Nghiên cứu loại chất lỏng hợp lý cho công tác nứt vỉa thủy lực các giếng dầu khí tại miền võng Hà Nội

M ục đích nghiên cứu của đề tài - Nghiên cứu lựa chọn chất lỏng NVTL thích hợp với điều kiện thành tạo của các vỉa khí MVHN, phần trọng yếu quyết định thành công của công tác NVTL.. N ộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

Bùi Minh Sơn

NGHIÊN C ỨU LOẠI CHẤT LỎNG HỢP LÝ CHO CÔNG TÁC N ỨT VỈA THỦY LỰC CÁC GIẾNG DẦU KHÍ TẠI MIỀN

Công trình đư ợc hoàn thành tại: Bộ môn Khoan - Khai thác, Khoa

Dầu khí, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS Hoàng Dung

2 TS Tạ Đình Vinh

Phản biện 1: ………

………

Phản biện 2 ………

………

Phản biện 3: ………

………

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại Trường đại học Mỏ - Địa chất vào hồi … giờ … ngày … tháng… năm…

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia Hà Nội

hoặc Thư viện Trường đại học Mỏ - Địa chất

M Ở ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của đề tài

Trong nhiều năm qua khí được khai thác từ mỏ THC, ĐQD và D14-STL để cung cấp cho các khu công nghiệp thuộc tỉnh Thái Bình Sản lượng khí có xu hướng sụt giảm hàng năm, nhiều giếng khai thác khí bị ngập nước khiến cho phải đóng giếng hoàn toàn Mặc dù đã liên tục điều chỉnh chế độ khai thác, tiến hành rửa giếng và gọi dòng

lại và đưa nhiều vỉa mới vào khai thác nhưng vẫn không đáp ứng được nhu cầu khí cho các mục đích công nghiệp ngày càng tăng

Thực tế đó đặt ra vấn đề phải tìm những biện pháp công nghệ thích

hợp để kích thích các vỉa sản phẩm khí nhằm tăng lưu lượng khai thác Ngay từ năm 1996 Công ty Anzoil & Maurel Prom (M&P) đã

sử dụng phương pháp nứt vỉa thủy lực (NVTL) ở các giếng khoan thuộc đối tượng mỏ D14-STL (D14-STL-1X, D14-2X và D14-STL-3X), bước đầu đạt được một số kết quả nhất định, mở ra triển vọng

thực tế của việc áp dụng công nghệ NVTL tại các giếng khoan khí ở

miền võng Hà Nội (MVHN) Trong khuôn khổ các hợp đồng ký kết

với Vietsovpetro Công ty Dowell Schlumberger trong khoảng từ

1995 đến 1998 đã th ực hiện công nghệ NVTL, NVTL + axit hóa + bơm N2 và NVTL + N2 ở 5 giếng khoan thuộc tầng móng tại mỏ

Bạch Hổ với một số thành công ban đầu Trên thế giới, hiện nay có khoảng 30 ÷ 40% tổng số giếng khoan đã đư ợc NVTL, trong số đó

25 ÷ 30% số giếng là được thực hiện ở Mỹ Tuy nhiên, ở nước ta cho đến nay hầu như chưa có công trình nghiên c ứu nào đề cập đến các

vấn đề có liên quan đến công nghệ NVTL Vì vậy, đề tài nghiên cứu này xét theo khía cạnh khoa học và thực tiễn có ý nghĩa c ấp thiết và thiết thực, nhằm tạo ra yếu tố quyết định cho sự thành công của việc

áp dụng công nghệ NVTL tại MVHN

2 M ục đích nghiên cứu của đề tài

- Nghiên cứu lựa chọn chất lỏng NVTL thích hợp với điều kiện thành tạo của các vỉa khí MVHN, phần trọng yếu quyết định thành công của công tác NVTL

