DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM HỆ HÓA PHẨM ỨC CHẾ LẮNG ĐỌNG MUỐI VÔ CƠ Lời mở đầu Báo cáo “Nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm nhằm nâng cao khả năng phòng ngừa kết tủa[.]
DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM HỆ HÓA PHẨM ỨC CHẾ LẮNG ĐỌNG MUỐI VÔ CƠ Lời mở đầu Báo cáo “Nghiên cứu chế tạo hệ hóa phẩm nhằm nâng cao khả phòng ngừa kết tủa thứ cấp xử lý vùng cận đáy giếng” nằm khuôn khổ Hợp đồng thực đề tài khoa học công nghệ cấp Bộ số: 163.2018.ĐT/HĐ-KHCN ký ngày 15 tháng năm 2018 Bộ Công Thương Chi nhánh Tổng công ty Dung dịch khoan Hóa phẩm Dầu khí-CTCPTrung tâm nghiên cứu ứng dụng Dịch vụ kỹ thuật (DMC-RT), Chi nhánh Tổng cơng ty Hóa chất Dịch vụ Dầu khí-CTCP-Trung tâm nghiên cứu ứng dụng Dịch vụ kỹ thuật (PVChem-RT) Hiện tượng kết tủa thứ cấp sản phẩm không mong muốn, vốn vấn đề nan giải xử lý vùng cận đáy giếng nói chung, trở nên ngày nan giải mỏ Bạch Hổ Rồng Vietsovpetro Chính ngun nhân muốn góp phần giải vấn đề thực tế Vietsovpetro, đề tài đưa vấn đề nghiên cứu thiết lập tổ hợp hóa phẩm dùng nâng cao khả phòng ngừa kết tủa thứ cấp hệ hóa phẩm xử lý vùng cận đáy giếng cho giếng có điều kiện nhiệt độ cao, chứa nhiều loại khống sét nhạy cảm Báo cáo trình bày kết nghiên cứu tổng quan tượng kết tủa thứ cấp công tác xử lý vùng cận đáy giếng nhằm nâng cao hiệu khai thác dầu, đồng thời trình bày giải pháp cơng nghệ, hóa phẩm sử dụng giới Việt Nam để ngăn ngừa tượng kết tủa thứ cấp Các kết nghiên cứu Đề tài chế tạo hệ hóa phẩm chống kết tủa thứ cấp, có khả cao việc ngăn ngừa kết tủa thứ cấp sở hợp chất Al3+, Fe3+, Si4+ trình sử dụng hệ axit hữu để xử lý vùng cận đáy giếng áp dụng cho giếng có điều kiện nhiệt độ cao, chứa nhiều loại khoáng sét nhạy cảm Nội dung báo cáo trình bày 03 Chương, cụ thể sau: Chương I: Nghiên cúu tổng quan tượng kết tủa thứ cấp xử lý vùng cận đáy giếng giải pháp phòng ngừa; Chương II: Nguyên liệu, hóa chất phương pháp, thiết bị dùng nghiên cứu; Chương III: Kết nghiên cứu chế tạo hóa phẩm nhằm nâng cao khả phịng ngừa kết tủa thứ cấp xử lý vùng cận đáy giếng Nhân dịp thực nghiên cứu này, Nhóm tác giả xin cảm ơn quan tâm tạo điều kiện Bộ Công thương, lãnh đạo tập thể cán Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng dịch vụ kỹ thuật (PVChem-RT); hợp tác, góp ý nhà khoa học bạn bè đồng nghiệp Chương NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤT ỨC CHẾ SA LẮNG MUỐI VÀ CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG NGÀNH KHAI THÁC DẦU KHÍ 1.1 Phương pháp xử lý ức chế hình thành tích tụ lắng đọng muối vô cần khai thác Trong khai thác dầu khí, để khắc phục tượng kết tinh muối vơ hình thành lắng đọng, người ta sử dụng hai nhóm giải pháp sử dụng thiết bị phát từ trường giải pháp dùng chất ức chế lắng đọng muối Các nghiên cứu cho thấy, từ trường tác động tới trình tạo mầm kết tinh, trình