Kết quả và biện luận xây dựng và thử nghiệm hệ chất hoạt tính bề mặt nhiệt

Kết quả và biện luận xây dựng và thử nghiệm hệ chất hoạt tính bề mặt nhiệt

CHƯƠNG 3: KẾT QUÁ VÀ BIỆN LUẬN

3.1 Xác định sức căng bê mặt giữa hai pha đầu- dung dich chất HTBM

Đối với bề mặt đá tích điện thì ưu tiên dính ướt nước bởi tương tác tĩnh điện giữa các phân tử nước với bề mặt đá Đa số các bề mặt đá thường tích điện âm Do

đó, để tránh sự đính ướt dầu khi có sự tồn tại của chất HTBM, phải sử dụng chất HTBM anion hoặc nonion Nếu sử dụng chất HTBM cation thi đầu tích điện cation của chất này sẽ tương tác tĩnh điện với bề mặt đá, nên sẽ định hướng phần không phân cực ra phía ngoài của bề mặt Phần không phân cực lại tương tác tốt với dau

niên sẽ làm tăng tính đính ướt đầu, Vì vậy nên sử dụng chất HTBM anion để tránh hiện tượng trên

Tiến hành khảo sát giá trị SCBM giữa các dụng dịch chất HTBM với dầu được thê hiện qua Hình 3.1 và 3.2

Hinh 3.1 Dd thi biéu dia SCBM cia Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn SCBM của

các chất HTBM anion theo nông độ các chất HTBM nonion theo nông độ

Từ hai đề thị trên ta xác định được giá trị CMC của các chất HTBM và được tổng kếttrong Bảng 3.1

3.2 Khả năng bền nhiệt và tương hợp của các chất HTBM với nước biến

3.2.1 Các muối gốc alkyl Sulfonate

> ASI

Bang 3.2 Kha nang bén nhiét va tuong hop cla ASI trong nude biển sau thời gian

ủ 3! ngày tại nhiệt độ 91°C

> AS3

Bảng 3.3 Khả năng bền nhiệt và tương hợp của AS3 trong nước biển sau thời gian

ủ 31 ngày tại nhiệt độ 91°C

Dung dịch AS3 có độ hòa tan tốt trong nước biển Tuy nhiên ở nồng độ

khoảng 0,02% sau một tháng ủ nhiệt, bắt đầu thể hiện tính tương hợp kém với nước

biên khảo sát

3.2.2 Các muối gốc alkyl sunphate

> AS2

Bang 3.4 Kha năng bền nhiệt và tương hợp của AS2 trong nước biển sau thời gian

ủ 31 ngày tại nhiệt độ 91°C

49

> AS4

Bảng 3.5: Khả năng bền nhiệt và tương hợp của AS4 trong nước biển sau thời gian

G31 ngày tại nhiệt độ 91°C

Dung dich AS2 sau mét thang ủ nhiệt vẫn trong suốt không tạo tha, dung dich

AS4 sau một tháng ủ nhiệt trở nên duc va xuất hiện kết tủa Xét về sự tương hợp với

nước biển thì hoá phẩm AS2 tương hợp tốt, còn hoá phẩm AS4 không tương hợp

trong quá trình ủ nhiệt,

3.2.3 Các chất HTBM Nonion

>» NSI

Bang 3.6 Kha nang bên nhiệt và tương hợp của NS1 trong nude biên sau thời

gian ủ 31 ngày tại nhiệt độ 91°C

50

» N§2

Bảng 3.7 Khả năng bên nhiệt và tương hợp của NS2 trong nước biển sau thời gian

ủ 31 ngày tại nhiệt độ 91°C

Cả hai hóa phẩm NSI và NS2 đều tan tốt trong nước biển khảo sát, không có hiện tượng đục và kết tủa trong thời gian ủ 31 ngày ở nhiệt độ 91°C Kết quả cho thấy cả hai hóa phẩm này đều bền nhiệt và tương hợp tốt với nước biển

3.2.4 Hén hop các chất HTBM

>» Khảo sát dung dịch hỗn hop hai chat HTBM anion

Bảng 3.8 Khả năng bền nhiệt và tương hợp của hỗn hợp hai chất HTBM anion

trong nước biển sau thời gian ủ 31 ngày tại nhiệt độ 91C

> Khảo sát dung dịch phối trộn chất HTBM nonion và chất HTBM anion

Bang 3.9 : Khá năng bền nhiệt và tương hợp của hỗn hợp hai chất HTBM nonion và

anion trong nước biển sau thời gian ủ 3Í ngày tại nhiệt độ 91C

C4c hén hợp trên được phối trộn với nồng độ tổng 0,02%

Dung dịch AS4 có thê hoà tan AS] trong nước biển nhưng chỉ ở tỉ lệ AS1 nhỏ

so với AS4 Tuy nhiên, sau thời gian một tuần ủ nhiệt thì tất cả các dung địch nay