- Nghiên cứu đề xuất chế tạo chất lỏng NVTL trên cơ sở gốc

dầu điezen (gel hydrocacbon) trong điều kiện Việt Nam

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu lựa chọn các loại chất lỏng NVTL để thực hiện công tác NVTL cho các giếng khai thác khí có tầng chứa là cát kết chặt sít Mioxen, Oligoxen có độ rỗng và độ thấm thấp Tầng chắn sét kết và tầng chứa cát kết mỏng đan xen nhau, khả năng trương nở và khuyếch tán của khoáng sét nhậy cảm với nước vào tầng chứa cát kết

là rất lớn, làm giảm độ thấm của vỉa Đối tượng chứa có nhiệt độ cao,

và đã bị nhiễm bẩn nặng trong quá trình khoan, hoàn thiện và sửa

chữa giếng

Ph ạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu loại chất lỏng NVTL gốc dầu (điezen) được tạo độ

nhớt bởi tác nhân tạo gel là muối nhôm của alkyl axit octophotphat

với chất tạo liên kết ngang là hỗn hợp metylen+m-phenylene diamin

- Độ nhớt thích hợp để vận chuyển hạt chèn và giữ hạt chèn ở trang thái lơ lửng đồng thời bền ở nhiệt độ cao của vỉa Nghiên cứu tác nhân phá gel trên cơ sở hỗn hợp Ca(OH)2 + NaHCO3 để làm

giảm độ nhớt sau khi chất lỏng NVTL thực hiện nứt vỉa và đưa vật

liệu chèn vào không gian của khe nứt mới hình thành nhằm làm sạch khe nứt và tăng độ rỗng và độ thấm của vỉa Nghiên cứu bọc cát chèn

bằng nhựa epoxy để tạo ra các nút cát có độ rỗng, liên kết với thành

tạo trong không gian các khe nứt vừa hình thành Và cuối cùng để

xuất quy trình bơm chất lỏng NVTL gốc dầu

4 N ội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc địa chất, thành phần thạch học

của đá chứa, đá chắn và đặc điểm của vỉa chứa (nhiệt độ, áp suất, tính di dưỡng của đá chứa) các giếng khai thác khí MVHN để làm cơ

sở lựa chọn phương pháp tác động lên vùng cận đáy giếng và chất

lỏng NVTL thích hợp

- Phân tích các tài liệu thực tiễn của Anzoil và M&P trong việc

áp dụng công nghệ NVTL trên đối tượng D14-STL và công nghệ NVTL của Dowell Schlumberger trên đối tượng móng của mỏ Bạch

Hổ, đặc biệt là những kinh nghiệm thực tiễn của các Công ty hàng đầu về lĩnh vực NVTL như Schlumberger, BJ và Halliburton trong hơn 60 năm qua, để vận dụng vào việc nghiên cứu chất lỏng NVTL

trên cơ sở gốc dầu điezen với tác nhân gel hóa có thể pha chế dễ dàng trong điều kiện thực tế ở Việt Nam

- Nghiên cứu những điều kiện cần thiết để đảm bảo cho hệ gel hydrocacbon thực hiện tốt chức năng gây nứt vỡ, vận chuyển và giữ hạt chèn ở trạng thái lơ lửng và trở lại độ nhớt ban đầu của dầu gốc khi hoàn thành quá trình NVTL

- Đề tài cũng nghiên cứu quy trình bơm cơ bản đối với chất lỏng NVTL gốc dầu để làm cơ sở cho quá trình áp dụng thực tiễn

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện luận án đã s ử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:

- Phân tích tổng hợp các tài liệu lý thuyết cơ sở, các hướng dẫn quy trình áp dụng công nghệ NVTL ở giếng khoan của các Công ty như Schlumberger, BJ và Halliburton theo đặc điểm của các vỉa sản

phẩm

- Phân tích các tài liệu thực tiễn đã công bố về các kết quả áp dụng công nghệ NVTL ở MVHN và Vietsovpetro để liên hệ cho nghiên cứu đề tài luận án

- Tiến hành thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để chế tạo chất

lỏng NVTL gốc dầu (gel hydrocacbon), chất phá gel, chất bọc hạt chèn tạo độ thấm cao và đánh giá kết quả thu được thu được (đối chiếu với các thông số yêu cầu của chất lỏng NVTL)

6 Ý ngh ĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý ngh ĩa khoa học

Đề xuất giải pháp xử lý vùng cận đáy giếng các giếng khoan MVHN bằng chất lỏng NVTL gốc dầu (gel hydrocacbon) và đưa ra quy trình công nghệ chế tạo gel hydrocacbon, bọc nhựa epoxy hạt chèn, phá gel và đề xuất quy trình bơm chất lỏng NVTL gốc dầu

