- Trang Chủ
- Hoá dầu
- Nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm xử lý lắng đọng parafin trong khai thác dầu thô
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HỆ HÓA PHẨM XỬ LÝ
LẮNG ĐỌNG PARAFIN TRONG KHAI THÁC DẦU THÔ
Nguyễn Thị Thu Hà
Trường Đại học Thủy lợi, email: nguyenthithuha@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG chảy các parafin lắng đọng chống lại sự tái
LĐPA. Thường hòa tan các chất vô cơ này
Lắng đọng parafin (LĐPA) gây ách tắc
trong nước ở nồng độ nhất định (4M) với sự
đường ống dẫn dầu, đường ống cần khai thác,
có mặt của axit hữu cơ yếu (CH3COOH). Các
làm giảm năng suất khai thác dầu. LĐPA xảy
ra ở tất cả các vị trí trong hệ thống khai thác dung dịch nước của các muối NH4Cl và
dầu từ đáy giếng đến hệ thống thu gom, hệ NaNO2 được chế tạo thành hai hệ nhũ tương
thống ống dẫn và bể chứa dầu thô, trong các Dầu/Nước (O/W). Khi cho hai hệ nhũ tương
điều kiện khai thác và vận chuyển dầu thô [2- này tiếp xúc nhau, với sự có mặt của xúc tác
5]. Dầu thô parafinic có hàm lượng parafin H+, các chất NH4Cl và NaNO2 phản ứng với
lớn, dễ xảy ra LĐPA. nhau sinh ra nhiệt. Việc sử dụng đồng thời
Xử lý LĐPA gồm 2 phần chính [4]: i) làm các dung môi hữu cơ cho phép hòa tan (xử
cho parafin đã kết tủa bám trên bề mặt các vật lý) các parafin lắng đọng.
thể như các đường ống dẫn, cần khai thác, cần Dầu thô Bạch Hổ, Đại Hùng ở Việt Nam là
khoan… tan ra, đi vào pha lỏng; ii) chống lại dầu thô parafinic, có hàm lượng parafin cao,
sự kết tủa lại của các parafin từ dòng dầu. dễ xảy ra LĐPA. Trong bài báo này, chúng
tôi trình bày việc nghiên cứu xử lý LĐPA
Trong công nghiệp khai thác và vận
cho một số giếng dầu khai thác.
chuyển dầu thô, có nhiều phương pháp xử lý
LĐPA. Gồm: cơ học (nạo vét LĐPA bằng 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
thiết bị cơ học); nhiệt: dùng dầu nóng, đốt
nóng đáy giếng, đốt nóng ống khoan, bằng 2.1. Mẫu parafin lắng đọng: các mẫu
điện; phương pháp hóa học: dùng các phụ parafin lắng đọng được lấy tại giếng khai thác
gia, dung môi, chất phân tán, chất tẩy rửa, gaslift của xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro.
chất biến tính tinh thể sáp… 2.2. Các phương pháp nghiên cứu
Hiện nay, trong khai thác, vận chuyển dầu 1. Xác định điểm nóng chảy: theo ASTM-
thô, thông thường sử dụng phương pháp làm D87.
sạch LĐPA bằng cách kết hợp cả hai yếu tố 2. Xác định hình thái cấu trúc của parafin
hóa học và vật lý trong cùng một hệ hóa chất, lắng đọng: chụp ảnh SEM trên máy SEM-
nghĩa là, yếu tố vật lý có tác dụng hòa tan JEOL-JSM 5410LV.
LĐPA; yếu tố hóa học tạo nên nội nhiệt của 3. Phương pháp nhiệt lượng kế: xác định
dòng dầu trong ống dẫn dầu thô, ống khai thác nhiệt lượng của một phản ứng hóa học tỏa
làm tăng cường khả năng hòa tan lắng đọng ra khi các chất tham gia phản ứng tác dụng
và phân tán chúng vào môi trường. Đó là nhiệt với nhau.
sinh ra từ các phản ứng hóa học. Ví dụ: 4. Xác định độ bền nhũ tương: trên thiết bị
H ly tâm siêu tốc Labnic-Model LHSC 30.
NH4Cl + NaNO2 NaCl + 2H2O + N2↑ 2.3. Hóa chất sử dụng: NH4Cl; NaNO2;
+ 334,4 KJ/mol (1) CH3COOH; kerosen; Span 80 (Sorbitan
Phản ứng tỏa nhiệt mạnh, được sử dụng Oleate 80); Tween (Polyoxyeth etylen
trong xử lý LĐPA. Nhiệt của phản ứng làm sobitan monooleate).
