Nghiên cứu cơ chế lắng đọng parafin và giới thiệu một số phụ gia có hiệu quả chống lắng đọng parafin cho dầu thô

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Mơn học: Phụ gia sản phẩm dầu khí NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ LẮNG ĐỌNG PARAFIN VÀ GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHỤ GIA CÓ HIỆU QUẢ CHỐNG LẮNG ĐỌNG PARAFIN CHO DẦU THƠ GVHD: TS.NGUYỄN HỮU LƯƠNG HV: HỒNG MẠNH HÙNG MSHV: 10400156 Tp.HCM, 2011 Trang 0/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC I Tính chất đặc trưng dầu thô parafin I.1 Nhiêt độ đông đặc I.2 Độ nhớt I.3 Xác định hàm lượng parafin rắn I.4 Xác định hàm lượng chất nhựa, asphalten II Một số phương pháp chống lắng đọng parafin khai thác dầu mỏ giới II.1 Phương pháp sơn phủ đường ống II.2 Phương pháp nhiệt II.3 Phương pháp điện trường .7 II.4 Phương pháp tẩy rửa parafin thiết bị đường ống II.5 Phương pháp gia nhiệt dầu thô dùng phụ gia III Giải thích chế lắng đọng parafin .9 III.1 Sự ảnh hưởng hệ đa phân tán .10 III.2 Ảnh hưởng chất keo tụ 11 Hình 1: Lắng đọng keo tụ phân tử nặng dầu 11 III.3 Hiệu ứng điện động học 11 III.4 Cơ chế khuếch tán phân tử 12 III.5 Cơ chế phân tán trượt 14 IV Tác động phụ gia chống lắng đọng parafin .16 V Tính chất số phụ gia ức chế lắng đọng parafin 18 VI Khảo sát tác dụng phụ gia đến nhiệt độ đông đặc độ nhớt dầu thô 19 VI.1 Tính chất dầu thơ thử nghiệm .19 VI.2 Tác động phụ gia đến nhiệt độ đông đặc dầu thô 19 VI.1 Tác động phụ gia đến độ nhớt dầu thô 20 VII Kết luận 20 Trang 1/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com I Tính chất đặc trưng dầu thô parafin Trong khai thác dầu mỏ, mỏ vỉa dầu khơng cịn đủ áp suất tự phun, người ta phải áp dụng công nghệ bơm ép nước, bơm ép phụ gia hóa phẩm để tăng cường hệ số thu hồi dầu, tác động hóa học đến vỉa dầu, theo thời gian khai thác mỏ, tính chất dầu thơ thay đổi Hiện giới sản lượng khai thác dầu thơ ngày cạn dần, dầu thơ có thành phần hydrocacbon nặng khai thác nhiều so với loại dầu nhẹ Việc khai thác xử lý vận chuyển dầu thơ nhiều parafin ln vấn đề khó khăn phức tạp khu vực khai thác dầu, khu vực xa đất liền, mức nước biển sâu khí hậu lạnh Phân tích tính chất dầu thô thành phần parafin lắng đọng cần thiết cho việc lựa chọn phụ gia xử lý vận chuyển dầu Dầu thô phân loại theo nhiều cách khác Phân loại dầu thô theo tỷ trọng: - Dầu nhẹ d60/60oF < 0,830 - Dầu nhẹ 0,830 – 0,850 - Dầu nặng 0,850 – 0,865 - Dầu nặng 0,865 – 0,905 - Dầu nặng > 0,905 Phân loại theo hàm lượng lưu huỳnh - Dầu thơ lưu huỳnh có hàm lượng lưu huỳnh 0,5 Phân loại theo hàm lượng parafin rắn - Dầu thơ parafin có hàm lượng parafin rắn 7%kl Đặc trưng dầu thô Việt Nam loại dầu thô nhiều parafin nhiệt độ đông đặc dầu cao, để khảo sát tính lưu biến dầu thơ cần phải phân tích tiêu sau đây: I.1 Nhiêt độ đông đặc Nhiệt độ đông đặc dầu thô thông số quan trọng việc vận chuyển dầu thô Điểm đơng đặc có quan hệ tới nhiệt độ mà dầu thơ tạo gel kết tinh parafin Khác với nhiệt độ đông đặc chất tinh khiết, nhiệt độ đông đặc dầu thô parafin phụ thuộc nhiều vào trình gia nhiệt áp dụng trước q trình đo Các tinh thể parafin kết tinh thường có hình dạng mỏng, hình kim, sau chúng kết tinh tạo thành khối rắn mạng không gian ba chiều xen cài cấu trúc chất