NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: “Áp dụng phương pháp tổ hợp phối trộn chọn lọc và thống kê hiện đại để xây dựng hệ chất hoạt động bề mặt tối ưu sử dụng trong bơm ép tăng cường thu hồi dầu” pptx

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: “Áp dụng phương pháp tổ hợp phối trộn chọn lọc thống kê xây dựng hệ chất hoạt động bề mặt tối ưu sử dụng bơm ép tăng cường thu hồi dầu” NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Thăm dò, Khai thác Áp dụng phương pháp tổ hợp phối trộn chọn lọc thống kê xây dựng hệ chất hoạt động bề mặt tối ưu sử dụng bơm ép tăng cường thu hồi dầu Trên sở thử nghiệm sơ chất hoạt động bề mặt (HĐBM) có tính bền nhiệt tương hợp với nước biển tốt, sức căng bề mặt liên diện (SCBMLD) thấp, trình phối trộn chọn lọc tiến hành để tìm hệ có thành phần tối ưu hỗn hợp cách sử dụng phần mềm có nhiều đặc tính ưu việt Statistica Các kết qủa thử nghiệm cho thấy, hỗn hợp chất HĐBM tối ưu có tính bền nhiệt độ tương hợp cao nước biển Đơng Nam Rồng (ĐNR) có chứa tổng hàm lượng chất rắn hòa tan (TDS) độ cứng cao Hỗn hợp chất HĐBM nồng độ 0,1% trọng lượng, giảm SCBMLD dầu nước xuống tới giá trị thấp (khoảng 0,2mN/m) Giá trị SCBMLD thay đổi khơng đáng kể suốt q trình ủ nhiệt 910C 31 ngày, điều kiện để ứng dụng vỉa ĐNR Những thử nghiệm tính hấp phụ hệ chất HĐBM tiến hành nhiệt độ tương tự sử dụng phương pháp phân tích UV để xác định hàm lượng chất HĐBM hấp phụ bề mặt đá vỉa ĐNR Từ việc thêm lượng nhỏ Ethylene Glycol Monobutyl Ether (EGBE) tác nhân thay thế, tính ổn định giá trị SCBMLD giảm hấp phụ chất HĐBM cải thiện đáng kể suốt thời gian ủ nhiệt Những kết thu cho thấy, hỗn hợp chất HĐBM ứng viên đầy hứa hẹn để sử dụng cho trình tăng cường thu hồi dầu mỏ dầu ngồi biển có nhiệt độ cao độ cứng cao Giới thiệu Nghiên cứu phương pháp nâng cao hiệu đẩy dầu nhiệm vụ quan trọng công nghiệp khai thác dầu khí, sản lượng dầu thơ giảm dần giai đoạn cuối khai thác thứ cấp Một hướng quan trọng tăng cường thu hồi dầu (TCTHD) bơm ép dung dịch có chất HĐBM để hạ thấp SCBMLD, cải thiện dính ướt nước bề mặt đá vỉa gia tăng hệ số thu hồi dầu (HSTHD) Đặc biệt, dầu mỏ móng ĐNR với hàm lượng asphaltene cao nên độ nhớt cao độ lưu động thấp, HSTHD gia tăng cách thêm chất HĐBM phù hợp vào nước bơm ép trìnhđẩy dầu Trong vỉa nứt nẻ tự nhiên, lực chủ yếu kiểm sốt dịng chảy chất lưu lực nhớt lực mao dẫn Lực nhớt tạo dòng chảy chất lưu thay nứt nẻ lớn, đó, lực mao dẫn tạo dòng chảy chất lưu vi nứt nẻ Hai lực có mối liên hệ với thông qua số mao dẫn định nghĩa tỷ số lực nhớt lực mao dẫn Chất HĐBM có tác dụng làm giảm SCBMLD nước biển dầu dư làm tăng số mao dẫn Số mao dẫn (Nc) dùng để diễn tả lực tác động lên giọt dầu bị bẫy lại lỗ xốp Nc hàm số vận tốc Darcy (ν), độ nhớt (µ) pha động sức căng bề mặt(σ) pha dầu nước Phương trình(1) diễn tả mối quan hệ vận tốc Darcy, độ nhớt, IFT so với số mao dẫn Nc Nc = ν µ/σ (1) Ở giai đoạn cuối trình bơm ép nước, số mao dẫn có giá trị khoảng 10-6 Muốn gia tăng hiệu đẩy dầu