289
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU phía tạo ra NH3 cho tới khi NH 4 hết. Theo
+ Kết quả đo nhiệt độ nóng chảy (Tnc) của [4], phản ứng này phụ thuộc vào nồng độ xúc
parafin lắng đọng từ hai giếng khai thác tác axit, thường là axit hữu cơ như axit acetic,
gaslift của XNLD Vietsovpetro là 65oC. Như CH3COOH. Để khảo sát nồng độ xúc tác axit
vậy, sự kết tinh của parafin có thể xảy ra ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (1) cần chú ý
mạnh ở T < 65oC và T bắt đầu có parafin kết đến ảnh hưởng của nồng độ các chất phản ứng
tinh ~ 82÷84oC [1]. Do vậy, nhiệt sinh ra từ NH4Cl và NaNO2 trong nước. Thực tế, khả
các hệ hóa phẩm phải > 84oC để có tác dụng năng hòa tan trong nước của các muối NH4Cl
hòa tan ngay các mẫu tinh thể parafin, và tác và NaNO2 là có giới hạn. Khi tăng nồng độ
dụng xử lý parafin lắng đọng mới triệt để. NH4Cl và NaNO2 trong các dung dịch nước
+ Kết quả SEM chụp parafin lắng đọng tương ứng dẫn tới tỷ trọng của dung dịch các
được trình bày ở hình 1.1. muối này cao, làm cho chênh lệch lớn về tỷ
trọng giữa hai pha dầu và pha nước, gây khó
khăn cho việc chế tạo nhũ tương dầu/nước
(O/W), tạo nên hiện tượng tách pha. Hơn nữa,
nếu dùng nồng độ NH4Cl và NaNO2 quá
loãng, nghĩa là nhiều nước thì phải cần một
lượng nhiệt lớn để đốt nóng lượng nước này,
dẫn đến việc tiêu hao một lượng nhiệt vô ích.
Vì thế trong thực tế để pha dung dịch nước của
Hình 1.1. Ảnh SEM của mẫu parafin các muối NH4Cl và NaNO2 chế tạo nhũ người
lắng đọng ở giếng khai thác gaslift ta thường sử dụng nồng độ NH4Cl và NaNO2
của XNLD VietsovPetro trong nước là 4M. Khi giữ nồng độ [NH4Cl] =
Ảnh SEM cho thấy các tinh thể parafin [NaNO2] = 4M và thay đổi nồng độ axit xúc
lắng đọng liên kết thành bó phân tán không tác CH3COOH từ 0.1M tới 1.6M, ta có thể xác
trật tự trong khối lắng đọng. Từ cấu trúc này định được nồng độ axít xúc tác tối ưu cho
có thể đưa ra hướng xử lý khối lắng đọng là phản ứng (1) cũng như xác định được nhiệt độ
dùng dung môi phân tán các tinh thể LĐPA của môi trường phản ứng khi phản ứng (1) xảy
ra khỏi nhau và dùng tác dụng nhiệt làm cho ra. Bảng 3.1 và đồ thị (hình 2.2) trình bày các
các tinh thể tan chảy thành các phân tử riêng kết quả thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng
biệt phân tán vào môi trường dầu trong ống của nồng độ xúc tác axit đến Tpu và thời gian
khai thác. Đây là nguyên tắc của phương phản ứng.
pháp mà chúng tôi sử dụng trong nghiên cứu 100 18
này để loại LĐPA. 16
Phản ứng (1) xảy ra trong dung dịch nước 90 14
được axit hóa, thực chất là phản ứng giữa Thời gian đạt Tmax, phút
Nhiệt độ tối đa, C
12
o
NH3 - chất khử và HNO2 - chất oxi hóa khi 80
10
có mặt xúc tác H+ từ dung dịch NH4Cl: 70
8
H NO2 HNO2 không bền có tính oxi 6
60 T max 4
hóa cao Thời gian đạt Tmax 2
NH 4 NH 3 H 50 0
0,1 0,4 0,7 1 1,3 1,6
NH 3 HNO2 2 H 2O N 2 Q 334 , 4 kJ/mol Nồng độ Axit acetic, M
Các sản phẩm phản ứng oxi hóa là H2O, N2
bền vững và thoát ra khỏi hệ phản ứng làm cân Hình 2.2. Mối quan hệ giữa nồng độ
bằng NH 4 NH3 H luôn chuyển dịch về CH3COOH và khả năng sinh nhiệt
290
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Bảng 3.1. Kết quả ảnh hưởng của nồng độ xúc tác axit trong phản ứng (1)
đến nhiệt độ môi trường phản ứng và thời gian đạt được nhiệt độ cực đại
Nồng độ xúc tác Tmax của môi trường Thời gian đạt Tmax,
STT Nhận xét
CH3COOH, M phản ứng, oC phút
1 0,10 54 16 Phản ứng chậm kéo dài
2 0,24 76 13 Phản ứng chậm
3 0,60 82 9 Phản ứng trung bình
4 0,80 87 7 Phản ứng nhanh
5 1,00 94 6 Phản ứng nhanh
6 1,20 98 5 Phản ứng nhanh
7 1,40 97 5 Phản ứng nhanh
8 1,60 96 5 phản ứng nhanh
NX: sau 5 phút (0,0833h), phản ứng (1) đạt Sau khi khuấy, đo độ bền nhũ bằng cách ly
Tmax 98oC tương ứng với nồng độ xúc tác axit tâm siêu tốc một thể tích nhũ xác định chính
CH3COOH là 1,2M. Khi nồng độ xúc tác axit xác và đo thể tích pha dung môi tách ra. Nếu
tăng thì nhiệt phản ứng tỏa ra là cực đại (tương thể tích dung môi tách ra càng lớn thì hệ nhũ
ứng với Tmax) sau đó nhiệt phản ứng giảm càng kém bền vững và ngược lại.
