Nghiên cứu nâng cao hiệu quả xử lý tạp chất cơ học trong nghiên cứu biển để bơm ép vỉa mỏ bạch hổ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRỊNH QUỐC HUY NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ TẠP CHẤT CƠ HỌC TRONG NƯỚC BIỂN ĐỂ BƠM ÉP VỈA MỎ BẠCH HỔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT TRỊNH QUỐC HUY NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ TẠP CHẤT CƠ HỌC TRONG NƯỚC BIỂN ĐỂ BƠM ÉP VỈA MỎ BẠCH HỔ Chuyên ngành: Kỹ thuật thăm dị mỏ khống sản Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN ĐÌNH KIÊN TS ĐẶNG ANH TUẤN HÀ NỘI - 2006 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu luận văn trung thực Kết nghiên cứu cuối chưa công bố cơng trình Tác giả luận văn Trịnh Quốc Huy MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Chương 1- THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NƯỚC BIỂN 12 1.1 Tính chất lý-hoá nước 12 1.1.1 Cấu trúc phân tử nước lỏng 12 1.1.2 Các tính chất hóa lý nước tinh khiết 14 1.1.3 Các hệ phân tán mơi trường nước 15 1.2 Thành phần tính chất nước biển đặc điểm 16 1.2.1 Các nguyên tố hoá học nước biển 17 1.2.2 Độ pH nước biển yếu tố ảnh hưởng 21 1.2.3 Tạp chất học nước biển công nghệ xử lý nước 25 ép vỉa 1.2.4 Các phương pháp đánh giá tạp chất học nước biển Chương 2- LOẠI BỎ TẠP CHẤT CƠ HỌC TRONG NƯỚC BIỂN 26 29 BẰNG VẬT LIỆU LỌC DẠNG HẠT 2.1 Cơ chế lọc nước vật liệu lọc dạng hạt 30 2.2 Động học trình lọc chậm 31 2.3 Động học trình lọc nhanh 33 2.3.1 Các chuẩn số đồng dạng trình lọc nhanh 39 2.3.2 Xác định thời gian lọc hiệu thông số lọc a, b 43 2.3.3 Tổn thất áp lực q trình lọc nhanh 46 2.4 Các thơng số vật liệu lọc dạng hạt 53 Trang Chương 3- SỬ DỤNG HOÁ CHẤT TRONG 55 XỬ LÝ TẠP CHẤT CƠ HỌC 3.1 Hấp phụ môi trường nước 55 3.1.1 Hiện tượng hấp phụ 55 3.1.2 Các tương tác gây tượng hấp phụ 55 3.1.3 Hấp phụ môi trường nước 59 3.1.4 Hấp phụ chất vô 61 3.1.5 Hấp phụ polyme 63 3.2 Tạp chất học dạng keo, huyền phù nước xử lý 64 3.2.1 Cấu trúc dạng hạt keo tạp chất học 64 3.2.2 Tương tác hạt keo môi trường nước 65 3.3 Loại bỏ tạp chất học nước biển phương pháp 68 keo tụ 3.3.1 Phương pháp sử dụng chất điện ly 68 3.3.2 Phương pháp đưa muối kim loại hoá trị cao (Al3+, 69 Fe3+) vào nước xử lý 3.3.3 Phương pháp đưa vào hệ chất polyme 73 3.3.4 Trộn phân tán hoá chất 76 Chương 4- NÂNG CAO HIỆU QUẢ XỬ LÝ TẠP CHẤT CƠ HỌC 77 TRONG NƯỚC BIỂN TRÊN MODULE ÉP VỈA CHUYÊN DỤNG MỎ BẠCH HỔ 4.1 Hệ thống công nghệ xử lý nước biển module chuyên 77 dụng 4.1.1 Các yêu cầu chất lượng nước xử lý hệ 77 thống xử lý nước biển chuyên dụng 4.1.1.1 Đặc điểm tầng nước cung cấp 77 4.1.1.2 Chất lượng nước biển sau xử lý 81 4.1.2 Các cụm thiết bị 81 Trang 4.2 Phin lọc thô 82 4.2.1 Cấu tạo phin lọc thô 82 4.2.2 Nguyên lý vận hành 85 4.3 Cấu tạo -Nguyên lý làm việc phin lọc tinh 89 4.3.1 Cấu tạo tính phận phin lọc tinh 93 4.3.2 Nguyên lý vận hành 95 4.4 Các thiết bị xử lý hố chất q trình loại bỏ tạp chất 97 học 4.4.1 Máy sản xuất hypochlorite natri 97 4.4.2 Các bơm định lượng 100 4.