lớn lên tinh thể đặc tính liên kết tinh thể muối Hiệu ứng cuối tác động từ trường muối tạo pha nước dòng lưu thể khai thác phân bố đồng pha nước, chuyển động lên bề mặt bám vào thành ống gây tích tụ Thực tế ứng dụng từ trường số mỏ giới cho thấy, tượng tích tụ muối giếng giảm rõ rệt Tuy nhiên, phương pháp xử lý ức chế hình thành tích tụ lắng đọng muối vơ cần khai thác có hiệu hơn, đơn giản sử dụng chất ức chế lắng đọng muối khác Chất ức chế lắng đọng muối gồm tập hợp đa dạng nhóm chất phù hợp với điều kiện địa chất giếng khoan định Dưới trình bày phân loại, chế hoạt động yêu cầu đặt chất ức chế lắng đọng muối 1.1.1 Cơ chế tác dụng chất ức chế lắng đọng muối vô Chất ức chế lắng đọng muối chất có khả ức chế trình hình thành tích tụ, lắng đọng muối vơ từ thay đổi ngưỡng bão hòa muối hệ dung dịch định, tới trình tạo mầm kết tinh, trình phát triển lớn lên tinh thể, q trình tích tụ để tạo lắng đọng Chất ức chế lắng đọng muối đa dạng phong phú chất tác động tới nhiều trình chuỗi trình dẫn tới hình thành lắng đọng Chất ức chế lắng đọng muối phân biệt theo hai dấu hiệu chính: chế hoạt động chất hóa học Căn vào chế hoạt động, chất ức chế lắng đọng muối chia thành ba nhóm sau: 1) Nhóm chất ức chế hoạt động theo chế chelate - chất có khả liên kết với ion tạo muối (Ca2+, Mg2+, Ba2+, Sr2+…) ngăn ngừa chúng tác dụng với anion tạo muối (CO22-, SO42-) Đại diện phổ biến số hợp chất chelate dùng làm chất ức chế lắng đọng muối đưa bảng Bảng Một số hợp chất chelat dùng làm chất ức chế lắng đọng muối T Cơng thức hóa học Tên hóa học T ký hiệu viết tắt Amino tri(metylenphosphonic acid) C3H12NO9P3 (ATMP; ATMPA) CAS No.: 6419-19-8 1-Hydroxyethylidene-1,1-Diphosphonic Acid Các tên khác - 1-Hydroxyethylidene diphosphonic Acid; - Etidronic acid; - 1-Hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid Ethylene Diamine Tetra(Methylene Phosphonic Acid) Penta Sodium Salt Các tên khác - Sodium EDTMP; - Pentasodium EDTMP; Na5EDTMP; - EDTMPS Diethylene Triamine Penta(methylene phosphonic acid) C2H8O7P2 ( HEDP ; HEDPA) CAS No.:2809-21-4 C6H12N2O12-P2Na8 (Sodium EDTMP; Pentasodium-EDTMP; Sodium-Na5- EDTMP) CAS No.: 1429-50-1 C9H28N3O15P5 CAS No 15827-60-8 DTPMPA (Dequest 2060) 2) Nhóm chất ức chế hoạt động theo chế cản trở hình thành mầm kết tinh lớn lên tinh thể muối Các chất ức chế có khả hấp phụ lên tâm hoạt tính tinh thể, phá vỡ ổn định nhiệt trình phát triển tinh thể Sự thu nhiệt chất ức chế hấp phụ làm cho mầm tinh thể tan Đại diện tiêu biểu nhóm chất polymer như: + Polyacrylamide + Polyacrylamide thủy phân Các chất hấp phụ, bao phủ bề mặt mầm kết tinh tinh thể khơng cho chúng phát triển Hình 1a minh họa chế hấp phụ chất ức chế lên bề mặt vi mầm kết tinh làm chúng phân tán, tức cản trở chúng tụ lại thành mầm kết tinh Hình 1b minh họa chế hấp phụ chất ức chế lên bề mặt tinh thể hạn chế phát triển lớn lên Cũng