Dầu thô; Nước biển Vũng Tàu; Các dung dịch chất HĐBM; Đá Diorite 2.2. Hóa chất và thiết bị 2.2.1 Hóa chất
29
Mẫu Mô tả Hoạt tính
(%)
AS1 Ankylbenzene sulfonate mạch thẳng, C12-13
(Tico, Việt Nam)
98
AS2 Ethoxylated sulfate, C12-13
Đài Loan
60
AS3 Alpha Olefin Sulfonate, C14-16
(Stepan, Mỹ);
35
AS4 lineararylalkyl xylene sulfonic, C14-16
(OCT, Mỹ);
96
GS1 Gimini Diarylalkyl xylene sulfonic, C14-16
(OCT, Mỹ);
96
NS1 Alkylphenol ethoxylate, 9EO
Đài Loan
100
EGBE Ethylene Glycol MonoButyl Ether,
Trung Quốc
100
Gimini Diarylalkyl xylene sulfonic - Nước biển Vũng Tàu
Kết quả phân tích thành phần lý-hoá của nước biển như sau:
Bảng 2.1.Thành phần lý-hoá của nước biển
pH = 8 Độ muối 3,44%
Ion Cl- SO42- HCO3- Ca2+ Mg2+ Na++ K+
30
- Dầu thô
Dầu thô không hoá phẩm ký hiệu CKB-201-RC2;
Bảng 2.2. Tính chất lý-hóa cơ bản của dầu thô Áp suất bão hòa, Mpа 6,87 Hệ số khí hòa tan, m3/t 50,6 Hệ số thể tích 1,170 Tỷ trọng dầu vỉa, kg/cm3 769,4 Tỷ trọng dầu tách khí, kg/cm3 851,1 Độ nhớt dầu trong điều kiện vỉa, Pa*giây 1,969 Hệ số nén, MPa-1 0,00117 2.2.2 Thiết bị
Thiết bị đo SCBM theo phương pháp giọt quay spinning drop tensiometer model 500, của Temco. Inc, USA;
Phương pháp spinning drop được phát triển để đo SCBM với giá trị thấp tới 10-5 mN/m. Nguyên tắc đo dựa trên gia tốc trọng trường mà nó tác động rõ nét lên hình dạng giọt quay tròn với một tốc độ nào đó quanh trục ngang.
31
Giọt dầu nằm dọc theo trục ống mao dẫn dạng hình trụ quay đều và dung dịch cần đo được bơm đầy bên trong. Với thể tích giọt dầu và tốc độ quay phù hợp,
đường kính giọt chỉ phụ thuộc vào SCBMLD. Giọt dầu cân bằng theo trục quay, trong khi chất lỏng bịđẩy ra phía ngoài do tỉ trọng lớn hơn.
Thiết bịđo góc tiếp xúc: Máy OCA 20 của Dataphysics – Đức Thiết bị phân tích UV/VIS (Jasco, Nhật)
Thiết bị nghiền đá Planetary Mono Mill D-55743 Idar-Obestein-Germany; Bểđiều nhiệt chương trình hóa nhiệt độ DC100 (USA);
Tủ sấy Shellox chương trình hóa nhiệt độ (USA);
Dụng cụ: ống nghiệm 20ml pyrex chịu nhiệt có nắp đậy kín; chai thử nghiệm 50ml chịu nhiệt có nút vặn.
2.3 Các phương pháp thí nghiệm
2.3.1 Phương pháp xác định sức căng bề mặt liên diện giữa hai pha dầu - nước, nồng độ mixen tới hạn (CMC) nồng độ mixen tới hạn (CMC)
Việc tiến hành xác định SCBMLD giữa hai pha dầu – nước dựa trên phương pháp giọt quay trên thiết bịđo SCBM spinning drop tensiometer
Quy trình xác định SCBM giữa hai pha dầu - nước được tiến hành như sau: Hệ chất HĐBM sau khi được pha trong nước biển từ dung dịch cái thành các
dung dịch có nồng độ mong muốn được cho vào một ống mao quản có độ
truyền suốt cao;
Hình 2.2. Thiết bị đo SCBM
spinning drop tensiometer, model 500, USA
Hình 2.3. Thiết bịđo góc tiếp xúc OCA 20 – Đức
32
Một giọt dầu được bơm từ xilanh vào ống mao quản chứa đầy dung dịch chất HĐBM cần đo SCBM;
Điều chỉnh tốc độ quay của thiết bị khoảng 7000 vòng/phút, thời gian quay khoảng 15-20 phút để giọt dầu ở trạng thái cân bằng. Bằng kính hiển vi và thước đo trên máy, xác định đường kính, chiều dài của giọt dầu từ đó tính toán giá trị SCBM.