đều bị kết tủa, chứng tỏ rằng hỗn hợp này không bền nhiệt và tương hợp tốt với

nước biên

Khi phối trộn chất HTBM nonion NSI với các chất HTBM anion hầu hết đều cho tính tương hợp với nước biển Tuy nhiên khả năng hoà tan ASÍ trong nước biển rất kém, nên sau một thời gian ủ tất cả cdc dung dich phôi trộn với ASI đều bị đục

và xuất hiện kết tủa

3.3 Khảo sát độ bên nhiệt của các dung dịch chất HTBM

Tiến hành ủ nhiệt các dung dịch chất HTBM tại nông độ CMC hoặc cận CMC

trong 31 ngày để khảo sát độ bên nhiệt, ta có kết quả trong Hình 3.3

Chất HTBM ASI không tan trong nước biển nên không tiến hành khảo sát độ

bền nhiệt riêng đối với chất này

Quan sát đồ thị ở Hình 3.3 ta nhận thấy rằng AS2 là chất ôn định nhiệt tốt nhất

so với hai chất còn lại Sau 30 ngày quan sát giá trị SCBM dâu - dung dịch chất

HTBM thay đôi không nhiều so với AS3 và AS4, đồng thời dung dịch AS2 sau một tháng ủ nhiệt vẫn trong suốt không tạo tủa Trong khi đó, dung dịch AS3 và AS4 sau một tháng ủ nhiệt thì dung địch trở nên đục và xuất hiện kết tủa, SCBM của hai dung dịch này với dầu móng DNR thay đổi khá nhiều Xét về tính chất ôn định nhiệt thì hoá phẩm AS2 thể hiện tốt nhất, còn hoá phẩm AS3 và AS4 không ổn định nhiệt trong quá trình ủ ở điều kiện nhiệt độ của móng DNR

Hinh 3.3 SCBM dau - dung dich chat HTBM theo thời gian ủ nhiệt

Đối với dung dịch chất NSI, tiến hành ủ nhiệt tại nồng độ thấp 0,05%, sau 2 tuần, giá trị SCBM này đã tăng quá một đơn vị (từ 2,5 mN/m tang lén 3,6 mN/m),

vì vậy mẫu này không còn phù hợp với yêu câu về tính ôn định nhiệt

Bảng 3.10 Giá trị SCBM của dung dịch NS1 0,05% trong thời gian ủ nhiệt

3.4 Khảo sát độ bần nhiệt của các dung dịch hỗn hợp chất HTBM

3.4.1 Dung dịch chất HTBM và chất trợ HTBM

Chất trợ HTBM isopropanol được sử dụng với mục đích là chất hỗ trợ cho chất

HTBM nhằm tăng hoạt tính bề mặt cũng như ốn định chất HTBM trong môi trường khảo sát Tác dụng của chất này đối với AS2 và AS3 được thể hiện tại Hình 3.4 và

AS2 và AS2+ isopropanol theo thời và ÀS3 + isopropanol theo thời gian ù

Đối với AS2 (Hình 3.4), isopropanol không có tác dụng gì đáng kế, không làm giảm SCBM của dung dịch cũng như ôn định AS2 trong nhiệt độ ủ trong vòng 30

ngày Sự thay đổi về SCBM trong thời gian ủ vẫn xảy ra dù có sự tồn tại của

isopropanol Như vậy đôi với AS2 chất hỗ trợ isopropanol không phù hợp

Tuy nhiên đối với AS3 (Hình 3.5) sự có mặt của isopropanol hỗ trợ cho chất HTBM nay Dung dịch AS3 (0,02%) + isopropanol (0,02%) có SCBM bạn đầu lá 0,5 mìN/m, nhỏ hơn số với dụng dịch ÀS3 (0,02%), Sự giảm SCBM này bởi hai lí

Với hai lý do này bề mặt phân cách pha được tạo ra dễ đàng và SCBM giảm

Khi có mặt isopropanol dung dịch AS3 không tạo kết tủa, trong khi đó, dung dịch riêng lẻ với nồng độ thấp hơn đã có kết tủa Rõ tảng là isopropanol có tác dụng

