Luận văn nghiên cứu giải pháp công nghệ kiểm soát phản Ứng hóa nhiệt Ứng dụng trong loại trừ tích tụ sáp parafin trong hệ thống Đường Ống vận chuyển dầu thô

Lắng đọng này chứa chủ yếu sáp dạng rắn của các parafin mạch thẳng, các hợp chất asphanten, nhựa, các hợp chất chứa vòng thơm khác "Tham gia vào thành phần lắng đọng hữu cơ còn có một

_ BỘ GIÁO BỤC VẢ DÀO TẠO _

TRUGNG PAI HOC BACH KHOA HANOI

NGHIEN CUU GIAI PHAP CONG NGHE KIEM SOAT PHAN UNG HOA NHIET

ỨNG DỤNG TRONG LOẠI TRU TICH TY SAP— PARAFIN TRONG HE THONG

DUONG ONG VAN CHL DAU THO

Chuyên ngành : Kỹ thuật hóa học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYỆN NGÀNH KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHÓA HOC :

I TS PAO QUOC TUY

2 TS NGUYEN VAN NGO

Ha Noi— Nam 2015

Lii Cam On

Đổ hoàn thành khóa luận văn tốt nghiệp này, Em xin bảy Lõ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc tới I'S Đảo Quốc Tủy trưởng bộ môn hữu cơ hóa dầu trường

Tiách Khoa hà nội và TS Nguyễn Văn Ngọ nguyên giám đốc công ty nghiên

cứu ứng dụng và dịch vụ kỹ thuật DA⁄Œ.RT thuộc tông công ty dung dịch khoan

và hóa phẩm dầu khi Dã trực tiếp hướng dẫn, tạo điều kiện dé em làm tốt được luận văn trên

Em xin chân thành câm ơn các anh chị công tác tại công ty nghiên cứu ứng

dụng và dịch vụ kỹ thuật DA{C.RT Cudi củng em xin bày tổ lời cảm ơn đến gia

đình, người than và bạn bẻ đã quan tâm chia sở những khó khăn và động viên

em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này

Handi ngay 3 thang 3 nim 2015

Học Viên

Nguyễn Dức Hùng

Léi Cam Doan

Tôi xin cam đoan Luận văn nay là công trình nghiên cứu thực sự của cả

nhân, dược thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của T§ Đào Quốc Tủy và

TS Nguyễn Văn Ngọ

Các số liệu, những kết quả nghiên cứu được trình bẩy trong luận văn nảy

trung thực và chưa từng được công bổ dưới hình thức nào

Tôi xin chịu trách nhiệm vẻ nghiên oứu của minh

Hoc vién

Nguyễn Đức Llùng

DANH MUC HiNH

Tình 1.1 Hinh ảnh minh hỏa lắng đọng hữu cơ

Hình 12 Lắng đọng muối lấy Lừ mỏ Bạch Hỗ

Hình 1.3 Lắng đọng muối trong ống khai thác theo Shlumbeger

Tinh 14 Anh hưởng của nhiệt độ tới độ hỏa tan của CaCO;

Hình L8 Ảnh hưởng của hợp chất hữu cơ lấy từ lắng đọng muối tới sức

căng bê mặt trên ranh giới pha Hình L9 Ảnh hưởng của hợp chất hữu ce

học tạo lắng đọng muối trong phòng thí nghiệm

từ lắng đọng muối tới động

Hình 1.10 Khả năng hòa tan muối CaCO; của một số hóa phẩm chelat

Ilinh 111 Khoang pI] phat huy hiệu dụng trong hòa lan và giữ các lon

trong trạng thải lơ lửng của một số hỏa phẩm chelat

Hình 1.12 - Khả năng hỏa tan muối canxi sunphat

Hinh 1.13 Động học hỏa tan lắng đọng từ Ba8O¿ của một sẽ hóa phẩm

chelat Hình 1.14 Dộng học hỏa tan cặn muối SrSQ„ của một số hóa chất chelat

Hình ] 15 Phân hồ n-paralin trong các mẫu lắng dong -

Hinh 1.16 Biéu dé sac ky miu ling dong giếng 1102

Ilinh 1.17 Phin bé n-parafin trong cic miu lắng dong

1Iình 1.18 Sắc kỷ để nParamms mẫu lắng đọng GK 1102, GK 809 và mẫu dầu thô

Ilinh ILI Thiết bị đo pÏI dung dịch có bù nhiệt độ được sử dụng trong

nghiên cửu

Hinh III.1 Đề thị mô tả sự biến thiên pH và nhiệt độ của hệ hóa phim theo

thời gian lưu (XT — 0,0%)

Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác tới biến thiên pI dung dịch

và động học tạo nhiệt của hệ hóa phẩm (XT = 0,00594)

Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác tới biến thiên pH dung dich

và dộng học lạo nhiệt của hệ hỏa phẩm (XT — 0,01%) Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác tới biển thiên pH dung dịch

và động học tạo nhiệt của hệ hóa phẩm (XT = 0,025%

Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác tới biến thién pH dung dịch

và động học tạo nhiệt của hệ hóa phẩm (X1 — 0,05%)

Tập hợp kết quả ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác Lới sự biển thiên pH của hệ hóa phẩm (trưởng hợp nhiệt độ ban đầu,

Tap hop kết quá ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác tới động

hoc tao nhiệt và thời gian bắt đầu phản ứng

Ảnh hưởng của nồng độ xúc tác tới thời gian bắt đầu phản ứng

toàn khối của khối hóa phẩm (với trường hợp nhiệt dé ban dau

Anh huimg cia nbiét 6 ban dau của khối hóa phẩm tới động hoc tao nhiệt và thời pian bắt dầu phản ứng của hệ hóa phẩm

DANH MUC BANG

Bảng L1 Độ hỏa tan của CaSO,2H¿O trong nước cất (Ca”” mg đượng

Bang 1.2 Kha nang ha tan CaCO; trong cac dung dich axit

Bang 1.3 Mét số chất phổ biển dùng trong lắng dong cacbonnat va sunphat

Bang 1.4 Đặc tính cơ bản của dau thé Bach IIỗ hỗn hợp

Bảng I.5 Đặc tính cơ bản của dầu thô mỗ Rồng hỗn hợp

Bảng L6 Thành phân các hợp chất hydrocacbon va phi hydrocacbon trong

dầu thô mỏ Rồng và mó Bạch Hẳ

Bảng L7 thông số kỹ thuật của một số giếng mỏ Bạch Hỗ có lắng đọng

Bảng L8 Phân bé n-paralin trong thanh phan Ving dong -

Bảng L9 Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về khả năng hỏa tan

lắng đọng parafin của dung môi [xynol và hóa phẩm vi sinh Bảng 1.10 Kết quả phân tích thành phần lắng dong parafin va thanh phan tan

trong hóa phầm VDK-CSL

Bang 1.11 Mat vai dic tinh héa phim VDK-CSL

Bang 1.12 Két qua nghién ctru ling dong parafin trén thiét bi ngén tay lạnh

Bang 1.13 Kết quả thử nghiệm công nghiệp hóa phẩm ngăn ngừa lắng đọng

parafin

Bang 1.14 Kết quả phân tích thành phần hóa lý của mẫu lắng đong

Bang 1.15 Kết quả phan tich dai phan bé n-Paraffin

Bang 1.16 Kết quả phân tích dải phân bề n-Paraffin

Bang 1IL.1 Thanh phân thiết kế đụng dịch phản ứng

Bảng IIL2 Biến thiên pH dung dich và nhiệt độ khấi hóa phẩm thoo thời

Biển thiên pH dung địch và nhiệt độ khối hỏa phẩm theo thời

gian thí nghiệm (XI—0,05%) re

Bién thiên pII dung địch và nhiệt độ khối gian thí nghiệm @XT— 0,0%)

MUC LUC

LOI NOI PAU

Phan 1: TONG QUAN VR LANG BOKG SAP-PARAFIN VA PHUONG

1.1 Khái niệm về lắng dong sảp-parafin và cơ chế pây lắng dọng,

1.1.1 Khai niêm chung vẻ lắng dong sáp-parain

11.1.1Khải liệm về lắng đọng hữu co

1.1.1.2 Khái liêm về lắng đọng vô cơ

1.1.1.3 Cơ chế gây lắng đọng hữu cơ

1.1.1.4 Cơ chế gây lắng đọng vô cơ

1.1.2.Ảnh hưởng của một số yếu tổ tới quá trình tích tụ lắng đọng muỗi

1.1.2.1 Ảnh hưởng của điều kiện đỏng chảy tới tích tụ lắng đọng muối

1.1.2.2 Ảnh hưởng của thành phần dầu lới tích tụ lắng dọng muối

1.1.3.Phương pháp ngăn ngừa lắng đọng vô cơ

11.3.1 Xử lý loại trừ tích tụ lắng đọng chứa muối cacbonat

1.1.3.2 Xử lý loại trừ lắng đọng chứa muỗi sunphat

L1.3.3 Các phương pháp công nghệ ứng dụng cho xử lý tích tụ sáp-parain

trong dường ông vận chuyển dầu thô

12.2 Thực trạng tích tụ và việc nghiên cứu nhằm phỏng ngừa, hoặc xử lý

loại trừ tích tu sap-parafin 6 XNLD Vietsovpetro

30

13 Nghiên cứu xác lập tiêu chí phục vụ lựa chọn hóa phẩm, phương pháp

tiếp cân và phương pháp nghiễn cửu

Phân I THÍ NGHIÊM

TL1 Hóa chất:

11.2 Thiết bị

1.3 Phuong phap và quy trình thực hiện thí nghiệm

Phan TIT KET QUA NGHTEN CUU VA THAG LUAN

LL1, Thiết kế thành phân các hệ dung dịch cho thí nghiệm

TIL2 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác tới biến thiên pÏl

dung dịch và đông học tạo nhiệt của hệ hóa phẩm

TI.2.1 Kghiên cứu với hàm lượng xúc tác = 0%, nhiệt độ dung địch ban đầu =

LOI NOI DAU

Một trong những vẫn đề nan giải trong vận chuyển dau thé theo đường ông

đưới day biển là vấn dễ tích tụ sáp-parafin trên thành ống Tích tự sáp-parafin làm

giảm tiết diện đường ống, tăng trở lực dẫn tới giảm năng suât vận chuyển nói riêng,

chỉ phí vận chuyển nói chưng Tích tụ sáp-paralin còn có thể dẫn tới sự gố tắc đường ông, gây gián đoạn việc khai thác đầu thô gây tốn hai nghiềm trọng tới hiệu quả kinh tế

Bản chất hiện tượng tích tụ sáp-paralin nằm ở chỗ, trong quá trinh vận

chuyến dòng dẫu nguôi dẫn Sự giảm nhiệt này và yếu tổ thời gian lảm những

tinh thể parafin có nhiệt độ kết tỉnh cao kết tỉnh trong dòng dầu đầu vào (từ

giếng dầu hoặc tảu chứa dầu ) lớn lên về kích thước tu kết tụ lại thành những

cum tỉnh thẻ lớn hon bam vào thành ống Sự giảm nhiệt cũng làm cho một số

phân đoạn mới của paralin tiếp tue két tinh thúc đẩy mức độ kết tu và tích tụ Sáp-parafin, ngoài thành phần parafin, còn chứa asphantcn, nhựa, một số hợp

chất có trọng lượng phân tử cao khác

“Thực tế khai thác dầu khí ở Việt Nam cho thấy, chỉ riêng tại các mó Bạch

Hễ và Rồng của Liên doanh Vietsơvpetro, tổng chiều dải của hệ thống dường

ống dẫn dầu đưới đáy biển cũng có tới mây tăm km Ngoài hệ thống này, nhiều công ty khai thác đầu khí như Cửu Long, Việt-Nhật (TVPC), Đại Hủng hoặc cũng có hệ thống ông dẫn dầu từ giàn khai thác tới các tàu chứa, hoặc cũng có

hệ thống ống dẫn dầu từ các đầu giếng chìm dưới đáy biến tới giàn khai thác

Các hệ thông này cũng luôn gặp phải hiện tượng tích tụ sáp-parafin và thường, xuyên phải ngâm rửa (băng xylen, condensat) rất tổn kém

“Thực tế trên cho thấy cần thiết phải nghiên cứu đưa vào ứng dụng những

giải pháp công nghệ hợp lý có chỉ phí thấp phục vụ loại trừ tich tu sép-parafin trong

hệ thống đường ống vận chuyển đầu thô Cũng chính vỉ vậy, và trên cơ sở nghiên

cứu thăm đỏ đã thực hiện, chủng tôi xin đề xuất nội dung nghiền cửu:

“Nghiên cứu giải pháp công nghệ kiểm sodt phần ứng hỏa nhiệt ứng

đụng trong loại trừ tích tụ sáp-paralin trong hệ thẳng đường ẳng vận chuyển

dau thé”

Kết quả của đề tài sẽ đóng gớp vào việc thực hiện các mục tiêu tăng trưởng

của ngảnh nói chung vả mục tiêu phát triển KHCN nói riềng

Phan I

TONG QUAN VE LANG DONG SAP-PARAFIN

VA PHUONG PHAP XU LY LOAI TRU’

1.1 Khái niệm về lắng đọng sáp-parafin và cơ chế gây lắng đọng

1.1.1 Khái niệm chung về lắng đọng sáp-parafin

1.1.1.1Khái liệm về lắng đọng hữu cơ

Lắng đọng hữu cơ có thể tồn tại trong vùng cận đáy giếng, trong lòng

giếng, thân giếng, trong cần khai thác, trong hệ thống thiết bị bề mặt và trong

đường ống dẫn dầu Lắng đọng này chứa chủ yếu sáp (dạng rắn của các parafin

mạch thẳng), các hợp chất asphanten, nhựa, các hợp chất chứa vòng thơm khác

"Tham gia vào thành phần lắng đọng hữu cơ còn có một số vật liệu vô cơ như cát,

sét các tinh thể muối vô cơ (CaCO¿, Fe;O; , Fe(OH); ) Tuy nhiên, sáp-parafin

chính là thành phần chính của lắng đọng hữu cơ Thành phần hữu cơ lớn thứ hai trong lắng đọng hữu cơ chính là nhựa và asphanten Ví dụ về lắng lắng đọng hữu

cơ được đưa trong Hình I.1

Tinh 1.1

Tình ảnh minh húa lắng đọng hữu cơ

Lang dong sáp-parafin, theo Liêu chí trạng thái, được quan sắt thấy ở hai dạng là đạng đặc và dạng xốp nhão

Dạng đặc thường được tìm thấy trong cần khai thác, đường ra và vào

trong những ông vận chuyển hỗn hợp dầu và khí Dạng lắng dong này thưởng

phân bố tương đổi đều theo bẻ mắt bên trong thành ông

Dạng xốp và nhão thường được tìm thấy trong bình tách, bể chứa và trong các đoạn đường ống có vận tốc dòng chảy nhỏ Dang nay gồm những hat parafin riêng biệt không liên kết chặt chẽ và không bán chặt vào bề mặt kim loại

Quy luật phân hồ lắng đọng sáp-parafin phụ thuộc vào biến thiên nhiệt đậ

và chế độ dòng chảy Irong cần ông khai thác, lắng đong dưới sâu là lắng dong

chữa các parafin có nhiệt độ kết tỉnh cao vả có chứa nhiều asphanten, nhựa

Thần lắng dong cảng gẦn miệng giếng cảng có cấu trủc mềm hơn Loại nảy chứa

chủ yếu các parafin có nhiệt độ kết tỉnh thấp hơn (có số nguyên tử C thấp) Nói

chung, trong cần khai thác, yếu tô tác động tới quy luật phân bố sảp-paralin cha yếu là nhiệt dộ

Trong các đoạn ông năm ngang tồn tại một quy luật phổ biến khác

Nghiên cứu cho thấy mức độ tích tụ sáp-paralïn dạt cực đại trên những doạn đầu của dường ống và giảm dẫn theo chiều chuyển dộng của dòng chảy Điều này

cho thấy, dưới tác dựng của nhiệt độ và sự chảy, parafin nhanh chóng lắng đọng

nên tích tụ mạnh ở những đoạn dầu của đường ống Cùng với quá trinh lắng

đong, hàm lượng paraBn dễ lãng đọng giảm dần, nên khả năng tích tu cũng giảm Ngoài chịu tác động của građien nhiệt độ, chế độ dòng chây, tích tụ còn chịu ảnh hưởng của lực trọng trường Lực này có thể gây nên hiện tượng độ dày tích tụ trong các đoạn ông nằm ngang tăng ở nửa đưới của đượng ống Nói

chung, lớp lắng đọng trên đường ống tồn tại khi độ bên liên kết giữa lắng đọng

với thành ông lớn hơn ứng suất tiếp tuyến do dòng chay tao thành '[rong trường

hợp ngược lại, lớp lắng đọng tao thanh trén thành ống sé bi bảo mòn và vỡ trôi

theo đóng chảy Ứng suất tiếp tuyến được xác định theo cổng thức

THAW y/ 8g

Trong dỏ : +: ứng xuất tiếp tuyến (g/em2)

+: vận tốc trung bình của dòng chất lỏng (cmis)

y : Khôi lượng riêng ( g/cm” )

E- gia tốc trọng trường (9.R1m/s?)