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý tạp chất học 100 4.5.1 Ảnh hưởng hoá phẩm xử lý 100 4.5.2 Phân tích chế lọc phin lọc tinh 103 4.5.3 Ảnh hưởng trình cơng nghệ 105 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 PHỤ LỤC Stt Bảng 1.1 DANH MỤC CÁC BẢNG Các nguyên tố hoá học phổ biến nước biển (theo Gondberg) Bảng 1.2 Các ion nước biển (theo Bruevich) Bảng 4.1 Thành phần hoá học nước biển mỏ Bạch hổ Bảng 4.2 Các thông số anthracite Bảng 4.3 Các thông số fine garnet Bảng 4.4 Các bước rửa ngược phin lọc tinh DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Stt Hình 1.1 Hình học phân tử nước liên kết hidro Hình 1.2 Tính lưỡng cực phân tử nước Hình 1.3 Liên kết hiđrơ nước lỏng 10 Hình 1.4 Phân bố pH trung tâm Thái bình dương theo độ sâu (Bukhơ) 11 Hình 1.5 Phân chia tiểu phân nước biển theo kích thước 12 Hình 1.6 Sơ đồ xác định tổng lượng cặn 13 Hình 1.7 Sơ đồ máy đếm hạt 14 Hình 2.1 Mơ quan hệ nồng độ hạt rắn với chiều dày lớp vật liệu lọc theo thời gian 15 Hình 2.2 Sơ đồ biến thiên nồng độ cặn 16 Hình 2.3 Xác định thời gian lọc hiệu 17 Hình 2.4 Dựng biểu đồ tương quan C/C0=F1(X1) theo C/C0=F1(x) 18 Hình 2.5 Dựng biểu đồ tương quan C/C0=F2(T1) theo C/C0=F2(t) 19 Hình 2.6 Biểu đồ tương quan X T 20 Hình 2.7 Biểu đồ tương quan thời gian lọc hiệu t chiều dày lớp lọc x 21 Hình 2.8 Minh hoạ thay đổi cấu trúc lớp vật liệu lọc dạng hạt 22 Hình 2.9 Biểu đồ đồng dạng tăng tổn thất áp lực trình lọc nhanh 23 24 Hình 2.10 Biểu đồ thực nghiệm xác định kích thước đặc trưng vật liệu lọc dạng hạt Hình 3.1 Mơ hình tích điện bề mặt 25 Hình 3.2 Minh họa cấu tạo mixen SiO2 cơng thức (a) hình vẽ (b) 26 Hình 3.3 Biểu đồ lực tương tác hạt keo 27 Hình 3.4 Biểu đồ tính tan lý thuyết hydroxit nhơm nước tinh khiết 250C 28 Hình 3.5 29 Hình 3.6 30 Hình 4.1 Sơ đồ cơng nghệ module ép vỉa chuyên dụng mỏ Bạch hổ 31 Hình 4.2 Một số loài vỏ cứng nước biển mỏ Bạch hổ 32 Hình 4.3 Một số lồi tảo nước biển mỏ Bạch hổ 33 Hình 4.4 Mặt cắt phin lọc thơ 34 Hình 4.5 Mặt cắt ngang sợi lọc ống lọc phin lọc thơ 35 Hình 4.6 Sơ đồ cơng nghệ phin lọc thơ 36 Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý làm việc phin lọc thơ 37 Hình 4.8 Mặt cắt đứng phin lọc tinh 38 Hình 4.9 Phân bố phễu phân nước phin lọc tinh 39 Hình 4.10 Sơ đồ bố trí lỗ phễu phân nước phin lọc tinh 40 Hình 4.11 Hệ thống thu gom nước phin lọc tinh 41 Hình 4.12 Sơ đồ đường cơng nghệ phin lọc tinh 42 Hình 4.13 Sơ đồ cơng nghệ máy sản xuất Hypochlorite natrium 43 Hình 4.14 Sơ đồ lắp ghép ống điện phân máy sản xuất Hypochlorite natrium 44 Hình 4.15 Biểu đồ ảnh hưởng chất keo tụ trợ keo tụ đến hiệu Biểu đồ tính tan lý thuyết hydroxit sắt nước tinh khiết 250C Cấu trúc Cation polyelectrolyte (polydiallyldimethylamonium) lọc phin lọc tinh 45 Hình 4.16 Biểu đồ ảnh hưởng hypochlorite natrium đến hiệu lọc phin lọc tinh 46 Hình 4.17 Biểu đồ ảnh hưởng màng lọc đến hiệu lọc phin