nhựa – asphanten Nhiệt độ đông đặc phụ thuộc vào tốc độ gia nhiệt tốc độ làm lạnh người ta phải khảo sát hai trạng thái đo điểm đơng đo điểm đông đặc cực đại điểm đông đặc cực tiểu Nhiệt độ đông đặc cực tiểu: Dầu thô sử lý nhiệt khoảng 80-95oCđể cho tan hết tinh thể parafin, nhiệt độ gọi nhiệt độ hòa tan parafin tới hạn Sự tạo mầm kết tinh bắt đầu phân tử mạch dài, mạng tinh thể parafin tạo thành từ từ phát triển chậm Khi nhiệt độ đạt cân nhiệt động dâu thơ đơng đặc hồn tồn; Nhiệt độ đông đặc cực đại: Gia nhiệt dầu thô khoảng 45-50oC Ở nhiệt độ parafin rắn chưa tan hết, tâm kết tinh ban đầu lớn giảm nhiệt độ phát triển tâm kết tinh nhanh hơn, dầu đông đặc nhanh I.2 Độ nhớt Khác với chất lỏng khác, tính chất nhớt dầu thơ xem tính chất hệ keo phân tán, điều kiện xác định có xu hướng tạo cấu Trang 3/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trúc thể tích Tính chất nhớt dầu thơ phụ thuộc vào nhiệt độ, hàm lượng parafin rắn, chất nhựa – asphalten phụ thuộc vào trạng thái phân tán chúng dầu Yếu tố làm thay đổi đột ngột độ nhớt dầu thô nhiệt độ áp suất (đối với dầu thơ chứa khí), độ phân tán hạt nước tạo nhũ dầu Ở nhiệt độ cao nhiệt độ vẩn đục dầu thơ, timh tểh parafin hịa tan tạo thành dung dịch đồng nhất, độ nhớt dầu thô không thay đổi theo gradient tốc độ khuất trộn, tính chất lưu biến dầu thơ tính chất chất lòng Newton Ngược lại đo độ nhớt nhiệt độ đông đặc dầu thô tinh thể parafin tạo gel dạng huyền phù sền sệt sau đơng đặc dần Tính chất dầu thơ tính chất chất lỏng phi Newton Cần phải tác động lực bên lớn ứng lực tĩnh phân tử dầu thơ chuyển động Độ nhớt phụ thuộc vào tốc độ khuấy trộn, lực đưa vào lớn mạng tinh thể parafin dễ bị phá vỡ dịch chuyển Người ta sử dụng loại nhớt kế kiểu rôto để đo độ nhớt dầu thô gần điểm đông đặc I.3 Xác định hàm lượng parafin rắn Dầu thô sau tách loại loại chất nhựa, aspahnten dung môi ete dầu mỏ oxyt nhơm, silicagen, phần cịn lại kết tinh nhiệt độ -21oC để xác định hàm lượng parafin rắn Các dầu thơ có hàm lượng parafin rắn gần giống khác phân bố cấu tử hàm lượng chúng dầu thơ nên dầu thơ có khác tính chất Trạng thái kết tinh tinh thể parafin phụ thuộc vào điều kiện làm lạnh tỷ lệ dung mơi pha lỗng Bằng phương pháp phân tích sắc ký nhiệt độ cao xác định phân bố nparafin dầu thơ mẫu lắng đọng, biết nhiệt độ nóng chảy parafin để gia nhiệt dầu thơ cho thích hợp Trang 4/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com I.4 Xác định hàm lượng chất nhựa, asphalten Nhựa asphalten hai thành phần có cấu thành khác nhau, asphalten chứa hầu hết hợp chất vơ có dầu, mang tính phân cực có khả hoạt động bề mặt Asphalten mixen keo, có cấu tạo hình cầu, nhóm phân cực hướng vào tâm mixen, cịn nhóm hydrocacbon khơng phân cực hướng ngồi, asphalten có khả phân tán đa dạng tái phân tán, phân tử slovat hóa hydrocacbon thơm napten Nhựa có tính chất kiềm trung tính, dầu thơ có hàm lượng nhựa lớn làm tăng độ nhớt tính bám dính lên đất đá có tính axit Vì người ta dùng phụ gia làm giảm khả bám dính dầu lớp đá chứa để tăng hệ số thu hồi dầu… Bằng phương pháp siêu lọc, chất nhựa asphalten tách khỏi dầu phân tích cấu trúc nhóm cho thấy nhựa asphalten hợp chất đa vòng thơm ngưng tụ có cấu trúc phức tạp Trong q trình vận chuyển, dầu thơ có lẫn