NGHIÊN cứu các yếu tố ẢNH HƯỞNG đến sự ổn ĐỊNH NHŨ TƯƠNG nước TRONG dầu (WO)

MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................4 Chương I: TỔNG QUAN VỀ NHŨ TƯƠNG................................................................6 I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHŨ TƯƠNG.................................................................6 1. Sự hình thành nhũ.......................................................................................................7 2. Phân loại nhũ dầu mỏ.................................................................................................8 3. Độ bền nhũ.................................................................................................................8 II. TÍNH CHẤT NHŨ DẦU MỎ...................................................................................11 1. Tỷ khối và độ nhớt của nhũ......................................................................................11 2. Độ nhớt.....................................................................................................................11 3. Độ phân tán của nhũ.................................................................................................13 CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH NHŨ TƯƠNG W O................................................................................................................14 Mẫu thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: tỷ lệ nước, nồng độ muối, chất hoạt động bề mặt, polymer, nhiệt độ................................................................................16 Mẫu thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: aromatic, tỷ lệ nhựaasphalten...........................................................................................................................18 1. Ảnh hưởng của hàm lượng nước.............................................................................18 2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất hoạt động bề mặt..................................................21 3. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn............................................................................23 4. Ảnh hưởng của nồng độ muối..................................................................................25 5. Ảnh hưởng của polymer...........................................................................................26 6. Ảnh hưởng của nhiệt độ...........................................................................................28 7. Ảnh hưởng của aromatic..........................................................................................29 8. Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa – asphalten (RA)..........................................................31 9. Ảnh hưởng của pH...................................................................................................32 KẾT LUẬN......................................................................................................................39 PHỤ LỤC 1......................................................................................................................41 PHỤ LỤC 2......................................................................................................................41 TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................43

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

Đề tài: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN

SỰ ỔN ĐỊNH NHŨ TƯƠNG NƯỚC TRONG DẦU (W/O)

Họ và tên sinh viên: 1 Phạm Văn Khính

2 Lê Thị Nữ

3 Vũ Đình Chiến Lớp: Lọc Hóa Dầu B - K53 - Khoa Dầu Khí Năm thứ: 4/5 Cán bộ hướng dẫn: TS Tống Thị Thanh Hương

Hà Nội, 4 / 2012

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU 4

Chương I: TỔNG QUAN VỀ NHŨ TƯƠNG 6

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHŨ TƯƠNG 6

1 Sự hình thành nhũ 7

2 Phân loại nhũ dầu mỏ 8

3 Độ bền nhũ 8

II TÍNH CHẤT NHŨ DẦU MỎ 11

1 Tỷ khối và độ nhớt của nhũ 11

2 Độ nhớt 11

3 Độ phân tán của nhũ 13

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH NHŨ TƯƠNG W / O 14

Mẫu thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: tỷ lệ nước, nồng độ muối, chất hoạt động bề mặt, polymer, nhiệt độ 16

Mẫu thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: aromatic, tỷ lệ nhựa-asphalten 18

1 Ảnh hưởng của hàm lượng nước 18

2 Ảnh hưởng của hàm lượng chất hoạt động bề mặt 21

3 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn 23

4 Ảnh hưởng của nồng độ muối 25

5 Ảnh hưởng của polymer 26

6 Ảnh hưởng của nhiệt độ 28

7 Ảnh hưởng của aromatic 29

8 Ảnh hưởng của tỷ lệ nhựa – asphalten (R/A) 31

9 Ảnh hưởng của pH 32

KẾT LUẬN 39

PHỤ LỤC 1 41

PHỤ LỤC 2 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp dầu khí là ngành chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốcdân Đóng góp 24% vào GDP của cả nước (năm 2010) Theo kết quả thăm dò, nghiêncứu nhiều năm của các nhà địa chất trong và ngoài nước đã khẳng đinh rằng lòng đấtViệt Nam, kể cả thềm lục địa và các vùng trên đất liền có chứa tiềm năng dầu khí hấpdẫn Hàng loạt các phát hiện thương mại nối tiếp nhau được công bố đã chứng minh điều