+: hệ số sức cần thuỷ lực

1.1.1.2 Khái liệm về lắng đọng vô cơ

Lắng đọng vô cơ, nói chung có thành phần phức tạp [13] Ở trong thời

kỳ khai thác đầu, thành phan phổ biển nhất của lắng đọng vô cư là các muỗi:

Canxit - CaCO , Lhạch cao - CaSO4.2H20 , Anhydrit - CaSO, , Barit - BaSO,,

Asetin -SrSO,, Halit - NaCl G giat đoạn khai thác cuôi, xuất hiện thêm các

muối sưnphua mà phổ hiến nhất là sunphua sắt - FcS s goải các khoảng vật

phế biến vừa nêu, lắng đọng vô cơ có thể chứa các khoảng khác như: MgCO¿,

MpgSO,, Ca(OH), Mg(OH)¿, Ec(OH);, Thạch anh - SiO;, Biotil-MECI, 6H;O, CaE; Trong lắng đọng vỗ cơ người ta cũng thường timthấy vật liệu lắng

đọng hữu cơ như: asphanten, nhựa, paraln, một số hợp chất thơm nói

chưng, người ta cho rằng, cặn lắng dọng trong khai thác và xử lý dầu lại cáo

mỏ dầu có thành phần và cấu trúc phức tạp, phụ thuộc vào thành phần hóa hoc

của nước, điều kiện nhiệt độ áp suất, đặc điểm khai thác mỏ

Căn cử vào cầu trúc của lắng đọng muối vô cơ, người ta chia chúng

thành: lắng đong có cầu trúc tỉnh thể cỡ micro hoặc hạt nhỏ; lắng đong có cấu

trúc lớp chắc đặc với các mức độ kết tỉnh khác nhau va có chứa lẫn vật chất hữu

cơ, lắng đọng có cấu trúc tình thể lớn; lắng đọng có cấu trúc xếp

Lắng đọng có cấu trúc tỉnh thể cỡ micro thường tạo ra ở những cánh bơm

ly tâm, nắn van, đường ông dẫn, van điều chỉnh Lắng đọng nhiệt độ cao (bám

trên bề mặt ông trao đổi nhiệt trên mặt thiết bị tách nước khỏi dầu thô) thường thuộc loại cấu trúc nảy Nói chung, trong các lắng đọng nảy chúng ta không

14

nhận ra cầu trúc lớp, vì chúng là một thế thống nhất Loại lắng đọng cỏ cầu trúc

này, nói chung là kửm phể biến Trong Hình T2 là hình ảnh lắng dong trong

đường ống dẫn tới thiết bị xử lý dầu thô tại mỏ Bạch Hổ của Xí nghiệp Liên

doanh Diu khi Vietsovpetro Phin két tinh 14 14 phan có hd mat min, anh trong, Phần khác có màu xám là phần có mức dộ kết tình không dỗng đều và chứa

nhiều tạp chất hữu cơ Kiểu cấu trúc cặn lắng đọng như đưa trong ITình L2 đặc

trưng cho chế độ khai thác thay dấi theo thời gian

Phan mang tinh phd biển của căn lắng dong là phần có câu trúc lớp Với

loại có cầu trúc lớp như vậy, lớp lắng đọng gần thành ông thường là lớp tỉnh thể

có câu trúc micro xen lẫn với các hợp chất hữu cơ và theo mức độ xa dẫn từ lớp này, là những lớp có cầu trúc tỉnh thé mịn, tỉnh thể trung bình va sau đó là lớp tỉnh thể lớn hình kim Mặt cắt ngang cua dang lắng đọng nay trong ông thường

có dạng ống hình trụ đặc trưng bởi kiểu định hướng câu trúc tỉnh thể phát triển

theo hướng từ bề mặt hướng về tâm Lắng đọng kiểu này thường thấy trong cần

khai thác và thiết bị đầu giếng Theo điều kiện nhiệt dộng học, loại lắng dong

này có thể được xếp vào có nhiệt độ trung bình Trong hình L3 chúng tôi đưa

hình ảnh lắng đọng bám trên thành cần khai thác đại diện cho loại mà chứng lỗi

vửa mô tã [12] Đây chính là nghiên cứu cúa hãng dich vụ kỹ thuật của Hoa Ky - hang Schlumberger

Tang dong có cấu trúc xốp đặc trưng cho điều kiện hình thành ở khoảng

nhiệt dộ thấp như trong bề chứa dầu Trong một số trường hợp, lắng dọng dang

này có thé tạo đá chứa các hốc không đều có tỉnh thể khoáng vật vây quanh

Trong loại đá này tồn tại những tỉnh thể hình kim lớn có kích thước lên tới

10+20pm Trên hình 13, chúng ta nhìn rõ các tình thể lớn của muỗi CaŒO; phát

triển theo hướng từ bễ mặt hướng về lãm ống Chỉnh vì tỉnh lỗi lõm của bề mặt

cin lắng dong 14 mét trong những nguyên nhân làm tăng mạnh trổ lực dòng chảy của lưu thể trong ống

1.1.1.3 Cơ chế gay ling dong hau co

Tau thô khi nằm trong via chita 14 hé keo da phân tán cân bằng Mức độ

phân tán của các hợp phần nặng như asphanten, nhựa, các hợp chất có trọng

lượng phân tử cao trong hệ nảy, ngoài phụ thuộc vào nhiệt đô, áp suất, còn phụ thuộc vào thành phần hoá học, thành phần pha của dẫu thô như

1 T$ lệ các phân tử phân cực / không phân cực,

+ Tỷ lệ Hydrocacbon nhẹ / Hydrocacbon nặng,

+ Su có mặt của các hạt có kích thước hạt keo phân tán trong dầu

Sự thay đổi của bất cứ một trong các yếu tố nêu trên dẫn đến sự mắt vân bằng chung của hệ và kết quả của nó là xảy ra hiện tượng kết tỉnh, kết tủa các

hop chất parafin, nhựa, asphanten

Trong quá trình khai thác, đồng đầu đi vào đầy giếng, chuyên động đi lên

theo lòng giếng, cần khai thác tới thiết bị bề mặt Quá trình này đi liền với sự giảm áp suất và nhiệt độ, sự tách pha khí của một số hydrocacbon parafin nhẹ

Khi được xứ lý trong các thiết bị bề mặt, xắy ra các quá trình như: tách một phần

các phân đoạn nhẹ, một phần nước đồng hành, giảm nhiệt độ do trao déi với môi

trường: thay đối áp suất Trong quá trình bơm qua đường ống dẫn dầu, quá trình hạ nhiệt độ tiếp tục xảy ra Sự mất cân bằng nhiệt động học và cần bằng

pha trong những trường hợp vừa nêu, làm các cấu tử nặng như asphanten, nhựa

tách ra tử hỗn hợp dầu thô thành các mixen keo Sự mắt cân bằng này cũng làm cho dé hàa tan của các parafn rắn giảm và khi nhiệt độ giảm tới một mức nao

đó, parafin bắt đầu kết tỉnh Các nghiên cứu chỉ ra rằng, thử tự kết tỉnh parafin

trong dầu bắt dầu từ parafin có trọng lượng phân tử cao, tức parafin cỏ số phân

tử cacbơn cao, tới các parafin có trong lương phân tử thấp hơn Củng với sư

giảm nhiệt độ và theo thời gian, các tỉnh thể parafin lớn lên Chúng liên kết với nhau tao cụm tỉnh thể và khi gặp điều liên thuân lợi tạo tích tụ lắng đọng,

Tổn tại 3 cơ chế thúc đấy lắng đọng là cơ chế khuyếch tán phân tử, cơ chế

tan xa do chuyển động trượt tương đối và cơ chế chuyên động nhiệt (braonơ)

1.1.1.4 Cơ chế gây lắng đọng vô cơ

Muối võ cơ tan trong nước bị lắng đọng khi diễu kiện cân bằng, dược

thiết lập trước đó, thay đổi theo hướng không có lợi cho độ hoà tan của muối

1) Khi hai nguồn nước có thành phần không tương hợp trộn lẫn với nhau (Ví

dụ: khi nước via cinta mudi CaCl, hoa tan, tire chứa OT và Ca”+ trộn lẫn

với nước gidu anion SO,” thi CaSO, két ttia) ;

2) Khi điều kiến nhiệt động học thay déi Khi diéu kién nhiét dng học: nhiệt

đô, áp suất thay đổi độ hỏa tan của muỗi trong nước thay đổi và có thể trở nén qua bao hoa dẫn tới kết tỉnh muối

