K t qu thí nghi m c a nghiên c u trên đư Мó th đ a ra k t lu n v m u PEA- 3 v i MW kho ng 230 cho kh n ng c ch t t nh t, do có c u trúc và kh i l ng phân t phù h p. C Мh c ch c a polyether amine này bao g m t ng táМ t nh đi n, liên k t hydro và t o màng ch n k n c. Sau khi h p ph lên b m t c u trúc sét, các phân t PEA t o thành m t l p đ n phсn t trên b m t. PEA-3 có hai nhóm amine liên k t các m t c u trúc sét c nh nhau và gi m thi u kho ng cách gi a các l p
44
sét. Ngoрi ra, đ u k n c c a phân t ng n Мh n s xâm nh p ti p theo c a các phân
t n c.
Trong m t nghiên c u khác v m i quan h gi a c u trúc và tính ch t c a
polyamine khi đ c s d ng nh m t ch t c ch trong dung d ch khoan g М n c
[31], nhóm tác gi đư th c hi n so sánh 4 m u polyamine có s khác bi t v kh i
l ng phân t , c u t o liên k t a n c ho c k n c và s l ng nhóm ch c amine phân b trên 1 phân t . Thông qua các thơng s bi u hi n cho tính ch t c ch nh đ b o t n mùn khoan, PV/YP c a dung d ch x lý, hрm l ng polyamine h p th trên b m t sét, nghiên c u đư ch ra s nh h ng c a đ М đi m c u trúc lên kh n ng
c ch c a polyamine. Qua so sánh th y đ c, r ng gi a 2 polyether diamine D230 và D400 có cùng c u trúc m ch phân t thì D230 có kh i l ng phân t nh h n th hi n tính c ch Мao h n rõ r t. Tuy nhiên, m u EDR148 có kh i l ng phân t th p nh t trong 4 m u l i cho kh n ng c ch kém nh t, do s h u liên k t a n c thay vì k n c nh 3 Мh t còn l i, v n h tr đ y các phân t n c xen gi a các l p c a sét và t ng kh n ng h p th c a phân t polyamine lên b m t sét. Còn khi so sánh T403 và D400 có cùng phân t l ng và c u trúc PO, vi c T403 s h u ba nhóm ch c amine trên 1 phân t đư giúp t ng kh n ng treo đ i Мation vр t ng kh n ng
polyamine h p th lên b m t sét, t đó bi u hi n b o t n mùn khoan c a T403 М ng
t t h n D400, t đó tính c ch М ng đ t hi u qu Мao h n. Bên c nh đó, các m u
polyether amine đ u không nh h ng x u đ n đ th i n c c a dung d ch x lý, đi u
này М ng kh ng đnh s t ng thíМh М a chúng v i các thành ph n khác trong dung
45 Hình 2.27. K t qu thí nghi m so sánh tính c ch c a các polyether amine [31]
Còn trong bài báo [32] “Shale inhibitive properties of polyether diamine in water-baseН Нrilling fluiН” М ng М a tác gi Hanyi Zhong, tác gi đư trình bрy nh ng k t qu thu đ c t 2 thí nghi m chính: bentonite inhibition test và bulk hardness test nh m so sánh kh n ng c ch c a dung d ch KCl 7% và dung d ch Polyether diamine (PEDA) 3% v i pH khác nhau. Bentonite inhibition test mô ph ng hi n t ng sét xâm nh p vào dung d ch có ch a ch t c ch và k t qu thí nghi m này ph n ánh hi u qu duy trì tính ch t dung d ch c a ch t c ch đó khi hрm l ng sét trong dung d ch ngày m t t ng. Bulk harНness test Мho phép đánh giá kh n ng thu h i mùn khoan sét trong dung d ch c ch qua thông s đo moment b ng thi t b chuyên d ng.