nước, nhựa asphalten thành phần có khả ổn định nhũ nước dầu Bảng 01: Tính chất lý hóa asphalten – nhựa Tính chất Aspahlten Nhựa Màu sắc Đen, nâu đen Đỏ, nâu đỏ Phát huỳnh quang Không Vàng Tính tan n-heptan Khơng tan Tan Khối lượng phân tử trung 5000 – 8000 1000 – 1500 bình Lực liên kết cấu tử Lực lưỡng cực Lực phân tán phân tử Trang 5/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tính chất Aspahlten Nhựa Kích thước hạt 35 -10 mm < 10mm Độ cứng Cứng, giòn Mềm, nhờn Tính chất nóng chảy Khơng nóng chảy phân Nóng chảy hủy nhiệt trước đạt điểm nóng chảy Tính hoạt động ranh giới Hoạt động ranh giới cao, Hoạt động trung bình, dầu/nước phụ thuộc độ pH phụ thuộc vào pH Thành phần nhóm chức Chứa O, S, -OH, -COOH, Chứa Nitơ muối vô hữu Dựa vào tính khơng tan asphalten ete dầu mỏ n-heptan để tách asphalten khỏi nhựa parafin Nhựa hấp thụ silicagel, oxyt nhôm giải hấp cồn-benzen; Các chất nhựa asphalten hợp phần có cấu trúc phức tạp, ln cộng kết với parafin, lắng đọng đường ống, thiết bị tàng trữ, tạo hỗn hợp keo đặc quánh khó tẩy rửa, phải dùng dầu nóng để hịa tan tẩy rửa chúng nạo vét phương pháp học II Một số phương pháp chống lắng đọng parafin khai thác dầu mỏ giới Trong trình khái thác vận chuyển thô nhiều parafin người ta áp dụng phương pháp phòng ngừa lắng đọng parafin thiết bị khai thác, ống dẫn tàu chứa Trang 6/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com II.1 Phương pháp sơn phủ đường ống Khi chọn vật liệu sơn phủ đường ống để chống lắng đọng parafin, vật liệu bảo vệ đường ống phải có tính kết dính với parafin – nhựa – asphalten dầu thô Các vật liệu phân cực, vật liệu hữu pakelit-epocxy, nhựa epecxy, chất có tính kết dính parafin thủy tinh, nên nước người ta thường dùng ống khai thác tráng lớp bên thủy tinh Ngoài để tránh bị mài mòn, phụ gia loại đặc biệt sử dụng sau phủ thủy tinh bakelit-epocxy tráng ống hợp chất polyme để làm giảm độ bám dính parafin nhựa asphalten vào thành ống Tuy nhiên, xử lý nhiệt lớp tráng keo bền, thời gian sử dụng lớp keo tráng không lâu II.2 Phương pháp nhiệt Phương pháp nhiệt hâm nóng dầu thơ phương pháp cổ truyền thuận tiện sử dụng khu vực khai thác nào, kỹ thuật dễ thực Để ngăn ngừa parafin lắng đọng phương pháp gia nhiệt, người ta sử dụng thiết bị có cấu trúc khac là: thiết bị nung điện ngầm, lò đốt điện khí để gia nhiệt dầu thơ có nhiệt độ cáo nhiệt đơng đặc từ 20-25oC để vận chuyển ngăn ngừa lắng đọng parafin Bảo ôn đường ống, dùng dây cáp điện chạy qua ống chống để gia nhiệt ống khia thác, ngăn ngừa parafin lắng đọng trình khai thác Ở nước có khí hậu lạnh, đường ống dẫn dầu bảo ôn gia nhiệt nước nhiệt khí nóng đảm bảo cho vận chuyển dầu parafin ngăn ngừa lắng đọng parafin thành ống II.3 Phương pháp điện trường Phương pháp điện trường dùng để chống lắng đọng parafin Như biết, dầu thơ khai thác có lẫn tạp chất nước muối khoáng, ảnh hưởng từ trường, phân tử nước, muối khoáng thay đổi hướng Trang 7/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com làm thay đổi cấu trúc tinh thể parafin, giảm độ nhớt dễ khỏi bề mặt chất rắn di chuyển theo dòng dầu Mức độ tác động trường điện từ phụ thuộc vào cường độ vào cường độ hướng dòng chất lỏng tốc độ bơm dầu qua trường điện từ Thường miệng giếng khai thác, người ta đặt thử