3) Khi một, hoặc một vài muối, một hoặc một vải dạng ion mới tan vảo có

thể tạo muỗi với ion hoả tan sẵn trong nước trước đó

Cả 3 trường hợp nêu trên đều cỏ chung một điểm la sự mất cân bằng về nông đô của muỗi trong nước, vì thế nguyên nhân sâu xa nhất cỏ thế dẫn đến

lăng đọng phải là nguyên nhân kết tỉnh muối từ dung địch nước trong những

cũng có thể trở nên bão hoả khi các muỗi có trong vỉa tiếp tục hoà lan vào đỏ 4

hư vậy, khi còn nằm trong vía, nước vỉa hoặc nước bơm ép vỉa đã chứa một

lượng các muối hoà tan nào đó và thậm chỉ cỏ thể đã trở nên bão hoà đối với

một số muối Khả năng hoả tan và bão hoà muỗi trong nước vía hoặc nước bơm

ép phụ thuộc vào nguồn cung cấp ion tạo muối và điều kiện nhiệt động học

(nhiệt độ, áp suất) trong vỉa chứa

"trong quá trình khai thác, nước đồng hành củng dầu (chính từ nguồn

nước vỉa hoặc nước bơm ép được để cập đến ở trên) đi qua vùng cận đáy giếng,

vào lòng giếng, theo đường ống vận chuyển đi lên bề mặt váo các thiết bị xứ lý

'Lại hầu hết các vị trí, nước đồng hảnh đi qua, áp suất, nhiệt độ thay đối, tức điều

kiện nhiệt động học thay đổi, làm một số muối trở nên quá bão hoà và chúng kết

18

tinh trong déng chấy Ở vị trí mả có các điều kiện nhiệt động học thay đối càng

mạnh khả năng mắt cân bằng cảng lớn mức dỗ kết tĩnh cảng mạnh

Trên hinh I.4 chúng tôi đưa quan hệ độ hỏa tan trong nước của CaCO; ở

các nhiệt độ khác nhau [8] Quan hé nay cho thấy, thco chiều tăng của nhiệt dộ,

độ hòa tan trong nước của CaCOx giảm dần Điều này có nghĩa rằng, nếu dùng,

nước có nhiệt độ thường đã hòa tan một lượng CaCO; nào đẻ dé bom ép vào

vía, thì khi gặp nhiệt đồ cao bị hâm nóng lên muối CaCO; sẽ kết tỉnh trong vỉa

'hế nhưng, mặt khác, quan hệ trên hình L4 cũng lại cho thấy, nước bão hòa mudi CaCO, trong via sé khéng thể tạo kết tỉnh khi nhiệt độ của nó giảm đi Nói cách khác sự giảm nhiệt độ chưa phải là điều kiên để CaCO; kết tủa trong long giếng vả trên bề mặt, khi theo quá trình đi lên từ vỉa, nhiệt độ đòng nước giảm đi

Áp suất riêng phần gủa CO; mới là nguyên nhân chính gây kết tinh muối

CaCO; tai ving cân đáy giếng trong lỏng giếng và trong hệ thống thiết bị vận chuyển, xử lý trên bề mặt Trơng hình L5, chúng tôi đưa quan hệ độ hỏa tan

trong nước của CaCO ở các áp suất riêng phần của khí CO; |8]

Hình 1.5 - Ảnh hưỡng của áp suất riêng phần của CO,

tới độ hòa tan của CaCO;

Quan hề này cho thấy, áp suất ảnh hưởng tới đô hỏa tan của CaCO; mạnh

hơn nhiều so với nhiệt độ Cụ thể là, ở điều kiện nhiệt độ miệng giéng, độ hòa

tan trong nude cua CaCO, 14 40 mg/L, thi trong điều kiện áp suất miệng giếng

10 atm độ hỏa tan trong nước của CaCO¿ là 500mg/L, tức áp suất ảnh hưởng tới

độ hỏa tan trong nước của CaCO» lớn hơn trên l0 lân ảnh hưởng của nhiệt độ

hi nhiệt độ biển thiên từ 140C (nhiệt độ day giếng) dến 40°C (nhiệt dé miếng

giếng) độ hòa tan của CaCO; tăng từ 10 mg/L lên tới 40 mg/L Trong điều kiện giếng tương tự, áp suất giảm từ trên 100 am xuống 10 atm., độ hòa tan của

CaCO, piâm từ 1.000 mg/1 xuống còn 500 mg/1 Điều này có nghĩa rằng, quá

bão hỏa đối với nước chứa muỗi CaCO¿ hòa tan chỉ xảy ra theo cơ chế thay đổi

áp suất riêng phần của CO; Trong trường hợp này, chúng 1a nên lập trung chú ý

nhiều tới áp suất Ngoài vấn đề mang tính vật lý về thay đổi áp suất, CƠ; còn tác động tới khả năng hỏa tan và bão hòa của CaCO; trong nước thông qua cơ chế

hóa học Chính vì vậy, nhiều khi nhìn vào thành phần hóa học của nước ta chưa

thé xác định được liệu thành phân này có thể là nguyên nhân sâu xa dẫn tới lắng

đọng muỗi CaCO¿ hay không Như chúng ta biết, CO; hòa tan trong nước tạo 03

sẵn phẩm |4, 7, 14]

CO;+H,O«<+H;CO; (1.1)

H,CO3 <> H'+ HCO; (1.2)

HCO; @ H'+C0;" (13)

Dang tén tai san phẩm hòa tan của CO;: HạCO: hay HCO; hay CO” phụ thuộc

vào pH dung dịch nước Cụ thé 14, khi pH của nước nhỏ hơn 6,4, CO; ở dang

THạCO¿ Khi pH nằm trong khoảng 6.3+10,3, trong nước tổn tại hai dạng ion

CO¿Ÿ và HCO;, nhưng chủ yếu là ở dang HCO Cén khi nước có pH lớn hơn

10,3, CO; chỉ có mặt trong nước dưới dạng CO” Như vậy, đối với nước chứa

CÓ¿ có pH trong khoảng 6,4: 10,3, khoảng thường gặp đổi với nước đồng hành khai thác [2], muỗi canxit - CaCO; được tạo thành theo phần ứng :

Ca*++2HCD; —> CaCO¿ + CO; T+H,0 (L4) Phần ứng trên cho thấy, cân bằng sẽ chuyển dịch về phía kết tủa muối

CaCO; khi CO; tách khối dung địch Nói cách khác, nếu nước đồng hành khai

thác có chứa dồng thai cdc ion Ca’-, HCO, nhung chia dat quả bão hỏa, thì

trên đường đi lên, áp suất hạ, khí CO; tách ra có thé dẫn tới kết tủa khoáng

canxit - CaCOa Trên thực tế nhiều nghiên cứu [14] cho thấy, vị trí xảy ra tích tụ

muối CaOO¿ chính là ở độ sâu nơi xây ra tách khí CO;

Như vậy, yếu tố ảnh hướng lớn tới sự kết tỉnh muối CaCO3 thông qua

ảnh hưởng ti mize dé qué bio hoa mudi CaCO, trong nước déng hành theo lưu

thể đi lên từ đáy giếng đến hệ thông khai thác là sự suy giẩm áp suất và sự tách khi CO) Thay đổi nhiệt độ dọc theo hệ thống khai thác, ngược lại làm giảm khả

năng quả bão hỏa, giám khả năng kết tỉnh của CaCO¿,

Su két tink mudi sunphat (CaSQ,, CaSQ4.2H,0, SrSO, ), do khéng cd

xmặi của pha khí xảy ra theo cơ chế đơn giản hơn Phương trình hóa học Lạo các muôi trên có dang sau:

Cat + SOF + 2HzO — CaSOx 2HạO (1.6)

21

Các nghiên cứu cơ bản chỉ ra rằng, ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thường,

độ hỏa tan của CaSOx2H;¿O giảm khi nhiệt độ tăng Độ hóa tan nảy giảm cỏn

một nửa khi nhiệt độ tăng từ nhiệt độ 30°C tới 100°C Các số liệu nay cho phép

rút ra tính quy luật là, muỗi CaSO¿2H;O lan trong nước đồng hành khi di chuyển từ đáy giếng lên bễ mặt có thể kết tỉnh một cách đễ dàng để rỗi tạo diều

kiện cho tạo cặn muối Trong hình 1.6, ching tôi đưa kết quả nghiên cửu của

|14| về ảnh hướng của nhiệt đồ tới đô hỏa tan của các dạng muối canxi sunphat

Ảnh hướng của nhiệt dộ tới dộ hòa tan của muối canxi sunphat

Trong những yến tế quan trọng cần tính đến trong quá trinh nghiên cửu nhằm

tìm ra giải phản xứ lý loại trừ và ngăn ngừa Lich kụ chứa thạch cao

Điêu trên có nghĩa rằng, trong điều kiện đường ống vận chuyển, quy luật

thay dỗi nhiệt độ vá áp suất dều dẫn tới thúc day kết tỉnh muối aSO,.2H;O

Như trên đã đưa và phân tích, quá bão hòa, thay đổi điều kiện nhiệt động

học lá nguyên nhân gây kết tỉnh muối Trên bình điện nghiên cứu tổng thể, người ta cho rằng, cơ chế gây kết tình muối lẳng dọng liên quan tới 4 quá trình

lý hóa sau:

1) Sự quá bão hỏa đối với muối của nước đẳng hành trong khai thác;

2) Sự tạo mầm kết tinh của muối:

3) Sự phát triển của các tinh thể;

4) _ Sự tái kết tính chuyển pha Tất cả các yếu tế tác động tới 4 quá trình trên đều có thé ảnh hướng tới hình thành lắng đọng, cũng như cấu lrúc của cặn lắng đọng Sự thay đổi điều kiên nhiệt đông học (nhiệt đô, áp suất) là nguyên nhân trực tiếp dẫn tới quá bão

hòa muối tan trong nước tạo điều kiện cần và đủ cho kết tỉnh muối từ nước Sự

có mặt của các vật chất hữu cơ (asphantcn, nhựa, hợp chất thơm ), vd co (các

hạt vô cơ mịn như cát, sét ) của bể mặt hấp phụ (bé mặt thiết bị, hoặc bề mặt

cin ling dong ), cua bê mặt phân cách pha (khi tách ra từ pha lông) lại là những yếu tổ ảnh hưởng mạnh tới kết tình thông qua quá trình tạo mầm kết tỉnh

* Cø chế khuếch tắn phan tt Trong quá trình chuyển động thco dường Ống, dầu trao dối nhiệt với môi trường xung quanh Quá trình trao đổi nhiệt có thể làm cho nhiệt độ dòng dầu

giảm xuống dưới nhiệt độ xuất hiện parafin và làm cho phần parafin có nhiệt độ

kết tính cao kết tĩmh Mới dầu, do hàm lượng cỏn thấp, kích thước cỏn hạn chế,

các tinh thế parafin có xu hướng phân tán đều trong dòng chảy Chỉ một phần

nhỏ các tỉnh thể bám lên thành ống dẫn Cùng với sự tiếp tục giảm của nhiệt độ, kích thước tinh thể kết tinh trước lớn lên, số lượng tinh thể kết tinh mới tăng lên, quá trình liên kết giữa các tỉnh thể được đây mạnh và các cụm nảy và tính thé riêng biệt só xu hướng bám lên thành ống và phần Linh thể bảm trước ngày cảng mạnh Khi xu hướng này lớn đến mức độ nào đó thì tổn tại sự khác biệt về nồng

độ các tỉnh thể và cụm tính thể parafin trong tiết diện ngang của ống din Néng

23

độ tỉnh thé cao nhất đạt được tại tâm đông chảy Sự chênh lệch về nông độ này

chính là đồng lực có tự nhiên nhiệt làm cho các tỉnh thể parafin chuyển dông,

theo hướng ly tâm tới thành ống và bám đính vào đó Cơ chế gây lắng đọng như

vậy được gọi là cơ chế khuyếch tản phân tử

* Ca ché phan tan do chuyền dộng trượt tương dẫi

Các tỉnh thể parafin khi còn nhỏ tạo thành huyền phủ trong đòng chảy, có

khuynh hướng chuyển đồng với vận tốc trung bình theo hướng đòng chảy xung

quanh Tuy nhiên, dưới tác dụng của sự trượt tương đối giữa các lớp chất lông,

ngoài tham gia chuyền động với dòng dầu, các tỉnh thể parafin còn bị cưỡng bức tham gia vào chuyển động ngang theo hướng ly tâm Kết quả là các hạt tình thế

parafin từ lõi turbulent bị đấy đến thành ống, nơi các phân tử parafin rắn đã lắng

đọng trước đó theo cơ chế khuếch Lán phân tứ và tiếp tục lắng đọng Nói chung,

lắng đong do cơ chế phân tán do chuyễn đông trượt tương đối không bền bằng lăng đọng do cơ chế khuếch tán phân tử

Các thông số ảnh hưởng dến quá trình nảy tích tụ paralin bao gầm: bề mặt

thành ông, tốc 46 dong chay, số lượng parafn trong dòng, hình đạng và kích

thước các hạt Trên thực tẾ, cơ chế lắng đọng paralin thường là sự tổ hợp của hai

cơ chế Tuy nhiên, cơ chế khuếch tán phân tử chiếm ưu thế, ở nhiệt độ thấp hơn

nhiệt đệ nóng chây của parafin

1.1.2 Ảnh hưởng của một số yếu tố tới quá trình tích tụ lắng đọng muối

Không phải cử có muối két tinh 14 cd ling dong, tich tu lang dong mudi

Các tinh thể muối kết tính chỉ tụ lại thánh lắng đọng muối khi gặp điều kiện

thuận lợi Đó không chỉ là điều kiện quy dinh sự hình thánh các tỉnh thé mudi

mà còn là điều kiến để chúng phát triển và tích tạ Dễ có tích tạ muối cần có

thêm những yếu tác động khác mà chúng ta sẽ nghiên cứu ở phần dưới

1.1.2.1.Ảnh hướng của diềư kiện dòng chảy tới tích tụ lắng dụng muối

Thông thường các tỉnh thể nhỏ thường bị dòng chảy đưa đi xa khỏi vị trí chúng sinh ra Khi các tĩnh thể lớn lồn tới một kích thước nào đó thi khả năng chúng bị cuốn đi cũng nhỏ đần và khả năng lắng đong lại lớn theo Lễ có thể tạo

lăng đọng muối các tỉnh thé mudi cần được kiên kết lại, hoặc được liên kết lên

24

vật liệu nào đó Chính vi vậy, lắng đọng muối xuất hiện mạnh ở những vị trí có

sự thay đổi mạnh về tốc đô dỏng chảy hoặc dỗi hưởng đóng chảy (van, bom,

khúc quanh .), vỉ tại đây, dòng chấy đã ép các hạt tỉnh thể lại gần tạo điều kiện

cho chúng liên kết với nhau vả liên kết với mặt thiết bị Trong đường ông tiết diện dễu, các tỉnh thể mưỗi kết tỉnh tụ lại chậm hơn và nguyên nhân ở dây là các

tỉnh thể lơ lửng trong lưu thể chuyển động bên sát thành ống có vận tốc rất nhỏ (do ma sắt với thành ống, và do profin dòng chảy dã ép chủng vào thánh), nên rat dé bi hap phu lén bể mặt ống vốn được bao phủ bởi lớp vật liệu hữu cơ Khi

các hạt tiến quá gần các hạt khác hoặc bề mặt có sẵn, lực hút phân tử Van-đéc- van sẽ giữ chúng lại trên bề mặt Tại điểm tách khí trong cần khai thác, lắng

đọng muỗi cũng phát triển mạnh Nguyên nhân ở đây là sự kết hợp của việc tăng

đột biển xác suất tạo mẫm kết tỉnh khi xuất hiện của lượng lớn bề mặt phân cách

pha khí-lỏng và của việc dòng chảy rồi đã làm tăng khả năng của các tinh thé

trong va chạm và dẫn tới liên kết giữa chúng Trong nhiều nghiên cứu, người ta

phát hiện rằng, ở chiều sâu 300-+360m, nơi thường xảy ra giãn nở mạnh của chất khí nói chung, khí CO; nói riêng, lắng đọng muối được hình thành rất mạnh