46
Hình 2.28. K t qu thí nghi m “Bentonite inhibition test” [32]
Hình 2.29. K t qu thí nghi m “Bulk hardness test” [32]
K t qu 2 thí nghi m ch ra r ng dung d ch PEDA 3% có th ng n Мh n q trình
th y hóa vр tr ng n c a sét hi u qu h n Нung Н ch KCl 7% trên n n n c. Gi m
giá tr pH М ng М i thi n tính c ch c a PEDA. Ngoài ra, d a vào k t qu các thí
nghi m phсn tíМh М Мh c ch c a PEDA trong dung d ch khoan có th đ c tóm
t t nh sau: М Мh trao đ i ion, М Мh bao b c và làm gi m s c hút b m t đ i v i
47 ammonium ion s thay th ion Na ng m n М vр trung hịa đi n tích âm c a b m t
sét thông qua trao đ i ion, ho t đ ng theo М Мh t ng t nh KCl. Trong khi đó liên
k t hydro hình thành gi a nhóm ch c và nhóm silic c a b m t sét. S k t h p c a
t ng táМ t nh đi n và liên k t hНro đ y các phân t n c ra kh i c u trúМ, ng n sét
th y hóa vр tr ng n . S h p th c a PEDA lên h t sét М ng lрm nó tr thành k
n М vр khơng thu hút n c t do xâm nh p.
Ngoài ra, theo nghiên c u [33], đ dài m ch c u trúc c a polyamine М ng nh
h ng đ n kh n ng gi m đ tr ng n c a sét. B ng các k t qu thu đ c t ph ng
pháp đo X-ray diffraction, tác gi đư Мh ng minh r ng các polyamine m ch ng n th
hi n tính c ch Мao h n, lý gi i b ng vi c chúng có kh n ng Мhui vào kho ng tr ng c-spacing gi a các l p c u trúc sét Na-Montmorillonite (Na-MMT), ng n МáМ phсn
t maМro nh glyМol xсm nh p và hình thành s p x p đ n l p n đ nh h n, so sánh
v i polyamine m ch dài. Polyamine m Мh Нрi Н ng nh thúМ đ y s phân tán (D50
th p h n)vр tr ng n m nh h n, còn khi m u sét Na-MMT đ t trong môi tr ng
c a polyamine m ch ng n, D50 t ng lên t ng ng v i đ phân tán gi m đi, vр m c
đ tr ng n th tíМh sét М ng gi m. ng th i, thông qua МáМ phép đo đ hydrat hóa,
xu h ng phсn tán vр thay đ i 2 , tác gi đư Мó th xây d ng m i t ng quan М b n
gi a các công ngh này. Các bi u hi n, hi u ng quan sát đ c có th lр М s đ d
đoán ti m n ng М a các ch t c ch polyamine khi th c hi n sàng l c, thay cho nhu
c u ch y thí nghi m đo đ tr ng n sét b ng máy Dynamic Linear Swell Meter, v n t n khá nhi u th i gian đ thu đ c k t qu đ tin c y đ đánh giá hi u qu ho t đ ng c a ch t c ch tr ng n sét.
48 Hình 2.30. Ph n tr m tr ng n c a m u v t sét Na-MMT sau 24h [33]
Hình 2.31. Xu h ng tr ng n c a m u v t sét Na-MMT trong dung d ch x lý [33] [33]
49
C ng th c hi n ph ng pháp đo X-ray НiffraМtion nh trên, trong nghiên c u
[34] “Maintaining shale stability using polyether amine while preventing polyether
amine interМalation”, táМ gi Shifend Zhang phân tích s h p th c a polyether amine
lên m u sét Na-MMT. K t qu thí nghi m ch ra trong s các cation có trong sét là Na+, K+, Ca2+, Mg2+ thì ch có cation Na+ có th trao đ i v i polyether amine xen k ,
đi u nay d n đ n vi М t ng kíМh th c chi u d c c a m u và t o ra nhi u v t n t nh trong ma tr n sét phân tán. Khi k t h p PEA v i KCl trong h n h p, s xen k c a
PEA đư gi m, th m chí b ng n М n vì cation K+ có kh n ng trao đ i tr c v i cation
Na+ trong sét. V i s hydrat hóa cation gi m b i h p th K+ và hydrat hóa l p sét gi m b i h p th PEA lên l p c u trúc sét, h n h p đư h n ch đáng k vi М t ng kíМh th c d c c a m u sét vр t ng М ng n đ nh sét. T đó Мó th k t lu n r ng trong quá trình khoan vào t ng đá phi n sét có thành ph n Na-MMT, polyether amine có th gây ra s m t n đ nh sét, nh ng khi s d ng k t h p v i KCl có th c i thi n đ
n đnh sét so v i vi c ch s d ng riêng r t ng hóa ch t. Trong m t nghiên c u khác [35] đư kh ng đnh, r ng vi c ng d ng polyether amine khi khoan trong đá phi n ch a sét Na-smectit hay Ca-smectit c n ph ng pháp phù h p, do có s khác bi t trong kh n ng trao đ i cation c a polyether amine. C th , m c dù các polyether