én dinh đổi với AS3 Như vậy, ispropanol đã tương tác với các ion AS3 khiến các

ion nay ít gặp các ion Ca”', Mẹ?” tự do trong dung dịch nên khó tạo tủa Đồng thời

với sự tương tác giữa các đầu phân cực mang dién cia isopropanol va AS3 đã phần nào giàn trải điện tích trên ion AS3, mật độ điện tích trên AS3 giảm, tránh được sự đẩy điện từ giữa các ion trong hoá phẩm AS3 nên các ion này có thé dé ding tập trung tạo mixen Điều này làm giảm các ion AS3 tự do dẫn đến giảm sự tạo tủa với ion Ca” và Mẹ”, và do giảm kha nang thuỷ phân của các ion tự do này nên SCBM

2 pha dung dịch chất HTBM và dầu không thay đối nhiêu theo thời gian ú nhiệt

3.4.2 Dung dịch hỗn hợp hai chất HTBM anion

Sự phối trộn hai chất HTBM với tì lệ khác nhau được quan sát và kết quả trình

bày trong Bảng 3.11

Bảng 3.11 SCBM của các dung dich hỗn hợp hai chất HTBM anion với nhau

~ Sau 2Ï ngày 12 l3 1,3 1,2 0,9 due

- Sau l4 ngày đục đục đục đục đục 1,5

Các hễn hợp trên được phối trộn với nông độ tổng cộng 0,02%

Với hệ AS4:AS2 tại các tỷ lệ phối trộn khác nhau, sự phối trộn đã đưa ra các dụng dịch có giá trị SCBM đối với pha đầu là 1,1 — 1,2 mN/m tăng so với dung dịch đơn chất tại cùng nông d6 (SCBMgs4:8,7 mN/m, SCBMy,s52:0,7 mN/m) Nhu vay có

thé kết luận hai chất này không có tác dụng hỗ trợ cho nhau,

56

Với hệ ASI:AS4, chỉ có hỗn hợp với tỉ lệ 3:2 cho giá trị SCBM của dung dịch với đầu là 0,6 mN/m, giảm nhẹ so với dung dịch đơn chất A54 ở cùng nông độ (SCBMas4:0,7 mN/m) Déng thời AS4 cé thé hoa tan ASI trong nước biển nhưng chỉ ở tỉ lệ AS1 nhô so với AS4 Tuy nhiên sau một tuần ủ nhiệt thì tất cả cdc dung

dịch này đều bị kết tủa, chứng tô hỗn hợp này không bần nhiệt,

3.4.3 Dung dịch hỗn hợp chất HTBM nonion và chất HTBM anion

Bảng 3.12 SCBM của các dung dich phối trộn chất HTBM nonion và chất HTBM anion

Tương tự như vậy sự phối trộn chất HTBM nonion NSI với các chất HTBM anion cũng không cải thiện SCBM của hệ so với dung dịch đơn chất Ngoài ra khả nang hoà tan AS1 trong nước biển rất kém, sau một thời gian tất cả các dụng dịch phôi trộn với AS1 đều bị đục và xuất hiện kết tủa,

So sánh giữa các hỗn hợp thì sự phối trộn giữa AS1 và NS2 đạt gia tri SCBM giữa đầu và dung địch thấp nhất, do đó sự phối trộn này được chọn để tiếp tục khảo

sát chọn tỉ lệ tốt nhất, Sau một tuần ú nhiệt các dung địch của hỗn hợp này đều tạo

tủa và dung dịch bị đục nhưng chỉ có dung địch AS1:NS2 với tỉ lệ 1:3 thì bền nhiệt, dung dịch vẫn trong suốt Kết quả được tổng hợp tại Băng 3.13,

Bảng 3.13 SCBM của các dụng dịch hỗn hợp NS2 với ASI ở các tỉ lệ nông độ khác

nhau sau một tuần ủ nhiệt

Sv hoa tan ASI trong dung địch NS2 có thể giải thích do sự xen kẽ các phân tử

NS2 trong các mixen AS] tạo thành trong nước biển làm cho các hạt mixen này

phân cực hơn nên để dâng hoà hơn Nguyên nhân của sự giảm SCBM của dung dịch

với dầu một cách đáng kể, có thể là đo ASI không tan trong nước biển nên nhanh chóng hấp phụ lên bê mặt để tránh tương tác với phân tử nước Đông thời NS2 cũng

cạnh tranh hấp phụ lên bê mặt dẫn đến bê mật đễ dàng được tạo ra và mật độ chất HTBM tại bề mặt rất cao do sự sắp xếp chặt khít của các ion chất HTBM, SCBM

của dụng dịch khá thấp

Trên cơ sở các yêu cầu kỹ thuật của XNLD ‘‘Vietsovpetro”’ va tir kết quả của hàng loạt thử nghiệm của chúng tôi về một số chất HTBM đơn chất cũng như sự phối trộn giữa chất HTBM anion với nhau, hoặc giữa chất HTBM anion với không

lon cũng như với chất trợ HTBM về sức căng bề mặt, độ bền nhiệt, độ tương hợp

358

với nước biên, đã chọn lựa được một số chất để thực hiện phối trộn nhằm tìm kiếm các hệ chất HTBM với thành phần và nồng độ thích hợp cho điêu kiện móng Đông nam Rông Các chất đó bao gồm:

- Chất HTBM anion ASI, AS2, AS3;

- Chất HTBM không ion: NSI; „

- Chất trợ HTBM isopropanol

3.5 Thực nghiệm tôi ưu hóa phối trộn các chất HTBM

3.5.1 Hệ thứ nhất ( AS1, AS2, chất trợ HTBM isopropanol:LAMS-MI Hỗn hợp chất HTBM gồm hai chất ASI, AS2 và chất trợ HTBM isopropanol

Có nhiêu yếu tố ảnh hướng đến hoạt tính bề mặt như nhiệt độ, độ muối, nồng độ, độ bền và đặc biệt là SCBM dầu-dung dịch nước biến chứa hệ chất HTBM Các thực nghiệm đều được thực hiện tại nhiệt độ 91°C, xác định SCBM và sự thay đổi sức căng này trong suốt quả trình ủ nhiệt Hàm đáp ứng là SCBM của 2 pha dung dịch phối trộn và dầu móng Đông nam Rồng tại 91°C với thời gian ủ là 31 ngày

Khoảng biến thiên của các yếu tế khảo sát:

e Nồng độ ASI(Z¡) biến thiên từ 50 đến 150 ppm;

e Nông độ AS2 (Z¿) biến thiên từ 150 đến 350 ppm;

e Néng dé isopropanol (Zs) biến thiên từ 50 dén 150 ppm

Để thực hiện qui hoạch cần ít nhất 2` = 8 thí nghiệm (3 yếu tố), số thí nghiệm ở tâm là 3 và mỗi yếu tế biến thiên theo 2 mức, mức trên là +1, mức dưới là -1

Mã hoá các biến thực nghiệm Z, thành biển mã hoá X được trình bày trong Bang 3.14:

59

HTBM có thành phần khác nhau (Hệ!) (1)

Hinh 3.9 Sự thay đổi SCBM theo thời gian ủ nhiệt của các hệ dung dịch chất

HTBM có thành phần khác nhau tại 6 thí nghiệm ở tâm (Hệ 1) (4)

63

* Qui hoạch tối ưu hoá theo phương án quay bậc 2 :

Từ số liệu trên Bảng 3.14, chúng tôi chọn thí nghiệm thứ 3 với tỷ lệ phối trộn ASI: AS2 : Isopropanol = 50 : 50 : 50 Tiếp tục thực hiện 20 thí nghiệm khác nhau

theo phương án quay để tìm ra điều kiện tối ưu cho hệ dung dịch chất hoạt tính bề

mặt Chọn các khoảng giá trị của biến thực nghiệm tại miền dừng như sau :

Z¡: Nồng độ AS1 biến thiên từ 40 — 80 ppm;

Z¿: Nồng độ AS2 biến thiên từ 320-380 ppm ;

Z:: Nồng độ Isopropanol biến thiên từ 40 — 60 ppm

Thuc hién 3 day thi nghiém sau :

e Day thí nghiệm ma trận yếu tố toàn phần gồm 8 thí nghiệm

e _ Dãy thí nghiệm ma trận ở cánh tay đòn gồm 6 thí nghiệm

e Day thi nghiém ma tran 6 tâm phương án gồm 6 thí nghiệm

Các kết quả được trình bày trong Bảng 3.15 Các kết quả tính toán trên phần mềm thống kê viết bằng ngôn ngữ lập trình pascal và phần mềm tính toán Mathematica 5.2 cho kết quả ở Bảng 3.16 và Hình 3.10

64

Kết quả chỉ được chấp nhận khi thỏa mãn các điều kiện đặt ra ban đầu như: hàm

lượng tổng các chất HTBM <500 ppm; nhiệt độ ủ là 91°C; kết quả đo SCBM ø thay

đôi < 25% sau khi ủ nhiệt 3! ngày

Phương trình hồi quy trong tý lệ xích tự nhiên :

3.5.2 Hệ thứ hai (AS2; AS3; NS1): IAMS-M2

Hỗn hợp chất HTBM gồm 2 HTBM anion là AS2, AS3 và chất HTBM không ion NS1 với các khoảng biên thiên:

e Nồng độ AS2 (Z¡) biến thiên từ 50 dén 150 ppm;

e_ Nồng độ AS3 (Z;) biến thiên từ 50 đến 150 ppm;

e_ Nồng độ NSI (Z;) biến thiên từ 50 đến 200 ppm

Kết quả thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.17 và Hình 3.11

65