1.1.2.2 Ảnh hướng của thành phân dầu tới tích tụ lắng đọng muối

Hợp phần hữu cơ chứa trong lắng đọng muỗi thường chứa asphanten,

nhựa, parafn không no, các hợp chất thơm, hợp chất chứa lưu huỳnh, axit tan

trong nước naphlalen và muối của các axiL Theo nghiên cứu |12.13| các thành

phần trên thường chiếm tỷ lệ có xác suất sau trong phân hữu cơ: asphanten: 5,9:24,3%, nhựa: 12: 36%, hợp chất thơm công parafn không no: 53,4: 64,8%,

các hợp chất tan trong nước: 0,276+0,394%⁄ nghiên cứu nảy cũng cho thấy, các

hợp chất tan trong nước chửa trong dầu như các axit và muỗi của nó có ảnh

hưởng rất mạnh tới quả trình tạo lắng dọng muổi, dé khoáng hóa của nước thì

ngược lại lâm giảm quá trinh tạo lắng đọng muối Theo kết quả nghiên cứu của

các lác giả này, tại vùng cận đáy giếng, đo tỉnh rối của dòng cháy và sự pha trộn mạnh giữa nước và dầu, những hợp chất tan trong nước chứa tronp dầu chuyển

sang tan trong nước và là nguyên nhân chính gây ra lắng đọng muối tại vùng cận

đáy giống Cụ thể hơn, vai trẻ của các hợp chất tan trong nước nảy là hấp phụ

25

lên bề mặt các tỉnh thể muối, làm chúng dính lại với nhau và đính trên bề mặt

kim loại Hình L7 mê tả cơ chế hình thành tích tụ lắng dọng muối dưới sự có

mặt của các hợp chất tan trong nước chứa trong đầu Cơ chế này tương tự như

cơ chế dược dùng trong kỹ thuật tuyển nổi chọn lạc Các hại sau kin dược hydrophắp hóa bé mặt dé đảng bám trên bề mặt các bọt khí để di lên, ra khỏi

hỗn hợp cần tuyến, sau đó lại được tách khỏi bọt bằng lzỹ thuật phá bọt Vì lý do

tương tự như vậy, trong lắng dọng muối thưởng có chứa những bọt khí

Cơ chế hình thành tích tụ lắng đọng muối dưới sự có mặt của các hợp chất

tan trong nước chứa trong dầu nghiên cứu [14] cũng cho thấy, thành phần hữu

cơ trong lắng đọng chính là các chất hoạt động bề mặt có tác dung lảm giảm sức

căng bề mặt trên ranh giới pha Trên Hình L8 là các đường thực nghiệm về ảnh

hưởng của các hợp phần hữu cơ tách Lừ lắng đọng muối lấy từ mội số mö khác

nhau Kết quả nghiên cứu của [14] cũng cho thấy, chính những hydrocacbon

không no, đặc biệt là loại có chứa vỏng thơm - vốn được coi là chất hoạt động

26

bé mat manh, có khả năng hấp phụ tốt lên bễ mit tinh thể muối Đứng sau chất

hoạt động bề mặt nảy lá hợp chất chửa lưu huỳnh Chính vì những điều vừa nêu

mmà trong hầu hết các lắng đọng có có chứa hợp chất hydrocacbon thơm, sau đó

là hợp chất chứa lưu huỳnh

Vai trò lớn của các hợp chất hữu co tan trong nước có trong thánh phần của

đầu mô cũng được thể hiện trên ITình L9 [14] Hình này là kết quả thí nghiệm động

học tạo lắng dong có sự tham gia của hợp chất hữu cơ lẫy tir Hing dong,

Ảnh hướng của hợp chất hữu cơ lẫy từ lắng đọng muối tới sức căng bề

mặt trên ranh giới pha

Ngudn hop chất hữu cơ chưng ct từ sa lắng muỗi của các mỏ 1-Uzeng

2-Zetubai 3-Samkoe 4-Xamotlor 5-Iakuskinkoe

Ảnh hướng của hợp chất hữu co ly tir lang đọng muối tới động học tạo

lắng đọng muối trong phòng thí nghiệm

1 - Không có mặt của hợp chất hữu cơ chưng cất được từ cặn sa lắng 2+4 - Có

mặt của hợp chat hữu cơ chưng cất được từ cặn sa lắng: 2:0,3%, 3: 0,6 %, 4: 1%

Trong thí nghiệm mà kết quả đưa ở Hình L9 được thực hiện trong điêu

kiện nhiệt độ 30°C, chỉ số Reinol bằng 4000 Kết quả đưa ở 1Tỉnh L9 cho thấy,

khi có mặt của hợp chất hữu cơ chưng cất từ lắng dong (dường cong số 2), khối

lượng lắng đọng tạo ra nhanh hơn nhiều so với trường hợp không cỏ mặt của

hợp chất hữu cơ (đường cong số 1), và khối lượng lắng dong tao ta cảng nhanh

khi hàm lượng hợp chất hữu cơ chưng cất tử lắng đọng tăng lên (xem các đường,

cong số 2, 3 vả 4 Nghiền cứu cấu trúc lắng đọng tạo thành sau thí nghiệm băng

phương, pháp kính hiển vi diện tử cũng cho thấy , nguyên nhân dẫn dến tặng

mạnh khối lượng lắng đọng là sự hap phụ vật chất hữu cơ trên bề mặt ổng mẫu

và hạt muối làm chúng kết bông Lụ lại Nghiên cửu về đệ bền của lắng đọng cũng cho thấy, các hợp chất hữu cơ còn đóng vai trỏ lớn trong tạo độ bên chơ lăng đọng cũng như tạo độ bên liên kết giữa lắng đọng và bể mặt thiết bị Thí nghiềm |9| cho thấy, độ bên khối lắng đọng sau khi đã chưng cất tách phần hữu

cơ thường bị giảm 20+40% so với mẫu căn ban dau

T.1.3.Phương pháp ngăn ngừa lắng dọng vô cor

Ngăn ngừa lắng đọng vô cơ là việc dùng các biên pháp công nghệ để loại

trừ hoặc làm suy yếu từ nguyên nhân sâu xa đẫn tới hình thành mudi vé co, tới

điều kiện để muối vô cơ xuất hiện ở dang kết tính, sự lớn lên của các tỉnh thể và

sự tích tụ dẫn tới hình thành lắng đọng

Như được giới thiêu ở phần trên, lắng đọng muối vô cơ thường xuẫt hiện trong cần khai thác và hệ thống thiết bị bề mặt Thành phần khoáng của lắng

dong mudi cũng không khác xa nhiều so với lắng dong tao ra tai ving cận đáy

giếng Dề xử lý loại trừ lắng đọng muỗi vô cơ trọng lỏng cần khai thác, người ta

có thể sử dụng hai nhóm giải pháp là cơ khí và hóa học

Nhóm giải pháp cơ khí đừng tác động cơ học để phá hủy cặn lắng dong

Tuy nhiên, do phải dùng thiết bị chuyên dụng và tiêu tốn nhiều thời gian vả tông, chỉ phi lớn, nên nhóm giải pháp cơ khi ít dược áp dụng

Nhóm giải pháp hóa học dùng hóa phẩm dễ hỏa tan lắng dong va dia sin

phẩm hòa tan và sản phẩm bị hỏa tan ra khỏi vị trí ban đầu Nhóm các giải pháp

hóa học dễ sử dụng hơn và thường có chỉ phí nhỏ hơn, nên dược áp dung phố biến hơn Mặc đủ vậy, trong sử dụng phương pháp hóa học, nếu không tinh toán

kỹ chúng ta cũng có thể gặp một số trở ngại liên quan tới ăn mòn thiết bị và san phẩm hòa tan gây nhiễm bắn vía sản phẩm Chẳng hạn, do lắng đọng muỗi tao

lớp phủ không đều trên mặt cần khai thác, nên nêu dùng axit HƠI để hỏa tan cặn

CaCO thi khả nắng ăn mòn cần khai thác là hiện hữu

‘Tich tu ling đong thường chứa chủ yếu khoảng cacbonat CaCO; va các

dang khác nhau của muối sunphat mà chú yếu là CaSO¿ Chính vì vậy, để xử lý

loại trừ lắng dọng muối cần quan tâm tới hỏa tan hai nhóm khoảng vật này Trên

thực tế, với mỗi một nhóm khoáng vật người ta có thể có cách tiếp cận riêng,

nên Irong phần viết đưới đây chúng lôi sẽ tách riêng chúng

1.1.3.1.Xử lý loại trừ tích tụ lắng đọng chứa muối cacbonat

Tích tụ lắng đọng chứa khoáng canxit CaCOz, có thể được xử lý bằng DD

axit chứa phủ yếu axiL clohydric (HƠI) Phán ứng Irung hoà xảy Ta giữa axiL clohydric với CaŒO¿ được biểu diễn thông qua cáo phương trình phản ứng sau

CaCO; + 2HC1 @ CaCh + HạO + CO; (1.8)

San phim của phản ứng trên là những hợp chất tan được trong chỉnh

môi trường DD axit Phương trình phan ứng cho thấy, Ikg HCI quy đối về 100%

ham lượng chất chính có khá năng hoà lan 1,37 kg CaCOx Khả năng hoa tan

cacbonat canxi của HƠI ở các néng độ khác nhau được dưa ở bảng I2 Khả năng

hoa tan theo khối lượng lả tỷ lệ giữa khối lượng vật chất bị hoà tan và khối

lượng axit dược quy về nỗng độ 100% Khả năng hoà tan theo thể tỉch là tỷ số

thể tích giữa vật liệu bị hoà tan và Dĩ axit có nồng độ xác định nào đó

29

Ngoài axit clohydric, để xử lý đối tượng chứa vật chất cacbonat người ta

cỏn dùng các axit hữu cơ như: axit axctic - CH;COOH va axit focmic - HCOOH

và hỗn hợp của chúng Axit axetic và axit focmic phản úng với canxit theo các

phương trình sau

CaCO~ 2HCOOH —› Ca(HGOG} + HạO + CO; (1.10)