theo chế chế cản trở hình thành mầm kết tinh lớn lên tinh thể muối cịn có muối NH4Cl Muối thúc đẩy phân rã Ca(HCO3)2 nhiệt độ < 360C (nhiệt độ thấp nhiệt độ chuyển Ca(HCO3)2 dạng canxit khó hịa tan (45-500C)) hạn chế hình thành mầm kết tinh lớn lên tinh thể can xit (CaCO3) 3) Nhóm chất ức chế hoạt động theo chế thay đổi hình dạng tinh thể Khác với chất thuộc nhóm thứ hai vừa nêu trên, chất ức chế nhóm khơng cản trở hình thành tinh thể mà tác động đến hình dạng tinh thể Chất ức chế có tác dụng xen cài vào mạng tinh thể muối kìm hãm q trình phát triển tinh thể (tinh thể khơng đồng nhất) Sự hấp phụ không thuận nghịch chất ức chế vị trí tinh thể muối phát triển bất thường ức chế trình phát triển chúng Hình – Minh họa hấp phụ chất ức chế gây phân tán mầm kết tinh cản trở lớn lên tinh thể muối Căn vào chất hóa học, chất ức chế lắng đọng muối chia thành: + Acrylic Acid-2-Acrylamido-2-Methylpropane Sulfonic Acid Copolymer + Copolymer Of Maleic And Acylic Acid + Hydrolyzed Polymaleic Anhydride + Polycarboxylate, sodium salt + Sulphnated polyacrylic acid copolymer + Sulfonated phosphonocarboxylic acid + Polyphosphono Carboxylic acid Chất ức chế lắng đọng muối quan tâm nghiên cứu sớm nhiều hãng nhà nghiên cứu Một số nghiên cứu có liên quan tới dạng chất ức chế chế tác động chất ức chế lắng đọng muối mà đề tài nghiên cứu hướng tới tham khảo tài liệu [5, 26-35] 1.1.2 Một số chất ức chế lắng đọng muối dùng cho điều kiện nhiệt độ cao Môi trường nhiệt độ cao trở ngại lớn chất ức chế tạo muối vô Nhiệt độ cao mà đề cập tới nhiệt độ > 130 0C Một số chất bị phân hủy điều kiện môi trường nhiệt độ làm việc Một số chất khơng có tác dụng lâu khả hấp phụ lên bề mặt vật liệu mang bị giảm đáng kể khả giải hấp phụ lại tăng Một số khác tạo liên kết hóa học bền nhiệt độ cao Nhìn từ khía cạnh nhiệt độ, hợp chất hoạt động theo chế chelat nhắc tới như: Amino tri(metylenphosphonic acid)- ATMP ; 1Hydroxyethylidene-1,1-Diphosphonic Acid – HEDP ; Ethylene Diamine Tetra(Methylene Phosphonic Acid) Penta Sodium Salt, chất có độ bền nhiệt cao Để làm tăng bền nhiệt chất ức chế, người ta chế tạo hóa phẩm tổ hợp sở biến tính chất nêu Biến tính thường theo hướng tăng khả hấp phụ chất lên bề mặt đá vỉa vùng cận đáy giếng Hiệu ứng đạt thơng qua dùng chất có khả tăng tính hấp phụ hóa phẩm chính, làm bề mặt vật liệu mà chất ức chế hấp phụ lên Dưới đây, xin giới thiệu số tổ hợp tiêu biểu + Tổ hợp sở ATMP axit HCL [36]: Tổ hợp có thành phần sau: - ATMP : 4,97 – 13,57 % ; - HCL : 11,24 – 23,74 % ; - Nước : phần lại cho đủ 100% Tổ hợp chế tạo sau: Hòa ATMP vào axit, sau bổ sung nước đồng hành khai thác nước để dung dịch 1% Người ta định kỳ bơm dung dịch vào vùng cận đáy giếng khai thác Chất lỏng ép dùng dầu, nước đồng hành khai thác chứa không g/l Ca 2+ nước Khả ức chế tổ hợp đạt tới 290 ngày đêm + Tổ hợp sở ATMP, latex, chất hoạt động