đó và đã lôi kéo các Công ty nước ngoài đầu tư vào Việt Nam Công nghiệp dầu khí đã

và đang phát triển lớn mạnh Thực tế đó, đã đặt cho đội ngũ những người làm công tác

kỹ thuật và các nhà sản xuất hàng loạt các vấn đề hoàn thiện công nghệ khai thác xử lý

và vận chuyển dầu khí, tiến tới khai thác sử dụng hợp lý, có hiệu quả nhất nguồn tàinguyên quý giá của đất nước

Dầu mỏ đang được khai thác trên biển Đông của nước ta, bao giờ đưa lên khỏi lòngđất cũng chứa một lượng nước vỉa dưới dạng nhũ Lượng nước này càng tăng lên khi ápdụng các phương pháp thứ cấp, tam cấp, bơm ép nước có phụ gia hóa phẩm để tăng hệsố thu hồi dầu của mỏ Trong quá trình vận chuyển dầu thô bằng đường ống, yêu cầunước có trong đầu thô phải tồn tại ở dạng nhũ tương, tránh hiện tượng tích tụ của cácgiọt nước gây tắc ống dẫn và ăn mòn đường ống

Để tài nghiên cứu khoa học của nhóm chúng tôi "tìm hiểu về các yếu tố ảnh hưởng đến

sự ổn định nhũ tương W/O" đã tổng hợp được một số kết quả nghiên cứu về các yếu tốảnh hưởng đến ổn định nhũ

Trong quá trình nghiên cứu, tìm hiểu không tránh khỏi những thiếu sót Nhóm chúng tôimong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để đề tài này được hoànchỉnh hơn

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG THỰC HIỆN

Mục Tiêu Của Đề Tài:

1 Tìm hiểu chung về nhũ tương

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định nhũ tương.

Nội Dung Thực Hiện:

I Tổng quan về nhũ tương

II Tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định nhũ tương W / O

Giới hạn của đề tài:

1 Chỉ nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định nhũ tương W/O dựa trên các

kết quả đã nghiên cứu

2 Chưa tìm hiểu sâu cơ chế ảnh hưởng của các yêu tố ảnh hưởng.

Chương I: TỔNG QUAN VỀ NHŨ TƯƠNG

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHŨ TƯƠNG

Hầu hết dầu mỏ được khai thác trên thế giới đều kèm theo nước dưới dạng nhũ tương.Ngay ở nhiều mỏ khi hình thành không có H2O nhưng sau thời gian khai thác nước sẽxâm nhập vào từng thời điểm hình thành của vỉa, và tới một hàm lượng nào đó thì cầnphải xử lý

Hàm lượng H2O trong dầu ở các địa điểm khác nhau thì khác nhau, nó sẽ dao độngtrong một khoảng rất rộng từ: 1% đến trên 90%

Có thể định nghĩa nhũ tương như sau: Nhũ tương là một hệ chất lỏng không đồng nhấtgồm hai chất lỏng không hòa tan vào nhau, trong đó một chất bị phân chia thành nhữnghạt nhỏ hình cầu, phân tán trong chất lỏng thứ hai Chất lỏng bị phân tán gọi là pha phântán, chất lỏng thứ hai gọi là pha liên tục hay môi trường phân tán

Trong hầu hết các dạng nhũ tương của dầu mỏ thì nước thường là pha phân tán.Những giọt nước được tạo thành có dạng hình cầu do sức căng bề mặt phân giới buộcchúng phải co lại để giảm diện tích của bề mặt tiếp xúc với dầu Đó là nhũ tương nướctrong dầu và được quy vào dạng nhũ tương thuận Đây chính là dạng nhũ tương thôngthường của dầu mỏ Dầu cũng có thể phân tán vào nước và được quy định vào dạng nhũtương nghịch

Nhũ tương đôi khi cũng chuyển đổi trạng thái để tồn tại dưới dạng hỗn hợp Cũng cóthể cùng một lúc tồn tại 2 loại nhũ tương: nước trong dầu và dầu trong nước Chúngthường tồn tại ở giai đoạn đầu hình thành dầu mỏ, khi những giọt H2O còn có kích thướclớn Khi sự xung đột trong dòng chảy tăng lên sẽ làm các hạt nước chuyển thành thể siêunhỏ Lúc này, nếu như dạng nhũ tương nước trong dầu mới được hình thành thì nhũtương là dạng Nước-Dầu-Nước Dạng này có thể tạo nên do một thể tích nhỏ của nhũtương gốc H2O trong Dầu bị bao bọc bởi 1 lớp màng H2O Hạt nhũ loại trên có thể hìnhthành nên những nhũ tương siêu nhỏ trong pha liên tục là dầu thô Những nhũ tương siêu

nhỏ thường làm tăng tính phức tạp của quá trình phân tách chúng Cường độ xung độtcàng lớn thì sự hình thành nhũ tương thể siêu nhỏ càng tăng.[1]