Khả năng haà tan cacbonat canxi của axit axetic và axit focmic với các

nông độ khác nhau được đưa ở bảng 1.2

Như vậy, về khả năng hoả lan khoáng canxi, CaCOa các axil duoc xếp

theo thứ tự từ manh đến yếu như sau:

clohydric (IIC)) » focmie TCOOHI > axetic CIICOOIT

Trên thực tế, mặc đủ HCI có khả năng hòa tan CaCO: rất lốt, nhưng vi

mục đích tránh ăn mỏn thiết bị (cần khai thác, thiết bị lòng giếng) người ta ngày

cảng it ding axit HC] trong xử lý loại trừ lắng đọng muối cacbonat trong cần

Kha nang hoa tan CaCO, trong các dụng dịch axiL

1.oại axit và nỗng độ Khả năng hòa tan CaOO;

Theo nghién ciru ctia Akzo Nobel [1], chat chelat cé hiéu qua cho CaCO,

theo thir tu tir cao xuống thấp là: muối Kali của EDTA (EDTA-K); HEDTA,

muối Natri của EDTA (Xem trong Hình L10) Khoảng pH phát huy tác dụng

của một số hợp chất chelate được đưa ở Hình L.11 [7]

Tlình I.11

Khoảng pII phát huy hiệu dụng trong hỏa tan

và giữ các ion trong trạng thái lơ lửng của một số hóa phẩm chelat

Hình T11 cho thầy, các hỏa phẩm được chọn có tác dụng tốt trong khoăng

pH khá rộng, Điều này tiên lợi cho công việc khi cần phối hợp nhiều phương

pháp khác nhau, đặc biệt là các phương pháp có sử đụng các loại dung địch có

pH thấp (như các đưng địch axit)

1.1.3.2 Xử lý loại trừ lắng đọng chứa muỗi sunphat

Vì đất hơn nhiều và vì có tốc độ hòa tan vật liệu cacbonat chậm hơn

nhiều so với axit clohydric và các axit hữu cơ khác, nên các hợp chất chelat

thường được sử đụng trong hệ axit với mục đích kiểm soát hiện tượng kết tủa

pha rắn khi axit Lương táo với sẵn phẩm cần được loại trừ Các kết tủa pha ran

nay thường liên quan chủ yếu tới ion sắt Fe*+ vả ion Ca*+ Thế nhưng trong trường hợp lắng đọng trong via chứa lá loại chứa nhiễu muối sunphat, thì các

hợp chất chclat là loại dùng rẤt tốt cho mục dich này Hỏa phim dang nay còn

có ưu điểm là có tốc độ ăn mỏn thiết bị thấp, nên không cần dùng thêm hóa

phẩm ức chế ăn mỏn Bảng L3 đưới đây đưa lên hóa học của một số chất holat phé biến nhất được đùng trong loại trừ lắng dọng cacbonat vả sunphat

Một số chất phổ biến dùng trong lắng dong cacbonnat va sunphat

1 Ethylene Diamine Tetraacetic acid EDTA [3, 12]

2 Kali- ethylendiaminetriacetat - K;HIYUA

3 Natri- ethy lendiaminetriacetat - NagKDTA p2]

4 Hydroxy-cthylendiaminctriacetic axit | HEDTA j12|

5 Diethylene Triamino Penta acetic acid DIPA

6 Kthanol 10) Glicmate EDG

32

Nghiên cửu của hãng Akzo Nobel [4] về khả năng hỏa tan muối canxi

sunphat (thông qua đo hàm lượng ion CaŸ+) được đưa trong Hình 1.12

Kết quả trong Hinh 1.12 cho thấy, để xử lý loại trừ lắng đong muối thạch cao một cách hiệu quả, chúng ta có thể dùng một trong 3 hóa phẩm chelat là:

1) EDTA - Ethylene Diamine Tetraacetic acid;

2) DTPA - Diethylene Triamino Penta acetic acid;

Khả năng hòa tan muối canxi sunphat

(thông qua hàm lượng Caz+) của một số hóa phẩm chelat Hình L12 cũng cho thấy, khoảng pH phát huy tác dụng của EDTA,

DTPA và HEDTA là đáng được chú ý đủng mức Đây chính là khoảng pH lam

chúng vừa có tác dụng tốt trong hòa tan muối sunphat, giữ các ion CaŸ+ ở trạng

33

thái không liên kết, vừa không ăn mòn thiết bị (pH từ 9+12 là khoảng pH rất tốt cho ức chế ăn mòn thép)

Động học hòa tan lắng đọng từ BaSO, được đưa trong Hình L13 Trong

hình này, ngoài DTPA dang muối kali, EDTA dạng muối kali, còn có một số

đạng của axit amino polycarboxylate Kết quả này cho thay, để xử lý cặn muối chứa BaSO, thì sự lựa chọn tốt nhất là dùng muối kali của DTPA, sau đó là

muối kali của EDTA

Đông học hỏa tan trên hình này cũng cho thấy, chúng ta cần thời gian khá đài trong xử lý lắng đọng muối

Động học hòa tan lắng đọng từ BaSO, của một số hóa phẩm chelat

Như chúng ta biết, lắng đọng muối loại sunphat còn có thể chứa muối

§r§O¿, nên cũng cần tìm loại hóa phẩm chelat để giải quyết vấn đề đặt ra

34

Động học hòa fan cặn muấi SrSO, của một số hóa chất chelat

Trong hình I 14, chứng tôi đưa kết quá như vậy của hãng Akzo Nobel về mặt động học ta thấy, muỗi này là loại rất khó hỏa tan (hình I.14a), đặc biệt là ở nhiệt độ thấp (20°C) Tuy nhiên, khi đưa nhiệt độ phản ứng lên cao (trong hình

Ja 90°C - hình I.14b) thì tốc độ hòa tan đã tăng lên khoảng 6+7 lần Mặc đù vậy

chúng ta thây rằng tốc đô xử lý này 14 qua châm trong trường hợp áp dụng cho

ving can đáy giếng

35

Tóm lại, để xử lý lắng đọng muối tại vùng cận đáy giếng chứa muối

CaSOx.2H:O và muối BaSO,, chứng ta có thể dùng hop chit chclat DTPA va

EDTA Khi str dung cho các trường hợp cụ thể, chúng ta cần phải quan tâm

thêm các yếu Lỗ khác như tốc dé ăn món, thời gian chờ phản ứng

1.1.3.3 Các phương pháp công nghệ ứng dụng cho xử lý tích tụ sáp-parnfin

trong đường ống vận chuyên dầu thô

Tén tại nhiều phương phản khác nhau trong kiểm soát lắng dong hữu cơ

Căn cứ vào bản chất, các phương pháp nảy có thể được phân loại thành 3 nhóm

chính là: nhương pháp cơ học, phương pháp nhiệt học phương pháp hóa học

1.1.3.3.1 Phương pháp cơ hye

Tên tại một vải phương pháp cơ bản để loại bỏ lắng đọng hữu cơ trong

đường ống khai thác va đường ống dẫn dẫu Về ban chất các phương pháp trong

nhóm này là dùng lực cơ hoc để phá hủy và đưa lắng đọng ra khôi vị trí hình

thành Tên tại nhiều kiểu thiết bị nạo vét Có loại được gắn vào cần khoan, loại

đúng thiết bị cáp lời, loại dùng áp lực sói rửa của dòng dung địch Thiết bị nạo

vét gắn với cần khoan thực chất là loại đầu choéng chuyên dụng Quá trình nạo

vét này sẽ làm lắng đọng hữu cơ rơi vào trong dòng sản phẩm trong ống khai thác

và sau đỏ được sản phẩm mang lên trên bề mặt

Theo Allen và Robert, một thiết bị nạo vét khác điều khiển bằng đây cáp là

một một công cụ được sử dựng phổ biến dé nao vét sáp trong các giống Lự phun

va giéng gaslift Dung cu nay duoc gan vio một thiết bị diều khiển bằng dây cáp,

được dẫn động và điều khiến bằng tay hoặc tự động theo thời gian định trước

Để nạo vét lắng dọng hữu cơ trong các đường ống, người ta thường dùng

phương pháp phóng thoi Cac thoi nay có thế được chế tạo từ vật liêu rắn hỏa tan

hoặc vật liệu không hoà tan Thơi hòa tan thường ở đạng hình trụ ngắn và được

làm bằng vật liệu sắp hoặc naphthalene có câu trúc tỉnh thể mịn (Cấu trúc này

đảm bảo độ bền cho thoi) Thơi không hỏa tan thường được chế từ cao su cúng,

hoặc cáo khối cầu bằng nhựa có gờ sắc nhọn Một trang những ưu điểm của các

thoi hoa tan là chúng có xu hưởng hoà tan trong dẫu thô sau quá trình nạo vét lắng đọng hữu cơ Do vậy, việc thu hồi các thoi nạo vét nảy lả không cần thiết