Khảo sát tính chất trong lòng dung dịch chất HĐBM, khi tạo mixen có sự thay
đổi đột ngột về tính chất vật lý và điện học so với dung dịch tại nồng độ chưa xuất hiện mixen. Đo sức căng bề mặt theo nồng độ chất HĐBM sẽ cho ta xác định CMC dễ
dàng.
Tiến hành xác định CMC theo quy trình thí nghiệm sau:
Pha chất HĐBM trong nước biển với nồng độ (%) khác nhau; Đo SCBM của từng dung dịch;
Vẽđồ thị biểu diễn SCBM theo nồng độ;
Xác định CMC trên đồ thị tại điểm mà SCBM thay đổi một cách đột ngột.
2.3.2 Phương pháp xác định khả năng tương hợp của hệ chất HĐBM với nước biển biển
Quy trình thí nghiệm xác định khả năng tương hợp được tiến hành như sau: Bơm vào mỗi ampul chịu nhiệt 50 ml dung dịch chất HĐBM, hỗn hợp dung
dịch chất HĐBM;
Ủ ampul trong tủ sấy tại nhiệt độ 910C;
Quan sát bằng mắt độ đục của các dung dịch ở nhiệt độ 910C theo thời gian ủ
(trong vòng một tháng). Dung dịch chất HĐBM có độ trong suốt chứng tỏ độ
tương hợp với nước biển tốt.
2.3.3. Phương pháp xác định độ bền nhiệt của hệ dung dịch chất HĐBM tại nhiệt
độ 91oC trong thời gian 31 ngày
Quy trình khảo sát độ bền nhiệt của hệ chất HĐBM được tiến hành như sau: Sử dụng các ampul chịu nhiệt;
Bơm vào mỗi ampul chịu nhiệt 50 ml dung dịch chất HĐBM, hỗn hợp dung dịch chất HĐBM;
33
Quan sát các dung dịch này trong vòng 31 ngày, sau mỗi tuần lấy mẫu ra đo SCBM đểđánh giá tính chất bền nhiệt của hệ chất HĐBM thông qua sự biến
đổi SCBM của các dung dịch này.
2.3.4. Phương pháp tối ưu hóa thống kê nhằm xác định thành phần và nồng độ tối
ưu của hệ chất HĐBM cho điều kiện của thân dầu móng
Chương trình phần mềm Statistica 7 là chương trình chuyên phân tích tổng hợp dữ liệu, quản lý cơ sở dữ liệu và ứng dụng phát triển những cấu tử trong phạm vi chọn lựa ban đầu, hoàn thiện qui trình phân tích trong ứng dụng khoa học công nghệ.[9] Hỗn hợp chất HĐBM liên quan đến SCBMLD, thực hiện những thí nghiệm phối trộn từ 3 loại chất HĐBM khác nhau, với các nồng độ của từng cấu tử khác nhau. Đo các giá trị SCBMLD của mỗi hỗn hợp từ thiết bịđo SCBM Spinning Drop Tensiometer.