Ý ngh ĩa thực tiễn

- Góp phần tạo ra một giải pháp kỹ thuật NVTL cho các vỉa sản

phẩm là cát kết chặt sít, xi măng gắn kết là sét cacbonat, cát kết xen

lẫn sét kết với tính chất colector của vỉa thấp, có nhiệt độ vỉa cao (đối tượng THC, DQD, D14 STL, B10, ) và các đối tượng tương tự ở các vùng mỏ dầu khí khác, khắc phục những hiện tượng khó khăn

phức tạp khi NVTL bằng chất lỏng NVTL gốc nước

- Tạo ra công nghệ chế tạo chất lỏng NVTL gốc dầu (gel hydrocacbon) dễ dàng pha chế trên cơ sở các nguyên liệu sẵn có trong nước, phù hợp với điều kiện thực địa và đáp ứng được các yêu cầu của thực tiễn sản xuất

7 Nh ững điểm mới về khoa học và luận điểm bảo vệ

- Chất lỏng NVTL gốc dầu (gel hydrocacbon) phù hợp với đối tượng tầng chứa ở các giếng khoan khí ở MVHN thay thế cho chất lỏng NVTL gốc nước là giải pháp hợp lý

- Đề xuất công nghệ chế tạo chất lỏng NVTL gốc dầu trên cơ sở tác nhân tạo gel là muối nhôm của alkyl axit octophotphat (AlDo) nồng độ từ 1,25 % đến 2 % với chất tạo liên kết (hỗn hợp của metylen + m-phenylene diamin) với tác nhân phá gel Ca(OH)2 và NaHCO3 và có bổ sung nhựa epoxy và lượng diamin để đóng rắn nhựa epoxy

C hương 1 NHU C ẦU CẤP KHÍ VÀ TIỀM NĂNG DẦU KHÍ CỦA MVHN

Trình bày tổng quan tiềm năng dầu khí của MVHN, đặc biệt lưu ý đến tiềm năng về khí đã phát hiện và khai thác được tại các mỏ THC, ĐQD và D14-STL với trữ lượng đã đư ợc các Cơ quan xác minh và

thẩm lượng Từ các thông tin thu được có thể rút ra một số nhận xét sau đây:

- Hệ thống cấp khí tự nhiên đang cung cấp khí cho khu công nghiệp Tiền Hải với sản lượng cung cấp khí ngày càng suy giảm và không đáp ứng được nhu cầu công nghiệp ngày càng tăng Vấn đề nâng cao sản lượng cung cấp khí hàng năm cho các khu công nghiệp trở thành một vấn đề cấp thiết

- Đối tượng chứa dầu khí của MVHN là các tầng cát kết Oligoxen

và Mioxen, thường xen kẽ với các lớp bột kết mỏng, hàm lượng xi măng sét - cacbonat cao có độ rỗng, độ thấm kém đến trung bình Tầng chứa Oligoxen và Mioxen dưới có đá chứa là cát kết với sự gắn

kết bởi xi măng sét, cacbonat Cát kết thường là lithic hoặc lithic - arko với thành phần mảnh sét < 15 %, xen kẽ các lớp than và vỉa than mỏng Tầng chứa Mioxen trung có đá chứa là cát kết gắn kết yếu, xi măng gắn kết chủ yếu là sét trong đó thành phần chính là cao lanh và có mặt montmorillonit , sự có mặt của các khoáng sét là nguyên nhân quan trọng ảnh hưởng đến kết quả gọi dòng và giải

thích những vấn đề phức tạp gặp phải ở các giếng khoan MVHN Đây cũng chính là đặc điểm cần phải lưu ý khi l ựa chọn chất lỏng NVTL hợp lý cho các giếng khoan khai thác khí ở MVHN

- Sự thay đổi građien địa nhiệt MVHN theo mặt cắt không đồng đều, građien địa nhiệt trung bình cho toàn khu vực là 4,10C/100 m Ở chiều sâu 3000 m nhiệt độ thay đổi trong phạm vi lớn từ 120 ÷ 1500

Trong chương này trình bày khái quát tình hình thăm dò d ầu khí

tại MVHN, hiện trạng khai thác dầu khí ở MVHN đặc biệt là hiện trạng khai thác khí tại mỏ khí D14-STL Đồng thời chương này cũng

đề cập đến các phương pháp tác động lên vùng cận đáy giếng và điểm qua tình hình áp dụng công nghệ NVTL tại MVHN Ở đây tác giả muốn nhấn mạnh một số vấn đề sau đây:

- Sản lượng khí khai thác từ các mỏ THC, ĐQD và STL-14 có xu hướng giảm sút hàng năm, đã có trư ờng hợp phải đóng giếng Mặc

dù đã liên tục điều chỉnh chế độ khai thác và tiến hành rửa giếng, gọi dòng và đưa nhi ều vỉa mới vào khai thác nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu khí cho các mục đích công nghiệp ngày càng tăng Thực tế đó đòi hỏi phải tìm biện pháp công nghệ kích thích vỉa sản

phẩm nhằm tăng lưu lượng khí khai thác

- Từ năm 1996 công ty Anzoil và tiếp theo là M&P đã ti ến hành NVTL tại các giếng D14-STL-1X, D14-STL-2X, D14-STL-3X ở mỏ D14-STL Kết quả gọi dòng sau NVTL không thỏa mãn mong muốn đặt ra Vấn đề này đòi hỏi cần xem xét lại công nghệ NVTL đã áp

dụng trong đó có việc sử dụng chất lỏng NVTL gốc nước mà Anzoil

và M&P đã sử dụng

- Điểm qua các kết quả áp dụng công nghệ NVTL ở các giếng khai thác khí thuộc MVHN mà công ty Anzoi và M&P đã áp d ụng có thể đưa ra một số nhận định sau đây:

1 Lựa chọn NVTL là phương pháp chủ đạo để tăng độ rỗng và

độ thấm trong vỉa sản phẩm chứa khí của MVHN là một hướng đi đúng, có triển vọng thực tế (một số giếng cho lưu lượng tăng gấp 7

lần)

2 Phương pháp NVTL đã phù h ợp với đối tượng áp dụng, các tầng sản phẩm bị nhiễm bẩn nặng, mà công tác xử lý axit trước đây không mang lại kết quả Việc lựa chọn chất lỏng NVTL gốc nước, gel hóa (tăng độ nhớt của chất lỏng) bằng guar gum hợp chất trên cơ

sở tinh bột là không phù hợp vì:

- Qua công tác khoan, hoàn thiện và sửa chữa giếng khoan cho thấy hiện trạng các vỉa chứa khí bị nhiễm bẩn nặng (hiệu ứng skin

lớn từ 14 ÷ 80) Chính vì phần nước lọc của dung dịch khoan (filtra)

tiếp xúc lâu với vỉa chứa đã tương tác với các phần tử sét nhạy cảm

với nước (montmorillonit, hydromica, clorit, caolinit, ) làm các hạt sét mịn phân tán mạnh vào các khe rỗng của đất đá, vốn đã có đ ộ

rỗng rất thấp, ngăn trở dòng khí từ vỉa đi vào giếng Nếu sử dụng dung dịch NVTL gốc nước thì phần mất dung dịch của chất lỏng NVTL (leakoff) là nước sẽ lại tiếp tục được đưa thêm vào vỉa có thể ảnh hưởng xấu đến các kênh dẫn

- Quá trình phá hủy gel của chất lỏng NVTL gốc nước (gel trên

cơ sở guar gum) có thể đã tạo ra các tạp chất gây ảnh hưởng xấu đến các kênh dẫn

Như vậy, để thực hiện NVTL thành công thì việc chọn chất lỏng NVTL hợp lý là một trong những yếu tố quyết định

C hương 3

CƠ SỞ LÝ THUYẾT NỨT VỈA THỦY LỰC (HYDRAULIC FRACTURING) VÀ CH ẤT LỎNG NỨT VỈA THỦY LỰC

Trong chương này đã giới thiệu các cơ sở lý thuyết về NVTL như

bản chất của phương pháp, đối tượng áp dụng, các cơ sở để lựa chọn

vỉa tiến hành NVTL, lựa chọn giếng NVTL, các dữ liệu cần thu thập các mô hình tính toán, các hệ chất lỏng NVTL gốc dầu và gốc nước, phân tích cơ chế tạo nên chức năng của chất lỏng NVTL gốc dầu (tạo khe nứt mới và mở rộng khe nứt, vận chuyển hạt chèn), các hóa chất phụ gia sử dụng trong chất lỏng NVTL, các khái niệm cơ bản về hạt chèn, các cơ sở lựa chọn chất lỏng NVTL gốc dầu cho công tác NVTL các giếng khoan tại MVHN

