Bao cao dasxtn scale inhibitor

BỘ CÔNG THƯƠNG
CHI NHÁNH PVCHEM-RT

BÁO CÁO TỔNG KẾT
DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM CẤP BỘ
HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM
HỆ HĨA PHẨM ỨC CHẾ LẮNG ĐỌNG MUỐI VƠ CƠ
MÃ SỐ: DASXTN.009/18

Cơ quan chủ trì đề tài: Chi nhánh Tổng cơng ty Hóa chất và Dịch vụ Dầu
khí - CTCP - Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng và
Dịch vụ kỹ thuật (PVChem-RT)
Chủ nhiệm đề tài: Th.S Đỗ Thành Trung
Thời gian thực hiện: từ tháng 15/1/2018 đến 31/12/2020

Hà Nội, 12-2020
1


BỘ CÔNG THƯƠNG
CHI NHÁNH PVCHEM-RT

BÁO CÁO TỔNG KẾT
DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM CẤP BỘ
HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM
HỆ HĨA PHẨM ỨC CHẾ LẮNG ĐỌNG MUỐI VƠ CƠ

MÃ SỐ: DASXTN.009/18
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

CƠ QUAN CHỦ TRÌ

Đỗ Thành Trung

Phan Công Thành

Hà Nội, 12- 2020
2


DỰ ÁN SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM
HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM
HỆ HÓA PHẨM ỨC CHẾ LẮNG ĐỌNG MUỐI VƠ CƠ
CHỦ NHIỆM: Th.S. Đỗ Thành Trung - Phó Giám đốc Chi nhánh PVChem-RT
THƯ KÝ

: ThS. Lê Văn Công – Trưởng phòng Nghiên cứu Phát triển
Dịch vụ, Chi nhánh PVChem-RT

TÁC GIẢ:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10

ThS. Đỗ Thành Trung
ThS. Lê Văn Cơng
KS. Hồng Anh Dũng
TS. Nguyễn Văn Ngọ
KS. Phan Văn Minh
KS. Phạm Ngọc Sơn
KS. Bùi Lê Phương
ThS. Ngơ Thị Ngun
TS. Vũ Hồng Duy
KS. Phạm Ngọc Tú

Chi nhánh PVChem-RT
Chi nhánh PVChem-RT
Chi nhánh PVChem-RT
Chi nhánh PVChem-RT
Chi nhánh PVChem-RT
Chi nhánh PVChem-RT
Chi nhánh PVChem-RT
Chi nhánh PVChem-RT
Chi nhánh PVChem-RT
Chi nhánh PVChem-RT

3


Mục lục

Mục lục.......................................................................................................................... 4
Lời mở đầu....................................................................................................................6
Chương 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤT ỨC CHẾ SA LẮNG

MUỐI VÀ CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG NGÀNH KHAI THÁC DẦU KHÍ.....8
1.1. Phương pháp xử lý ức chế sự hình thành và tích tụ lắng đọng muối vô cơ trong
cần khai thác..............................................................................................................8
1.1.1. Cơ chế tác dụng của chất ức chế lắng đọng muối vô cơ...............................8
1.1.2. Một số chất ức chế lắng đọng muối dùng cho điều kiện nhiệt độ cao........11
1.1.3. Bản chất của công nghệ ép chất ức chế vào vỉa nhằm ngăn ngừa tích tụ
muối vơ cơ trong cần ống khai thác.....................................................................12
1.1.4. Yêu cầu đặt ra đối với chất ức chế lắng đọng muối....................................20
Chương 2. KẾT QUẢ NGHÊN CỨU HOÀN THIỆN THÀNH PHẦN HỆ HĨA
PHẨM ỨC CHẾ LẮNG ĐỌNG MUỐI VƠ CƠ.........................................................22
2.1. Nghiên cứu hồn thiện thành phần của hệ hóa phẩm ức chế lắng đọng muối vô
cơ............................................................................................................................. 22
2.2. Đánh giá tổng thể tính chất của hệ hóa phẩm ức chế lắng đọng muối vô cơ.....24
2.2.1. Đánh giá khả năng tương hợp của hệ hóa phẩm với lưu thể vỉa.................24
2.2.2. Đánh giá độ bền nhiệt của hệ hóa phẩm.....................................................28
2.2.3. Đánh giá tính ăn mòn của dung dịch chất ức chế lắng đọng muối trong
nước vỉa...............................................................................................................29
2.2.4. Đánh giả ảnh hưởng của hệ hóa phẩm đến tính trương nở sét....................30
2.2.5. Đánh giá hệ số phục hồi độ thấm sau khi bơm chất ức chế lắng đọng muối
............................................................................................................................. 32
2.2.6. Xây dựng quy trình phân tính hàm lượng chất ức chế lắng đọng muối và
đánh giá hiệu quả của hệ hóa phẩm......................................................................33
Chương 3. KẾT QUẢ NGHÊN CỨU HỒN THIỆN CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT HỆ
HĨA PHẨM ỨC CHẾ LẮNG ĐỌNG MUỐI VÔ CƠ................................................43
3.1. Kết quả nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ sản xuất hệ hóa phẩm ức chế lắng
đọng muối vô cơ......................................................................................................43
3.2. Sản xuất thử nghiệm 5.000 lít hệ hóa phẩm ức chế lắng đọng muối vơ cơ.......60
3.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế-kỹ thuật và khả năng phát triển sản phẩm...............62
Bảng 3.21. Kết quả tính tốn sơ bộ chi phí sản xuất của hóa phẩm.............................65
3.4. Biên soạn hướng dẫn cơng nghệ sử dụng hóa phẩm ức chế lắng đọng muối vô