nghiệm máy phát điện từ Nguyên tắc máy cho dòng dầu qua đoạn ống làm vật liệu khơng nhiễm từ, ống có bố trí cảm ứng cho dịng điện qua cảm ứng tạo từ trường biến thiên làm cho dầu nhiễm từ dẫn đến làm thay đổi cấu trúc tinh thể parafin, ngăn ngừa lắng đọng parafin ống khai thác Ở nước khoan khai thác dầu thơ parafin có độ ngập nước cao, người ta xử lý lắng đọng parafin trường điện từ cách thả cáp phát từ xuống vùng có lắng đọng parafin độ sâu vỉa sản phẩm Phương pháp thường áp dụng kết hợp với phương án khác II.4 Phương pháp tẩy rửa parafin thiết bị đường ống Sau thời gian khai thác vận chuyển dầu thơ, cho dù có sử dụng phương pháp phụ gia hóa phẩm hay điện trường, gia nhiệt… khơng khắc phục hồn tồn lắng đọng parafin thành ống Theo định kỳ, người ta phải xử lý cách tẩy rửa đường ống Có thể sử dụng condensate vùng khai thác dầu dầu diezel, dầu hỏa, phân đoạn cất nhẹ, dầu nhẹ v.v Tiện lợi condensate khai thác giếng khí ngưng tụ gần dầu mỏ Dầu nhẹ gia nhiệt thích hợp cho chạy lưu thơng qua đường ống với tốc độ mạnh, dầu nóng làm tan hỗn hợp lắng đọng dòng chất lỏng chảy Nhược điểm phương pháp tẩy rửa phải ngừng hoạt động khai thác Phương pháp tẩy rửa học: Bằng thiết bị chuyên dụng vịng nạo bi, người ta gắn cần đẩy vòng nạo trình hoạt động vịng nạo làm ln parafin lắng đọng thành ống khai thác Trang 8/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com II.5 Phương pháp gia nhiệt dầu thô dùng phụ gia Phương pháp ứng dụng rộng rãi có hiệu Trong việc sử dụng phụ gia hóa chất giải cách tổng hợp nhiệm vụ chống lắng đọng parafin, chống ăn mòn, chống lắng đọng muối tác động vùng đáy giếng khoan vỉa dầu để tăng cường hệ số thu hồi dầu Chỉ cần lượng phụ gia cho vào dịng dầu làm thay đổi chất ranh giới dầu-nước, thay đổi mạng tinh thể parafin, giảm điểm đông, giảm độ nhớt… cải thiện tính lưu biến dầu thơ Cơng nghệ sử dụng phụ gia hóa phẩm đơn giản so với cơng nghệ khác, đảm bảo an tồn cho thiết bị đường ống từ miệng giếng khoan khai thác đến tàu chứa nhà máy chế biến Cho đến loại phụ gia hóa phẩm sử dụng công nghiệp khai thác dầu mỏ nghiên cứu cải tiến có nhiều loại phụ gia tác động có hiệu kinh tế cao Tùy thuộc vào chất loại dầu thô, điều kiện vận chuyển khai thác mà người ta chọn lựa phụ gia có hiệu Trong điều kiện khảo sát phịng thí nghiệm ln cho thấy chưa có loại phụ gia sử dụng cho tất loại dầu Do đó, việc khảo sát lựa chọn phụ gia công việc tiến hành thường xuyên Để cải thiện tính lưu biến dầu thô, số tiêu quan trọng cần đo độ nhớt, điểm chảy, hàm lượng chất nhựaasphalten-parafin yếu tố ảnh hưởng nhiệt độ, hàm lượng phụ gia… III Giải thích chế lắng đọng parafin Gần nhà nghiên cứu hóa học dầu mỏ đưa khái niệm gọi hỗn hợp chất nhựa-asphalten-parafin có dầu thơ “hệ heo” Trong trình khai thác, vận chuyển, tàng trữ, có thay đổi nhiệt độ, áp suất, tốc độ dòng chảy pha trộn loại dầu thô làm thay đổ trạng thái cân động học dầu thơ xảy tượng lắng đọng “hệ keo” thành đường ống thiết bị, tàu chứa Để giải thích chế lắng đọng parafin Trang 9/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com người ta đưa nhiều cách giải thích mà chủ yếu dựa thuyết phân tử, thuyết đa phân tán dung dịch keo polyme, trình động học, điện độn tượng vận chuyển, dựa vào chất loại dầu thô, tỷ lệ phân