amine Мó М Мh h p th lên sét, gi m liên k t hydro gi a n c và các l p sét М ng
nh s k t h p gi a các phân t n c v i Мation trao đ i, nh ng b n thân chính
polyether amine М ng có th trao đ i v i cation Na+ trong sét, xen vào gi a các l p
d n đ n tr ng n , t o n t gãy và gây m t n đ nh sét, khi đó s có m t c a ion K+
trong môi tr ng s ng n Мh n s xâm nh p c a polyether amine, đ ng th i thay th
Na+ làm gi m s hydrat hóa cation. T đó nhà nghiên c u đư đi đ n k t lu n, r ng gi i pháp t i u nh t khi khoan trong đá phi n ch a Na-smectit là s d ng k t h p c ch KCl và polyether amine nh m đ m b o đ n đnh c a sét thành h . Tuy nhiên, polyether amine l i không gсy tr ng n sét Ca-smectit, do không th th c hi n trao
đ i cation v i Ca2+, nh ng v n s h u М Мh c ch t ng t b ng cách h p th lên các l p sét. Do đó, đ i v i đá phi n ch a sét Ca-smectit thì polyether amine hay mu i
KCl đ u cho hi u qu c ch nh t đ nh khi đ c s d ng riêng bi t. T k t lu n c a
50 qu c ch kháМ nhau đ i v i các lo i sét kháМ nhau, Нo đó vi c l a ch n ch t c ch phù h p v i đ М đi m c a đa t ng khoan, М ng nh xáМ đ nh ph ng pháp s d ng m t cách h p lý k t h p c ch g c polyamine v i các ch ng lo i c ch khác, tiêu bi u nh t là mu i KCl, đóng vai trị khơng nh trong vi c t i u hóa tính n ng c ch
tr ng n sét c a m t h dung d ch khoan.
Tham kh o k t qu đ t đ c t các nghiên c u đi tr М, đ nh h ng nghiên c u c a Lu n v n lр th c hi n nh ng thí nghi m t ng t v i các hóa ch t c ch g c amine, c th là các m u polyether amine t các nhà cung c p c trong vр ngoрi n c. T q trình th nghi m trong phịng thí nghi m có th xáМ đ nh đ c m u polyether amine có kh n ng c ch cao nh t khi so sánh các m u, c khi s d ng riêng bi t và trong cùng m t h dung d ch v i các ch ng lo i c ch kháМ. ng th i đánh giá đ
t ng thíМh gi a các hóa ch t v i nhau, phát hi n s m nh ng ph c t p có th phát
sinh trong quá trình x lý dung d ch b ng vi c b sung ch t c ch polyamine, nh m rút ra nh ng ph ng pháp s d ng, x lý vр l u ý Мho vi М đi u ch dung d ch khoan th c t thi công. Cu i Мùng, thông qua giai đo n th nghi m công nghi p t i m t gi ng khoan th c t , nh n xét, đánh giá v tính kh thi c a vi c áp d ng ph bi n hóa ph m c ch m i nh m t thành ph n chính trong h dung d ch khoan g М n c c
ch Мao, đ a ra nh ng đ xu t nghiên c u trong t ng l i đ đ tрi ngрy đ c hoàn
51
CH NGă3.ăNGHIểNăC UăTHệăNGHI M,ăTH ăNGHI M,ă
PHỂNăTệCHăVẨă ÁNHăGIÁăCÁCăK TăQU ăTHUă C
Trong ph m vi c a đ tài s t p trung nghiên c u các ch ng lo i hóa ph m c ch g c polyamine và kh n ng ng d ng ch t c ch này trong h dung d ch khoan g М n c c ch cao KGAC Plus M1 – hi n là h dung d ch tiên ti n nh t c a Vietsovpetro. Trong thành ph n c a h dung d ch này, các ch t c ch nh mu i Kali chloride KCl - c ch ion, Ferrochrome lignosulfonate - c ch phân tán, Polyalkylene glycol (PAG) ho c Polyethylene glycol (PEG) - c ch t o màng, Encapsulator - c ch bao b М, đ u đư tr i qua q trình nghiên c u hồn thi n và thành công s d ng k t h p trong h . Ngoài ra, trong h dung d ch KGAC Plus M1 có s d ng m t hóa ch t g c amine Hib-X, thành ph n chính là Diethanolamine (DEA) v i vai trò ch t n đ nh pH, đ ng th i th hi n m t ph n ch c n ng c ch sét. Tuy nhiên, kh n ng c ch c a DEA lр Мh a Мao, Мho nên Polyether amine đ c nghiên c u nh m thay th chính hóa ph m này, v i m c tiêu chính là nâng cao tính
c ch tr ng n sét và v n đ m b o duy trì đ pH c a dung d ch.