4


cơ............................................................................................................................. 66
3.4.2. Quy trình cơng nghệ sử dụng hệ hóa phẩm ức chế lắng đọng muối vô cơ
bằng cách ép chất ức chế vào vỉa.........................................................................70
3.4.3. Hướng dẫn về an toàn trong q trình triển khai cơng nghệ và phương pháp
khắc phục sự cố có thể xảy ra trong q trình xử lý.............................................77
Kết luận và kiến nghị...................................................................................................80
Tài liệu tham khảo.......................................................................................................81

5


Lời mở đầu
Báo cáo “Hồn thiện cơng nghệ sản xuất thử nghiệm hệ hóa phẩm ức chế
lắng đọng muối vơ cơ” nằm trong khuôn khổ Hợp đồng thực hiện Dự án sản
xuất thử nghiệm cấp Bộ số: 009.2018.SXTN.BO/HĐ-KHCN ký ngày ngày 15
tháng 01 năm 2018 giữa Bộ Công Thương và Chi nhánh Tổng Cơng ty Dung
dịch khoan và Hố phẩm Dầu khí-CTCP - Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng và
Dịch vụ Kỹ thuật (DMC-RT), nay là Chi nhánh Tổng công ty Hóa chất và Dịch
vụ Dầu khí-CTCP-Trung tâm nghiên cứu ứng dụng và Dịch vụ kỹ thuật
(PVChem-RT).
Năm 2012, Chi nhánh DMC-RT được Bộ Cơng Thương giao chủ trì thực
hiện đề tài NCKH cấp bộ “Nghiên cứu giải pháp công nghệ xử lý vùng cận đáy
giếng nhằm ngăn ngừa hiện tượng lắng đọng muối vô cơ trong cần khai thác”
theo Hợp đồng số 03.05.2012.RD/ HĐ-KHCN ký ngày 09/01/2012 giữa Tổng
Công ty DMC và Bộ Công Thương. Ngày 26/6/2014, Hội đồng nghiệm thu cấp
Bộ đã nghiệm thu kết quả thực hiện đề tài. Kết quả thực hiện đề tài đã đưa ra
được tổ hợp hệ hóa phẩm và chế độ cơng nghệ cho phép xử lý vùng cận đáy

giếng nhằm ngăn ngừa hiện tượng lắng đọng muối vô cơ trong cần khai thác.
Kết quả đánh giá của Hội đồng nghiệm thu cấp bộ là cơ sở để tiếp tục đề xuất
triển khai đề tài ở dạng sản xuất thử nghiệm nhằm sản xuất thử hệ hóa phẩm,
hồn thiện cơng nghệ sản xuất cũng như cơng nghệ sử dụng trong q trình áp
dụng tại mỏ, từ đó đánh giá khả năng phát triển, thương mại hóa sản phẩm, đưa
sản phẩm vào áp dụng trong thực tế ngành khai thác dầu khí tại Việt Nam.
Mặc dù kết quả thực hiện đề tài đã đưa ra được hệ hóa phẩm nhằm ức chế
lắng đọng muối vô cơ và chế độ công nghệ sử dụng, tuy nhiên do các sản phẩm
này được chế tạo trong phòng thí nghiệm với quy mơ nhỏ và trong đó có một số
thành phần đi từ nguồn hóa chất tinh khiết. Chính vì vậy khi tiến hành sản xuất
ở quy mơ pilot và tiếp theo là sản xuất ở quy mô cơng nghiệp sẽ chưa đảm bảo
được tính ổn định của chất lượng sản phẩm. Ngồi ra hệ hóa phẩm ức chế lắng
đọng muối trong đề tài xuất xứ chủ yếu theo cơ chế kết tủa-hòa tan kết tủa, tức
là chất ức chế lắng đọng muối ban đầu sẽ được điều chỉnh để kết tủa tại vùng
cận đáy giếng, sau đó trong q trình khai thác khi có nước vỉa, kết tủa sẽ bị hịa
tan dần dần làm giải phóng chất ức chế để đi vào dòng khai thác. Tuy nhiên để
tăng cường hiệu quả ức chế, mở rộng phạm vi sử dụng cần sử dụng thêm các cơ
chế ức chế khác như hấp phụ-giải hấp phụ chất ức chế, do vậy cần nghiên cứu,
tối ưu hóa thành phần của hệ hóa phẩm, sử dụng thêm các nhóm hóa phẩm ức
chế sa lắng muối khác. Để đánh giá khả năng thương mại hóa của sản phẩm
cũng cần nghiên cứu đánh giá tổng thể tính năng, hiệu quả kinh tế- kỹ thuật của
hệ hóa phẩm. Đây chính là cơ sở và nội dung chính của Dự án sản xuất thử
nghiệm này.
6


Nội dung báo cáo trình bày trong 03 Chương, cụ thể như sau:
Chương I: Nghiên cứu tổng quan về các chất ức chế sa lắng muối và công
nghệ sử dụng trong ngành khai thác dầu khí;
Chương II: Kết quả nghên cứu hồn thiện thành phần hệ hóa phẩm ức chế

lắng đọng muối vơ cơ;
Chương III: Kết quả nghên cứu hồn thiện cơng nghệ sản xuất hệ hóa
phẩm ức chế lắng đọng muối vô cơ
Nhân dịp thực hiện nghiên cứu này, Nhóm tác giả xin cảm ơn sự quan tâm
tạo điều kiện của Bộ Công thương, của lãnh đạo và tập thể cán bộ Trung tâm
Nghiên cứu ứng dụng và dịch vụ kỹ thuật (PVChem-RT); sự hợp tác, góp ý của
các nhà khoa học và bạn bè đồng nghiệp.