1.Sự hình thành nhũ

Phần lớn dầu thô được khai thác dưới dạng nhũ mà chủ yếu là nhũ nước trong dầu(N/D) Loại nhũ này thường rất bền và khó phá Đa số các nghiên cứu cho rằng trongđiều kiện vỉa hầu như không thể phân tán dầu, khí và nước; chúng chỉ bắt đầu tạo thànhtrong quá trình chuyển động theo thân giếng lên bề mặt, ở độ sâu 2000 mét và áp suất 20

Pa thì một phần thể tích dầu mỏ có thể hòa tan tới 1000 phần thể tích khí Khi lên tới

bề mặt, do giảm áp khí tách ra với năng lượng đủ lớn để phân tán các giọt nước vỉa Đó

là nguyên nhân gây ra nhũ nước Trong hệ thống thu gom, do giảm áp liên tục và dobơm vận chuyển cũng làm tăng thêm độ phân tán các giọt nước trong dầu mỏ Nhũ nướctrong dầu còn được tạo thành do quá trình rửa dầu bằng nước ngọt để tách muối Cloruabằng phương pháp điện Nhũ nước trong dầu là một hệ phân tán của hai chất lỏng khônghoặc ít tan vào nhau và là hệ thống ổn định về nhiệt động học, luôn có xu hướng tiến tớicân bằng với cực tiểu bề mặt phân tán các pha Diện tích bề mặt phân cách nhỏ nhất khixảy ra tách pha

Trên thực tế nhũ W/O có độ bền cực lớn, được đặc trưng bởi độ bền của nhũ dầu mỏ.Yếu tố cơ bản để xác định độ bền nhũ dầu mỏ là do sự có mặt của lớp Solvat hấp thụtrên bề mặt giọt nước phân tán, lớp hấp thụ này có tính cơ cấu trúc xác định, cản trở sựkết hợp của các hạt nước và tách nhũ

Sự hình thành lớp hấp phụ là do có chất ổn định nhũ trong thành phần dầu như sau:-Chất có hoạt tính bề mặt ( axit naptennic, axit béo, nhựa thấp) làm hệ phân tán mạnh

và tạo lớp phân tử không cấu trúc trên mặt phân cách pha

-Các chất có hoạt tính bề mặt không cao ( asphanten, axit, nhựa cao) tạo lớp cấu trúc

ổn định nhũ cao

-Các chất khoáng và hữu cơ rắn nhờ tính thấm ướt chọn lọc bám dính vào hạt nướctạo lớp vỏ bọc bền vững.

Tính chất nước vỉa, sự có mặt của các chất phân tán (tạp chất cơ học, tinh thể muối)

và hòa tan (ion kim loại) trong nước vỉa cũng hình thành lớp hấp thụ [2]

2 Phân loại nhũ dầu mỏ

- Nhóm 1: Nhũ nghịch W/O

Là loại nhũ chính thường gặp trong khai thác dầu mỏ Hàm lượng pha phân tán trongmôi trường phân tán ( nước phân tán trong dầu) có thể thay đổi từ 90% - 95% Tính chấtloại nhũ này ảnh hưởng lớn đến quá trình công nghệ khai thác, thu gom dầu đến việc lựachọn công nghệ và kĩ thuật tách nhũ

Nhũ này tích tụ trên ranh giới phân pha trong các thiết bị xử lý dầu thô và nước, và lànguyên nhân làm gián đoạn công nghệ [3]

3 Độ bền nhũ

Đây là chỉ tiêu quan trọng nhất đối với nhũ dầu mỏ Nó chính là khả năng trong mộtkhoảng nhất định không bị phá vỡ, không bị tách thành 2 pha, không trộn lẫn Để đánhgiá độ bền nhũ, người ta phân thành 2 loại : độ bền động học và độ bền tập hợp

a Độ bền động học (sa lắng): là khả năng của hệ thống chống lại sự sa lắng hay nổi

lên của hạt pha phân tán dưới tác dụng của trọng lực Đối với hệ lỏng, khi hàm lượngpha phân tán nhỏ hơn 3% Độ bền động học của nhũ có thể xác định bằng công thức:

Ky =

Trong đó:

+ : tốc độ lắng hoặc nổi của hạt pha phân tán có bán kính r

+ ρn - ρd: hiệu tỷ trọng pha phân tán và môi trường phân tán

+ γ: độ nhớt của môi trường phân tán

+ g: gia tốc trọng trường

Từ đó ta thấy rằng độ bền động học của nhũ dầu mỏ loãng tỷ lệ thuận với độ nhớt củadầu thô, tỷ lệ nghịch với hiệu tỷ trọng của dầu thô và nước phân tán và tỷ lệ nghịch vớibình phương bán kính giọt nước

b Độ bền tập hợp: Độ bền tập hợp là khả năng của hạt pha phân tán khi va chạm với

các hạt khác hay với ranh giới phân chia pha vẫn giữ nguyên được kích thước ban đầucủa mình Độ bền tập hợp của nhũ được đo bằng thời gian tồn tại của chúng, đối với nhũdầu mỏ có thể dao động từ vài giây đến nhiều năm:

+ v: Tốc độ dài trung bình tự tách lớp của hệ (cm/s)

Do đa số nhũ dầu mỏ có độ bền tập hợp xác định rất cao nên người ta đánh giá đạilượng này theo công thức:

Ay =

Trong đó:

+ W0: Hàm lượng chung của pha phân tán trong nhũ nghiên cứu

+ W: Hàm lượng pha phân tán tách ra trong quá trình ly tâm

Để so sánh độ bền tập hợp của hệ nhũ với độ nhớt của môi trường, kích thước hạtphân tán hay giá trị ∆P điều kiện ly tâm được điều chỉnh theo công thức Stock

T =

Trong đó:

+ T: Thời gian ly tâm của hệ với tốc độ góc đã cho (w, độ/s)

+ x1, x2: khoảng cách từ tâm quay đến mức trên và mức dưới của hệ nhũ nghiên cứutrong ống ly tâm Bản chất của quá trình xử lý sản phẩm khai thác là giảm tối đa độ bềntập hợp và động học của hệ nhũ dầu mỏ Tồn tại một loạt các lý thuyết giải thích độ bềntập hợp của hệ nhũ, có thể chia ra thành: Thuyết nhiệt động học (năng lượng) và thuyếtcao phân tử gắn liền với sự thành tạo rào cản cơ cấu trúc Tuy nhiên các thuyết này đềuthống nhất ở điểm: Để có được độ bền của hệ nhũ của hai chất lỏng sạch không trộn lẫn(sức căng ranh giới lớn hơn 0 rất nhiều) cần có các cấu tử ổn định thứ 3 Các chất ổnđịnh nhũ, thành phần ổn định lớp nhũ dầu mỏ rất khác nhau Ngoài các chất ổn địnhchính nhựa Asphanten - còn có muối của axit naptennic và kim loại nặng, vì tinh thểparafin, hạt rắn huyền phù khoáng sét với bề mặt bị biến tính bởi các cấu tử phân cựcmạnh của dầu, Porfirin và oxit của nó chứa các kim loại nặng [4]

II TÍNH CHẤT NHŨ DẦU MỎ

1 Tỷ khối và độ nhớt của nhũ

Tỷ khối: tỷ khối của nhũ được tính theo công thức sau:

ρnh =

Trong đó:

+ ρnh: Tỷ khối của nhũ

+ ρd: Tỷ khối của dầu

+ ρn: Tỷ khối của nước

+ W: Hàm lượng nước trong dầu, % thể tích

+ η: Hệ số nhớt, ở nhiệt độ đã cho là đại lượng không đổi - const

Nhũ dầu mỏ là hệ phân tán, có độ nhớt dị thường và chuyển động của nó không tuântheo định luật Newtơn Đối với hệ này độ nhớt không phải là hằng số, mà phụ thuộc vàođiều kiện chuyển động, trước hết là vào građien tốc độ trượt

