Báo cáo BƠM ÉP CHẤT HOẠT TÍNH BỀ MẶTSurfactantEOR

Nhu cầu năng lượng của thế giới ngày càng tăng mà nhiên liệu hóa thạch ngày nay cung cấp hơn 85% năng lượng của thế giới. Hiện nay, đối với thế giới, chúng ta đang khai thác khoảng 87 triệu thùng dầu mỗi ngày 32 tỷ thùng mỗi năm trên thế giới. Tỷ lệ dự trữ và khai thác trong các mỏ cát kết dự đoán còn khoảng 20 năm nữa. Trong các mỏ carbonate thời gian khai thác có thể là 80 năm (Montaron, 2008). Đối với Việt Nam, nhiều mỏ dầu đang rơi vào tình trạng sụt giảm sản lượng nghiêm trọng hay ngập nước hoàn toàn. Với nhu cầu tiêu thụ năng lượng toàn cầu nói chung và Việt Nam nói riêng được dự đoán sẽ tăng lên nhanh chóng trong vòng 20 năm tới, cần một giải pháp thực tế hơn để đáp ứng nhu cầu này nằm trong việc duy trì khai thác từ các mỏ hiện nay cho một số lý do:•Ngành công nghiệp không thể đảm bảo những phát hiện mỏ mới, những mỏ có trữ lượng lớn đến rất lớn khó tìm được.•Những phát hiện mới có nhiều khả năng nằm ở ngoài khơi, vùng sâu, xa bờ, hoặc khu vực khai thác khó khăn.•Việc khai thác các nguồn không thuận lợi sẽ đắt hơn nhiều so với khai thác từ các mỏ hiện có bằng phương pháp tăng cường thu hồi dầu (EOR).Vì vậy rất cần thiết phải nghiên cứu các phương pháp thu hồi dầu khác nhau để tận thu dầu còn trong mỏ nâng cao sản lượng dầu khai thác được.

BƠM ÉP

CHẤT HOẠT TÍNH BỀ MẶT

GVHD: Nguyễn Xuân Huy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BỘ MÔN ĐỊA CHẤT DẦU KHÍ

Thành viên nhóm

 Nguyễn Thị Huyền Trang

 Đoàn Anh Thư

 Nguyễn Hoàng Anh Tuấn

 Tạ Thị Phương Thảo

NỘI DUNG

Tổng quan nghiên cứu thu hồi dầu tăng cường và thu hồi dầu bằng chất hoạt tính bề mặt

Tổng quan lý thuyết về bơm ép chất hoạt tính bề mặt

Áp dụng thử nghiệm bơm ép chất hoạt tính bề mặt tại vỉa cát kết tầng Oligocen mỏ Bạch Hổ

Tổng quan

Cơ chế thu hồi

Nguồn : Adapted from the Oil & Gas Journal, Apr 23, 1990

Lƣợng dầu thu hồi tăng lên

Nguồn:Ph.D Do Hoon Kim

Mục tiêu EOR đối với các loại hydrocarbon khác nhau

From:S.Thomas,2008

Những phương pháp thu hồi dầu tăng cường hóa học

 Chất hoạt tính bề mặt: Thay đổi sức căng bề mặt và tính dính ướt của đá

 Polymer: Tăng độ nhớt của nước

 Kiềm: Tăng độ pH và tạo ra xà phòng

 Chất đồng dung môi: Thỉnh thoảng cần thêm vào chất hoạt tính bề mặt để chống lại độ nhớt của các pha

 Có thể kết hợp các phương pháp với nhau tùy điều kiện vỉa để cho hệ số thu hồi dầu là cao nhất

Tổng thị trường thu hồi dầu bằng bơm ép chất hóa học của Mỹ và Châu Âu

Nguồn: Frost và Sullivan analysis

polymers 48%

surfactants 17%

alkaline chemicals 1%

polymer 18%

surfactant- surfactant- polymer 16%

alkaline-2012

Lý thuyết

Chất hoạt tính bề mặt là gì ???

Chất hoạt tính bề mặt (surfactant) là những hợp chất làm giảm sức căng bề mặt (hoặc sức căng giữa ranh giới hai lớp của hai chất lỏng không hòa tan trong nhau hoặc giữa một chất lỏng và một chất rắn)

Một chất hoạt tính bề mặt được xem là một “amphiphilic”!

Hydrophilic

Hydrophobic

o Những phân tử “amphiphilic” có xu hướng mạnh mẽ di chuyển lên mặt ranh giới giữa hai lớp hay bề mặt lớp và định hướng nhóm phân cực nằm trong nước, nhóm không phân cực nằm bên ngoài

NONIONIC ANIONIC

CATIONIC

ZWITTERIONIC

Phân loại các chất hoạt tính bề mặt

• Những chất hoạt tính bề mặt có thể được phân loại theo những ion tự nhiên của đầu ưa nước :

Chất hoạt tính bề mặt ion âm (anionic surfactant):

o được sử dụng bơm ép trong vỉa cát kết vì chúng hấp phụ tương đối thấp trên

đá cát kết (bề mặt điện tích âm)

o chứa đựng những nhóm điện tích âm tại đầu ưa nước của chúng ví dụ như

sulfate ( OSO3−Na+ ), sulfonate ( −SO3−Na+ ), phosphate( −OPO32− ), và

carboxylates(−COO−)

oVí dụ :

• ammonium lauryl sulfate

• sodium lauryl sulfate

• sodium dodecyl sulfate

S

O O

Sodium dodecyl sulfate (SDS)

Chất hoạt tính bề mặt trung tính

(nonionic surfactant):

oNhững nonionic surfactant được sử dụng cơ bản giống như chất đồng hoạt tính

bề mặt (cosurfactant) để cải thiện ứng xử pha của hệ

oChúng có thể chứa những nhóm không mang điện tích tại đầu ưa nước như :