7


Chương 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CÁC CHẤT ỨC CHẾ SA
LẮNG MUỐI VÀ CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG NGÀNH KHAI
THÁC DẦU KHÍ
1.1. Phương pháp xử lý ức chế sự hình thành và tích tụ lắng đọng muối vơ
cơ trong cần khai thác
Trong khai thác dầu khí, để khắc phục hiện tượng kết tinh muối vơ cơ và
hình thành lắng đọng, người ta sử dụng hai nhóm giải pháp là sử dụng thiết bị
phát từ trường và giải pháp dùng các chất ức chế lắng đọng muối.
Các nghiên cứu cho thấy, từ trường tác động tới quá trình tạo mầm kết
tinh, quá trình lớn lên của tinh thể và đặc tính liên kết giữa các tinh thể muối.
Hiệu ứng cuối cùng là tác động của từ trường là muối tạo ra trong pha nước
dòng lưu thể khai thác phân bố đồng đều trong pha nước, chuyển động lên bề
mặt ít bám vào thành ống gây tích tụ. Thực tế ứng dụng từ trường tại một số mỏ
trên thế giới cho thấy, hiện tượng tích tụ muối tại các giếng giảm rõ rệt. Tuy
nhiên, phương pháp xử lý ức chế sự hình thành và tích tụ lắng đọng muối vơ cơ
trong cần khai thác có hiệu quả hơn, đơn giản hơn là sử dụng các chất ức chế
lắng đọng muối khác nhau.
Chất ức chế lắng đọng muối gồm tập hợp rất đa dạng và mỗi nhóm chất
có thể phù hợp với những điều kiện địa chất giếng khoan nhất định. Dưới đây sẽ

trình bày phân loại, cơ chế hoạt động và yêu cầu đặt ra đối với chất ức chế lắng
đọng muối.
1.1.1. Cơ chế tác dụng của chất ức chế lắng đọng muối vô cơ
Chất ức chế lắng đọng muối là chất có khả năng ức chế q trình hình
thành tích tụ, lắng đọng muối vô cơ từ thay đổi ngưỡng bão hòa muối trong một
hệ dung dịch nhất định, tới quá trình tạo mầm kết tinh, quá trình phát triển lớn
lên của tinh thể, q trình tích tụ để tạo lắng đọng. Chất ức chế lắng đọng muối
rất đa dạng và phong phú và một chất có thể tác động tới nhiều quá trình trong
chuỗi quá trình dẫn tới hình thành lắng đọng. Chất ức chế lắng đọng muối có thể
được phân biệt theo hai dấu hiệu chính: là cơ chế hoạt động và bản chất hóa học.
Căn cứ vào cơ chế hoạt động, các chất ức chế lắng đọng muối có thể được
chia thành ba nhóm sau:
1) Nhóm chất ức chế hoạt động theo cơ chế chelate - là những chất có khả
năng liên kết với những ion tạo muối (Ca2+, Mg2+, Ba2+, Sr2+…) ngăn ngừa chúng
tác dụng với các anion tạo muối (CO22-, SO42-). Đại diện phổ biến trong số các
hợp chất chelate được dùng làm chất ức chế lắng đọng muối được đưa trong
bảng 1.
Bảng 1.1. Một số hợp chất chelat dùng làm chất ức chế lắng đọng muối
8


T
T
1

2

3

4

Tên hóa học
Amino tri(metylenphosphonic acid)

1-Hydroxyethylidene-1,1-Diphosphonic Acid
Các tên khác như
- 1-Hydroxyethylidene diphosphonic Acid;
- Etidronic acid;
- 1-Hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid
Ethylene Diamine Tetra(Methylene Phosphonic
Acid) Penta Sodium Salt
Các tên khác như
- Sodium EDTMP;
- Pentasodium EDTMP; Na5EDTMP;
- EDTMPS
Diethylene Triamine Penta(methylene
phosphonic acid)

Cơng thức hóa học và
ký hiệu viết tắt
C3H12NO9P3
(ATMP; ATMPA)
CAS No.: 6419-19-8
C2H8O7P2
( HEDP ; HEDPA)
CAS No.:2809-21-4

C6H12N2O12-P2Na8
(Sodium EDTMP;
Pentasodium-EDTMP;

Sodium-Na5- EDTMP)
CAS No.: 1429-50-1

C9H28N3O15P5
CAS No. 15827-60-8
DTPMPA
(Dequest 2060)
2) Nhóm chất ức chế hoạt động theo cơ chế cản trở hình thành mầm kết
tinh và sự lớn lên của tinh thể muối. Các chất ức chế này có khả năng hấp phụ
lên các tâm hoạt tính của tinh thể, phá vỡ sự ổn định nhiệt của quá trình phát
triển tinh thể. Sự thu nhiệt của chất ức chế khi hấp phụ đã làm cho các mầm tinh
thể tan ra.
Đại diện tiêu biểu của nhóm này là các chất polymer như:
+ Polyacrylamide
+ Polyacrylamide thủy phân
Các chất này hấp phụ, bao phủ bề mặt mầm kết tinh và tinh thể khơng cho
chúng phát triển. Hình 1a minh họa cơ chế hấp phụ của chất ức chế lên bề mặt vi
mầm kết tinh làm chúng phân tán, tức cản trở chúng tụ lại thành mầm kết tinh.
Hình 1b minh họa cơ chế hấp phụ của chất ức chế lên bề mặt tinh thể hạn chế nó
phát triển lớn lên.
Cũng theo cơ chế chế cản trở hình thành mầm kết tinh và sự lớn lên của
tinh thể muối cịn có muối NH4Cl. Muối này thúc đẩy sự phân rã của Ca(HCO3)2
ở nhiệt độ < 360C (nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chuyển Ca(HCO3)2 về dạng canxit
khó hịa tan (45-500C)) hạn chế sự hình thành mầm kết tinh và sự lớn lên của các
tinh thể can xit (CaCO3).
9


