Kết quả và biện luận về tác động cải thiện tính lưu biến của dầu thô Paraphin bằng từ trường nam châm Nd-Fe-B

Kết quả và biện luận về tác động cải thiện tính lưu biến của dầu thô Paraphin bằng từ trường nam châm Nd-Fe-B

37

CHƯƠNG 3 - KẾT QUÁ VÀ BIỆN LUẬN

3.1 Tính chất của các mẫu dầu thô Bạch Hổ và Rồng

3.1.1 Các đặc trung lý háa của dầu thô:

2

Bảng 3.1: Các đặc trưng lý hoá của các mẫu dầu thô Bạch Hổ và Rồng

khá cao (trên 20%) nên nhiệt độ đông đặc của các mẫu này kha cao (tif 30°C ~

32°C) Trong khi đơ, với dầu Rồng RPI và RC2, hàm lượng paraphin chiếm

khoảng 10%, vì vậy, nhiệt độ đông đặc của hai mẫu này thấp hơn (26, 272C)

Ngoài ra, khi so sánh tổng hàm lượng nhựa và asphanten của các mẫu đầu, nhận thấy các mẫu có hàm lượng nhựa và asphanten cao thì nhiệt độ đông đặc thấp

hơn, đồng thời có độ nhớt động học cao, thí dụ như mẫu BH-MIio và RPI

Kết quả này cho thấy tính chất của các mẫu dầu rất khác biệt, trong cùng

một mỏ dầu nhưng thành phần và tính chất cũng không giống nhau, Điều này nói

lên sự bất đồng nhất và tính phức tạp khi xử lý các vấn để về dầu như cải thiện tính lưu biến trong quá trình khai thác, vận chuyển, tách nước, chế biến, Như

đã nêu ở phần trên, với hàm lượng paraphin, nhựa và asphanten khá cao trong đầu Bạch Hổ và Rồng, khả năng ứng dụng các thiết bị từ trường để cải thiện tính lựu biến của dầu phục vụ quá trình kha và vận chuyển ngoài giàn là rất khả thi, cho phép tiết kiệm chỉ phí và an toàn với môi trường

Hình 3.1 Phân bố n-paraphin của các mẫu dầu thô

Biểu đổ phân bế n-paraphin của các mẫu dầu thô cho thấy:

Đầu Bạch Hổ BH-Mio, BH-Oli có phân bế n-paraphin tương tự nhau và CTP2 khác biệt so với hai mẫu dau kia Cực đại của hàm lượng n-paraphin trải

rộng từ C¡; tới Cạ; Trong khi đó, mẫu đầu Rồng có hàm lượng paraphin thấp hơn

n so với đầu Bạch Hổ, đồng thời dầu Rông còn khác dầu Bạch Hể là hàm

paraphin có hàm lượng đáng kế c nguyên tử cacbon tối đa trong mạch cũng

chỉ tới Cạa, không có n-parapbin với số nguyên tử cacbon lớn (Cao-C;o) chiếm hàm

lượng cao như trong đầu thô của Trung Quốc và mộ nước khác Theo tài liệu

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý dầu đến độ nhớt của dau thé dưới tác dụng của từ trường:

Các thí nghiệm được thực hiện trong mô hình dòng chảy trên các mẫu dau

Bạch Hổ (CTP2, BH-Mio, BH-Oli) va dầu Rồng (RPI, RP3 và RC2) với các điều

kiện thí nghiệm:

— Nhiệt độ xử lý dầu 40°C, 45°C và 50°C

— Cường độ từ trường §600 Gauss,

—_ Thời gian chiếu từ khoảng 2s

wag

Hình 3-2: Ảnh hưởng của nhiệt độ khi xử lý từ trường đến dầu BH-Oli

Các đô thị 3.2a, 3.2b, 3.2c cho thấy tác động của từ trường đến sự giảm độ nhớt của dầu BH-Oli tương đối tốt ở nhiệt độ thấp, ở 40°C: 26,1%; 45C: 22,5%

và kém hơn ở 50°C (12,7%) khi so sánh hiệu quả tác động ở nhiệt độ 28°C

40

Hình 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ khi xử lý từ trường đến đầu BH-Mio

Đô thị 3.2a, 3.2b, 3.2c cho thấy tác động của từ trường đến sự giảm độ nhớt của dầu BH-Mio rất tốt ở các mức nhiệt độ khảo sát, ở 40°C: 28,0%; 45°C: 57,6% đặc biệt ở 50°C độ nhớt giảm: 59,3%, ở nhiệt độ 28°C

4 Nhichil suc dy dan 80.0

Hình 3.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý từ trường đến đầu RPI

