắn rõ ràng là không hợp lý. Module 1 thực hiện cả 3 công việc này khá đơn giản và cho biết Profile áp suất theo thời gian trong cả đời mỏ, qua đó có thể xác định thời gian Peak kéo dài trong bao lâu và nên quyết định hy sinh khoảng thời gian này để giảm giá thành thiết kế hay không? Với Pressure Profile, kỹ sư có thể dễ dàng thể hiện mối tương quan giữa áp suất cần có tại Riser và áp suất sẵn có tại đầu Tubing qua đó có thể xác định thời gian bỏ mỏ chính xác. Tương tự như cách làm số 1, việc xác định áp suất thiết kế cho các thiết bị nâng áp cũng có thể tối ưu nhờ có được Production Profile.
Ví dụ khảo sát.
Giả sử ta có production profile cho 10 WHPs được cho theo từng tháng như sau:
Mạng ống sau khi nghiên cứu được kết nối như sau:
Figure 1 Sơ đồ mạng ống
Giả sử nhiệt độ tại đầu mỗi giếng là 120oC
Yêu cầu đặt ra là
- Tính toán profile áp suất, nhiệt độ tại Node 4.
- Tính toán Profile nhiệt độ và áp suất tại KP 3200m của đường ống từ Source 6 về Sink. Tính toán Profile áp suất và nhiệt độ dọc theo tuyến ống vào tháng 7 năm 2021.
- Tính toán ăn mòn tích lũy của tất cả các đường ống chính trong sơ đồ trên
Sau khi thực hiện tính toán với Module 1, kết quả tính toán tại Node 4 như sau.
- Profile nhiệt độ và áp suất tại Node 4 như sau:
Figure 2 Diễn tiến nhiệt độ tại node 4
Figure 3 Diển tiến áp suất tại Node 4
- Profile nhiệt độ tại từng thời điềm của đường ống từ Source6 về Sink và Profile áp suất và nhiệt độ dọc theo tuyến ống vào tháng 7 năm 2021 được tính toán kết quả dưới dạng bảng và đồ thị như sau:
Figure 4 Profile nhiệt độ được tính toán tại nhiều mốc thời gian
Figure 5 Diễn tiến nhiệt độ tại KP 3200m của đường ống từ Node 4 đến Node 5
Figure 6 Diễn tiến áp suất tại KP 3200m của đường ống từ Node 4 đến Node 5
Figure 7 Profile nhiệt độ của tuyến ống từ Node 4 đến Node 5 tại tháng 7 năm 2021
Figure 8 Profile áp suất từ Node 4 đến Node 5 tại tháng 7 năm 2021
Figure 9 Diển tiến tốc độ ăn mòn của tuyến ống từ Node 4 đến Node 5
Figure 10 Tổng chiều dày ống bị hao hụt tại từng điểm trong mạng ống sau toàn bộ thời gian hoạt độ
Các tính năng cơ bản
Tuy đang trong giai đoạn hoàn thiện Module 1 có thể hoàn thành các tác vụ cơ bản như sau:
- Tính toán số lượng không giới hạn giàn và ống trong 1 mạng ống, hiện tại đã thử nghiệm lên đến 62 giàn.
- Cho phép tính toán các thông số cơ bản như áp suất nhiệt độ và lưu lượng tại từng Node. Đặc biệt tính toán tốc độ ăn mòn tại từng thời điểm trong năm theo tiêu chuẩn Norsok 506. Các tính năng này được trình bày như trên.
- Cho phép tính toán tại từng điểm của 1 Pipeline (từng KP) tại các thời điểm khác nhau của quá trình vận hành. Các thông số được tính toán bao gồm áp suất, nhiệt độ,hold up, Mass flow, tốc độ thể tích của khí và lỏng, độ nhớt của khí và lỏng; vận tốc tiền đầu của khí và lỏng; tốc độ ăn mòn theo tiểu chuẩn Norsok.
- Trình này kết quả theo các dạng bảng biểu và độ thị ngang hoặc dọc tùy theo nhu cầu.
Như vậy, có thể thấy Module 1 có năng lực tính toán rất mạnh với hầu như tất cả các kết quả phân tích quan trọng phục vụ cho việc tính toán Flow Assurance. Các tính toán chi tiết này cho phép hạn chế tối đa các lỗi trong quá trình chọn điểm thiết kế trên Production profile. Một tính năng rất đặc biệt của Module 1 là khả năng tính toán ăn mòn tại tất cả các điểm thời gian và trên profile. Ứng dụng này sẽ cực kỳ hữu ích cho việc tính toán độ dày ống cần có đảm bảo cho chúng hoạt động an toàn trong cả đời mỏ.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét