Nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm xử lý lắng đọng parafin trong khai thác dầu thô

Lắng đọng parafin gây ách tắc đường ống dẫn dầu, đường ống cần khai thác, làm giảm năng suất khai thác dầu. Bài viết Nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm xử lý lắng đọng parafin trong khai thác dầu thô trình bày việc nghiên cứu xử lý lắng đọng parafin cho một số giếng dầu khai thác.

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 GIỚI THIỆU CHUNG Lắng đọng parafin (LĐPA) gây ách tắc đường ống dẫn dầu, đường ống cần khai thác, làm giảm suất khai thác dầu LĐPA xảy tất vị trí hệ thống khai thác dầu từ đáy giếng đến hệ thống thu gom, hệ thống ống dẫn bể chứa dầu thô, điều kiện khai thác vận chuyển dầu thô [25] Dầu thơ parafinic có hàm lượng parafin lớn, dễ xảy LĐPA Xử lý LĐPA gồm phần [4]: i) làm cho parafin kết tủa bám bề mặt vật thể đường ống dẫn, cần khai thác, cần khoan… tan ra, vào pha lỏng; ii) chống lại kết tủa lại parafin từ dịng dầu Trong cơng nghiệp khai thác vận chuyển dầu thơ, có nhiều phương pháp xử lý LĐPA Gồm: học (nạo vét LĐPA thiết bị học); nhiệt: dùng dầu nóng, đốt nóng đáy giếng, đốt nóng ống khoan, điện; phương pháp hóa học: dùng phụ gia, dung môi, chất phân tán, chất tẩy rửa, chất biến tính tinh thể sáp… Hiện nay, khai thác, vận chuyển dầu thô, thông thường sử dụng phương pháp làm LĐPA cách kết hợp hai yếu tố hóa học vật lý hệ hóa chất, nghĩa là, yếu tố vật lý có tác dụng hịa tan LĐPA; yếu tố hóa học tạo nên nội nhiệt dòng dầu ống dẫn dầu thô, ống khai thác làm tăng cường khả hòa tan lắng đọng phân tán chúng vào mơi trường Đó nhiệt sinh từ phản ứng hóa học Ví dụ: H NH4Cl + NaNO2  NaCl + 2H2O + N2↑ + 334,4 KJ/mol (1) Phản ứng tỏa nhiệt mạnh, sử dụng xử lý LĐPA Nhiệt phản ứng làm chảy parafin lắng đọng chống lại tái LĐPA Thường hòa tan chất vô nước nồng độ định (4M) với có mặt axit hữu yếu (CH3COOH) Các dung dịch nước muối NH4Cl NaNO2 chế tạo thành hai hệ nhũ tương Dầu/Nước (O/W) Khi cho hai hệ nhũ tương tiếp xúc nhau, với có mặt xúc tác H+, chất NH4Cl NaNO2 phản ứng với sinh nhiệt Việc sử dụng đồng thời dung môi hữu cho phép hòa tan (xử lý) parafin lắng đọng Dầu thô Bạch Hổ, Đại Hùng Việt Nam dầu thơ parafinic, có hàm lượng parafin cao, dễ xảy LĐPA Trong báo này, trình bày việc nghiên cứu xử lý LĐPA cho số giếng dầu khai thác PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mẫu parafin lắng đọng: mẫu parafin lắng đọng lấy giếng khai thác gaslift xí nghiệp Liên doanh Vietsovpetro 2.2 Các phương pháp nghiên cứu Xác định điểm nóng chảy: theo ASTMD87 Xác định hình thái cấu trúc parafin lắng đọng: chụp ảnh SEM máy SEMJEOL-JSM 5410LV Phương pháp nhiệt lượng kế: xác định nhiệt lượng phản ứng hóa học tỏa chất tham gia phản ứng tác dụng với Xác định độ bền nhũ tương: thiết bị ly tâm siêu tốc Labnic-Model LHSC 30 2.3 Hóa chất sử dụng: NH4Cl; NaNO2; CH3COOH; kerosen; Span 80 (Sorbitan Oleate 80); Tween (Polyoxyeth etylen sobitan monooleate) 289 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Ảnh SEM cho thấy tinh thể parafin lắng đọng liên kết thành bó phân tán khơng trật tự khối lắng đọng Từ cấu trúc đưa hướng xử lý khối lắng đọng dùng dung môi phân tán tinh thể LĐPA khỏi dùng tác dụng nhiệt làm cho tinh thể tan chảy thành phân tử riêng biệt phân tán vào môi trường dầu ống khai thác Đây nguyên tắc phương pháp mà sử dụng nghiên cứu để loại LĐPA Phản ứng (1) xảy dung dịch nước axit hóa, thực chất phản ứng NH3 - chất khử HNO2 - chất oxi hóa có mặt xúc tác H+ từ dung dịch NH4Cl: H   NO2  HNO2 khơng bền có tính oxi hóa cao NH 4  NH  H  NH  HNO2  H 2O  N  Q  334 , kJ/mol 100 18 16 90 14 12 80 10 70 60 T max Thời gian đạt Tmax 50 0,1 0,4 0,7 1,3 1,6 Nồng độ Axit acetic, M Các sản phẩm phản ứng oxi hóa H2O, N2 bền vững thoát khỏi hệ phản ứng làm cân NH 4  NH3  H  chuyển dịch 290 Hình 2.2 Mối quan hệ nồng độ CH3COOH khả sinh nhiệt Thời gian đạt Tmax, phút Hình 1.1 Ảnh SEM mẫu parafin lắng đọng giếng khai thác gaslift XNLD VietsovPetro o + Kết đo nhiệt độ nóng chảy (Tnc) parafin lắng đọng từ hai giếng khai thác gaslift XNLD Vietsovpetro 65oC Như vậy, kết tinh parafin xảy mạnh T < 65oC T bắt đầu có parafin kết tinh ~ 82÷84oC [1] Do vậy, nhiệt sinh từ hệ hóa phẩm phải > 84oC để có tác dụng hịa tan mẫu tinh thể parafin, tác dụng xử lý parafin lắng đọng triệt để + Kết SEM chụp parafin lắng đọng trình bày hình 1.1 phía tạo NH3 NH 4 hết Theo [4], phản ứng phụ thuộc vào nồng độ xúc tác axit, thường axit hữu axit acetic, CH3COOH Để khảo sát nồng độ xúc tác axit ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (1) cần ý đến ảnh hưởng nồng độ chất phản ứng NH4Cl NaNO2 nước Thực tế, khả hòa tan nước muối NH4Cl NaNO2 có giới hạn Khi tăng nồng độ NH4Cl NaNO2 dung dịch nước tương ứng dẫn tới tỷ trọng dung dịch muối cao, làm cho chênh lệch lớn tỷ trọng hai pha dầu pha nước, gây khó khăn cho việc chế tạo nhũ tương dầu/nước (O/W), tạo nên tượng tách pha Hơn nữa, dùng nồng độ NH4Cl NaNO2 q lỗng, nghĩa nhiều nước phải cần lượng nhiệt lớn để đốt nóng lượng nước này, dẫn đến việc tiêu hao lượng nhiệt vô ích Vì thực tế để pha dung dịch nước muối NH4Cl NaNO2 chế tạo nhũ người ta thường sử dụng nồng độ NH4Cl NaNO2 nước 4M Khi giữ nồng độ [NH4Cl] = [NaNO2] = 4M thay đổi nồng độ axit xúc tác CH3COOH từ 0.1M tới 1.6M, ta xác định nồng độ axít xúc tác tối ưu cho phản ứng (1) xác định nhiệt độ môi trường phản ứng phản ứng (1) xảy Bảng 3.1 đồ thị (hình 2.2) trình bày kết thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ xúc tác axit đến Tpu thời gian phản ứng Nhiệt độ tối đa, C KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Bảng 3.1 Kết ảnh hưởng nồng độ xúc tác axit phản ứng (1) đến nhiệt độ môi trường phản ứng thời gian đạt nhiệt độ cực đại STT Nồng độ xúc tác CH3COOH, M 0,10 0,24 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 Tmax môi trường phản ứng, oC 54 76 82 87 94 98 97 96 NX: sau phút (0,0833h), phản ứng (1) đạt Tmax 98oC tương ứng với nồng độ xúc tác axit CH3COOH 1,2M Khi nồng độ xúc tác axit tăng nhiệt phản ứng tỏa cực đại (tương ứng với Tmax) sau