3) Nhóm chất ức chế hoạt động theo cơ chế thay đổi hình dạng tinh thể.
Khác với các chất thuộc nhóm thứ hai vừa nêu trên, chất ức chế trong nhóm này

khơng cản trở hình thành tinh thể mà chỉ tác động đến hình dạng tinh thể. Chất
ức chế có tác dụng xen cài vào mạng tinh thể muối và kìm hãm quá trình phát
triển của tinh thể (tinh thể không đồng nhất). Sự hấp phụ không thuận nghịch
của chất ức chế tại những vị trí tinh thể muối phát triển bất thường đã ức chế quá
trình phát triển tiếp theo của chúng.

Hình 1.1 – Minh họa sự hấp phụ của chất ức chế gây phân tán mầm kết
tinh và cản trở sự lớn lên của tinh thể muối
Căn cứ vào bản chất hóa học, các chất ức chế lắng đọng muối có thể được
chia thành:
+ Acrylic Acid-2-Acrylamido-2-Methylpropane Sulfonic Acid Copolymer
+ Copolymer Of Maleic And Acylic Acid
+ Hydrolyzed Polymaleic Anhydride
+ Polycarboxylate, sodium salt
+ Sulphnated polyacrylic acid copolymer
+ Sulfonated phosphonocarboxylic acid
+ Polyphosphono Carboxylic acid
Chất ức chế lắng đọng muối được quan tâm nghiên cứu rất sớm và bởi
nhiều hãng và nhà nghiên cứu. Một số trong những nghiên cứu có liên quan tới
dạng chất ức chế và cơ chế tác động của chất ức chế lắng đọng muối mà đề tài
nghiên cứu hướng tới có thể tham khảo trong các tài liệu [1-11].
1.1.2. Một số chất ức chế lắng đọng muối dùng cho điều kiện nhiệt độ cao
Môi trường nhiệt độ cao là một trở ngại lớn đối với các chất ức chế tạo
muối vô cơ. Nhiệt độ cao mà chúng ta đề cập tới ở đây là nhiệt độ > 130 0C. Một
10


số chất có thể bị phân hủy trong điều kiện mơi trường nhiệt độ làm việc. Một số
chất khơng có tác dụng lâu vì khả năng hấp phụ lên bề mặt vật liệu mang nó bị
giảm đáng kể và khả năng giải hấp phụ lại tăng. Một số khác tạo liên kết hóa

học kém bền ở các nhiệt độ cao.
Nhìn từ khía cạnh nhiệt độ, các hợp chất hoạt động theo cơ chế chelat
được nhắc tới ở trên như: Amino tri(metylenphosphonic acid)- ATMP ; 1Hydroxyethylidene-1,1-Diphosphonic Acid – HEDP ; Ethylene Diamine
Tetra(Methylene Phosphonic Acid) Penta Sodium Salt, chính là các chất có độ
bền nhiệt cao.
Để làm tăng bền nhiệt của chất ức chế, người ta chế tạo ra các hóa phẩm
tổ hợp trên cơ sở biến tính các chất chính được nêu ở trên. Biến tính thường đi
theo hướng tăng khả năng hấp phụ của chất chính lên bề mặt đá vỉa vùng cận
đáy giếng. Hiệu ứng đạt được thông qua dùng các chất có khả năng tăng tính
hấp phụ của hóa phẩm chính, hoặc làm sạch bề mặt vật liệu mà trên đó chất ức
chế hấp phụ lên. Dưới đây, chúng tôi xin giới thiệu một số tổ hợp tiêu biểu.
+ Tổ hợp trên cơ sở ATMP và axit HCL [12]:
Tổ hợp này có thành phần như sau:
- ATMP

: 4,97 – 13,57 % ;

- HCL

: 11,24 – 23,74 % ;

- Nước

: phần còn lại cho đủ 100%.

Tổ hợp được chế tạo như sau: Hịa ATMP vào axit, sau đó bổ sung nước
đồng hành khai thác hoặc nước sạch để được dung dịch 1%. Người ta định kỳ
bơm dung dịch này vào vùng cận đáy giếng khai thác. Chất lỏng ép được dùng
là dầu, nước đồng hành khai thác chứa không quá 5 g/l Ca 2+ hoặc nước sạch.
Khả năng ức chế của tổ hợp này có thể đạt tới 290 ngày đêm.

+ Tổ hợp trên cơ sở ATMP, latex, chất hoạt động bề mặt [12]:
Tổ hợp này có thành phần như sau:
- ATMP

: 55 – 60 % ;

- Latex

: 3 – 3,5 % ;

- Chất hoạt động bề mặt: 0,4 – 1,35 % ;
- Dầu thô

: 13,32 – 27,12 % ;

- Nước

: phần còn lại cho đủ 100%.