Nguyên nhân của hiện tượng dị thường này của nhũ là sự biến dạng của giọt phân tán.Khi tăng ứng suất trượt vào Khi tăng lực tác động, giọt chất lỏng nhũ bị kéo dài rachuyển từ hình cầu sang hình elip dẫn đến làm nó dễ chảy hơn và giảm độ nhớt hiệudụng của nhũ

Độ dị thường của độ nhớt nhũ càng gia tăng nếu dầu mỏ có tính dị thường, đặc biệt là

ở nhiệt độ thấp đối với dầu thô nhiều parafin Nguyên nhân của dị thường là sự hìnhthành cấu trúc từ các phân tử của pha phân tán gồm các giọt nước nhũ và tinh thểparafin Sự xuất hiện cấu trúc gây ra ứng suất trượt tới hạn mà ở dưới giá trị này là nhũhầu như không có tính chảy Điều kiện nhiệt độ và hàm lượng nước, gradien tốc độquyết định độ nhớt dị thường của dầu mỏ Đối với mỗi loại nhũ dầu mỏ có tồn tại nhiệt

độ và gradien tốc độ tới hạn mà khi vượt giá trị này độ nhớt có giá trị không đổi

Khi tăng hàm lượng nước độ nhớt của nhũ tạo thành tăng, đặc biệt là khi hàm lượngnước > 20%

+ Độ nhớt của nhũ có thể đo bằng nhiều phương pháp khác nhau Ngoài ra có thể xácđịnh độ nhớt của nhũ theo các phương pháp bán thực nghiệm, chẳng hạn như phươngtrình Taylor:

η = ηe (1 + 2,5 ϕ )

Trong đó:

+ η: độ nhớt của nhũ

+ ηe: độ nhớt môi trường phân tán

+ ηi: độ nhớt pha phân tán

+ ϕ: Tỷ lệ giọt phân tán so với thể tích chung của nhũ

Hay phương trình Gatchee:

η = ηe

3 Độ phân tán của nhũ

Độ phân tán đặc trưng cho mức độ phân tán của pha phân tán (nước) trong môi trườngphân tán (dầu thô) Đây là đặc trưng cơ bản xác định tính chất của hệ nhũ tương và các

hệ phân tán khác Độ phân tán được đo bằng đường kính hạt phân tán hay D = gọi là độphân tán Hoặc biểu thị bằng bề mặt phân pha riêng trên một đơn vị thể tích pha phântán Bề mặt riêng của nhũ chứa các hạt hình cầu bán kính r tính theo phương trình:

Sr =

Bề mặt riêng tỉ lệ nghịch với kích thước hạt tuỳ theo đặc tính của dầu mỏ, nước vỉa,điều kiện hình thành nhũ mà độ phân tán của nhũ thay đổi khác nhau Kích thước hạtnước dao động trong khoảng 0,2 ÷ 100 µm Theo độ phân tán nhũ được chia làm 3 loại.+ Nhũ có độ phân tán nhỏ: kích thước giọt nhũ từ 0,2 ÷ 20 µm

+ Nhũ có độ phân tán trung bình: kích thước giọt nhũ từ 0,2 ÷ 50 µm

+ Nhũ có độ phân tán thô: kích thước giọt nhũ 50 ÷ 100 µm

Tuy nhiên trong thực tế nhũ dầu mỏ chứa cả ba loại trên và được gọi là đa phân tán

Độ phân tán của nhũ được xác định bằng nhiều cách khác nhau như phân tích sa lắng,

ly tâm hay kính hiển vi Nhìn chung các khảo sát cho thấy nhũ tương nước dầu có độphân tán càng cao nghĩa là có bề mặt riêng càng lớn thì càng khó phá (lượng chất pháhuỷ tiêu hao nhiều) [5]

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH NHŨ

TƯƠNG W / O

Khi nước có mặt trong dầu thô không thể hòa lẫn pha phân tán giọt trong pha liên tụcdầu thô, nó thường dẫn đến sự hình thành nhũ tương nước trong dầu thô (nhũ tương W /

O )

Chất hoạt động bề mặt đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành của nhũ tương W /