Chất hoạt tính bề mặt ion dương

(cationic surfactant):

o Những chất hoạt tính bề mặt ion dương có thể hấp phụ mạnh trên đá cát kết; vì

vậy chúng được dùng trong vỉa carbonate

o Chứa đựng những nhóm mang điện tích dương tại đầu ưa nước của chúng thường

là gốc amine bậc một, hai ba hoặc ammonium bậc bốn liên kết với chuỗi ankyl dài hoặc các ion Cl−, Br−

PHƯƠNG PHÁP MÔ TẢ SURFACTANT

Cân bằng kị nước ưa nước (Hydrophile-Lipophile Balance)

 Chỉ số này mô tả xu hướng hòa tan trong dầu hay trong nước của surfactant và xu hướng hình thành dạng nhũ tương nước trong dầu hay dầu trong nước

 HLB được xác định dựa vào việc tính toán giữa các vùng ưa nước và kị nước trên phân tử surfactant

 Năm 1954, Phương trình Griffin được đưa ra để tính toán HLB cho nonionic surfactant

Trong đó : 𝑀𝑊ℎ: Là khối lượng phân tử của phần ưa nước của phân tử

𝑀𝑊: Là khối lượng phân tử của toàn bộ phân tử

:

Cân bằng kị nước ưa nước (Hydrophile-Lipophile Balance)

Cân bằng kị nước ưa nước

(Hydrophile-Lipophile Balance)

Năm 1957, Phương trình Davies được đưa ra :

𝐻𝐿𝐵 = 7 + 𝑚𝐻ℎ − 𝑛𝐻𝑙

Trong đó:

m: Là số lượng nhóm ưa nước trong phân tử

𝐻ℎ: Là giá trị của nhóm ưa nước

n: Là số lượng nhóm kị nước trong phân tử

𝐻𝑙: Là giá trị của nhóm kị nước

Cân bằng kị nước ưa nước (Hydrophile-Lipophile Balance)

Nguồn: J.T.Davies

Cân bằng kị nước ưa nước

(Hydrophile-Lipophile Balance)

Surfacant làm việc nhƣ thế nào???

Giảm sức căng bề mặt giữa các lớp chất lỏng

Thay đổi tính dính ướt của đá

Surfactant làm việc nhƣ thế nào???

Giảm sức căng bề mặt

Surfactant làm việc nhƣ thế nào???

Thay đổi tính dính ướt của đá

Nồng độ micelle tới hạn và nhiệt

Small Micelle

CMC (nồng độ micelle tới hạn)

Nồng độ micelle tới hạn và nhiệt

độ Kraff

Inverted hexagonal phase

Các dạng tập hợp của surfactant

Nồng độ surfactant nhỏ nhất micelle được hình thành

CÁC VẤN ĐỀ CẦN QUAN TÂM KHI BƠM ÉP SURFACTANT

 Hệ số quét, hệ số đẩy ( cơ chế đẩy

Áp dụng

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TỔ HỢP SURFACTANT BỀN

NHIỆT CHO TĂNG CƯỜNG THU HỒI DẦU VỈA CÁT KẾT

TẦNG OLIGOCEN MỎ BẠCH HỔ

Thực Trạng

có thể thu được 11 - 17% tổng trữ lượng dầu tại chỗ (OIIP)

thu được 27,8%, 24,4% và 37,6% OIIP tương ứng

tam cấp trên cơ sở thí nghiệm các surfactant bền nhiệt, bền muối, có sức căng bề mặt liên diện thấp

a) Tiêu chí lựa chọn surfactant cho tăng cường thu hồi

 Giữ nguyên hoặc ít thay đổi đặc tính làm giảm sức căng bề mặt trong điều

kiện vỉa 140 ℃ ở một khoảng thời gian nhất định

 Có khả năng hóa nhũ dầu ở điều kiện vỉa

 Ít bị hấp phụ vào đất đá trong điều kiện vỉa

 Các surfactant cần có nồng độ tới hạn tạo micelle (CMC - critical micelle

concentration) rất thấp

 Phải có chỉ số cân bằng dầu nước (HLB - hydrophile lipophile balance) ≥ 8

b) Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu



Polyoxyethylene sorbitan monooleate (Tween 80)

Sodium dodecylbenzene sulfonate (SDBS)

Xác định tỷ lệ tối ưu theo phương pháp quy hoạch

thực nghiệm

Nội Dung Thử Nghiệm

Nồng độ tới hạn tạo micelle

Dựa trên định luật Lambert-Beer, được xác định bằng máy quang phổ UV

Sức căng bề mặt của surfactant

2 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN













của surfactant,

 Nồng độ Ca2+ và Mg2+ có ảnh hưởng lớn nhất

Các thí nghiệm được tiến hành để xác định độ đục của surfactant trong nước biển 1.500ppm Ca2+ và Mg2+ ở 140 ℃ (nhiệt độ vỉa tầng Oligocen)





℃

mặt của nước biển sau 50 ngày thử nhiệt

℃

 Tổ hợp tối ưu có giá trị sức căng bề mặt nhỏ nhất là σ = 0,679mN/m, có thành phần (AOS:Tween 80:SDBS) = (1498,2:250,9:253,5) = (6:1:1)

thể hiện cực trị của tổ hợp tối ưu

1 Modern Chemical Enhanced Oil Recovery_Theory and Practice_James J Sheng

2 Enhanced oil recovery_Larry W Lake

3 Tạp chí dầu khí số 5/2014

Tài liệu tham khảo

THANKS FOR YOUR ATTENTION !!!