Tổ hợp được chế tạo như sau: tạo nhũ tương trên cơ sở 7,5 – 15% latếc
(latếc quy khô), 33 – 63% dầu thơ, 1-3% chất hoạt động bề mặt, phần cịn lại là
11


nước (có tính đến phần nước nằm trong latếc). Sau đó bổ sung từ từ ATMP vào
nhũ tương đang trong trạng thái khuấy. Thực tế sử dụng cho thấy, hỗn hợp thể
hiện tính ức chế ổn định trong thời gian khai thác giếng.
+ Tổ hợp trên cơ sở ATMP, HCL, chất hoạt động bề mặt [12]:
Tổ hợp này có thành phần như sau:
- ATMP

: 1 – 40 % ;

- HCL

: 10 – 15% ;

- Chất hoạt động bề mặt

: 0,1 – 0,7 % ;

- Chất thải q trình hydrat hóa etylene: 5 – 25,5 % ;
- Nước

: phần còn lại cho đủ 100%.

+ Tổ hợp trên cơ sở ATMP, axit HF, chất hoạt động bề mặt [36]:
Tổ hợp này có thành phần như sau:
- ATMP

: 1 – 4% ;

- Axit HF

: 1 – 5% ;

- Chất hoạt động bề mặt-OP 10

: 0,1 – 0,2 %.

HF tác dụng với các khoáng vật silicát tạo điều kiện cho ATMP hấp phụ
lên trên bề mặt đá vỉa. Chất hoạt động bề mặt giảm sức căng bề mặt cũng thúc
đẩy quá trình hấp phụ.
1.1.3. Bản chất của công nghệ ép chất ức chế vào vỉa nhằm ngăn ngừa tích
tụ muối vơ cơ trong cần ống khai thác
Với mục tiêu ngăn ngừa sự kết tinh và lắng đọng muối gây bít nhét kênh
dẫn trong vỉa, người ta thường dùng giải pháp đưa chất ức chế lắng đọng muối
vào thành phần nước bơm ép. Giải pháp này, nếu được dùng ở diện rộng và thời
gian dài, có tác dụng rất tích cực tới việc ức chế sự hình thành các tinh thể muối
trong nước đồng hành khai thác và hạn chế (ngăn ngừa) sự tích tụ muối trong
cần ống khai thác. Tuy nhiên, giải pháp này là rất tốn kém vì khối lượng nước
bơm ép cho mỏ thường là con số vô cùng lớn. Giải pháp đơn giản hơn, mang
tính cục bộ là ép chất ức chế vào vùng vỉa xung quanh giếng khoan (Công nghệ
này, theo tiếng Anh, được gọi là “Squeeze Treatment”) [13-19].
Bản chất của công nghệ ép chất ức chế vào vỉa là đưa chất ức chế vào lưu
trú trong vỉa dưới dạng kết tủa trong kênh dẫn, lỗ rỗng đá vỉa hoặc hấp phụ lên
bề mặt kênh dẫn, lỗ rỗng đá vỉa. Khi gặp dòng dầu chứa nước đồng hành khai
thác, chất ức chế được giải hấp phụ hoặc hòa tan trở lại vào nước để ức chế hiện
tượng lắng đọng muối và tích tụ muối. Chất ức chế tốt là chất cho thời gian lưu
12


trú trong vỉa đủ dài và phải được giải hấp phụ hoặc hòa tan trở lại kịp thời ở
nồng độ đủ để ức chế lắng đọng muối. Hàm lượng và nồng độ của các dung dịch
chất ức chế được sử dụng trong quá trình bơm ép dựa vào nhiều yếu tố như:
nhiệt độ, áp suất, ...Có hai dạng chất ức chế thường được dùng trong công nghệ
này là: chất ức chế dạng kết tủa trong kênh dẫn, lỗ rỗng đá vỉa và chất ức chế
dạng một phần hấp phụ, một phần hấp thụ trong kênh dẫn, lỗ rỗng đá vỉa
(Trường hợp này chúng tôi xin gọi chung là hấp thu trong đá vỉa) …
 Chất ức chế dạng kết tủa trong kênh dẫn, lỗ rỗng đá vỉa:



Hình 1.2 - Minh họa sự lưu trú ở dạng kết tủa trên đá vỉa của chất ức chế
Loại chất ức chế lưu trú trong vỉa dưới dạng này thường là chất mà bản
thân nó có độ tan thấp trong nước. Ví dụ như các hợp chất phot-phonat hữu cơ
(ATMP, HEDP, EDTMP, DETPMP) thường lưu trú trong môi trường vỉa. Minh
họa sự lưu trú ở dạng kết tủa trên đá vỉa của chất ức chế được đưa trong hình 2.
Ưu điếm của sự lưu trú dưới dạng kết tủa này là hạn chế tối đa lượng chất ức
chế hao hụt (do bị cuốn trôi theo dịng nước) và có thể kéo dài thời gian xử lý
chất ức chế. Tuy nhiên, liều lượng sử dụng chất ức chế phải được điều chỉnh ở
mức độ tối ưu để không ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thấm dầu của đá vỉa.
Theo [1] nếu thiết kế và xử lý tốt, chất ức chế dạng phot-phonat hữu cơ có thể
cho hiệu ứng dài hơn 1 năm. Khi sử dụng cho đá vỉa chứa nhiều cacbonat, hiệu
quả sẽ cao hơn. Nguyên nhân của việc này là các Ca 2+ gây kết tủa mạnh chất ức
chế dạng phot-phonat hữu cơ. Cũng chính vì lý do này, để tăng thời gian hiệu
ứng với các vỉa nghèo cacbonat, người ta thường dùng giải pháp bơm trước
dung dịch xử lý nước muối CaCl2.
 Chất ức chế dạng được hấp thu trong kênh dẫn, lố rỗng đá vỉa:
13