O Chức năng đầu tiên cho các chất hoạt động bề mặt là làm giảm sức căng bề mặt giữanước và dầu thô (tức là, hình thành nhũ tương W / O) Chức năng thứ hai là để ổn định

sự hiện diện của các pha giọt nước bên trong pha dầu, do đó, ngăn chặn cơ chế sự hóahợp của pha nước [6] Chất hoạt động bề mặt tích tụ tại lớp phân cách giữa các giọt nước

và dầu thô để ổn định các giọt nước và do đó ổn định nhũ tương

Ổn định nhũ tương W / O có thể được biểu thị thông qua các điều kiện mà tránh cơchế hóa hợp của các giọt nước nhỏ, kích thước giọt nằm trong khoảng 1-10 micromet.Khi có sự hóa hợp sẽ tạo ra những giọt nước lớn hơn và cuối cùng sẽ dẫn đến không ổnđịnh nhũ tương W / O Kích thước của những giọt nước trong nhũ tương W / O đã đượcnghiên cứu bằng kính hiển vi quang học và điện tử Dầu thô Na Uy thì nhũ tương hìnhthành với kích thước giọt nước khoảng 10-30 micromet Tuy nhiên, kích thước giọt nướctrung bình của các nhũ tương nước trong dầu thô ở Biển Bắc là khoảng 10 micromet.[7]Nói chung, tác nhân tạo nhũ tương đóng một đặc tính quan trọng để ổn định nhũtương W / O Chất hoạt động bề mặt và các hạt sẳn có trong dầu thô hành xử như tácnhân nhũ tương hóa để ngăn chặn tách nước từ một nhũ tương W / O đã cho Nếu nồng

độ của chất hoạt động bề mặt là hợp lý cao, sự hóa hợp giọt nước sẽ tránh được

Các nghiên cứu hiện nay là nhằm nghiên cứu tác động của nhiều yếu tố về hành vi ổnđịnh của nhũ tương W / O Những yếu tố này là tỷ lệ nước, tốc độ trộn, nồng độ muối,nồng độ chất hoạt động bề mặt, nồng độ polymer, nhiệt độ, aromatic, và tỷ lệ nhựa -asphalten

 Mẫu thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: tỷ lệ nước, nồng độ

muối, chất hoạt động bề mặt, polymer, nhiệt độ [8]

Mục đích chính của nghiên cứu này là nghiên cứu sự ổn định của nhũ tương W/O.Một số thông số sẽ được điều tra trong nghiên cứu nhũ tương W / O được chuẩn bị bằngcách trộn tốc độ cao, dần dần thêm một lượng nước nhất định vào dầu thô có chứa chấthoạt động bề mặt 1% 250ml nhũ tương W / O được chuẩn bị trong một bình chứa trộnbằng cách sử dụng một phòng thí nghiệm máy trộn tốc độ cao Một vài máy trộn tốc độcủa những thời gian khác nhau được che đậy để chuẩn bị nhũ tương W / O Các mẫuchuẩn bị của nhũ tương được đặt bình thủy tinh hình nón đã chia độ, để đo lượng nướctách ra qua 48 hours

Dầu thô được lấy từ mỏ Bu-hasa thuộc tiểu vương quốc A-rập Các tính chất vật lýcủa dầu thô được đưa ra trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Tính chất vật lý của dầu Bu-Hasa

Tỷ trọng, 250C, kg/m3

Độ nhớt động lực, 250C, mPas

Lượng asphaltene, % khối lượng

Lượng lưu huỳnh, % khối lượng

8274.790.421.33Chất hoạt tính bề mặt không chứa ion Triton X-100

( Iso-Octylphenolxypohyethoxy ethanol, có chuỗi polyethylene oxide ưa nước (trungbình có 9,5 đơn vị ethylene oxide) và hydrocarbon thơm ưa mỡ hoặc nhóm kỵ nước),được sử dụng như là chất nhũ hóa có nồng độ 0,1% theo thể tích

CTPT: (C 14 H 22 O (C 2 H 4 O) n

Chất Polymer Alcoflood AF1235 được sử dụng để chuẩn bị dung dịch polymer vớihai nồng độ khác nhau 500 và 1000 ppm Dung dịch polymer này được sử dụng để tạothành nhũ tương với dầu thô để nghiên cứu ảnh hưởng của Polymer đến trạng thái ổnđịnh nhũ tương Alcoflood polymer of AF1235 có khối lượng phân tử cao là 800kg/m3và

