top of page
  • Happy

Xói Mòn Trong Hệ Thống Piping: Cơ Chế và Giải Pháp

Xin chào các độc giả của Pipingdesigner.

Hôm nay mình sẽ giới thiệu với các bạn một quá trình không mong muốn nhưng thường xảy ra trong hệ thống đường ống trong Oil & Gas production, đó là quá trình xói mòn (tiếng anh là Erosion).

Tương tự như hậu quả gây ra bởi quá trình ăn mòn (Corrosion), xói mòn cũng sẽ làm giảm chiều dày (wall thickness) đường ống, fitting và gây ra các vết nứt, lỗ hổng ngay trên đường ống. Tuy nhiên, cơ chế của ăn mòn và xói mòn là hoàn toàn khác nhau, mình sẽ giới thiệu với các bạn về ăn mòn đường ống ở bài viết sau. Còn bài viết này, mình chỉ đề cập tới xói mòn trong hệ thống piping.

Nội dung bài viết gồm:

1. Giới thiệu

2. Quá trình xói mòn trong quá trình khai thác dầu khí

3. Xói mòn do hạt rắn (Particulate erosion)

3.1 Lưu lượng cát được vận chuyển trong hệ thống piping

3.2 Vận tốc, độ nhớt và tỉ trọng của lưu chất

3.3 Kích thước, hình dạng và độ cứng của hạt

4. Xói mòn xảy ra ở Elbow

5. Các giải pháp

5.1 Giảm lưu lượng khai thác

5.2 Thiết kế hệ thống piping tối ưu

5.3 Sử dụng các thiết bị loại trừ và tách cát

5.4 Sử dụng các thiết bị giám sát (Sand monitor)


1. Giới thiệu Xói mòn là một quá trình phức tạp bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố và những thay đổi nhỏ trong điều kiện hoạt động có thể ảnh hưởng đáng kể tới quá trình xói mòn và gây ra những hậu quả lớn. Điều này dẫn tới một thực tế là xói mòn có thể xảy ra với tốc độ nhanh trong hệ thống khai thác này nhưng lại có tốc độ rất chậm trong một hệ thống khai thác tương tự. Việc phát hiện xói mòn khi nó đang tiến triển trong hệ thống đường ống cũng rất khó khăn và các nhà điều hành (plant operator) cũng hiếm khi có thông số đo lường tình trạng bên trong hệ thống đường ống.

Hình 1: Xói Mòn Elbow

2. Quá trình xói mòn trong quá trình khai thác dầu khí

Lưu chất trong một giếng khai thác dầu khí là hỗn hợp nhiều pha của nhiều cấu tử khác nhau:

- Hydrocarbon ở dạng lỏng: dầu, condensate, bitumen

- Hydrocarbon ở dạng rắn: wax, hydrate

- Hydrocarbon ở dạng khí

- Các chất khí khác: H2S, CO2, Nitrogen

- Nước (có muối hòa tan)

- Cát và proppant (đây là một loại cát hoặc vật liệu tương tự như cát được sử dụng trong quá trình nứt vỉa thủy lực – Hydraulic fracturing, để giữ cho các khe nứt ở vỉa luôn mở để dầu và khí có thể đi vào giếng)

Các cơ chế có khả năng gây ra xói mòn gồm có:

- Xói mòn do hạt rắn (Particulate erosion)

- Xói mòn do giọt chất lỏng (Liquid droplet erosion): được quan sát thấy trong hệ wet gas và dòng nhiều pha nơi mà các giọt lỏng có thể được hình thành.

- Xói mòn do ăn mòn (Erosion – Corrosion): là quá trình xảy ra xói mòn khi có dung dịch ăn mòn hoặc có thành phần kim loại di chuyển trong dung dịch.

- Xâm thực (Cavitation)

Trong các cơ chế kể trên, xói mòn do hạt rắn là cơ chế phổ biến nhất gây ra xói mòn trong hệ thống piping trong công nghiệp dầu khí, do đó bài viết này chỉ tập trung vào mô tả quá trình xói mòn do hạt rắn. Tuy nhiên, các cơ chế còn lại đều có thể trở thành tác nhân chính nếu gặp những điều kiện thích hợp.

Cho dù cơ chế xói mòn là gì, các bộ phận dễ bị tổn thương nhất trong hệ thống piping có xu hướng là các thành phần trong đó:

- Hướng dòng chảy thay đổi đột ngột

- Vận tốc dòng chảy cao do lưu lượng thể tích cao

- Vận tốc dòng chảy cao do bị hạn chế tiết diện

Các thành phần và đường ống ở upstream của Separator vận chuyển dòng nhiều pha chứa nhiều thành phần khí, lỏng và rắn thường sẽ bị xói mòn do hạt rắn, xói mòn do ăn mòn và xói mòn do giọt chất lỏng. Mức độ ăn m