Hiệu quả tác động của từ trường đến sự giảm độ nhớt của dầu RP1 khá tốt,

có giá trị tương đối đồng đều ở cả ba mức nhiệt độ khảo sát: 40°C là 26,7%;

45°C: 29,3% và 50°C: 26,8% (so sánh ở mức nhiệt độ 30°C trên các đồ thị 3.5a,

3,5b, 3.5C).

aw a4

Hình 3.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý từ trường đến dầu RP3

Các đô thị 3.6a, 3.6b, 3.óc cho thấy hiệu quả tác động của từ trường đến sự

siâm độ nhớt của dầu RP3 rất tốt ở tất cả mức nhiệt độ khảo sát So sánh độ

giảm độ nhớt (đo ở 31°C) thì ở 40°C giảm 46,8%; 45°C: 54,4% và ở 50°C: 51,9%,

Hình 3.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý từ trường đến dầu RC2

Các đồ thị 3.7a, 3.7b, 3.7c cho thấy hiệu quả tác động của từ trường đến sự giảm độ nhớt của dầu RC2 tương đối tốt ở hai mức nhiệt độ 40°C và 45°C (giảm

khoảng 26%, khi đo ở nhiệt độ 32°C), cao hơn so với ở nhiệt độ 50°C (giảm 14%)

Các đồ thị trên hình 3.2 đến 3.7 cho thấy các mẫu dâu khảo sát đều có khả năng bị nhiềm từ (biểu hiện ở sự thay đổi độ nhớt của dầu) trong những điều kiện thí nghiệm khác nhau về nhiệt độ với cùng thời gian chiếu từ (khoảng 2 giây) khi

tiền hành thí nghiệm trên mô hình đồng chảy

Đối với dầu Bạch Hồ khả năng nhiễm từ biểu hiện qua độ giảm độ nhớt của mẫu dầu BH-Mio và CTP2 tốt hơn mẫu dầu BH-Ol, đặc biệt trong khoảng nhiệt độ từ 40 — 45°C, khả năng nhiễm từ tốt hơn so với nhiệt độ ở 50°C Trong

khi đó, với các mẫu dầu Rồng RPI, RP3 và RC2 thì hiệu quả tác động của từ trường trong việc giảm độ nhớt đều tốt ở cả ba mức nhiệt độ khảo sát Tuy nhiên, hiệu quả của từ trường đối với dầu RC2 không tốt bằng khi so với hai mẫu dâu RPI và RP3

nhớt nhỏ hơn so với mẫu trắng, Điều này được giải thích là khi chiếu từ, các phân

tử paraphin và các cấu tử vô cơ lẫn trong đầu đều bị nhiễm từ, sắp xếp lại theo

2,

hướng của lực từ, làm cho các phần tử parapbin để dàng trượt lên nhau, dòng đầu

FS

từ dang chuyén déng r6i sang dang chuyển động phan tang, dé nhét gidm

Theo cân bằng động học, ở vùng nhiệt độ khi đầu ở trạng thái chuyển tiếp

từ pha lỏng sang pha rắn, tức là ở điểm sương, ứng với dầu Bạch Hồ là khoảng 60-62°C, nếu có eos! lực tác động dù nhỏ (ví dụ như của từ trường), thì có thể sẽ dịch chuyển được cân bằng động học một khoảng lớn Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao

hơn chuyển động nhiệt chiếm ưu thế, khi đó ảnh hưởng của từ trường lên các phân tử có trong đầu sẽ bị hạn chế và hiệu quả ảnh hướng của từ trường, tức là sự

sắp xếp định hướng các phân tử trong dòng chất lổng sẽ không rõ rệt Như vậy,

theo các kết quả thực nghiệm chúng tôi đã xác định nhiệt độ tối ưu để xử lý từ

trường là khoảng 40-45°C Trong thực tế các giếng gaslift, theo biểu để phân bố

"+ ; là Ay ha igi Ww? trở lê ia iến

nhiệt đọc thân giếng, đây là khoảng thân giêng từ 200m trở lên miệng giếng Đây cũng chính là vùng dang bi lang dong paraphin tram trong trên thành ống

khai thác

Tác dụng của từ trường đến việc giảm độ nhới của các mẫu dầu Rồng và BH-MiO rõ rệt hơn so với đầu Bạch Hổ BH-OIi và CTP2 Điều này có thể được giải thích đo trong đầu Rồng và Bạch Hể BH-Mio chứa hàm lượng nhựa và asphalten cao hơn rất nhiều, gấp khoảng 5 lần so với dầu BH-OIi và khoảng 7 lần

so với CTP2 Nhựa và asphalten là những phân tử phân cực mạnh, tập trung hầu

hết các cấu tử vô cơ có trong đầu, dưới tác động của từ trường, các cấu tử vô cơ, asphalten nhanh chóng bị từ hoá và cho mức độ bị từ hoá mạnh hơn, sự sắp xếp chuỗi phân tử trật tự hơn, giảm ma sát nội giữa các phân tử, độ nhớt dấu giảm