lên vài chục %, phải tăng Nc lên hai đến ba bậc lũy thừa SCBMLD dầu nước biển bơm ép thường khoảng vài chục mN/m Khi sử dụng chất HĐBM phù hợp dễ dàng hạ thấp SCBMLD hàng trăm, hàng nghìn lần đến 10-2 mN/m hơn, điều dẫn đến số mao dẫn tăng tương ứng hai đến ba bậc lũy thừa Mối quan hệ số mao dẫn % dầu thu hồi mơ tả Hình Ngồi ra, SCBMLD nước biển dầu giảm, phần dầu dư vỉa dễ hòa tan vào nước biển tạo thành dạng huyền phù linh động Khi bề mặt đá móng trở thành tích điện âm mơi trường có nồng độ ion hydroxyl Những ion âm không cản trở hấp phụ hóa chất dạng anion chất HĐBM anionic mà cịn thay đổi tính dính ướt bề mặt đá vỉa, trở nên dính ướt nước Việc ứng dụng hỗn hợp chất HĐBM vào TCTHD F.M.Llave cộng khảo sát Trong hệ này, chất HĐBM cộng hợp đặc tính ưu việt riêng để nâng cao hiệu chung hệ Mục đích chất HĐBM sử dụng dạng hỗn hợp để dễ dàng xây dựng hệ chất HĐBM tối ưu cho q trình khai thác dầu vỉa có đặc thù tính chất dầu thơ, độ muối, nhiệt độ…, bên cạnh cịnđể xác định xem kết hợp chất HĐBM khác có tạo hiệu cộng hợp so với sử dụng riêng chất HĐBM nhiều nghiên cứu trước Trong cơng trình nghiên cứu này, tác giả khảo sát tác động nhiệt độ pH lên độ ổn định hệ chất HĐBM ủ nhiệt qua khoảng thời gian để tìm hệ chất HĐBM bền điều kiện nhiệt độ cao, nước biển có độ cứng cao phương pháp thống kê để phối trộn chọn lọc Những chất HĐBM chọn để đánh giá độ bền 910C chất chọn lựa sơ trước đó, bao gồm alpha olefin sulfonic acid (AOS), alkyl benzene sulfonic acid (LAS), and Alkylaryl sulfonic acids (XSA-1416D) Thực nghiệm 2.1 Hóa chất - LAS: Ankylbenzene sulfonate mạch thẳng, C12-13 (Tico, Việt Nam); - AOS: Alpha Olefin Sulfonate, C14-16 (Stepan, Mỹ); - XSA-1416D: Axit Diarylalkyl xylene sulfonic, C14-16 (OCT, Mỹ); - Nước biển vùng mỏ Đông Nam Rồng; - Dầu thơ ĐNR Hình1 Sự phụ thuộc HSTHD số mao dẫn Bảng Thành phần nước biển mỏ ĐNR Bảng Một số đặc trưng dầu móng ĐNR 2.2 Thiết bị • Thiết bị đo SCBMLD theo phương pháp giọt quay, model 500, (Temco, USA); • Các bìnhthuỷ tinh chịu nhiệt chịu áp (ACE Glass, Mỹ) • Tủ điều nhiệt (Shellox, Mỹ) • Máy quang phổ UV/VIS (Jasco, Japan); 2.3 Đo SCBMLD Ở đây, SCBMLD dung dịch chất HĐBM dầu đo phương pháp giọt quay (Spinning drop) sử dụng máy đo sức căng bề mặt Temco model 500 Thiết bị có phạm vi đo SCBMLD rộng từ 101 - 10-5 mN/m Mẫu đo thực 600C ± 10C Kỹ thuật dựa sở gia tốc trọng trường có ảnh hưởng nhỏ tới độ sắc nét giọt chất lưu phân tán môi trường lỏng giọt chất lưu môi trường lỏng chứa ống nằm ngang quay quanh trục hoành chúng Với vận tốc (w) quay thấp giọt chất lưu có hình elip w đủ lớn, có hình trụ Ở điều kiện này, bán kính (r) giọt hình trụ xác định SCBMLD, khác biệt tỷ trọng giọt chất lưu môi trường xung quanh tốc độ quay giọt Do đó, SCBMLD tính tốn theo công thức sau: Phương pháp giọt quay hữu hiệu đo SCBMLD cực thấp, đến 10-5 mN/m phương pháp phù hợp để khảo sát chất HĐBM sử dụng cho bơm ép tăng cường thu hồi dầu 2.4 Sử dụng chương trình Statistica tối ưu hóa hỗn hợp chất HĐBM Chương