nhiệt phản ứng giảm (nhiệt độ giảm) Sự giảm nhiệt lượng tốc độ phản ứng giảm nồng độ chất tham gia phản ứng bị giảm sau cực đại Kết cho thấy sử dụng dd nước NaNO2 4M NH4Cl 4M có chứa xúc tác axit CH3COOH để chế tạo nhũ tương sinh nhiệt Dầu/Nước Trong pha dầu - pha phân tán có chất hydrocacbon, có khả hịa tan LĐPA pha liên tục dd nước NaNO2 4M NH4Cl 4M chứa xúc tác CH3COOH Khi nhũ tiếp xúc nhau, phản ứng (1) xảy Nhiệt phản ứng làm tăng khả hòa tan pha dầu, nghĩa làm biến LĐPA Để thỏa mãn yêu cầu công nghệ, nhũ tương phải bền vững, tồn từ 100 h trở lên Do cơng nghệ chế tạo nhũ tương người ta phải dùng chất nhũ hóa Có thể dùng hay nhiều chất nhũ hóa cho hệ số cân dầu nước HLB thích hợp Trong nghiên cứu này, thử nghiệm chế tạo hệ nhũ có pha phân tán pha dầu cịn pha liên tục, nhũ dd NaNO2 4M nhũ khác dd nước NH4Cl 4M chứa xúc tác CH3COOH 1,2M Thành phần nhũ gồm:- Pha dầu: kerosen; - Pha liên tục: dd nước NaNO2 4M dd nước NH4Cl 4M chứa xúc tác axit CH3COOH 1,2M; - Hàm lượng chất nhũ hóa: 3% khối lượng, gồm chất nhũ hóa với tỷ lệ Span80/Tween = 80; - T pha liên tục: 35oC; - Tốc độ khuấy: 2.500 vòng/phút; - Thời gian khuấy: phút Thời gian đạt Tmax, phút 16 13 5 Nhận xét Phản ứng chậm kéo dài Phản ứng chậm Phản ứng trung bình Phản ứng nhanh Phản ứng nhanh Phản ứng nhanh Phản ứng nhanh phản ứng nhanh Sau khuấy, đo độ bền nhũ cách ly tâm siêu tốc thể tích nhũ xác định xác đo thể tích pha dung mơi tách Nếu thể tích dung mơi tách lớn hệ nhũ bền vững ngược lại Khi cho hai nhũ tiếp xúc nhau, phản ứng (1) xảy ra, khả sinh nhiệt hỗn hợp thời gian tương ứng với Tmax đạt để đánh giá khả loại bỏ LĐPA phương pháp Dưới kết thử nghiệm: - Tỷ lệ chất nhũ hóa: Span 80/Tween = 80; - Tmax, oC; 88; - Thời gian đạt Tmax, phút: 5,0; - Độ bền nhũ Dầu/Nước (dd NH4Cl 4M), %: - Độ bền nhũ Dầu/Nước (dd NaNO2 4M), %: KẾT LUẬN + Đã xác định số tính chất vật lý parafin lắng đọng giếng khai thác gaslift XNLD VietsovPetro Dựa vào tìm cách loại bỏ lắng đọng + Đã nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ xúc tác axit CH3COOH đến khả sinh nhiệt dd nước NH4Cl 4M NaNO2 4M có mặt xúc tác CH3COOH + Đã chế tạo nhũ Dầu/Nước dầu Kerosen, nước dd nước NH4Cl 4M NaNO2 4M chứa xúc tác CH3COOH 1,2M xác định tính chất sinh nhiệt hệ nhũ để xử lý LĐPA TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dale D.E., and Michael C.M., (1999), Application of transient - multiphase - flow technology, SPE 52757 291 ... có parafin kết tinh ~ 82÷84oC [1] Do vậy, nhiệt sinh từ hệ hóa phẩm phải > 84oC để có tác dụng hịa tan mẫu tinh thể parafin, tác dụng xử lý parafin lắng đọng triệt để + Kết SEM chụp parafin lắng. .. parafin lắng đọng giếng khai thác gaslift XNLD VietsovPetro o + Kết đo nhiệt độ nóng chảy (Tnc) parafin lắng đọng từ hai giếng khai thác gaslift XNLD Vietsovpetro 65oC Như vậy, kết tinh parafin. .. nhũ hóa Có thể dùng hay nhiều chất nhũ hóa cho hệ số cân dầu nước HLB thích hợp Trong nghiên cứu này, chúng tơi thử nghiệm chế tạo hệ nhũ có pha phân tán pha dầu pha liên tục, nhũ dd NaNO2 4M nhũ