2 Ứng suất trượt: 33,3 dyn/cm2

Sy nà : Nhiệt độ xứ lý 45 C Nhiệt độ do: 32 C vi GQ SU TY a Mau tring Mẫu xử lý từ Xnuấng tar ay | Ì Ị

ii

Vận tấc biến đụng +) Hình 3.12: Đề thị biểu diễn tính lưu biến của mẫu dâu RP3

Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn tính lưu biến của mẫu dầu RC2

Kết quả khảo sát tính lưu biến của các mẫu dầu ở vùng chất lổng phi

Newton cho thấy độ nhớt dẻo của các mẫu giảm khá mạnh (trên 20%), và ứng suất trượt giầm giám từ 30% đến hơn 50% (ngoại trừ mẫu RC2 chỉ giảm 5%)

Khi trạng thái dầu chuyển sang vùng chất lông phi Newton, độ nhớt dầu

“

tăng rất nhanh Ở đây xây ra sự kết tỉnh và bất đầu hình thành mạng của các vi o

Aa +

tỉnh thể paraphin Khi có lực tác động của từ trường đã tạo khả năng cho phân tử

các chất có trong dầu bị từ hoá tạo nên những lưỡng cực từ cảm ứng, chúng tự sắp

“

xếp với nhau trật tự hơn, giảm sự cần trở không gian trong dau, dẫn đến ức chế

quá trình phát triển tính thể paraphin Đây được coi như là nguyên nhân làm cho dâu chuyển từ dòng chảy rối sang đồng chảy tầng, dẫn đến độ nhớt dẻo và ứng suất trượt của dầu đều giảm Trường hợp đầu RC2, hiệu quả tác động của từ trường đối với độ nhớt dẻo tốt (26%) trong khi đối với ứng suất trượt lại kém (5%), điều này cho thấy tác động của từ trường trong nhiều trường hợp không có quy luật rõ ràng và phụ thuộc vào nhiều yếu tế khác trong dầu

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của cường độ từ trường đến độ nhớt của đầu thô:

Nhằm kháo sát ảnh hướng của cường độ từ trường tới sự giảm độ nhớt của

dẫu thô tại nhiệt độ và thời gian chiếu từ đã được xác định là tối ưu trong phần 3.2, thời gian chiếu từ 2 giây Khảo sát độ nhớt của các mẫu đầu được được xử lý

từ trường ở các cường độ: 4600, 6600, và 8600 Gauss Tiến hành thử nghiệm

Nhiệt độ (oC)

Hình 3.19: Ảnh hưởng của cường độ từ trường đến dầu RC2

Từ các kết quả được trình bày trên các đồ thị (Hình 4.14 đến 4.19), cho thấy đối với cả hai loại dầu Bạch Hổ và Rồng, khi cường độ từ trường càng tăng thì tác động giảm độ nhớt đối với đầu thô cảng tăng Chính lực từ trường đã làm xáo trộn lớp điện tử bên ngoài của các phân tử paraphin, làm giảm khả năng tạo thành tỉnh thể, hoặc tỉnh thể có tạo thành cũng không bền, đễ cuốn trôi theo dòng chảy Ngoài ra, sự sắp xếp theo lực từ của các chất phân cực có trong hỗn hợp đầu-nước biển diễn ra mạnh hơn, kéo các phân tử paraphin theo một trật tự nhất

định, làm cho dầu chuyển động theo mô hình dòng chấy tầng Do đó giảm độ

nhớt và hạn chế sự kết tỉnh paraphin trên thành ống Theo lý thuyết vật lý, độ

nhiễm từ của đầu gia tăng theo cường độ từ trường sẽ đến một giá trị nhất định,

khi đạt đến điểm bão hòa thì dầu sẽ không thể nhiễm từ hơn nữa Do vậy, sẽ rất

thú vị và cần thiết nếu xác định được điểm bão hoà đó để thiết kế thiết bị nam

châm có cường đệ từ trường phù hợp Tuy nhiên, cũng như trong các tài liệu công

bố về lĩnh vực này đều chưa đưa ra được giá trị điểm bão hoà khá năng nhiễm từ

3.4 Khảo sát ảnh hướng của thời gian xử lý từ đến độ nhớt của dau thé:

Mục đích nhằm xác định ảnh hưởng của thời gian chiếu từ lên tính lưu biến

ác mẫu dầu thô, cụ thể là độ nhớt, trong cùng điều kiện về nhiệt độ xử lý (45°C) và cường độ từ trường (8600 Gauss) Từ đó có thể tính toán, chế tạo các