Trên th gi i hi n nay nhi u h dung d ch khoan g М n c c ch cao, thu c quy n s h u hay đ c y quy n cho các nhà cung c p d ch v , đ u có s d ng thành ph n c ch g c amine, th m chí trong m t s h tiên ti n thì ch t c ch g c amine
Мịn đóng vai trị Мh ch t. Tuy nhiên đсy đ u là nh ng s n ph m đ М đ c quy n
cơng ngh , v n khơng th tìm th y trên th tr ng М ng nh khơng đ c phép phân tích nghiên c u hay chuy n giao, chính vì v y mà nghiên c u nрy đ c th c hi n, nh m tìm ra hóa ph m c ch g c amine dành riêng cho m t h dung d ch g М n c c a Vietsovpetro. Hóa ph m c ch polyamine l n đ u tiên đ c l a ch n cho vi c nghiên c u và áp d ng thành công trong thành ph n h dung d ch KGAC Plus M1, có th tr thрnh М s ch ng minh cho ti m n ng s d ng c a ch ng lo i hóa ch t này v i vai trị c ch tr ng n sét trong không ch h dung d ch c a Vietsovpetro, mà còn trong nhi u h dung d ch khoan g М n c khác, bên c nh các ch t c ch đư
52
3.1. Giaiăđo nănghiênăc uătrongăphịngăthíănghi m
CáМ thí nghi m đ М xсy Н ng Н a trên М s phсn tíМh tính Мh t М a МáМ lo i Мh t М Мh , nh m so sánh vр đ a ra l a Мh n 1 Мh ng lo i hóa Мh t polyether amine
phù h ptrong s МáМ m u thu th p đ М. M u polyether amine đ М Мho lр phù h p
khi Мó kh n ng hịa tan t t trong n М vр Нung Н Мh mu i v i МáМ n ng đ kháМ nhau,
đ ng th i th hi n kh n ng М Мh tr ng n sét t t, t o pH, cho ra МáМ thông s th a
mưn yêu М u k thu t, ph n ánh tr М ti p МáМ Мh М n ng Мhính М a lo i Мh t М Мh
này đ М yêu М u trong h n h p Нung Н Мh, Мu i Мùng lр kh n ng Нuy trì МáМ thơng
s , tính Мh t n đ nh đi u ki n nhi t đ Мao trong kho ng th i gian Нрi.
CáМ m u hóa Мh t đ М l a Мh n Мho thí nghi m bao g m:
- CáМ m u Мh t М Мh polyether diamine t nhр Мung М p qu М t : PEDA-301
(MW = 230), PEDA-302 (MW = 400), PEDA-303 (MW = 2000). CáМ m u PEDA này có kh i l ng phсn t t ng Н n.
- M u polyether Нiamine s n xu t t i Vi t Nam: PEDA-258 (MW = 61 – 65).
- M u hóa ph m М Мh g М amine Hib-U: lр m t thрnh ph n М Мh Мh Мh t
trong h Нung Н Мh g М n М М Мh Мao tiên ti n, đư đ М s Н ng khi khoan МáМ gi ng t i Vi t Nam, М ng nh nhi u vùng m kháМ trên th gi i.