Trên cơ sở các tài liệu đã trình bày chi tiết trong luận án tác giả đã nhấn mạnh những vấn đề sau đây:

- Bản chất của phương pháp NVTL: bơm chất lỏng dưới áp suất cao để tạo và mở rộng thêm các khe nứt trong vỉa sản phẩm, sau đó bơm ép chất lỏng - cát (vật liệu chèn) vào vỉa để chèn khe nứt tạo

thành với mục đích giữ ổn định khe nứt, bảo đảm khả năng chảy thấm tốt và duy trì độ thấm sau khi kết thúc quá trình nứt vỉa

- Đối tượng áp dụng NVTL: Các tầng sản phẩm bị hỏng nặng do nhiễm bẩn mà công tác xử lý trước đó không mang lại hiệu quả cao Vỉa có các hạt mịn (sét, cát bở rời…) chảy vào giếng làm nhiễm bẩn, thành hệ có tầng sét-cát xen kẽ nhau, mối liên kết thủy động lực giữa các thấu kính cát với lỗ bắn mở vỉa bị hạn chế Vỉa có độ thấm thấp

cần có những khe nứt để mở rộng bán kính ảnh hưởng trong tầng sản

phẩm, nâng cao sản lượng khai thác

Các tính chất cơ bản của vỉa là nhân tố để áp dụng NVTL là:

- Chất lỏng NVTL: là khâu trọng yếu trong công nghệ NVTL Chất

lỏng NVTL có chức năng chính là tạo và phát triển khe nứt, vận chuyển hạt chèn vào khe nứt và giữ hạt chèn ở trạng thái lơ lửng cho đến khi khe nứt đóng lại

Để thực hiện một cách hiệu quả những nhiệm vụ nêu trên thì chất

lỏng NVTL lý tưởng cần phải có một tổ hợp các yếu tố sau đây:

- Thân thiện với môi trường

- Hạt chèn: Hạt chèn là vật liệu dạng hạt tròn được thiết kế để đưa vào khe nứt nhằm giữ cho khe nứt được mở khi áp suất giảm xuống dưới áp suất đóng khe nứt Tính dẫn của khe nứt liên quan trực tiếp đến số lượng của hạt chèn trong khe nứt, dạng hạt chèn và kích cỡ của hạt chèn

- Cơ sở lựa chọn chất lỏng NVTL gốc dầu cho công tác NVTL các giếng khí tại MVHN:

+ Các vỉa chứa khí là cát kết (ở Oligoxen và Mioxen dưới là chặt sít, ở Mioxen trung và trên là gắn kết yếu), xi măng gắn kết là sét và cacbonat Đó là đối tượng cho phép NVTL thuận lợi

+ Các tầng chắn dày, các lớp xen kẹp, xi măng gắn kết là sét Do

đó trong quá trình khoan và hoàn thi ện giếng thì ngoài mùn khoan, dung dịch khoan còn một lượng không nhỏ khoáng sét được sinh ra bởi tác động cơ học và thủy lực, thủy hóa, chúng phân tán, kết đọng gây bít nhét các kẽ nứt, khe hở dẫn đến độ rỗng và độ thấm kém Hơn nữa các hạt sét có kích thước rất nhỏ (0,001 mm), khoáng sét lại

có tính xúc biến cao (khi chịu tác động thì phá vỡ cấu trúc, để yên lại

phục hồi cấu trúc) nên nó dễ chui sâu, chui xa và kết đọng Ngoài ra sét còn có tính trương n ở khi tiếp xúc với nước, nhất là với sét montmorillonit có khả năng trương nở và phân tán rất lớn Bởi vậy,

nếu dùng chất lỏng NVTL gốc nước sẽ bị ảnh hưởng xấu của sét, vì khoáng sét lại tiếp tục tiếp xúc thêm với nước của chất lỏng NVTL

gốc nước

Một vấn đề cần quan tâm nữa là nhiệt độ vỉa của các mỏ dầu khí Các mỏ khí ở MVHN cũng như tại mỏ D14-STL đều có nhiệt độ cao (ở độ sâu 3500 m nhiệt độ khoảng 130 ÷ 1800

C, trung bình là 1550C)