2.3.5. Phương pháp xác định tính dính ướt của bề mặt đá móng bằng cách đo góc tiếp xúc tiếp xúc
Góc tiếp xúc trên liên diện dầu-nước-đá móng Diorite được đo trên thiết bị đo SCBM và đo góc tiếp xúc OCA 20. Thử nghiệm tính dính ướt được thực hiện trên các tấm đá móng Diorite có kích thước 2cm x 1cm x 0.2cm. Các tấm đá được mài bóng với bàn mài kim cương 600 mesh và để cân bằng với nước biển tổng hợp trong thời gian 24 giờ. Trạng thái dính ướt ban đầu của đá móng được xác định bằng cách đo góc tiếp xúc của giọt dầu trên bề mặt tấm đá ngâm trong nước biển. Sau đó lấy tấm đá ra khỏi nước biển và ủ với dầu ở nhiệt độ 91o trong tủ sấy trong vòng 48 giờđể bề mặt đá trở thành dính ướt dầu. Sau khi lấy ra khỏi tủ sấy, tấm đá (với các giọt dầu dính trên
đó) được tiếp xúc với nước biển trong 1 giờ và đo góc tiếp xúc. Tiếp theo, nước biển
được thay bằng hệ dung dịch nước biển/chất HĐBM và sự thay đổi của góc tiếp xúc
được theo dõi trong thời gian 48 giờ bằng cách ghi nhận các hình ảnh của giọt dầu dính trên bề mặt đá móng dựa trên camera của thiết bị OCA 20. Trên cơ sở các hình
ảnh ghi nhận được, dùng phần mềm tính toán để hiển thị các giá trị của góc tiếp xúc đo
được trên màn hình. Trong trường hợp các giọt quá nhỏ (<<0.1mm) sẽ khó đo góc tiếp xúc một cách chính xác thì phải thực hiện thử nghiệm sau dính ướt. Trong thử nghiệm sau dính ướt, tấm đá được rửa bằng nước biển, sau đó xử lý với chất HĐBM. Tiếp đó
34
kim bơm hình móc câu. Sau đó đo góc tiếp xúc. Điều này cho biết trạng thái dính ướt cuối cùng của tấm đá. Các giọt dầu được đặt ở vài vị trí trên bề mặt của đá móng và sự thay đổi của góc tiếp xúc được ghi nhận.
Hình 2.4. Hình ảnh giot dầu và sơđồ xác định góc tiếp xúc của giọt dầu trên bề mặt
đá
2.4. Xác định mức độ hấp phụ chất HĐBM
Đây là thí nghiệm nhằm xác định mức độ hấp phụ của các chất HĐBM. Đồng thời đánh giá mức độ hiệu quả của chất trợ HĐBM EGBE trong vai trò là chất hy sinh làm giảm mức độ hấp phụ của các chất HĐBM.
Các bước tiến hành thí nghiệm như sau:
• Pha dung dịch hỗn hợp chất HĐBM với tỉ lệ xác định trước ở các nồng độ
khác nhau;
• Cho dung dịch đã pha vào ampul chịu nhiệt, cho thêm đá móng Diorite đã
được chuẩn bị trước với tỉ lệ khối lượng dung dịch và đá là 20:1; • Đưa ampul vào bểđiều nhiệt ủở 91 oC trong 48 giờ;
• Lấy ampul ra, để nguội, gạn tách phần dung dịch và phần rắn;
• Ly tâm phần dung dịch bằng máy ly tâm với tốc độ 3000 vòng/phút trong 10 phút, tách phần dung dịch khỏi phần cặn;
• Xác định nồng độ chất HĐBM trong dung dịch trước và sau khi ủ với đá, từ
chênh lệch nồng độ tính được lượng chất HĐBM bị hấp phụ.
Nồng độ chất HĐBM được xác định bằng phương pháp phổ hấp thu UV. Một số chất HĐBM có nhóm mang màu (chromophore) và dễ dàng để xác định nồng độ
của chúng bằng phổ hấp thu UV. Ởđây ta áp dụng định luật Lambert – Beer về cường
35 Cd o e I I = −ε Cd I I ln o ε = − ⇒ Io – cường độđầu
I – cường độ sau lớp hấp thu
ε – hệ số hấp thu d – bề dày của lớp hấp thu Thay o I I ln A=− ta có: Cd A=ε A gọi là độ hấp thu. Độ hấp thu tỉ lệ với nồng độ chất HĐBM do đó ta có thể
xác định được nồng độ chất cần đo. Quá trình đo như sau:
• Pha các dung dịch với tỉ lệ các chất giống như mẫu cần đo ở các nồng độ
khác nhau;
• Đo độ hấp thu UV của các mẫu trên để xây dựng đường chuẩn cho hệ
chất đó;
• Đo độ hấp thu UV của mẫu cần đo rồi dựa vào phương trình đường chuẩn để tính nồng độ.