36

Công việc nạo vét bao gồm tha thoi vào đầu đường ống, bơm lưu thể với áp suất

cao dy ching doc thco các dường ống dẫn để chúng phả hủy lắng dong

1.1.3.3.2 Phương pháp nhiệt

Phương pháp nhiệt bao gồm cung cấp thêm nhiệt cho hệ thống từ bên

ngoài hệ va gidm mất mát nhiệt ra ngoài mỗi trường xung quanh Việc lắp đặt

thiết bị đua nóng bằng điền tai day giểng để làm nóng dầu thô ở gần vùng vỉa chứa là một trong số các phương pháp xử lý nhiệt Tuy nhiên, phương pháp này

bị hạn chế vì chỉ phí cao và chỉ thực hiện được ở nơi có sẵn nguỗn điện Trên hệ thông đường Sng dẫn dầu, thất thoát nhiệt từ dòng dầu khai thác có thể giảm thiêu bằng cách báo ôn 14t đường Ống dẫn, hoặc duy trì áp suất cao trong đường ông

nhằm ngăn cản quá trình tách pha của các hydrocacbon có nhiệt độ bay hơi thấp

Tuần hoàn của đòng đâu nóng hoặc nước nóng ở trong giếng khoan là một

phương pháp nhiệt phố biển để phá hủy lắng dong hữu cơ Dòng dầu nóng hoặc

nước nóng sẽ được bơm xuống theo ông chống và đi lên theo ống khai thác để

lảm nóng chảy hoặc tăng độ hỏa tan của các lắng đọng hữu cơ trong dòng đầu khai thác Một trong những phương pháp xử lý nhiệt có hiệu quả là phương pháp

kết hợp tạo nhiệt vả khi nitơ Phương pháp này dùng tác đụng của hai loai dung

dich 14 muéi natri nitrit (NaNO) va mudi amoni clorit (NHyCH) Dung dịch dược chuẩn bị trên mặt dất, sau dỏ được bơm xuống đây giếng Dưới tác dụng của

nhiệt độ khơi mào, phản ứng giữa hai muối sinh ra khí nito va téa ra mat lượng

nhiệt lớn Dung dịch nóng làm tan, hoặc làm mềm lắng đọng hữu cơ tạo diều kiện

cho chúng cuốn theo dòng lưu thể khai thác

Một dạng khác của phương pháp nhiệt là sử dụng phản ứng của một số

hợp chất amin với axit hữu cơ Axit hữu cơ phố biển được dùng lả: Linearalkyl

Bezen Sulfonic Acid (LAS); Dinonyl Naphthalene Sulfonic Acid Các hợp chất amin gó thể được ding 1a: Isopropyl amin ((CH;), CH-NH)) ; Tert-bulyl amin

((CH3)s C-NH2} Di-isopropy] amin ((CHsh CH-NH-CH (CH): 3; Dietylene

triamin (NH;(CH);NH(CH»NH;)

1.1.3.3.3 Phương pháp hóa học

Thương pháp hoá học kiểm soát lắng dong hữu cơ bằng cách hoả tan chúng,

hoặc ngăn ngừa sự phát triển của các tỉnh thê sáp cũng như làm giảm khả năng

bám đỉnh của chúng lên thành ống khai thác và các dường ống dẫn Các hóa phẩm được sử dụng thường pm: các dung môi, các chất phân tán; các chất tẩy

rửa; và các chất biến tính tỉnh thể Sắp

Để hòa tan các loại cặn chứa sắp và có hàm lượng chất thơm cao, người ta

sử dụng các dung môi như: condensat, phân đoan xăng nhẹ, dầu hoả, dầu diesel butan, pentan, xylene, toluene, benzene, cacbontetraclor (CC) và cacbondisulfit(CS,) Kerosen, diesel, dau, va cdc condensat có hàm lượng thơm thấp thì không có khả năng hoà tan lắng đọng chứa asphalene Tuy nhiên condensat với hàm lượng thơm ao, xylưne vả toluen lại có khả năng hoà tan rất tốt asphaltene i2ung môi dễ xử lý kỹ thuật phải đâm bảo cả khả năng thấm của chúng vào trong cặn va cả khả năng hoa tan lai cin sáp trong đầu

Các chất phân tán lá các hợp chất hoá học có khã năng git cdc hal sap rin

ở trạng thái phan tán khi chúng kết tỉnh ở trong các sản phẩm dầu thô Các chất

phân tán trung hoà lực hút giữa các phân tứ sáp với nhau và lực hút giữa các phân

tử sáp với thành dường ống khai thác, các đường ống vận chuyển vả bề mặt thiết

bị Hiện tượng như vậy ngăn ngửa các tỉnh thể sắp từ từ trạng thái đơn lẻ và hìnl1

thành các lớp trên các bề mặt dường ống Việc xử lý sáp, sử dụng các chất phân tán bao gdm việc bơm hỗn hợp của chất phan tin va nước/dung môi hoá học

xuống khoảng không vành xuyến của thân giếng 113n hop chất phần tán được

đây ra ngoài theo dòng sắn phẩm

Các chất tây rửa là các hợp chất hoạt đông bể mặt có xu hướng thám ướt các tỉnh thể sắp, ông khai thác

Quá trình thấm ướt như vậy sẽ trung hoà lực kết dinh giữa các tỉnh thể và lực hút

các đường ống dẫn trong sự có mặt của nước

giữa các tỉnh thể sáp với đường ống khai thác, và các đường ống dẫn Các chất tẩy rửa sẽ giúp cho việc phá vỡ các cặn sáp và ngắn ngửa các hại sắp phân Lán và tích tạ đọc theo đường ống khai thác và các ông dẫn

38

Các chất biến tỉnh các tính thể sáp thường là các chất polymer như

polyctylenc hoặc một số polymer mạch nhánh có khả năng ức chế hoặc xơn cải

trong quá trình phát triển của tính thể để ngăn cản sự lớn lên của chủng Các chất

làm biển tỉnh Linh thể sản này sẽ kết hợp với các phân tử sáp và xen kế vào trong tỉnh thể sáp Chất biến tỉnh tình thể thường là các chất nolymer có khả năng ngăn

ngửa lắng đọng sáp thông qua việc phả vỡ sự mầm kết tỉnh, đồng kết tỉnh hoặc

thay dẫi cầu trúc tỉnh thể Chúng cũng có thể hắp phụ lên các tỉnh thể sáp để ngăn

phần dầu như vậy sẽ gây trở ngại cho quá trình khai thác và vận chuyển ching

tới kho chứa nỗi Tính toán hệ số ổn định hệ keo của tác giả [11] cũng cho thấy,

các loại dần trên đều được coi là không dn định theo tiêu chi ổn định hệ keo

(xem kết quả đưa lại trong bảng 1.6)

Tuy nhiên, do trong thời gian đầu khai thác, các giếng chủ yếu hoạt động theo nguyên tắc tự phun, nên vẫn dé lắng đọng parafin trong cần khai thác chưa

trở nên tram trọng và không được ghi nhận nhiễu trong các nghiên cửu Trong

khoảng những thời gian này, van dé lắng đọng paralin chỉ được thực sự quan

tâm nghiên cứu là vấn để lắng đong parafin trong đường ông vân chuyển đầu nối

từ giàn RŒ2 => RCI (mỏ Rồng) về trạm chứa đầu không bến và từ giản công

39

nghệ trưng tâm mô Bạch TIỗ về trạm chứa dầu không bến Nghiên cứu toàn cảnh

nhất về

Ấn để liên quan tới vận chuyển đầu theo các dường ống đỏ dược tập

hợp trong báo cáo [11] Nội dung của bảo cáo nảy phân tích thông số kỹ thuật

vận hành của hệ thông thu gom, vận chuyển dòng đầu nhiều pha trong mỏ; tổng quan về các vẫn dễ liên quan tới lắng dọng vật liệu hữu co, parafin, asphaten

trên thánh đường ống vận chuyển dầu; kết quả thực nghiệm về chọn hỏa phẩm

giấm nhiệt độ đông đặc, giám mức độ kết tĩnh parafin trên dường vận chuyển

Bang 1.4 Đặc tính cơ bản của dẫu thé Bach Hỗ hỗn hợp

sir | TỈNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DẦU THÔ KẾT QUÁ PHÂN TÍCIL

2 Ham luong khi (C)-C,) héa tan trong dầu, % -

6 Đồ nhớt động học ở 50°C / 70°C cSt 5,286 / 3,434

12 Ap suat hoi bao héa Reid, psi 3,79

13 | Tiam luong tap chat co hoc, %KL 0,005