Chất ức chế dạng này tương tác với bề mặt tích điện trái dấu của đá vỉa
(hấp phụ) và hấp thụ vào mao quản đá vỉa. Minh họa sự lưu trú ở dạng hấp thu
trong đá vỉa của chất ức chế lắng đọng muối được đưa trong hình 3. Dạng chất
ức chế này được sử dụng tốt nhất là cho loại vỉa chứa kiểu cát kết. Thời gian xử
lý đối với chất ức chế lưu trú theo cơ chế hấp thu phụ thuộc vào các đặc tính hóa
học của bề mặt hấp phụ, của kích thước mao quản, nhiệt độ đá vỉa; pH chất ức
chế …; đôi khi khoảng thời gian này khá ngắn (3 đến 6 tháng) vì khả năng hấp
phụ của đá vỉa có giới hạn tại điều kiện vỉa, hoặc mao quản đá vỉa không thuận

lợi cho hấp thụ. Trong một số điều kiện lý tưởng, như khả năng hấp phụ cao của
đá vỉa và tốc độ rửa trôi thấp (hàm lượng nước đồng hành khai thác thấp), chất
ức chế có thể có thời gian hiệu nghiệm lên tới 2 năm.

Hình 1.3 - Minh họa sự lưu trú ở dạng hấp phụ trong đá vỉa
của chất ức chế lắng đọng muối
Cũng thuộc dạng chất ức chế với cơ chế hấp phụ, hấp thụ cịn có các chất
ức chế polyme (dạng poly-electrolyte). Tính hấp phụ mạnh của các polymer phụ
thuộc vào loại nhóm chức phân cực của polymer và tính phân cực lớn của
khống vật trong kênh dẫn đá vỉa.
 Các bước trong công nghệ ép chất ức chế vào vỉa [13]
Công nghệ ép chất ức chế lắng đọng muối vào vỉa thường được tiến hành
theo 3 bước với việc bơm liên tiếp 03 loại dung dịch sau:
- Dung dịch bơm trước dung dịch xử lý chính (preflush);
- Dung dịch chất ức chế xử lý chính (Main Fluid);
- Dung dịch bơm sau dung dịch xử lý chính (Overflush).
Người ta thường bơm chất ức chế vào giếng (hình 4) ở vị trí mà khoảng
cách của nó so với trung tâm giếng nhỏ nhất là 1 feet (0,3m) và thích hợp nhất là
vùng có độ rộng từ 4÷12 feet (1,2÷3,7m) từ tâm giếng. Tổng thể tích chất ức chế

14


bơm vào phụ thuộc vào độ rỗng của đá vỉa, chiều dày hiệu dụng vùng cận đáy
giếng và chiều rộng vành khăn dự định chứa chất ức chế…

Hình 1.4 - Vị trí của các dung dịch xử lý trong đá vỉa
Các giai đoạn chính trong q trình xử lý theo công nghệ ép chất ức chế
lắng đọng muối vào vỉa được đưa trong hình 5.
- Giai đoạn 1: Bơm vào giếng dung dịch thứ nhất, dung dịch bơm trước

dung dịch xử lý chính (dung dịch preflush). Dung dịch này là loại có pH ≤ 5.
- Giai đoạn 2: Bơm vào giếng dung dịch thứ 2 có chứa chất ức chế (Main
Injection). Thường là dung dịch chất ức chế này có pH trong khoảng từ 1 ÷ 2 và
bao gồm khoảng 0,5% ÷ 1% chất ức chế.
- Giai đoạn 3: Bơm vào giếng dung dịch thứ 3 – dung dịch bơm sau dung
dịch xử lý chính (dung dịch overflush).
- Giai đoạn 4: Ngừng hoạt động của giếng trong khoảng 24 đến 48 h.
- Giai đoạn 5: Gọi dòng trở lại.

15


Hình 1.5 - Các giai đoạn chính của cơng nghệ ép (Squeeze)
chất ức chế vào vùng cận đáy giếng
Dung dịch bơm trước dung dịch xử lý chính (dung dịch preflush), có
nhiệm vụ ngăn cách dầu vỉa với dung dịch xử lý chính, làm sạch bề mặt đá vỉa
để tạo điều kiện cho quá trình tiếp xúc giữa chất ức chế và đá vỉa. Dung dịch
preflush thích hợp nhất bao gồm 1% HCl hoặc ít hơn, để nước sản phẩm sau khi
đã được lọc thì có pH ≤ 5. Lượng dung dịch reflush cần thiết thì phụ thuộc vào
đặc điểm của giếng và lượng cặn hiện tại. Ngồi HCl có thể sử dụng ethylene
diamine tetra acetic acid tetrasodium salt, hoặc có thể dùng 1% ethylene diamine
tetra acetic acid tetrasodium salt, 2% KCl và 97% nước cho mục đích bơm trước
dung dịch xử lý chính.
Dung dịch xử lý chính (main fluids) là dung dịch chứa chất ức chế lắng
đọng muối. Dung dịch này được bơm liền kế tiếp sau khi bơm dung dich
preflush. Dung dịch chất ức chế mang chất ức chế tới giếng. Quá trình bơm chất
ức chế là phần quan trọng nhất trong công nghệ “squeeze”. Dung dịch ức chế tối
ưu bao gồm 0,5-1 % chất ức chế hoạt tính và 99 % nước.
Dung dịch bơm sau dung dịch xử lý chính (dung dịch overflush) có nhiệm
vụ ép, đẩy dung dịch xử lý chính vào vị trí mà cơng nghệ bơm cần hướng tới.