bố hydrocacbon hợp phần dầu nặng mà người ta xét ảnh hường chúng đến trình lắng đọng hệ keo III.1 Sự ảnh hưởng hệ đa phân tán Độ phân tán hợp phần nặng asphalten-nhựa, phụ thuộc vào thành phần hóa học dầu thơ - Tỷ lệ phân tử phân cực/không phân cực; - Hydrocacbon nhẹ/Hydrocacbon nặng; - Các hạt keo phân tán dầu; - Các hạt nước phân tán dầu có ảnh hưởng đến độ bền nhũ nước dầu, chất có cấu tạo phân tử lưỡng cực hấp phụ lên ranh giới dầu nước tạo màng bảo vệ bền học Những yếu tố ảnh hưởng đến độ ổn định hệ đa phân tán cân hệ Khi cân hệ có thay đổi làm cân xảy tượng lắng đọng chất parafin, nhựa, asphalten, nước phân tử muối khống… Các cấu tử nặng tách từ hỗn hợp dầu thô thành mixen keo tạo mầm kết tinh theo phân tử parafin Parafin hợp phần khơng phân cực có khả hịa tan dầu thơ có hàm lượng hydrocacbon nhẹ có tính aromat độ hịa tan parafin cao hơn, giảm nhiệt độ kết tinh Do cần phải sử dụng phụ gia phá nhũ tách nước phụ gia chống lắng đọng parafin kết hợp trình vận chuyển Trang 10/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com III.2 Ảnh hưởng chất keo tụ Các hợp phần nặng dầu thơ, asphalten phân tử có cấu trúc phức tạp, có nhóm phân cực mang tính axit, chúng khơng hịa tan hydrocacbon parafin phân tán dầu thơ có kích thước hạt nhỏ Các chất hấp phụ lên bề mặt parafin tạo thành lớp vỏ solvat hóa kết tụ thành cụm thay đổi cân pha nhiệt độ áp suất thay đổi trình vận chuyển khai thác dầu thô Asphalten cấu tử có tính hoạt động bề mặt có khả ổn định bền nhũ nước dầu Dầu thơ có lẫn nước độ bền nhũ cao hơn, khó phá hàm lượng asphalten nhựa dầu cao Khi thay đổi nồng độ tác nhân petit hóa hàm lượng nhựa dầu thô gây tượng hấp phụ bề mặt parafin phân tử nặng thay đổi cấu trúc bề mặt, chúng kết cụm keo tự thành hạt kích thước lớn làm tăng tính lưu biến dầu thơ Hình 1: Lắng đọng keo tụ phân tử nặng dầu III.3 Hiệu ứng điện động học Khi dịng chảy đường ống có va chạm phân tử, hạt tạo khả mang điện khác làm thay đổi điện tích, ngun nhân làm cho hạt keo tích tụ lại sa lắng xuống thành đường ống Các yếu tố Trang 11/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ảnh hưởng đến hiệu ứng đặc tính điện nhiệt ống dẫn, chế độ dịng, tính chất hợp phần phân cực có dầu Hình 2: Sự lắng đọng điện động học đường ống III.4 Cơ chế khuếch tán phân tử Khi vận chuyển dầu thô, thay đổi chênh lệch nhiệt độ mơi trường bên ngồi đường ống với nhiệt độ dòng dầu bên ống, nhiệt độ bên ngồi thấp xảy tượng lắng đọng parafin lên thành ống khuếch tán phân tử tác động nagy nhiệt độ thành ống đạt điểm xuất parafin Đầu tiên tinh thể parafin có nhiệt độ nóng chảy cao tách trước bị kết tinh Sự sa lắng làm thay đổi nồng độ parafin hòa tan tâm dòng chảy với parafin thành ống Khi parafin sa lắng làm cho bề mặt thành ống xù xì, thô ráp tạo mầm kết tinh cho phân tử sa lắng Tốc độ phân tán parafin đến thành ống Fick đưa theo phương trình sau: Trong đó: n   xDx dC dC dT   xDx x (1) dr dT dr N: Khối lượng phân tử parafin hòa tan đến thành ống (kg/s.m2) : Khối lượng riêng parafin rắn (kg/cm3) D: Hệ số khuếch tán phân tử parafin Trang 12/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dC : Gradient nồng độ parafin hòa tan tới thành ống, liên quan đến khoảng dr cách dC : Gradient nồng độ parafin hòa tan lien quan