thiết bị từ trường thích hợp cho quá trình khai thác và vận chuyển

Quy trình thử nghiệm tương tự như mục 3.2 Thay đối lưu lượng bơm ở các

ức đệ để dâu có thời gian chiếu từ là 2, 6, và 10 giây.

300 ¬

Nhiệt độ xử lý: 45 € Cường độ từ trường 8600 Gauss

350 ¬

ae 3 7 —=*-— Thời gian chiếu từ 2,0 +

= Ả —*— Thời gian chiếu từ L0,1s

iduo \ Nhiệt độ xử lý đầu ở 45 €

\ À \ ——*—— Thời gian chiếu từ 10,08

LA LA

Trên cơ sở những kết quả thu được (hình 3.20 — 3.23), với cả 4 mẫu đầu khảo

at CTP2, BH-Mio, RPI và RP3 đều cho thấy thời gian xử lý từ càng đài, độ nhớt

của dẫu giảm càng nhiều Ngoài ra, mức độ giảm độ nhớt theo thời gian chiếu từ

của các mẫu cũng khác nhau, đầu BH-MIio và RPI, và RP3 có sự giảm độ nhớt rõ

rệt hơn khi kéo dài thời gian xử lý, Điều này cho thấy khả năng sắp xếp của các phân tử phân cực trậi tự hơn trong điều kiện thời gian chiếu từ kéo đài, do các

82,3% khi thời gian chiếu từ 10 giây, với đầu RP3 hiệu quả giấm độ nhớt sau 2

giây: 54,4%, 6 giây: 64,1% và 10 giây: 68,9% Điều này cho thấy với cường độ từ

trudng cao (8600 Gauss) va chuyén động nhiệt không lón, thì chỉ cần một thời gian chiếu từ rất ngắn, từ trường đã có tác dụng giảm độ nhớt của dau thô rất

mạnh Kết quá này cho thấy khá nẵng ứng dụng vào thực tế của các thiết bị từ

a:

trường có cường độ cao là rat khả thị

Ảnh hưởng của thời gian chiếu từ tới sự giảm độ nhới không đồng đếu giữa

các loại dầu cũng được quan sát thấy như đối với các yếu tố đã khảo sát trước

đây: nhiệt độ, cường độ từ trường Điều này lại một lần nữa nói lên sự bất đồng

iữa các loại đầu thô, ngay cả khi cùng từ một mỏ, cùng một tầng nhưng =

nhất lớn te

2

khác siếng Do vậy, việc khảo sát ảnh hưởng của từ trường đối với từng loại đầu a Sư 3 :

là rất cần thiết trước khi xem xét lấp đặt các th iết bị sử dụng từ trường

56

Ảnh hưởng của thời gian chiếu từ đến sự giầm độ nhớt của dầu đến lúc nào

là cực đại, tức là khi dầu đã bão hoà từ và sự tái định hướng các thành phần có trong đầu thô đã ở mức cân bằng, còn cần tiếp tục khảo sát Tuy nhiên, điều đó

có ý nghĩa về mặt lý thuyết nhiều hơn do trong thực tế sắn xuất không thể kéo dài thiết bị từ trường hoặc giảm tốc độ dòng dầu xuống dưới mức cho phép vì phải đáp ứng được yêu cầu kinh tế, kỹ thuật của quá trình khai thác, vận chuyển 3.5 Khảo sát thời gian lưu từ của dầu thô

Trên cơ sở các thông số thí nghiệm tối ưu đã được xác lập qua các thử

nghiệm là: nhiệt độ 45°C, cường độ từ trường 8600G và thời gian chiếu từ khoảng

2 giây, tiến hành khảo sát thời gian kéo đài hiệu quả giảm độ nhớt của các mẫu

đã được xử lý từ Các kết quả thu được sẽ phục vụ cho việc thiết kế và lắp đặt các thiết bị từ trường phù hợp nhằm đảm bảo hiệu quả xử lý trong suốt quá trình khai thác và vận chuyển

41.0 ¬

as 40.0 ~

= 1 ⁄ Thời gian chiếu từ: 2.2s

Thời giản (giờ)

Hình 3.24 Thời gian lưu từ của dầu BH-Mio