trình phần mềm Statistica chương trình chun phân tích tổng hợp liệu, quản lý sở liệu ứng dụng phát triển cấu tử phạm vi chọn lựa ban đầu, hồn thiện qui trình phân tích ứng dụng khoa học công nghệ Hỗn hợp chất HĐBM liên quan đến SCBMLD, thực thí nghiệm phối trộn từ loại chất HĐBM khác nhau, AOS, LAS, XSA- 1416D với nồng độ cấu tử khác Đo giá trị SCBMLD hỗn hợp từ Spinning Drop Tensiometer 2.5 Thử nghiệm độ bền nhiệt tính tương hợp với nước biển hệ chất HĐBM Những thử nghiệm độ bền nhiệt tính tương hợp thực dựa quan sát ngoại quan giá trị SCBMLD dung dịch hỗn hợp chất HĐBM Các dung dịch với nồng độ khác ba chất HĐBM hỗn hợp chất HĐBM nước biển ủ nhiệt độ vỉa 910C 31 ngày, sau quan sát ngoại quan đo thay đổi SCBMLDÒ 2.6 Xác định độ thủy phân độ hấp phụ chất HĐBM Trong thí nghiệm hấp phụ, từ vị trí hấp thu UV bước sóng 235nm, xây dựng đường chuẩn để xác định nồng độ chất HĐBM Tất mẫu pha với tổng nồng độ chất HĐBM 500ppm Đá móng Đơng Nam Rồng nghiền nát, rửa nước cất vài lần pH~7, sau sấy khơ nghiền máy nghiền bi nhiều lần để đạt độ mịn mong muốn cho qua rây 80µm Trước sử dụng, đá nghiền làm nung nhiệt độ 4000C thời gian Cho bột đá chuẩn bị vào ampul thủy tinh chịu nhiệt có nút vặn kín với tỉ lệ đá: Chất HTBM 1:20, lắc vòng 20 phút ủ nhiệt độ 910C thời gian 48 Dung dịch sau ủ ly tâm tách lấy dung dịch khỏi phần đá Xác định nồng độ hỗn hợp chất HĐBM lại dung dịch dựa sở hấp thụ tử ngoại UV Nồng độ chất HĐBM bị hấp phụ tính dựa đường chuẩn lập Độ thủy phân hấp phụ hỗn hợp chất HĐBM bề mặt đá diorite tính tốn sau: Độ thủy phân : Độ hấp phụ : Trong đó: - C0 nồng độ ban đầu mẫu, ppm; - C1 nồng độ mẫu sau ủ không đá ĐNR, ppm; - C2 nồng độ mẫu sau ủ với đá ĐNR, ppm; Kết biện luận 3.1 Sử dụng chương trình Statistica tối ưu hóa hệ hỗn hợp chất HĐBM Như trìnhbày , AOS có khả hỗ trợ tốt tăng cường tính tan nhiều chất HĐBM mơi trường nước biển có độ cứng cao Thực 10 thí nghiệm phối trộn AOS để xác định thành phần tối ưu, dựa bề mặt đáp ứng mô tả qua đồ thị 3D Mỗi mẫu pha với nồng độ 0,1% khối lượng Từ giá trị trên, bề mặt đáp ứng thu cho thấy mối quan hệ nồng độ chất HĐBM (biến số) SCBMLD (giá trị phụ thuộc) thể đồ thị chiều sau: Từ bề mặt đáp ứng (Hình 2), vùng tối ưu biểu thị giá trị SCBMLD thấp Qua bề mặt tam giác (Hình 3), tỷ phần đơn chất hệ hỗn hợp chất HĐBM tối ưu xác định dễ dàng Thành phần hệ hỗn hợp chất HĐBM tối ưu là: AOS 0-0,95; LAS 0,5-0,75; XSA-1416D 0-0,5 Tuy nhiên, thí nghiệm khảo sát có nhiều hỗn hợp tương hợp với nước biển Khảo sát thêm số hỗn hợp khác để tìm tỉ phần có độ tương hợp tốt Bảng SCBMLD hệ hỗn hợp ba chất HĐBM Hình2 Bề mặt đáp ứng, giá trị SCBMLD Hình3 Bề mặt tam giác, giá trị CBMLD Bảng SCBMLD hỗn hợp chất HĐBM sau tối ưu hoá Từ đây, vùng tối ưu giới hạn lại Hai vùng tối ưu thu sau: Vùng tối ưu chứa phần trăm chất HĐBM nặng XSA-1416D cao nên khả tương hợp với nước biển so với vùng 1, bị loại bỏ Qua việc thiết lập thí nghiệm dựa phương pháp thống kê tìm vùng tối ưu (vùng 1) Từ vùng tối ưu 1, chọn hỗn