Chất lỏng NVTL gốc dầu có ưu điểm là chịu nhiệt độ cao trên 1770

C (3500F) Như vậy ở đây sử dụng chất lỏng NVTL gốc dầu phát huy được các yếu tố:

+ Độ nhớt cao, ma sát thấp nên có khả năng trong việc truyền tải năng lượng gây nứt vỡ vỉa và vận chuyển cũng như chèn vật liệu chèn tốt;

+ Không tương tác với khoáng sét gây ra các hiện tượng phức

tạp, rắc rối;

+ Tương thích với vỉa sản phẩm, không làm hư hại vỉa;

+ Ổn định ở nhiệt độ cao;

+ Chất lỏng NVTL gốc dầu sau khi phá gel sẽ có độ nhớt gần

với độ nhớt dầu nền tạo điều kiện để thu hồi tái sử dụng, góp phần hạ giá thành NVTL

+ Trên thế giới đã có nhi ều giếng thực hiện NVTL bằng chất lỏng gốc nước không thành công người ta chuyển sang dùng chất lỏng NVTL gốc dầu và đã đạt được thành công tốt Điển hình là trường hợp ở mỏ dầu Bakhilov, Bắc Khokhriakov thuộc Tây Xiberia (Liên bang Nga) Mỏ được phát hiện năm 1983 Tầng chứa là cát kết, tầng chắn là sét kết và agrilit, độ rỗng 14 ÷ 18 %, độ thấm 0,5 ÷ 1,5

mD Độ bão hòa nước ban đầu trung bình là 12 % Mỏ đưa vào khai thác năm 1987, bắt đầu bơm ép nước năm 1988 Sản lượng dầu khai thác được cao nhất vào các năm 1991, 1992, sau đó sụt giảm nhanh xuống 50 % Người ta đã tiến hành NVTL bằng chất lỏng NVTL gốc nước Tuy có tăng độ thấm nhưng qua phân tích, đánh giá nhận thấy cần tăng chiều dài khe nứt với việc xem xét lại chất lỏng NVTL Người ta đã ti ến hành NVTL trên 23 giếng khoan bằng chất lỏng NVTL gốc dầu và thay cho chất lỏng NVTL gốc nước và kết quả đạt được đã vư ợt quá sự mong đợi: hầu hết các giếng đạt lưu lượng 70

m3/ngày (440 bopd), tăng hơn 10 lần so với NVTL bằng chất lỏng NVTL gốc nước

C hương 4 NGHIÊN C ỨU LỰA CHỌN & CHẾ TẠO CHẤT LỎNG NỨT

V ỈA THỦY LỰC HỢP LÝ CHO CÔNG TÁC NỨT VỈA THỦY

L ỰC CÁC GIẾNG DẦU KHÍ TẠI MVHN

4.1 Cơ sở khoa học chế tạo chất tạo gel

Chất tạo gel là hợp chất liên kết của muối nhôm và este photphat (được minh họa ở hình 4.1) là một muối nhôm thế không hoàn toàn của dieste octo photphat và một lượng nhỏ poliamin

Hình 4.1: Chất tạo gel là hợp chất liên kết

của muối nhôm và este photphat Alkyl axit octo photphat là sản phẩm của phản ứng của các rượu béo với pentoxit photphoric (P205) theo phản ứng sau:

Ở đây R là gốc alkyl có C1 đến C5 và ROH là rượu no alkanol C1 đến C5 hoặc hỗn hợp của chúng; R' là gốc alkyl hoặc alkenyl C6 đến C22, và R'OH là rượu no alkanol hoặc alkenol hoặc hỗn hợp của chúng

Hỗn hợp alkyl axit octophotphat có chứa ba nhóm chức axit đặc

trưng bởi công thức sau đây H 3 [alkyl octophotphat] 2 Cấu tạo này

có tính axit nên cần 3 đương lượng kiềm để trung hòa

Phản ứng tạo muối nhôm được thực hiện bằng cách trộn Al(OH)3 với alkyl axit octophotphat, phản ứng xảy ra hoàn toàn ở nhiệt độ

380C-1210C Quá trình này có thể diễn ra không cần có mặt của dung môi pha loãng Các dung môi như kerosen, điezen, hydrocacbon vòng thơm hoặc naphta có thể sử dụng nhằm điều hòa tốc độ phản ứng

Muối nhôm thế một phần tạo ra do quá trình thế nhôm không hoàn toàn được biểu điễn bằng công thức sau:

H (3-3x) Al x [alkyl octophotphat] 2

Ở đây x nằm trong khoảng từ 0,2 đến 0,7 được xác định bởi lượng

hợp chất kiềm nhôm sử dụng trong quá trình điều chế Tỷ lệ của P và

Al trong muối này dao động từ 10/1 đến 2,86/1, hợp chất phức này chưa thể tạo gel hay làm đặc ngay khi hòa tan hoặc phân tán vào dầu

hydrocacbon Để tạo gel ta cần phải trung hòa axit

Sử dụng poliamin có chứa 2 hoặc nhiều nhóm amin để trung hòa lượng axit Các poliamin mạch thẳng (gồm etylen diamin và dietylen triamin, trietylen tetramin, tetraetylen pentamin), propylen diamin, polyamin vòng thơm (phenylen diamin, metylen dianilin) cũng đư ợc

sử dụng để trung hòa axit

4.2 Thí nghi ệm điều chế chất tạo gel hydrocacbon

Chất tạo gel là muối nhôm dialkyl axit octophotphot được tiến hành theo phương pháp:

Phương pháp 1:

Alkyl axit octophotphat được chế tạo như sau:

- Cho 112 g P2O5 vào bình phản ứng;

- Thêm 74,7 gam rượu n-butanol vào đến khi phản ứng hoàn toàn;

- 299,3 gam (1,7 mol) rượu n-dodecanol được cho vào bình phản ứng trong khi khuấy (có thể sử dụng hỗn hợp rượu no n-alkanol có

số nguyên tử C từ C12 ÷ C22 ) Hỗn hợp phản ứng được gia nhiệt từ

từ đến khi xuất hiện dòng hồi lưu và khuấy đều cho đến khi lượng P2O5 phản ứng hết Lấy hỗn hợp alkyl axit octophotphat vừa được

chế tạo cho phản ứng với 25,8 gam hydroxit nhôm (chiếm 42 % theo

số tỷ lượng) Khuấy trộn đều hỗn hợp và gia nhiệt đến 1100C trong khoảng thời gian 1 giờ Chất tạo ra sau phản ứng này là muối nhôm thế không hoàn toàn (được ký hiệu là AlDo)

Phương pháp 2:

- Cho 53,8 gam P2O5 vào bình phản ứng;

- Rót 29,3 gam n- butanol vào bình phản ứng và khuấy đều đến khi phản ứng hết

- Tiếp tục đổ 102 gam rượu n-octanol vào bình phản ứng và khuấy đều trong 1 giờ đến khi P2O5 phản ứng hết

- Lấy 100 gam của chất tạo thành sau phản ứng sau đó cho phản ứng với 9,76 gam Al(OH)3, khuấy đều và tăng nhiệt độ lên 1100

C trong 1 giờ cho bay hết hơi nước

- Chất tạo gel tan trong dầu là muối nhôm được thế một phần

của các rượu n-butanol, n-octanol với axit octophotphoric được ký

hiệu AlOc

Sản phẩm thu được là sản phẩm liên kết giữa muối nhôm và este

của axit photphot là một chất lỏng nhớt được làm nguội rồi cho phân tán vào dầu điezen (hay các sản phẩm dầu và dầu tổng hợp ) với

nồng độ tối đa 2 %

4.3 Thí nghi ệm tạo gel để tạo gel cho hydrocacbon lỏng

Gel được điều chế theo các phương pháp 1 và 2 được sử dụng để

tạo gel cho các loại dầu hydrocacbon tiến hành theo quy trình thí nghiệm và kết quả như bảng 4.1

B ảng 4.1: Thí nghiệm tạo gel hydrocacbon

M ẫu

N o Thành ph ần amin Lo ại lượng S ố qu K ả tạo ết

gel

1 250ml dầu + 2 g AlDo (0,8%) TEPA 0,3 ml gel

2 250ml dầu + 2 g AlDo (0,8%) TETA 0,25 ml gel

3 250ml dầu + 2 g AlDo (0,8%) MDA PDA 0,75 ml gel

4 250ml dầu + 2 g AlOc (0,8%) TETA 0,4 ml gel

5 250ml dầu + 2 g AlOc (0,8%) MDA PDA 0,83 ml gel

6 250ml dầu + 2 g AlOc (0,8%) TEPA 0,6 ml gel