tới nhiệt độ dT dT : Gradient nhiệt độ xuyên tâm gần thành ống dr Kết thực nghiệm cho thấy: hệ số khuếch tán dầu thô tỷ lệ nghịch với độ nhớt động lực học: D B (2)  Trong B-Hằng số với loại dầu thơ µ: Độ nhớt động lực học (Ns/m2) Trên điểm xuất parafin rắn, dầu thơ khơng bão hịa parafin rắn gradient nồng độ parafin rắn hòa tan Khi nhiệt độ giảm, dầu thô gần thành ống trở nên bão hòa parafin rắn hòa tan garadient nồng độ đạt đến giới hạn giá trị thấp đạt cực đại, giá trị gọi hệ số hòa tan Hệ số khuếch tán gradient nhiệt độ xuyên tâm giảm nhiệt độ dầu thô đường ống giảm Do tốc độ lắng đọng parafin rắn tăng cực đại điểm xuất parafin sau giảm dần nhiệt độ dầu thơ đường ống đạt đến nhiệt độ môi trường bên Nếu trường hợp nhiệt độ thành ống cao nhiệt độ dịng dầu tượng khuếch tán phân tử ngược lại vào dòng dầu Trong trường hợp sa lắng parafin khuếch tán không đáng kể Trang 13/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com III.5 Cơ chế phân tán trượt Khi vận chuyển dầu thô, giảm nhiệt độ, phân tử parafin tách lơ lửng có xu hướng chuyển động theo dòng chất lỏng xung quanh Các chất lỏng gần thành ống gây trượt phân tử, hạt tinh thể Ngoài tượng khuếch tán phân tử cịn có tượng phân tán trượt parafin từ lõi chảy rối sa lắng xuống thành ống nơi có phân tử parafin sa lắng trước khuếch tán phân tử Lắng đọng parafin phân tán trượt bền lắng đọng parafin khuếch tán phân tử Khi tăng tốc độ dòng chảy làm tăng ứng suất trượt tốc độ trượt Thực tế vận chuyển dầu thô lắng đọng parafin chế tổ hợp khuếch tán phân tử, phân tán trượt, keo tụ hiệu ứng điện động học Khi xử lý dầu thô, cần xem xét nhiệt độ gia nhiệt Cần phải gia nhiệt cho dầu thơ đến nhiệt độ thích hợp, hạn chế tạo mầm kết tinh lớn parafin chất nhựa, asphalten Có thể áp dụng phương pháp phịng thí nghiệm dự đoán khuynh hướng lắng đọng parafin phương pháp “ngón lạnh” khảo sát phụ gia ức chế lắng đọng parafin Ở điều kiện phịng thí nghiệm khảo sát lắng đọng parafin dụng cụ ngón tay lạnh Theo thuyết khuếch tán phân tử, tốc độ lắng đọng parafin dầu thơ ổn định tính theo cơng thức:  dC   dT  n s  s xDs x   x  (3)  dT s  dr r  dT    : Là gradient nồng độ từ tâm chất lỏng đến bề mặt phẳng “ngón  dr  lạnh” (chữ s ký hiệu cho dầu thô ổn định) Gần bề mặt phẳng, nhiệt truyền theo đường dẫn nhiệt gradient nhiệt độ là: Trang 14/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com H  dT  (4)     dr s K s A H: tổng nhiệt truyền từ phẳng đến dầu thơ buồng thử (tính Watt) Ks: hệ số dẫn nhiệt dầu thô, w/moC A: vùng bề mặt lắng đọng parafin, (m2) Từ phương trình (2), (3) (4) tính tổng lượng lắng đọng parafin phẳng ms = ns A ms  s x B s  dC  H x (5)  x  dT s K s Từ phương trình tính tốn phịng thí nghiệm tính tương ứng cho lắng đọng đường ống n p  p x B p H  dC  x x (6)   dT p K p Giả thiết tính chất vật lý hai loại dầu thơ(dầu ổn định phịng thí nghiệm dầu đường ống) giống trừ yếu tố độ nhớt Khối lượng riêng s=p So sánh cách tương đối khối lượng parafin tính tốn từ phương trình (5), (6): n p  Ks x m s s x H p  dT  x  (7)  dr p Phương trình (7) biểu thị mối liên hệ khối lượng parafin lắng đọng tron đường ống với lượng parafin khuếch tán buồng thử ngón lạnh Tuy nhiên khối lượng đo phịng thí nghiệm (ms) tốc độ lắng đọng parafin toàn (parafin