Trong một số trường hợp, người ta có thể tính đến dùng dung dịch bơm sau để
đẩy phần chất ức chế đã kết tủa vào sâu hơn trong vỉa.
Việc ngừng hoạt động của giếng trong khoảng 24 đến 48 h chính là thời
gian cần thiết để chất ức chế được kết tủa trong vỉa thành dạng khó tan để có thể
tồn tại lâu trong vỉa.

16


 Các phương pháp dùng trong kéo dài thời gian tồn tại của chất ức
chế trong vỉa
Thời gian lưu trú của chất ức chế trong vỉa là nhân tố rất quan trọng có
ảnh hưởng quyết định tới thời gian phát huy hiệu quả của công việc xử lý. Trên
thực tế, các nghiên cứu nhằm kéo dài thời gian tồn tại của chất ức chế trong vỉa
đều đi theo hướng đưa chất ức chế về dạng kết tủa trong vỉa để chúng tan dần
vào phần nước đồng hành cùng dầu khai thác. Nghiên cứu tăng khả năng hấp
phụ và hấp thụ cũng được tiến hành, tuy nhiên kéo dài thời gian nhả hấp phụ
trong điều kiện nhiệt độ cao như ở đáy giếng là kém khả thi hơn trường hợp cho
chất ức chế về dạng kết tủa.
Các tác giả Paten US. Pat. No 3.827.977 (1974) [20] đưa ra phương pháp
kéo dài thời gian tồn tại của chất ức chế trong vỉa thơng qua cơ chế hình thành
nội sinh trong đá vỉa dung dịch có tính tan nhẹ trong nước hoặc nước muối của
axit poly-acrylic hoặc poly-acrylamid thủy phân. Đây cũng chính là cơ chế tạo
muối tan kém có sự tham gia của các cation đa hóa trị. Tuy nhiên, phương pháp
này có nhược điểm là phải dùng lượng dư khá lớn của cation kim loại đa hóa trị
đến mức có thể gây nhiễm bẩn vỉa sản phẩm (nhiễm bẩn này gây giảm tính thấm
đá vỉa và có thể dẫn tới giảm năng suất khai thác).
Cơng trình [21] (1982) mơ tả phương pháp kéo dài thời gian tồn tại của
chất ức chế lắng đọng muối được bơm vào vỉa dạng cacbonat. Theo đó, chất ức
chế dạng axit của poly-phosphonate được sử dụng. Chất này có khả năng tạo

muối canxi có tính hịa tan nhẹ. Ion Ca2+ được giải phóng từ phản ứng của axit
với cacbonat tác dụng với poly-phosphonate gây kết muối này trong vỉa và kéo
dài thời gian tác dụng của chất ức chế. Tuy nhiên, cách này tỏ ra kém tác dụng
khi ứng dụng sang loại đá cát kết vì nguồn sinh cation Ca +2 thường là nhỏ không
đủ cho vận hành cơ chế tạo muối in tan của các chất ức chế lắng đọng muối.
Theo hướng dùng dung dịch chất ức chế có pH ban đầu cao, các tác giả
U.S. Pat. No. 4.357.248 Nov. 2, 1982 [22] đưa ra giải pháp bơm vào vỉa hệ dung
dịch là hỗn hợp của 2 dung dịch sau:
1) Dung dịch có chứa chất ức chế lắng đọng muối dạng anionic và muối
chứa cation kim loại đa hóa trị có pH được điều chỉnh về vùng kiềm tính tới
ngưỡng sao cho cả chất ức chế lắng đọng muối và muối kim loại đa hóa trị đều
đang ở trạng thái hòa tan.
2) Dung dịch tổ hợp hóa phẩm có khả năng tự giảm pH trong điều kiện
nhiệt độ cao của vỉa chứa.
Hỗn hợp của 2 dung dịch trên ở điều kiện thường không thúc đẩy việc tạo
muối khơng tan (hoặc ít tan) giữa chất ức chế với cation kim loại đa hóa trị. Tuy
nhiên, khi trong điều kiện nhiệt độ vỉa, do tác dụng giảm pH của tổ hợp hóa
phẩm giảm pH, độ pH của hỗn hợp hai dung dịch giảm xuống. Khi pH giảm
17


xuống dưới ngưỡng nào đó, muối khơng tan giữa chất ức chế với cation kim loại
đa hóa trị được tạo ra. Bằng cách này, chất ức chế được lưu trú lại trong kênh
dẫn và lỗ rỗng đá vỉa. Chất ức chế này sau đó sẽ tan dần, nhưng tan chậm, vào
phần nước của dòng lưu thể khai thác đi qua. Chất ức chế ức chế hiện tượng tạo
muối vô cơ và ngăn ngừa hiện tượng tích tụ, lắng đọng muối vô cơ trong cần
ống khai thác. Bản chất của phương pháp có thể được mơ tả trong hình 1.25.

Hình 1.6 – Đặc tính hịa tan, kết tủa của DTPMPA (Dequest 2060)
Dưới nồng độ 0,25 mol/lít, vùng gạch chéo màu tím là vùng hóa phẩm kết