độ nhớt là 12

Các tính chất vật lý của nhũ tương W / O là cần thiết nghiên cứu để cung cấp một sốcái nhìn sâu sắc về những giọt nước trong pha liên tục của dầu thô Các tính chất này làmật độ, độ nhớt, và sức căng bề mặt giữa dầu thô và nước Pycnometer được sử dụng để

đo mật độ, nhớt kế Ostwald sử dụng để đo độ nhớt nhũ tương ở trạng thái Newton, vàcăng kế quay tròn giọt được sử dụng cho đo sức căng bề mặt (IET) Tuy nhiên, nhũ

tương trạng thái phi Newton thì lưu biến kế RheoStress RS100 được sử dụng nghiên cứutrạng thái độ nhớt của nhũ tương W / O trong sự hiện diện của 500 và 1.000 ppm vật liệuAlcoflood polymer AF1235

Bảng 1.2 Tính chất vật lý của nhũ tương W/O đã chuẩn bị

Nhũ tương W/O Tỷ trọng

Kg/m3

Độ nhớtmPas

IFTmN/m10/90

4.13.73.22.72.3

43.543.543.543.543.5

 Mẫu thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: aromatic, tỷ lệ

Để nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến sự ổn định của nhũ tương, mẫu dầuđược chế biến từ hỗn hợp n-heptan và toluene và được gọi tắt là mẫu dầu hoặc heptol.Tỷ

lệ phần trăm thể tích của toluene trong hỗn hợp được tính theo trị số đứng sau heptol Ví

dụ heptol 60 được làm bằng 60% toluene và 40% heptan theo thể tích

Tạo nhũ: dầu thô được trộn lẫn với nước bằng cách sử dụng máy trộn nhũ hóaSilverson Lab trong 1 phút với tốc độ 9000rpm.

Nhũ tương W/O có tầm quan trọng lớn trong ngành công nghiệp dầu Chẳng hạn nhưtrong quá trình vận chuyển dầu nặng, sự có mặt của nước trong quá trình khai thác dầuthô và sự hiện diện của Polymer trong dầu thô Tính ổn định của nhũ tương W/O đượcnghiên cứu dưới những ảnh hưởng của các yếu tố sau:

1 Ảnh hưởng của hàm lượng nước:

Lượng nước được sử dụng để nghiên cứu chiếm 10- 50% khối lượng

H.1 cho thấy tỷ lệ phần trăm của nước trong nhũ tương W/O so với thời gian trôi quacho 2 mẫu có hàm lượng nước 10 và 50% trong nhũ tương W/O Những mẫu này không

có chất hoạt động bề mặt và được khuấy với tốc độ 2000 rpm trong 30 phút

Hình1: Đặc tính của nhũ tương khi không có chất hoạt động bề mặt [8]

H.1 cho thấy tỷ lệ phần trăm của hàm lượng nước trong nhũ tương giảm rất đáng kểtrong 15 phút Hàm lượng nước trong nhũ tương từ 100% tại phút thứ nhất giảm còn16% và 4% sau 15 phút tương ứng với nhũ tương 1 và 2 Những mẫu này cho thấy tínhchất không ổn định của nước trong nhũ tương W/O Kết quả này có thể được giải thích

do sự vắng mặt của tác nhân nhũ hóa Những mẫu này được chuẩn bị không có mặt củabất kỳ chất hoạt động bề mặt nào Ngoài ra, dầu thô này còn bị hạn chế bởi khối lượngAsphaltene (chỉ có 0,42% khối lượng)

Một số nghiên cứu báo cáo tầm quan trọng của Asphaltene trong nhũ tương W/O.Brandvik và Baling đã chứng minh rằng sự hiện diện của Asphaltene trong dầu thô làmtăng tính ổn định của nhũ tương W/O Spoblanetal (1990) đã tiến hành nghiên cứu khilấy Asphaltene ra khỏi dầu thô thì tính ổn định của W/O giảm đáng kể.[10]

H.2 cho thấy trạng ổn định của lượng nước so với thời gian trôi qua khi có 1% thểtích của Triton X-100 được thêm vào với vai trò như là một chất nhũ hóa Thể tích củanước từ 20- 50% Các chất hoạt động bề mặt sẽ tích tụ ở lớp bề mặt phân cách giữa giọtnước pha phân tán và pha liên tục dầu, vai trò của chất hoạt động bề mặt này là ổn địnhcác giọt nước và tránh cơ chế sự hóa hợp của các giọt nhỏ pha nước [11] Vì vậy, sự ổnđịnh của nhũ tương W/O sẽ được tăng mạnh khi tăng cường thêm X-100, có thể kết luận

từ hình 2

Hình2: Ảnh hưởng của nước đến độ bền nhũ tương W/O khi có 1% chất hoạt động bề

mặt [8]