rắn + dầu) chứa thành phần chất lắng đọng đường ống Trang 15/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com (np) thu thay ms=Ms Có thể tính chiều dày tích tụ khối lắng đọng parafin thành ống sau:  Np d  K s M s s  dT  x x x (8)  d H  p  dr  p : tốc độ bồi tích theo chiều dày chất lắng đọng thành đường ống (m/s); Np: khối lượng chất lắng đọng thành đường ống; Ms: tốc độ tích tụ tồn chất lắng đọng phẳng ngón lạnh, kg/s; d: khối lượng riêng chất lắng đọng, kg/m3; Để thuận tiện coi hàm số nhờ đo hàm số M s s x khuynh hướng lắng đọng parafin, H p Ms nhiệt độ phẳng ngón lạnh buồng thử ngón lạnh Tốc H độ lắng đọng parafin tăng giảm chênh lệch nhiệt độ dầu thử nghiệm buồng thử với nhiệt độ ngón lạnh IV Tác động phụ gia chống lắng đọng parafin Các phụ gia chống lắng đọng parafin sử dụng khai thác vận chuyển dầu thô thường phụ gia giảm điểm đông, phụ gia giảm độ nhớt chất hoạt động bề mặt tách nhũ khác…, phụ gia sản xuất có gốc polyetylene, polyisobutylene, polyacrylamit, polyacrylat, polyeste, cetylpalmit, lorylpalmit… Trong dầu thơ có hợp phần nhựa-asphanten chất đa vịng thơm có mạch nhánh hydrocacbon, chúng có khả phân tán hấp phụ xen cài lên tinh thể parafin Tinh thể parafin có lớp solvat hóa, cho phụ gia phân tán vào dầu thơ chúng có tác dụng làm thay đổi lớp vỏ solvat hóa parafin tạo cấu trúc nhiệt độ thấp Các phụ gia có khả đồng kết tinh, làm biến Trang 16/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com dạng cấu trúc parafin làm trì hỗn phát triển mầm kết tinh thành mạng tinh thể lớn Sự kết tinh parafin theo hướng kết cụm, chùm nhóm riêng biệt tạo thuận lợi cho việc di chuyển dòng dầu Hiệu tác động phụ gia phụ thuộc nhiều vào yếu tố gia nhiệt dầu thô tốc độ khuấy trộn pha phụ gia, phụ gia có tác dụng khác tùy thuộc chất dầu thô, phụ gia có hiệu dụng cho loại dầu thơ lại khơng có hiệu dụng cho dầu thơ khác Do việc khảo sát nhiệt độ, hàm lượng phụ gia cần thiết để lựa chọn loại phụ gia có hiệu kinh tế Bằng phương pháp kính hiển vi điện tử, người ta quan sát trạng thái kết tinh parafin Hình 3: Sự kết tinh parafin dầu thơ khơng có phụ gia Trang 17/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 4: Sự kết tinh parafin dầu thơ có phụ gia V Tính chất số phụ gia ức chế lắng đọng parafin Hiện phụ gia nói chung dùng cho khai thác vạn chuyển dầu thơ phải nhập từ nước ngồi Cơng nghệ sản xuất phụ gia đơn pha chế khác cho nhiều chủng loại Để nâng cao hiệu kinh tế phụ gia, việc khảo sát, lựa chọn thơng số kỹ thuật cho thích hợp với loại dầu thơ cần thiết Bảng 2: Tính chất số phụ gia Phụ gia Khối lượng Nhiệt độ riêng, đông đặc, g/cm o Sepaflus 3363 0,860 21 Sepaflus 3266 0,860 22 ES 3425 0,860 26 C Độ nhớt cSt Dung mơi 30oC/40oC 60oC hịa tan 111@40oC 69 Toluen 70 Toluen 60@40oC Xylen Trang 18/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phụ gia Khối lượng Nhiệt độ SAP 905 0,865 21 40@40oC 29 Xylen Shellswim 5X 0,870 24 130@40oC 108 Toluen 0,870 18 110@40oC 92 Xylen AP 1804 0,870 19 14@30oC Xylen KT1 0,860 19 65@30oC Xylen KT4 0,866 22 67@30oC Xylen EK1 0,860 20 55@40oC Xylen Shellswim 11T Độ nhớt cSt Dung môi VI Khảo sát tác dụng phụ gia đến nhiệt độ đơng đặc độ nhớt dầu thơ VI.1 Tính chất dầu thô thử nghiệm Stt 10 11 12 13 Tính chất Khối lượng