bề mặt [36]: Tổ hợp có thành phần sau: - ATMP : 55 – 60 % ; - Latex : – 3,5 % ; - Chất hoạt động bề mặt: 0,4 – 1,35 % ; - Dầu thô : 13,32 – 27,12 % ; - Nước : phần lại cho đủ 100% Tổ hợp chế tạo sau: tạo nhũ tương sở 7,5 – 15% latếc (latếc quy khô), 33 – 63% dầu thô, 1-3% chất hoạt động bề mặt, phần cịn lại nước (có tính đến phần nước nằm latếc) Sau bổ sung từ từ ATMP vào nhũ tương trạng thái khuấy Thực tế sử dụng cho thấy, hỗn hợp thể tính ức chế ổn định thời gian khai thác giếng + Tổ hợp sở ATMP, HCL, chất hoạt động bề mặt [36]: Tổ hợp có thành phần sau: - ATMP : – 40 % ; - HCL : 10 – 15% ; - Chất hoạt động bề mặt : 0,1 – 0,7 % ; - Chất thải q trình hydrat hóa etylene: – 25,5 % ; - Nước : phần lại cho đủ 100% + Tổ hợp sở ATMP, axit HF, chất hoạt động bề mặt [36]: Tổ hợp có thành phần sau: - ATMP : – 4% ; - Axit HF : – 5% ; - Chất hoạt động bề mặt-OP 10 : 0,1 – 0,2 % HF tác dụng với khoáng vật silicát tạo điều kiện cho ATMP hấp phụ lên bề mặt đá vỉa Chất hoạt động bề mặt giảm sức căng bề mặt thúc đẩy trình hấp phụ 1.1.3 Bản chất công nghệ ép chất ức chế vào vỉa nhằm ngăn ngừa tích tụ muối vơ cần ống khai thác Với mục tiêu ngăn ngừa kết tinh lắng đọng muối gây bít nhét kênh dẫn vỉa, người ta thường dùng giải pháp đưa chất ức chế lắng đọng muối vào thành phần nước bơm ép Giải pháp này, dùng diện rộng thời gian dài, có tác dụng tích cực tới việc ức chế hình thành tinh thể muối nước đồng hành khai thác hạn chế (ngăn ngừa) tích tụ muối cần ống khai thác Tuy nhiên, giải pháp tốn khối lượng nước bơm ép cho mỏ thường số vô lớn Giải pháp đơn giản hơn, mang tính cục ép chất ức chế vào vùng vỉa xung quanh giếng khoan (Công nghệ này, theo tiếng Anh, gọi “Squeeze Treatment”) [37-43] Bản chất công nghệ ép chất ức chế vào vỉa đưa chất ức chế vào lưu trú vỉa dạng kết tủa kênh dẫn, lỗ rỗng đá vỉa hấp phụ lên bề mặt kênh dẫn, lỗ rỗng đá vỉa Khi gặp dòng dầu chứa nước đồng hành khai thác, chất ức chế giải hấp phụ hòa tan trở lại vào nước để ức chế tượng lắng đọng muối tích tụ muối Chất ức chế tốt chất cho thời gian lưu trú vỉa đủ dài phải giải hấp phụ hòa tan trở lại kịp thời nồng độ đủ để ức chế lắng đọng muối Hàm lượng nồng độ dung dịch chất ức chế sử dụng trình bơm ép dựa vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, áp suất, Có hai dạng chất ức chế thường dùng công nghệ là: chất ức chế dạng kết tủa kênh dẫn, lỗ rỗng đá vỉa chất ức chế dạng phần hấp phụ, phần hấp thụ kênh dẫn, lỗ rỗng đá vỉa (Trường hợp xin gọi chung hấp thu đá vỉa) … Chất ức chế dạng kết tủa kênh dẫn, lỗ rỗng đá vỉa: Hình - Minh họa lưu trú dạng kết tủa đá vỉa chất ức chế Loại chất ức chế lưu trú vỉa dạng thường chất mà thân có độ tan thấp nước Ví dụ hợp chất phot-phonat hữu (ATMP, HEDP, EDTMP, DETPMP) thường lưu trú môi trường vỉa Minh họa lưu trú dạng kết tủa đá vỉa chất ức chế đưa hình Ưu điếm lưu trú dạng kết tủa hạn