hợp để thử nghiệm đánh giá mức độ bền nhiệt tương hợp với nước biển mỏ DSE ủ nhiệt 910C 31 ngày Hình4 Bề mặt đáp ứng, giá trị SCBMLD Hình5 Bề mặt tam giác, giá trị CBMLD Hình6 SCBMLD hỗn hợp chất HĐBM nồng độ tổng cộng 1000 ppm Bảng SCBMLD ba hệ hỗn hợp chất HĐBM chọn lựa, nồng độ tổng 1000 ppm Kết cho thấy, hệ hỗn hợp chất HĐBM tối ưu hoá, sau ủ nhiệt 31 ngày 910C, thay đổi giá trị SCBMLD không lớn, nhỏ giới hạn 25% cho phép yêu cầu kỹ thuật SCBMLD có tăng nhẹ xảy phản ứng thủy phân Vì vậy, hệ hỗn hợp chất HĐBM tìm vùng đáp ứng đầy đủ yêu cầu để sử dụng bơm ép nước nhằm TCTHD điều kiện móng ĐNR 3.2 Tác động giảm hấp phụ chất HĐBM bề mặt đá móng EGBE Sử dụng phương pháp phân tích phổ UV để xác định nồng độ chất HĐBM cònlại phần dung dịch sau ủ nhiệt với đá móng Xây dựng đường chuẩn cho thí nghiệm dựa số hấp thu bước sóng 235nm Những thí nghiệm hấp phụ tiến hành với hỗn hợp chọn trên, với tổng nồng độ chất HĐBM cho hỗn hợp 500 ppm với 500 ppm EGBE mẫu 500 ppm hỗn hợp chất HĐBM khơng có EGBE Hình7 Phổ UV dung dịch OM1 Hình8 Đường chuẩn OM1 Hình9 Phổ UV OM1 khơng có EGBE Hình10 Phổ UV OM1 có EGBE Hình11 Phổ UV dung dịch OM2 Hình 12 Đường chuẩn OM2 Hình13 Phổ UV OM2 khơng có EGBE Hình14 Phổ UV OM2 có EGBE Hình15 Phổ UV dung dịch OM3 Hình16 Đường chuẩn OM3 Hình17 Phổ UV OM3 khơng có EGBE Hình18 Phổ UV OM3 có EGBE Bảng 6:Các số liệu q trình nghiên cứu hấp phụ thủy phân Dựa đường chuẩn xác lập cho mẫu trắng, phổ UV mẫu dung dịch chất HĐBM có khơng có EGBE sau ủ nhiệt với bột đá móng ĐNR, xác định nồng độ hỗn hợp chất HĐBM Từ tính tốn phần hỗn hợp chất HĐBM bị hấp phụ phần hỗn hợp chất HĐBM bị thủy phân Kết luận Phương pháp thống kê thực nghiệm kết hợp với phối trộn chọn lọc công cụ hữu hiệu để đưa hệ chất HĐBM tối ưu hiệu sử dụng bơm ép TCTHD Ba hệ hỗn hợp chất HĐBM tìmra OM1, OM2 OM3 có giá trị SCBMLD thấp (OM1: 0,31mN/m, OM2: 0,20mN/m, OM3: 0,23mN/m) ổn định sau 31 ngày ủ nước biển ĐNR nhiệt độ 910C Các tính chất vượt trội hệ sản phẩm giải thích nhờ tác động hiệu ứng hợp trội xảy trình phối trộn chất HĐBM EGBE vào có vai trị tác nhân hy sinh làm giảm đáng kể hấp phụ chất HĐBM đá móng ĐNR (giảm 42%, 54% 45% OM1, OM2 OM3 tương ứng) CN Văn Thanh Khuê, ThS Lê Kim Hùng ThS Lê Thị Như , CN Phạm Duy Khanh CN Nguyễn Bảo Lâm, PGS.TS Nguyễn Phương Tùng Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng (Theo TCDK số 3-2009) ...NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Thăm dò, Khai thác Áp dụng phương pháp tổ hợp phối trộn chọn lọc thống kê xây dựng hệ chất hoạt động bề mặt tối ưu sử dụng bơm ép tăng cường thu hồi dầu Trên... hỗn hợp chất HĐBM bị hấp phụ phần hỗn hợp chất HĐBM bị thủy phân Kết luận Phương pháp thống kê thực nghiệm kết hợp với phối trộn chọn lọc công cụ hữu hiệu để đưa hệ chất HĐBM tối ưu hiệu sử dụng. .. ổn định hệ chất HĐBM ủ nhiệt qua khoảng thời gian để tìm hệ chất HĐBM bền điều kiện nhiệt độ cao, nước biển có độ cứng cao phương pháp thống kê để phối trộn chọn lọc Những chất HĐBM chọn để đánh