lọc tinh 47 Hình 4.18 Biểu đồ ảnh hưởng trình cơng nghệ hiệu lọc phin lọc tinh MỞ ĐẦU 1- Tính cấp thiết đề tài Trong khai thác dầu khí, việc bơm ép để trì áp suất vỉa dầu khí thường tiến hành đồng thời với trình khai thác tăng cường lượng mỏ suy giảm Đối với cơng trình khai thác dầu khí biển mỏ Bạch Hổ, lưu chất sử dụng bơm ép trì áp suất vỉa nước biển xử lý Hiện mỏ Bạch Hổ có module ép vỉa chuyên dụng là: - module 5000: đặt giàn 8, khối lượng bơm ép thiết kế 5000 m3/ngày module - module 10000: đặt giàn ép vỉa WIP-30000 WIP-40000 công suất bơm ép 10000 m3/ngày/module Các module lắp đặt hệ thống công nghệ xử lý bơm ép với công nghệ tiên tiến, hầu hết tự động hố Ngồi số giàn cố định có đặt máy bơm ép công suất nhỏ với công nghệ xử lý đơn giản Các máy bơm cụm xử lý nước biển loại không sử dụng Với khối lượng bơm ép lớn vào khoảng từ 40.000 đến 60.000 m3/ngày (khối lượng bơm ép năm 2004: 20.500.000 m3, năm 2005: 19.000.000m3), nhiệm vụ quan trọng xử lý nước biển cho ép vỉa mỏ Bạch Hổ loại bỏ tạp chất học để bảo tồn tính chất vỉa dầu khí độ tiếp nhận nước bơm ép Các tạp chất học nước biển loại bỏ hệ thống phin lọc kết hợp với xử lý hố chất Hiệu q trình bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Để xác định yếu tố ảnh hưởng đánh giá mức độ ảnh hưởng yếu tố đến hiệu xử lý tạp chất học sử dụng lý thuyết tính tốn Nhờ mà biết chiều hướng trình xảy có phương pháp tác động để có kết mong muốn Tuy nhiên công tác thực nghiệm kết thực nghiệm đánh giá cuối 106 3000 1: 20 phút sau rửa ngược 2: phút sau rửa ngược 2500 3: tăng hoá chất keo tụ bước 22 Số lượng hạt 2000 4: tăng thời gian sối lên 30 phút 1500 1000 500 1-2 2-5 5-7 7-10 10-15 15-25 25-50 >50 Kích thước hạt, micron Hình 4.18 Biểu đồ ảnh hưởng q trình cơng nghệ hiệu lọc phin lọc tinh Từ biểu đồ ta thấy đường 1, 3, gần sát chứng tỏ giải pháp tăng thời gian xả sối tăng lưu lượng để đạt nồng độ chất keo tụ ban đầu có tác động tích cực đến hiệu lọc phin lọc tinh 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: - Từ kết nghiên cho thấy ảnh hưởng mạnh mẽ hypochlorite natrium, hoá phẩm coi chất diệt vi sinh vật hệ thống xử lý bề mặt đến hiệu lọc phin lọc tinh - Khi khơng xử lý hố phẩm keo tụ, chế làm việc phin lọc tinh coi chế lọc nhanh tạp chất học bị loại bỏ chủ yếu chế bẫy Phin lọc tinh gần không loại bỏ hạt có kích thước 7μm - Khi xử lý hoá phẩm keo tụ, chế lọc phin lọc tinh lọc chậm (hình thành màng lọc) Các tạp chất học nhỏ 7μm chủ yếu bị loại bỏ lớp màng lọc - Sau rửa ngược, bước xả sối chế lọc phin lọc tinh chuyển tiếp từ lọc nhanh sang lọc chậm Các thông số thời gian, lưu lượng xả sối nồng độ hoá phẩm keo tụ giai đoạn định khả ổn định loại bỏ tạp chất học lớp màng lọc tạo thành thời gian xả sối - Có thể khơng sử dụng hố chất cation polyelectrolyte q trình keo tụ mà đạt hiệu lọc phin lọc tinh theo yêu cầu xử lý nước biển Kiến nghị - Việc nghiên cứu, xem xét thêm để khẳng định tác dụng hoá chất polyelectrolyte loại bỏ tạp chất học cần thiết - Cần nghiên cứu thêm thời gian lưu lượng bước xả sối sau rửa ngược để hiệu lọc phin lọc tinh sau rửa ngược không bị giảm yêu cầu 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đồn Bộ (2003), Hố học biển, Đại học quốc gia Hà nội, Hà nội Lê văn Cát (2002), Hấp phụ & trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước & nước thải, nhà xuất thống kê, Hà nội Trịnh Xuân Lai, Đồng Minh Chu (1988), Xử lý nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp, nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội Nguyễn hữu Phú (2001), Cơ sở lý thuyết công nghệ xử lý nước tự nhiên, nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà nội Nguyễn Hữu Phú (2003), Hoá lý & Hoá keo, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà nội Hồng Đình Tiến, Phạm Bá Hiển, Trương Anh Tú, Nguyến Thuý Quỳnh (2003), “Công nghệ xử lý nước bơm ép hiệu áp dụng mỏ Bạch hổ XNLD Vietsovpetro”, tuyển tập "Nâng cao hệ số thu hồi dầu", tr.145÷153, Tổng cơng ty dầu khí Việt nam Axsia Serck Baker LTD, (2001), Operating Instruction, section “Basic of design for process water injection platform”, section “Water injection system control philosophy” Axsia Serck Baker LTD, (1995), Onshore training, section “The implications of using seawater for injection purposes” Alan Rembaum & Eric Sélégny, (1975), Polyelectrolytes and their applications, D.reidel Publishing company, Doredrecht-Holland 10 Belan F.I, S Semyonov (1981), Water treatment, Mir Publish 11 Horne R.A., (1969), Marine chemistry, Jonh Wiley & sons Inc 12 Walter J.Weber.JR, (1972), Physicochemical processes for water quality control, Jonh Wiley & sons, Inc PHỤ LỤC KẾT QUẢ PHÂN TÍCH NƯỚC Ngày 01 tháng 03 Năm 2005 Module Mẫu Số lượng hạt cỡ / 100 ml 1-2Mcr 2-5Mcr 5-7Mcr 7-10Mcr 10-15Mcr 15-20 226645 129078 14408 8162 3758 3754 1296 157 108 41 Sum Sum >1 >2 Hieäu lọc 20-25 >25 1282 386 28 383749 157102 21 10 5387 1633 >1 >2 98.6 99.0 Cl2 O2 SO3 ppm ppb ppm 2 20-25 >25 616 206 225364 88690 26 10 5314 1690 Hiệu lọc >1 >2 97.6 98.1 Cl2 O2 SO3 ppm ppb ppm 2 Hiệu lọc 20-25 >25 954 244 314712 125110 146 74 7896 2192 >1 >2 97.5 98.2 Cl2 O2 SO3 ppm ppb ppm >100 2 25-50 >50 502 186 260790 98346 26 12 1234 500 Hiệu lọc >1 >2 99.5 99.5 Cl2 O2 SO3 ppm ppb ppm 200 1 >2 Hiệu lọc 25-50 >50 674 214 10 284972 111902 40 1472 642 >1 >2 99.5 99.4 Cl2 O2 SO3 ppm ppb ppm 300 2 Hiệu loïc 20-25 >25 662 226 14 189496 69890 11 4081 1463 >1 >2 97.8 97.9 Cl2 O2 SO3 ppm ppb ppm 2 25-50 >50 706 176 109154 39514 16 1926 704 Hiệu lọc >1 >2 98.2 98.2 Cl2 O2 SO3 ppm ppb ppm 2 25-50 >50 960 288 28 413866 164836 14 5204 1242 Hiệu loïc >1 >2 98.7 99.2 Cl2 O2 SO3 ppm ppb ppm 2 25-50 >50 520 168 132388 47982 10 4850 1352 Hiệu lọc Cl2 O2 SO3 >1 >2 ppm ppb ppm 96.3 97.2 2 25-50 >50 760 182 14 141996 52804 10 1846 720 Hiệu lọc >1 >2 98.7 98.6 Cl2 O2 SO3 ppm ppb ppm 2 25-50 >50 878 232 12 176816 66388 3732 1058 Hiệu lọc >1 >2 97.9 98.4 Cl2 O2 SO3 ppm ppb ppm