36
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
3.1 Khảo sát tính tương hợp và độ bền nhiệt của các đơn chất HĐBM 3.1.1. Xác định tính tương hợp của các đơn chất HĐBM với nước biển 3.1.1. Xác định tính tương hợp của các đơn chất HĐBM với nước biển
Kết quả sự tương hợp của các chất HĐBM khác nhau và ở các nồng độ khác nhau được thể hiện trong bảng 3.1
Bảng 3.1 Khả năng tương hợp của các chất HĐBM trong nước biển
Từ các kết quả trên cho thấy, các chất HĐBM AS2, AS3 và NS1 tương hợp tốt với nước biển. Các chất HĐBM AS1, AS4 và GS1 chỉ tương hợp với nước biển ở
nồng độ rất thấp, ở nồng độ cao chúng gần như có hiện tượng kết tủa làm cho dung dịch trở nên mờ.
3.1.2. Xác định CMC của các dung dịch chất HĐBM
Tiến hành khảo sát giá trị SCBM giữa các dung dịch chất HĐBM ở các nồng độ
khác nhau với dầu thô kết quả CMC được thể hiện qua hình 3.1 Nhận xét
Nồng độ
AS1 AS2 AS3 AS4 GS1 NS1
0 Trong Trong Trong Trong Trong Trong
0,005 Trong Trong Trong Trong Trong Trong
0,01 Trong Trong Trong Trong Trong Trong
0,02 Hơi mờ Trong Trong Trong Đục Trong
0,05 Đục Trong Trong Đục Đục Trong
0,1 Đục Trong Trong Đục Đục Trong
0,2 Đục Trong Trong Đục Đục Trong
0,3 Đục Trong Trong Đục Đục Trong
37
Hình 3.1. Đồ thị biểu diễn SCBMLD giữa dầu thô và dung dịch chất HĐBM theo nồng độ %
Từ hình 3.1 ta xác định được giá trị CMC của các chất HĐBM và được tổng kết trong Bảng 3.2. Bảng 3.2. Giá trị SCBM tại điểm CMC của các chất HĐBM Chất HĐBM CMC (%) SCBM (mN/m) AS1 0,03 0,08 AS2 0,05 0,7 AS3 0,04 0,4 AS4 0,05 1,3 GS1 0,02 0,7 NS1 0,12 0,7
3.1.3. Khả năng bền nhiệt và tương hợp của các chất HĐBM với nước biển
38
Bảng 3.3. Khả năng bền nhiệt và tương hợp của AS1 trong nước biển sau thời gian ủ
nhiệt 31 ngày tại nhiệt độ 91oC
Thông số Nhận xét Thời gian ủ nhiệt (ngày) Nồng độ (%) 1 7 14 21 31 0,005 Trong Đục Đục Đục Đục 0,01 Trong Đục Đục Đục Đục 0,02 Đục Đục Đục Đục Đục 0,03 Đục Đục Đục Đục Đục 0,05 Đục Đục Đục Đục Đục 0,1 Đục Đục Đục Đục Đục
Từ bảng 3.3 ta thấy rằng, khả năng tương hợp với nước biển và bền nhiệt của chất HĐBM AS1 là rất thấp.