(nhiệt độ giảm). Sự giảm nhiệt lượng này là do Khi cho hai nhũ tiếp xúc nhau, phản ứng
tốc độ phản ứng giảm vì nồng độ các chất (1) xảy ra, khả năng sinh nhiệt của hỗn hợp
tham gia phản ứng bị giảm đi sau cực đại. và thời gian tương ứng với Tmax đạt được để
Kết quả cho thấy có thể sử dụng các dd đánh giá khả năng loại bỏ LĐPA của phương
nước NaNO2 4M và NH4Cl 4M có chứa xúc pháp. Dưới đây là kết quả thử nghiệm:
tác axit CH3COOH để chế tạo nhũ tương sinh - Tỷ lệ các chất nhũ hóa: Span 80/Tween =
nhiệt Dầu/Nước. Trong đó pha dầu - pha 80; - Tmax, oC; 88; - Thời gian đạt Tmax, phút:
phân tán có bản chất hydrocacbon, có khả 5,0; - Độ bền nhũ Dầu/Nước (dd NH4Cl 4M),
năng hòa tan LĐPA và pha liên tục đó là các %: 5
dd nước NaNO2 4M và NH4Cl 4M chứa xúc - Độ bền nhũ Dầu/Nước (dd NaNO2 4M),
tác CH3COOH. Khi các nhũ này tiếp xúc %: 3.
nhau, phản ứng (1) xảy ra. Nhiệt phản ứng
làm tăng khả năng hòa tan của pha dầu, nghĩa 4. KẾT LUẬN
là làm biến mất LĐPA.
Để thỏa mãn yêu cầu công nghệ, các nhũ + Đã xác định một số tính chất vật lý của
tương phải bền vững, có thể tồn tại từ 100 h parafin lắng đọng của các giếng khai thác
trở lên. Do đó trong công nghệ chế tạo nhũ gaslift của XNLD VietsovPetro. Dựa vào đó
tương người ta phải dùng các chất nhũ hóa. tìm cách loại bỏ lắng đọng này.
Có thể dùng một hay nhiều chất nhũ hóa sao + Đã nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ
cho hệ số cân bằng dầu nước HLB thích hợp. xúc tác của axit CH3COOH đến khả năng sinh
Trong nghiên cứu này, chúng tôi thử nghiệm nhiệt của các dd nước NH4Cl 4M và NaNO2
chế tạo 2 hệ nhũ có cùng pha phân tán là pha 4M trong sự có mặt của xúc tác CH3COOH.
dầu còn pha liên tục, một nhũ là dd NaNO2 4M + Đã chế tạo các nhũ Dầu/Nước trong đó
và một nhũ khác là dd nước NH4Cl 4M chứa dầu là Kerosen, nước là các dd nước của
trong đó xúc tác CH3COOH 1,2M. Thành phần NH4Cl 4M và của NaNO2 4M chứa xúc tác
của các nhũ gồm:- Pha dầu: kerosen; - Pha liên CH3COOH 1,2M và đã xác định các tính chất
tục: dd nước NaNO2 4M và dd nước NH4Cl sinh nhiệt của hệ nhũ để xử lý các LĐPA.
4M chứa xúc tác axit CH3COOH 1,2M; - Hàm
lượng chất nhũ hóa: 3% khối lượng, gồm 2 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
chất nhũ hóa với tỷ lệ Span80/Tween = 80; - T [1] Dale D.E., and Michael C.M., (1999),
pha liên tục: 35oC; - Tốc độ khuấy: 2.500 Application of transient - multiphase - flow
vòng/phút; - Thời gian khuấy: 7 phút technology, SPE 52757.
291
nguon tai.lieu . vn
