Nghiên cứu tổng hợp vật liệu có tính năng cao và ứng dụng để xử lý mùn khoan trong khai thác dầu

Lời cảm ơn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Đào Quốc Tùy giao đề tài tận tình hướng dẫn tơi thực đề tài Tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám đốc Phịng thí nghiệm Cơng nghệ Lọc hóa dầu Vật liệu xúc tác – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập thực đề tài Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ Hữu Hóa dầu, Viện Cơng nghệ Hóa học, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ trình thực luận văn Phùng Long Hồng Trang MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương – TỔNG QUAN 1.1 Mùn khoan 1.2 Hệ hóa phẩm sử dụng cơng nghệ xử lý chất thải khoan, khai thác dầu khí 1.2.1 Các chất HĐBM sử dụng tẩy dầu 1.2.2 Các hệ hóa phẩm tẩy dầu thương mại hóa 14 Chương – THỰC NGHIỆM 16 2.1 Tổng hợp phụ gia phân tán diethanolemit dầu (ODE) 17 2.2 Chế tạo hệ hóa phẩm tăng cường khả tách dầu BKM 25 2.3 Đánh giá tính hệ hóa phẩm tẩy dầu BKM 27 Chương – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Điều kiện tối ưu q trình tổng hợp dietanolamit dầu bơng: 35 3.2 Phân tích đặc tính phụ gia phân tán dietanolamit dầu : 40 3.3 Kết nghiên cứu điều chế hệ hóa phẩm BKM 45 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DDK Dung dịch khoan VSP Liên doanh Việt – Nga (Vietsovpetro) DMC Tổng cơng ty Dung dịch khoan Hóa phẩm Dầu khí ABS Alkyl benzensunfonat mạch nhánh LAS Alkyl benzensunfonat mạch thẳng SAS Parafin sunfonat PAS Sulfat rượu bậc APG Các alkylpolyglucozit HĐBM Chất hoạt động bề mặt SMS Natri MetaSilicat SLES Natri Lauryl Ether Sulphat Betain Dimethyl Betain dầu dừa ODE Diethanol Amid dầu PAO Polyalphaolefin DC-01 Mẫu chất tẩy dầu thương mại thị trường LABS Alkyl Benzen Sulphonat mạch thẳng Trang MỞ ĐẦU Việc đẩy mạnh cơng tác quản lý, kiểm sốt xử lý chất thải gây ô nhiễm hoạt động khoan, thăm dị – khai thác dầu khí ngày trở nên cần thiết; vấn đề môi trường quan tâm hàng đầu ngành dầu khí Việt Nam nói riêng Chính phủ Việt Nam nói chung Hiện nay, có nhiều phương án kỹ thuật quản lý giúp kiểm sốt nhiễm ngành dầu khí Tuy nhiên, với nhu cầu cấp bách cần phải xử lý cách hiệu lượng chất thải dầu khí ngày tăng (đặc biệt khu vực Đông Nam Bộ, nơi tập trung chủ yếu hoạt động dầu khí), việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ tiên tiến để xử lý chất thải lĩnh vực thu dọn mỏ phù hợp với điều kiện Việt Nam cần thiết Mục tiêu đề tài nghiên cứu tổng hợp vật liệu có tính cao ứng dụng để xử lý mùn khoan thăm dị, khai thác dầu khí Theo số liệu công bố, hàm lượng dầu mùn khoan gốc dầu/tổng hợp 620/470 Ta thấy, hàm lượng vượt quy định cho phép theo Quy chuẩn QCVN 36:2010/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia dung dịch khoan mùn khoan thải từ cơng trình dầu khí biển Do đó, cần phải xử lý hàm lượng dung dịch dung dịch khoan gốc dầu/tổng hợp có mùn khoan thải khơng vượt q 9,5% tính theo trọng lượng ướt Vì lý trên, đề tài tập trung nghiên cứu điều chế chất HĐBM (đi từ nguồn nguyên liệu tự nhiên) có khả tẩy dầu cho mùn khoan gốc dầu/tổng hợp Trang Chương – TỔNG QUAN Các nguồn chủ yếu gây tác động liên quan đến chất thải trình khoan, thăm dị – khai thác thu dọn mỏ gồm có mùn khoan dung dịch khoan, nước vỉa, nước thải nhiễm dầu (bao gồm nước đồng hành, nước làm mát, nước dằn, nước rửa, … tiếp xúc với dầu trình vệ sinh, súc rửa, vệ sinh máy móc, thiết bị), khí thải q trình đốt khí đồng hành Hình 1.1 thể nguồn thải hoạt động khoan phát triển Hình 1.1 - Các nguồn thải chủ yếu hoạt động khoan, thăm dị, khai thác dầu khí Trong chất thải dầu khí nêu trên, mùn khoan nước thải giàn khoan hai chất chiếm tỷ trọng lớn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Trang 1.1 Mùn khoan Mùn khoan hỗn hợp mẩu đất đá vụn từ trình khoan phần cặn dung dịch khoan Kích thước mùn khoan thay đổi từ hạt có kích thước hạt sét đến hạt sỏi thơ góc cạnh Thành phần hóa học khống vật học mùn khoan tương ứng với vỉa trầm tích khoan qua Mùn khoan