1. Sự hỡnh thành nhũ.
Phần lớn dầu thụ được khai thỏc dưới dạng nhũ mà chủ yếu là nhũ nước trong dầu (N/D). Loại nhũ này thường rất bền và khú phỏ. Đa số cỏc nhà nghiờn cứu cho rằng trong điều kiện vỉa hầu như khụng thể phõn tỏn dầu khớ nước, chỳng chỉ bắt đầu tạo thành trong quỏ trỡnh chuyển động theo thõn giếng lờn bề mặt. Ở độ sõu 2000 m và điều kiện ỏp suất 20 àPa thỡ một phần thể tớch dầu mỏ cú thể hoà tan tới 1000 phần thể tớch khớ. Khi lờn đến bề mặt do giảm ỏp khớ tỏch ra với năng lượng đủ lớn để phõn tỏn cỏc giọt nước vỉa. Đú chớnh là nguyờn nhõn gõy ra nhũ nước. Trong hệ thống thu gom, do giảm ỏp liờn tục và do bơm vận chuyển cũng làm tăng thờm độ phõn tỏn cỏc giọt nước trong dầu mỏ nhũ nước trong dầu cũn được tạo thành do quỏ trỡnh rửa dầu bằng nước ngọt để tỏch muối Clorua bằng phương phỏp điện. Nhũ nước trong dầu là một hệ phõn tỏn của hai chất lỏng khụng tan hoặc ớt tan vào nhau và là hệ thống ổn định về nhiệt động học, luụn cú xu hướng tiến tới cõn bằng với cực tiểu bề mặt phõn tỏn cỏc pha. Diện tớch bề mặt phõn cỏch nhỏ nhất khi xảy ra tỏch pha.
Trờn thực tế nhũ W/O cú độ bền cực lớn, được đặc trưng bởi độ bền của nhũ dầu mỏ. Yếu tố cơ bản xỏc định độ bền của nhũ dầu mỏ là do sự cú mặt của lớp Slovat hấp thụ trờn bề mặt giọt nước phõn tỏn, lớp hấp phụ này cú tớnh cơ cấu trỳc xỏc định, cản trở sự kết hợp của cỏc hạt nước và tỏch nhũ. Theo viện sỹ P.A Rebindo, sự hỡnh thành lớp hấp phụ là do cú chất ổn định nhũ trong thành phần dầu như sau:
- Chất cú hoạt tớnh bề mặt (axit naptennic , axit bộo, nhựa thấp) làm hệ phõn tỏn mạnh và tạo lớp phõn tử khụng cấu trỳc trờn bề mặt phõn cỏch pha.
- Cỏc chất cú hoạt tớnh bề mặt khụng cao (Asphanten, axit và andehit asspantogennic, nhựa cao) tạo lớp cấu trỳc ổn định nhũ cao.
- Cỏc chất khoỏng và hữu cơ rắn nhờ tớnh thấm ướt chọn lọc bỏm dớnh vào hạt nước tạo lớp vỏ bọc “bền vững”.
Tớnh chất nước vỉa, sự cú mặt của cỏc chất phõn tỏn (tạp chất cơ học, tinh thể muối) và hoà tan (ion kim loại) trong nước vỉa cũng hỡnh thành lớp hấp phụ. Như vậy độ bền nhũ phụ thuộc vào bản chất của dầu thụ, nước tạo nhũ và nhiều yếu tố khỏc.
Theo cỏch phõn loại hệ phõn tỏn dị thể, nhũ dầu mỏ được chia thành 3 loại chớnh:
* Nhúm 1: Nhũ nghịch: nước trong dầu mỏ (W/O)
Đõy là loại nhũ chớnh thường gặp trong khai thỏc dầu mỏ. Hàm lượng pha phõn tỏn (nước) trong mụi trường phõn tỏn (dầu mỏ) cú thể thay đổi từ vết đế 90 ữ
95%. Tớnh chất loại nhũ này ảnh hưởng lớn đến quỏ trỡnh cụng nghệ khai thỏc, thu gom dầu đến việc lựa chọn cụng nghệ và kỹ thuật tỏch nhũ.
* Nhúm 2: Nhũ thuận dầu mỏ trong nước (O/W)
Nhũ này tạo thành trong quỏ trỡnh phỏ nhũ nghịch (quỏ trỡnh phỏ nhũ dầu mỏ), trong quỏ trỡnh tỏc động nhiệt hơi nước lờn vỉa và trong quỏ trỡnh xử lý nước thải. Như dầu trong nước thuộc loại nhũ loóng. Cụng nghệ phỏ nhũ thuận lợi đơn giản hơn so với phỏ nhũ nghịch.
* Nhúm 3: Nhũ hỗn hợp.