Vì vậy, sự ổn định của nhũ tương W / O được tăng cường bằng cách thêm Triton

X-100, có thể kết luận từ Hình 2 Đối với nồng độ nước 20%, tỷ lệ phần trăm của hàmlượng nước giảm nhẹ từ 100% ở 10 phút đến 95% sau 2 ngày Vì vậy, chức năng củaTriton X-100 là để giúp trong sự hình thành của nhũ tương W / O, ổn định giọt nước phaphân tán thời gian lâu hơn, và làm chậm cơ chế hóa hợp và tách nước Hình 2 cho thấyrằng khi tăng nồng độ nước cho các điều kiện cùng một tốc độ trộn và nồng độ pha trộnchất hoạt động bề mặt, tỷ lệ phần trăm của hàm lượng nước giảm dần với thời gian trôiqua Điều này có thể là do cơ chế sự hóa hợp dần dần tăng cường khi nhiều nước hơnđược thêm vào Trong trường hợp nồng độ nước chiếm 50% khối lượng, tỷ lệ phần trămcủa hàm lượng nước giảm dần từ 98,4% ở một khoảng thời gian 10 phút đến 24% sau 2ngày

Bảng 1.3 Hiệu suất phân tách nước

% thể tích nước Lượng nước tách ra (%)

1h 5h 48h20

304050

00.6672.56

01.671422.8

51666.576.8 Bảng 1.3 Báo cáo lượng nước tách ra đối với mỗi loại nhũ tương có thể tích nướcthay đổi từ 20- 50% Sau 48 giờ chỉ có 5% lượng nước được tách ra đối với nhũ tươngW/O có 20% nước, tuy nhiên 76,8% lượng nước tách ra trong trường hợp nhũ tương có50% thể tích nước

2 Ảnh hưởng của hàm lượng chất hoạt động bề mặt

Sự hiện diện của chất hoạt động bề mặt trong nhũ tương W / O thúc đẩy và ổn địnhnhũ tương nước trong dầu thô Các phân tử hoat động bề mặt bao quanh các giọt nướcvới sự sắp xếp nhất định Phần cực ưa nước của các phân tử chất hoạt động bề mặt nằmbên trong pha dung dịch nước, trong khi phần cuối kỵ nước nằm bên trong pha dầu thô.Mackay (1973) được tìm thấy rằng các giọt nước được bọc với các phân tử chất hoạtđộng bề mặt để ngăn sự hóa hợp của các giọt nước [12] Hình 3 cho thấy ảnh hưởng củaTriton X-100 đến hiệu suất ổn định của nhũ tương W / O cho với nồng độ nước 50% vớinồng độ chất hoạt động bề mặt 0,1 đến 1,0% thể tích Nó cho thấy rằng hiệu suất ổn địnhtăng lên với nồng độ chất hoạt động bề mặt Điều này có thể được quy cho khả năng củacác phân tử chất hoạt động bề mặt nhiều hơn để đóng gói nhiều giọt nước để tránh cơchế sự hóa hợp

Hình 3 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt đối với nhũ tương W/O có 50% thể tích

nước [8]

Mặc dù hiệu suất ổn định tăng với nồng độ chất hoạt động bề mặt, tuy nhiên, nhũtương W / O là không ổn định theo thời gian.Vấn đề này sẽ được giải quyết sau trongnghiên cứu Hình 4 cho thấy tác dụng tương tự cho nồng độ nước 10% Nó cho thấy mộtlần nữa, việc bổ sung các chất hoạt động bề mặt ổn định tốt hơn được báo cáo lên đến0,2% tính theo thể tích, mà ta có thể giải thích do một lượng thấp hơn của nước có sẵn(ví dụ, chỉ có 10%) Sự ổn định của hiệu suất nước 96% là đạt được cho một khoảng thờigian của 5 giờ trong so sánh với hiệu suất ít hơn nhiều và một thời gian ngắn hơn trongtrường hợp nồng độ nước 50%