xem trơ Tuy nhiên, chúng mang vào môi trường nước kim loại dạng vết, hydrocacbon cặn rắn lơ lửng Sau thải, hạt mùn khoan nhiễm dầu phân tán làm tăng độ đục nước, làm giảm khả quang hợp, cản trở di chuyển tìm mồi loài động, thực vật phiêu sinh Mùn khoan lắng đọng đáy biển gây nên tác động chôn lấp ngạt quần thể sinh vật đáy.Mùn khoan nhiễm dầu xem chất thải có khả gây nhiễm nặng nề đáng quan tâm hoạt động thăm dò – khai thác dầu khí, đặc biệt giai đoạn tiến hành khoan[1] Thành phần đặc trưng mùn khoan phụ thuộc vào dung dịch khoan sử dụng, bao gồm thành phần vô thành phần hữu (dung dịch khoan, dầu thô) Bảng 1.1 - Thành phần vô mùn khoan thải Đặc trưng TT Đơn vị Giá trị mm 0,002 - Phân bố kích thước hạt Tỷ khối g/cm3 1,64 Độ rỗng % 39,5 Độ thấm pha (hệ số K) cm/s 0,04 – 0,09 Khả trao đổi cation (CEC) meq/100 g – 14 pH - 6,5 – 7,5 Trang Bảng 1.2 - Thành phần hữu (dung dịch khoan) mùn khoan thải TT Hóa phẩm Nồng độ DDK DDK PAO DDK gốc dầu Tỷ lệ dầu/nước 70/30 80/20 Tỷ trọng (kg/l) 1,32 0,89 Dầu 470 620 Nước 238 183 CaCl2 104 24 Chất tạo nhũ 14 Chất thấm ướt CaCO3 17 - CaO - 10 Sét hữu 28 11 Phụ gia lưu biến - 11 12 Barit 469 - Bảng 1.3 - Thành phần hữu (dầu thô) mùn khoan thải TT Tính chất Đơn vị Tỷ trọng Tỷ trọng Khối lượng riêng 150C Điểm chảy C 36 Độ nhớt động học 500C cSt 20,12 Độ nhớt động học 700C cSt 10,26 Khối lượng phân tử - 312,82 Hàm lượng parafin rắn % kh.l 25,89 Trị số axit mg KOH/g 0,204 Trang API Kết 31,5 F 0,8665 g/ml 0,8660 10 Hàm lượng nhựa % kh.l 6,07 Lượng mùn khoan thải phụ thuộc vào đường kính giếng chiều sâu khoan dự án phát triển [13] Mơ hình phát tán mùn khoan mơi trường nước minh họa hình 1.2 Hình 1.2 - Sự phát tán mùn khoan thải mơi trường biển 1.2 Hệ hóa phẩm sử dụng công nghệ xử lý chất thải khoan, khai thác dầu khí 1.2.1 Các chất HĐBM sử dụng tẩy dầu a) Các chất HĐBM anion Trong hệ hóa phẩm (chất HĐBM) tăng cường khả tách dầu khỏi mùn khoan gốc dầu/tổng hợp anion, phần ưa nước phân tử mang điện tích âm Điển hình loại xà phòng axit béo Ví dụ, xà phịng natri axit béo mạch dài phần mạch dài hydrocacbon R phần tan dầu, cịn nhóm ưa nước -COO  : Trang [R-COO]  Na  Các chất hoạt động bề mặt đại chứa lượng chất hoạt động bề mặt anion lớn chất hoạt động bề mặt không ion Dưới chất hoạt động bề mặt anion sử dụng rộng rãi thành phần chất tẩy rửa  Alkyl benzensunfonat mạch nhánh (ABS) Cấu trúc hóa học alkyl benzensunfonat mạch nhánh: Cho đến năm 1960, sử dụng rộng rãi Các chất có mặt phần lớn hệ hóa phẩm tách dầu, sau đó, người phát mạch nhánh có phân tử ABS ngăn cản việc phân hủy sinh học Vì vậy, người ta tiến hành tìm kiếm hợp chất khác có khả phân hủy sinh học tốt hợp chất linear alkyl benzensunfonat thay cho ABS  Alkyl benzensunfonat mạch thẳng (LAS) Cấu trúc hóa học alkyl benzensunfonat mạch thẳng: LAS có đặc tính tạo bọt tốt, thích hợp cho thành phần chất tẩy rửa Ngồi ra, tính tạo bọt LAS dễ dàng điều chỉnh điều có giá trị thị trường chất tẩy rửa số nơi Do tính hịa tan tốt, Trang LAS sử dụng thành phần chất tẩy rửa dạng lỏng Tuy nhiên, LAS chất nhạy cảm với nước cứng Tính tẩy rửa LAS giảm độ cứng nước tăng lên  Parafin sunfonat (SAS) Cấu trúc hóa học parafin sunfonat: Trong đó, R1 + R2 = C11 + C12 SAS có đặc tính tẩy rửa gần giống với LAS Tuy nhiên, SAS không nhạy cảm với nước cứng Đó phân tử SAS tồn liên kết S – C  Sulfat rượu bậc (PAS) Cơng thức hóa học sulfat rượu bậc một: R – CH2 – O – SO3 – Na Trong đó, R = C11 ÷ C12 Các sản phẩm chế tạo cách sunfat hóa rượu béo (thiên nhiên hay nhân tạo) với hỗn hợp không khí/SO3 theo phản ứng sau: R – OH + SO3 → R – O – SO3H PAS có khả phân hủy sinh học có khả tái sinh  Các alkylpolyglucozit (APG) Cơng thức hóa học APG sau: Trang 10 Đặc tính hóa lý metyleste dầu thu sau : TT Tên tiêu Hàm lượng este, %kl Khối lượng riêng 15oC, kg/m3 Điểm chớp cháy cốc kín (oC) Yêu cầu theo TCVN 7717 ≥ 96,5 860 - 900 ≥130 Phương pháp B100- Dầu Bông GC 98,68 TCVN 6594 (ASTM D1298) TCVN 2693 (ASTM D93) 887 143 Nước cặn, mg/kg ≤0,050 TCVN 7757 (ASTM D2709)