riêng 15oC, g/ml Nhiệt độ đông đặc, oC Hàm lượng parafin, %kl Hàm lượng nhựa, %kl Hàm lượng asphalten, 5kl Độ nhớt @50oC, cst @70oC, cSt Trọng lượng phân tử Hàm lượng lưu huỳnh, %kl Hàm lượng nitơ, %kl Hàm lượng tạp chất, %kl Hàm lượng nước, %tt Hàm lượng muối mgNaCl/kg Chỉ số axit, mgKOH/g Giá trị 0,8252 34 25,50 3,32 0,60 6,33 3,82 250,6 0,03 0,04 0,012 0,4 78,5 0,031 VI.2 Tác động phụ gia đến nhiệt độ đông đặc dầu thô - Gia nhiệt dầu thô phụ gia 60oC - Khuấy trộn với tốc độ 1.500 vòng/phút - Xác định nhiệt độ đông đặc theo tiêu chuẩn ASTM D97 Trang 19/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phụ gia Sepaflux 3363 Shellswim 5X KT4 Sepaflux 3363 + Shellswim 5X (50/50) Nhiệt độ đông đặc theo hàm lượng phụ gia, oC ppm 700 ppm 1.000 ppm 1.200 ppm 1.500 ppm 34 32 24 23 22 34 33 25 24 22 34 32 27 26 23 34 32 25 24 22 VI.1 Tác động phụ gia đến độ nhớt dầu thô Độ nhớt @28oC, cP Phụ gia ppm 700 ppm 1.000 ppm Sepaflux 3363 710 210 140 Shellswim 5X 710 280 165 KT4 710 340 310 Sepaflux 3363 + Shellswim 710 255 230 5X (50/50) 1.500 ppm 63 80 150 110 Phụ gia Sepaflux 3363 có tác dụng giảm độ nhớt dầu thơ tốt so với phụ gia xem xét VII Kết luận Lắng đọng parafin thành ống khai thác, thiết bị thu gom đường ống vận chuyển nhiều khó khăn phức tạp cho việc bảo vệ an tồn đường ống, thiết bị bảo đảm kế hoạch khai thác phải tạm ngừng khai thác để tẩy rửa đường ống xử lý parafin lắng đọng Do đó, để ngăn ngừa lắng đọng parafin, việc áp dụng kết hợp phương pháp gia nhiệt dầu thô sử dụng phụ gia giảm điểm đông Các phụ gia Vietsovpetro nhập từ nước Đức, Hà Lan, Pháp, Mỹ… Ngoài việc ngăn ngừa lắng đọng parafin phụ gia, người ta phải kết hợp với phương pháp tẩy rửa đường ống Các ống khai thác có lắng đọng parafin Trang 20/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhiệt độ nóng chảy cao, việc gia nhiệt ống gặp nhiều khó khăn, phải dùng vòng nạo để nạo parafin lắng đọng theo thời gian định kỳ Dùng dầu diesel condensate nóng cho lưu thông ống để tẩy rửa parafin, đoạn ống có lưu lượng bơm thấp nhanh tạo lắng đọng, co thể dùng hỗn hợp nước thêm vào dầu vận chuyển với tốc độ lớn để tẩy rửa lắng đọng, nhiên lại phải tốn cho tách loại nước Phụ gia luôn thay đổi theo công nghệ sản xuất đơn pha chế khác cho loại dầu thơ, cần phải kiểm tra lựa chọn trước sử dụng Trang 21/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tài liệu tham khảo Tạp chí dầu khí 4-1986 G.Ali Mansoori – Thermodynamics Research Laboratory-University of Illinois-Chicago USA (1997) Peter.A.Bern, Vincentr.Winthers and Roger J.R Cains Wax deposition in crude oil pipelines Trang 22/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... phụ thuộc nhiều vào yếu tố gia nhiệt dầu thô tốc độ khuấy trộn pha phụ gia, phụ gia có tác dụng khác tùy thuộc chất dầu thơ, phụ gia có hiệu dụng cho loại dầu thơ lại khơng có hiệu dụng cho dầu. .. lạnh Tốc H độ lắng đọng parafin tăng giảm chênh lệch nhiệt độ dầu thử nghiệm buồng thử với nhiệt độ ngón lạnh IV Tác động phụ gia chống lắng đọng parafin Các phụ gia chống lắng đọng parafin sử dụng... có phụ gia Trang 17/22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 4: Sự kết tinh parafin dầu thơ có phụ gia V Tính chất số phụ gia ức chế lắng đọng parafin Hiện phụ gia nói