¾ Khả năng tương hợp và bền nhiệt của AS2
Bảng 3.4. Khả năng bền nhiệt và tương hợp của AS2 trong nước biển sau thời gian ủ
nhiệt 31 ngày tại nhiệt độ 91oC
Thông số Nhận xét
Thời gian ủ nhiệt (ngày) Nồng độ (%)
1 7 14 21 31
0,005 Trong Trong Trong Trong Trong
0,01 Trong Trong Trong Trong Trong
0,02 Trong Trong Trong Trong Trong
0,03 Trong Trong Trong Trong Trong
0,05 Trong Trong Trong Trong Đục
39
Dung dịch AS2 có độ hòa tan tốt trong nước biển. Tuy nhiên ở nồng độ khoảng 0,05% trở lên sau một thời gian ủ nhiệt bắt đầu có hiện tượng kết tủa, nên chất HĐBM AS2 được xem như tương hợp ở dạng trung bình
¾ Khả năng tương hợp và bền nhiệt của AS3
Bảng 3.5. Khả năng bền nhiệt và tương hợp của AS3 trong nước biển sau thời gian ủ
nhiệt 31 ngày tại nhiệt độ 91oC
Thông số Nhận xét
Thời gian ủ nhiệt (ngày) Nồng độ (%)
1 7 14 21 31
0,005 Trong Trong Trong Trong Trong
0,01 Trong Trong Trong Trong Trong
0,02 Trong Trong Trong Trong Trong
0,03 Trong Trong Trong Trong Trong
0,05 Trong Trong Trong Trong Trong
0,1 Trong Trong Trong Trong Trong
Dung dịch AS3 tương hợp tốt với nước biển và bền nhiệt trong suốt quá trình ủ
¾Khả năng tương hợp và bền nhiệt của AS4
Bảng 3.6: Khả năng bền nhiệt và tương hợp của AS4 trong nước biển sau thời gian ủ
nhiệt 31 ngày tại nhiệt độ 91oC
Thông số Nhận xét
Thời gian ủ nhiệt (ngày) Nồng độ
1 7 14 21 31
0,005 Trong Trong Trong Trong Đục
0,01 Trong Đục Đục Đục Đục
0,02 Trong Đục Đục Đục Đục
0,03 Đục Đục Đục Đục Đục
40
Dung dịch AS4 cũng chỉ tương hợp với nước biển ở nồng độ thấp. Tuy nhiên, sau 1 tháng thì các dung dịch này cũng đều bị kết tủa.
¾Khả năng tương hợp và bền nhiệt của GS1
Bảng 3.7. Khả năng bền nhiệt và tương hợp của GS1 trong nước biển sau thời gian ủ
nhiệt 31 ngày tại nhiệt độ 91oC
Thông số Nhận xét
Thời gian ủ nhiệt (ngày) Nồng độ (%)
1 7 14 21 31
0,005 Trong Trong Trong Trong Đục
0,01 Đục Đục Đục Đục Đục
0,02 Đục Đục Đục Đục Đục
0,03 Đục Đục Đục Đục Đục
0,04 Đục Đục Đục Đục Đục
Khả năng tương hợp của GS1 cũng rất kém trong nước biển và trong suốt thời gian ủ nhiệt
¾ Khả năng tương hợp và bền nhiệt của NS1
Bảng 3.8. Khả năng bền nhiệt và tương hợp của NS1 trong nước biển sau thời gian ủ
nhiệt 31 ngày tại nhiệt độ 91oC
Thông số Nhận xét
Thời gian ủ nhiệt (ngày) Nồng độ (%)
1 7 14 21 31
0,005 Trong Trong Trong Trong Trong
0,01 Trong Trong Trong Trong Trong
0,02 Trong Trong Trong Trong Trong
0,03 Trong Trong Trong Trong Trong
0,05 Trong Trong Đục Đục Đục
41
NS1 tương hợp tốt với nước biển và bền ở nhiệt độ cao sau thời gian ủ nhiệt 31 ngày. Tuy nhiên, ở nồng độ cao (từ 0,05% trở lên) dung dịch sẽ bị kết tủa sau 2 tuần ủ.
Tóm lại : - AS1, AS4, GS1 tương hợp kém với nước biển
-AS2 và NS1 tương hợp tốt với nước biển và bền nhiệt trong suốt thời gian ủ
nhiệt 31 ngày. Tuy nhiên, các dung dịch này không bền ở nồng độ cao khoảng từ 0,05% trở lên sau thời gian dài ủ nhiệt.
-AS3 tương hợp và bền nhiệt ngay cảở nồng độ cao. AS3 được xem là nền tảng