chế tối đa lượng chất ức chế hao hụt (do bị trơi theo dịng nước) kéo dài thời gian xử lý chất ức chế Tuy nhiên, liều lượng sử dụng chất ức chế phải điều chỉnh mức độ tối ưu để không ảnh hưởng đáng kể đến khả thấm dầu đá vỉa Theo [5] thiết kế xử lý tốt, chất ức chế dạng phot-phonat hữu cho hiệu ứng dài năm Khi sử dụng cho đá vỉa chứa nhiều cacbonat, hiệu cao Nguyên nhân việc Ca 2+ gây kết tủa mạnh chất ức chế dạng phot-phonat hữu Cũng lý này, để tăng thời gian hiệu ứng với vỉa nghèo cacbonat, người ta thường dùng giải pháp bơm trước dung dịch xử lý nước muối CaCl2 Chất ức chế dạng hấp thu kênh dẫn, lố rỗng đá vỉa: Chất ức chế dạng tương tác với bề mặt tích điện trái dấu đá vỉa (hấp phụ) hấp thụ vào mao quản đá vỉa Minh họa lưu trú dạng hấp thu đá vỉa chất ức chế lắng đọng muối đưa hình Dạng chất ức chế sử dụng tốt cho loại vỉa chứa kiểu cát kết Thời gian xử lý chất ức chế lưu trú theo chế hấp thu phụ thuộc vào đặc tính hóa học bề mặt hấp phụ, kích thước mao quản, nhiệt độ đá vỉa; pH chất ức chế …; khoảng thời gian ngắn (3 đến tháng) khả hấp phụ đá vỉa có giới hạn điều kiện vỉa, mao quản đá vỉa không thuận lợi cho hấp thụ Trong số điều kiện lý tưởng, khả hấp phụ cao đá vỉa tốc độ rửa trôi thấp (hàm lượng nước đồng hành khai thác thấp), chất ức chế có thời gian hiệu nghiệm lên tới năm Hình - Minh họa lưu trú dạng hấp phụ đá vỉa chất ức chế lắng đọng muối Cũng thuộc dạng chất ức chế với chế hấp phụ, hấp thụ có chất ức chế polyme (dạng poly-electrolyte) Tính hấp phụ mạnh polymer phụ thuộc vào loại nhóm chức phân cực polymer tính phân cực lớn khoáng vật kênh dẫn đá vỉa Các bước công nghệ ép chất ức chế vào vỉa [37] Công nghệ ép chất ức chế lắng đọng muối vào vỉa thường tiến hành theo bước với việc bơm liên tiếp 03 loại dung dịch sau: - Dung dịch bơm trước dung dịch xử lý (preflush); - Dung dịch chất ức chế xử lý (Main Fluid); - Dung dịch bơm sau dung dịch xử lý (Overflush) Người ta thường bơm chất ức chế vào giếng (hình 4) vị trí mà khoảng cách so với trung tâm giếng nhỏ feet (0,3m) thích hợp vùng có độ rộng từ 4÷12 feet (1,2÷3,7m) từ tâm giếng Tổng thể tích chất ức chế bơm vào phụ thuộc vào độ rỗng đá vỉa, chiều dày hiệu dụng vùng cận đáy giếng chiều rộng vành khăn dự định chứa chất ức chế… Hình - Vị trí dung dịch xử lý đá vỉa Các giai đoạn q trình xử lý theo cơng nghệ ép chất ức chế lắng đọng muối vào vỉa đưa hình - Giai đoạn 1: Bơm vào giếng dung dịch thứ nhất, dung dịch bơm trước dung dịch xử lý (dung dịch preflush) Dung dịch loại có pH ≤ - Giai đoạn 2: Bơm vào giếng dung dịch thứ có chứa chất ức chế (Main Injection) Thường dung dịch chất ức chế có pH khoảng từ ÷ bao gồm khoảng 0,5% ÷ 1% chất ức chế - Giai đoạn 3: Bơm vào giếng dung dịch thứ – dung dịch bơm sau dung dịch xử lý (dung dịch overflush) - Giai đoạn 4: Ngừng hoạt động giếng khoảng 24 đến 48 h - Giai đoạn 5: Gọi dòng trở lại 10