Nhũ này cú thể là nhũ thuận hoặc nhũ nghịch, trong đú pha phõn tỏn cũng là nhũ chứa cỏc hạt nhỏ của mụi trường phõn tỏn. Nhũ này cú thể xuất hiện khi đồng thời cú trong hệ hai chất tạo nhũ cú tỏc động trỏi ngược nhau. Nhũ này đặc trưng bởi hàm lượng tạp chất cơ học cao và rất khú phỏ. Nhũ này tớch tụ trờn ranh giới phõn pha trong cỏc thiết bị xử lý dầu thụ và nước, và là nguyờn nhõn làm giỏn đoạn cụng nghệ. Trong thực tế người ta làm sạch định kỳ thiết bị, loại bỏ lớp nhũ này tớch tụ vào cỏc bể chứa hay bể dầu. Nhũ hỗn hợp được xử lý trong chế độ cụng nghệ khắt khe hoặc đem đốt. Hỡnh 5 đến hỡnh 8 là cỏc ảnh chụp hiển vi những nhũ tương dạng thụng thường và giải thớch sự phõn loại kớch thước của cỏc giọt nước mà ta gặp chỳng một cỏch ngẫu nhiờn.
3. Độ bền nhũ.
Đối với nhũ dầu mỏ, chỉ tiờu quan trọng nhất là độ bền - chớnh là khả năng trong một khoảng nhất định khụng bị phỏ vỡ, khụng bị tỏch thành hai pha, khụng trộn lẫn. Khi đỏnh giỏ độ bền nhũ người ta phõn thành hai loại: Độ bền động học và độ bền tập hợp:
a. Độ bền động học (sa lắng): là khả năng của hệ thống chống lại sự sa lắng hay nổi lờn của hạt pha phõn tỏn dưới tỏc dụng của trọng lực. Đối với hệ loóng, khi hay nổi lờn của hạt pha phõn tỏn dưới tỏc dụng của trọng lực. Đối với hệ loóng, khi hàm lượng pha phõn tỏn nhỏ hơn 3%. Độ bền động học của nhũ cú thể xỏc định bằng cụng thức:
Ky = (18)
Trong đú:
+ : tốc độ lắng hoặc nổi của hạt pha phõn tỏn cú bỏn kớnh r. + ρn - ρd: hiệu tỷ trọng pha phõn tỏn và mụi trường phõn tỏn. + γ: độ nhớt của mụi trường phõn tỏn.
+ g: gia tốc trọng trường.
Từ đú ta thấy rằng độ bền động học của nhũ dầu mỏ loóng tỷ lệ thuận với độ nhớt của dầu thụ, tỷ lệ nghịch với hiệu tỷ trọng của dầu thụ và nước phõn tỏn và tỷ lệ nghịch với bỡnh phương bỏn kớnh giọt nước.
b. Độ bền tập hợp: Độ bền tập hợp là khả năng của hạt pha phõn tỏn khi va chạm với cỏc hạt khỏc hay với ranh giới phõn chia pha vẫn giữ nguyờn được kớch chạm với cỏc hạt khỏc hay với ranh giới phõn chia pha vẫn giữ nguyờn được kớch thước ban đầu của mỡnh. Độ bền tập hợp của nhũ được đo bằng thời gian tồn tại của chỳng, đối với nhũ dầu mỏ cú thể dao động từ vài giõy đến nhiều năm:
T = (19)
Trong đú:
+ H: chiều cao cột nhũ (cm)
+ v: Tốc độ dài trung bỡnh tự tỏch lớp của hệ (cm/s)
Do đa số nhũ dầu mỏ cú độ bền tập hợp xỏc định rất cao nờn người ta đỏnh giỏ đại lượng này theo cụng thức:
Ay = (20)
Trong đú: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ W: Hàm lượng pha phõn tỏn tỏch ra trong quỏ trỡnh ly tõm.
Để so sỏnh độ bền tập hợp của hệ nhũ với độ nhớt của mụi trường, kớch thước hạt phõn tỏn hay giỏ trị ∆P điều kiện ly tõm được điều chỉnh theo cụng thức Stock:
T = (21)
Trong đú:
+ T: Thời gian ly tõm của hệ với tốc độ gúc đó cho (w, độ/s)
+ x1, x2: khoảng cỏch từ tõm quay đến mức trờn và mức dưới của hệ nhũ nghiờn cứu trong ống ly tõm. Bản chất của quỏ trỡnh xử lý sản phẩm khai thỏc là giảm tối đa độ bền tập hợp và động học của hệ nhũ dầu mỏ. Tồn tại một loạt cỏc lý thuyết giải thớch độ bền tập hợp của hệ nhũ, cú thể chia ra thành: Thuyết nhiệt động học (năng lượng) và thuyết cao phõn tử gắn liền với sự thành tạo rào cản cơ cấu trỳc. Tuy nhiờn cỏc thuyết này đều thống nhất ở điểm: Để cú được độ bền của hệ nhũ của hai chất lỏng sạch khụng trộn lẫn (sức căng ranh giới lớn hơn 0 rất nhiều) cần cú cỏc cấu tử ổn định thứ 3. Cỏc chất ổn định nhũ, thành phần ổn định lớp nhũ dầu mỏ rất khỏc nhau. Ngoài cỏc chất ổn định chớnh nhựa Asphanten - cũn cú muối của axit naptennic và kim loại nặng, vỡ tinh thể parafin, hạt rắn huyền phự khoỏng sột với bề mặt bị biến tớnh bởi cỏc cấu tử phõn cực mạnh của dầu, Porfirin và oxit của nú chứa cỏc kim loại nặng.
CHƯƠNG II
TÍNH CHẤT NHŨ DẦU MỎ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN NHŨ. ĐẾN ĐỘ BỀN NHŨ.