tủa, vùng cịn lại là vùng hịa tan. Như vậy, với các dung dịch có nồng độ nào đó
tồn tại hai điểm đặc biệt: 01 điểm có pH thấp mà ở các pH thấp hơn nó chất ức
chế ở trạng thái hòa tan trong dung dịch; 01 điểm có pH cao mà ở pH cao hơn
giá trị này, chất ức chế cũng ở trạng thái hòa tan. Ở các pH nằm giữa hai ranh
giới hai giá trị pH đó, một phần chất ức chế kết tủa, phần còn lại vẫn ở trong
trạng thái hòa tan trong dung dịch. Chính đặc tính hịa tan, kết tủa như vậy của
chất ức chế đã cho phép chúng ta đưa ra giải pháp để có thể bơm dung dịch chứa
chất ức chế vào vỉa, làm cho chúng kết tủa trong khe nứt và lỗ rỗng đá vỉa.
Chính các tác giả [22] đã áp dụng giải pháp dùng dung dịch chất ức chế có pH
ban đầu cao (để chất ức chế tan hồn tồn trong dung dịch), sau đó dùng tổ hợp
hóa phẩm có khả năng tự giảm pH trong điều kiện nhiệt độ cao của vỉa chứa, để
đưa pH dung dịch chất ức chế thấp xuống tới mức một phần chất ức chế kết tủa
khỏi dung dịch và lưu trú lại trong các kênh dẫn và lỗ rỗng đá vỉa. Bằng cách
chọn pH ban đầu của dung dịch chất ức chế (và tương ứng với nó là nồng độ ban
đầu của chất ức chế) và tổ hợp giảm pH với dung lượng nào đó, người ta có thể
chọn được thời gian cần thiết cho việc gây kết tủa trong vỉa. Hình 1.26 minh họa
quan hệ pH ban đầu – thời gian gây kết tủa đối với trường hợp của nghiên cứu
[46].
18


6.5

pH ban đầu

7.0
7.5
8.0
8.5
9.0

50

100

150

200

250

300

Thời gian gây kết tủa tại pH ban đầu, phút
Hình 1.7 – Quan hệ pH dung dịch ban đầu – Thời gian
gây kết tủa chất ức chế
Theo [22], các kết quả trong hình 7 nhận được ở điều kiện nhiệt độ 105°F
(41,60C) biểu diễn sự phụ thuộc của pH ban đầu của dung dịch theo thời gian (từ
khi bắt đầu đến khi bắt đầu xảy ra quá trình kết tủa). Các thí nghiệm được tiến
hành như sau:
Chuẩn bị 06 dung dịch có thành phần giống nhau và bao gồm (% theo
khối lượng): 1,66% CaCl2; 5,73% chất ức chế Dequest 2060; 0,84% NaHCO 3;
1,86% methyl formate. Các dung dịch được cho vào ống nghiệm với thể tích
khoảng 3ml. pH trong các ống nghiệm được điều chỉnh để đạt các giá trị thể
hiện trên đồ thị. Các dung dịch sau đó được giữ trong bể ổn nhiệt ở 105°F
(41,60C), theo dõi thời gian cho đến khi quá trình kết tủa có thể xảy ra (theo dõi
bằng cảm quang). Ví dụ về kết quả cụ thể: dung dịch có pH ban đầu 7,5 quá
trình kết tủa bắt đầu sau 190 phút. Như vậy, bằng cách điều chỉnh pH dung dịch
ban đầu ta có thể dự báo được thời gian kết tủa xảy ra. Đây cũng chính là dạng
thơng tin cần có cho thiết kế thành phần dung dịch ức chế đảm bảo q trình đưa

được chất ức chế tới vị trí cần thiêt.
Chất ức chế được dùng ở đây là một số hợp chất phosphat và phosphonat.
Cụ thể là, một số hóa phẩm thương mại như Dequest 2000 (ATMP), Dequest
2010 (HEDP) và Dequest 2041 (EDTMP)… được sử dụng. Muối chứa cation
kim loại đa hóa trị dùng tốt nhất cho điều kiện này là CaCl 2. Ngưỡng pH được

19


chọn phụ thuộc vào chất ức chế cụ thể được sử dụng, nhưng thường cao hơn một
chút so với khoảng hệ số ổn định của chất chelate dùng làm chất ức chế.
Tổ hợp hóa phẩm có khả năng tự giảm pH trong điều kiện nhiệt độ cao
của vỉa chứa có thể là muối amid của axit carboxylic (axit này tan trong nước)
như Formamide, Methyl Formamide, 2-Cloro-acetamide; Amide của axit
sunphonic như: Methanesulfonamide; Amid của axit vô cơ như Sulfamide; Ester
của rượu tan trong nước và và axit như: Methyl-formate, Methyl-acetate…
Phương pháp tương tự với cơng trình [22] được đưa ra trong U.S. Pat. No
4.602.638 Jul. 29, 1986 [23]. Theo chất ức chế vào nước muối đồng hành khai
thác được điều chỉnh pH lên cao sau đó bơm dung dịch đó vào vỉa. Tương tác
giữa dung dịch bơm vào và nước vỉa làm pH giảm và dẫn tới kết tủa chất ức chế
trong vỉa. Đây là phương pháp kém hiệu quả hơn phương pháp của [23] vì nó
thuộc diện khơng có điều khiển.
Theo hướng dùng dung dịch chất ức chế có pH ban đầu thấp, các tác giả
U.S. Pat. No. 5.141.655; 25 Aug. 1992 [24] đã cho bơm vào vỉa dung dịch có
tính axit (pH thấp) có chứa đồng thời chất ức chế lắng đọng muối, ion kim loại
đa hóa trị và hỗn hợp hóa phẩm nâng pH trong điều kiện vỉa dưới tác dụng của
nhiệt độ.
Chất ức chế có thể là các hợp chất chứa nhóm carboxylate và / hoặc
phosphonate. Ví dụ phosphonate ester của các polyols và muối của chúng có
chứa một hoặc hai nhóm 2-hydroxy-ethyl…

1.1.4. Yêu cầu đặt ra đối với chất ức chế lắng đọng muối
Sự đa dạng của điều kiện vật lý địa chất vỉa dầu, và đặc thù khai thác mỏ
đặt ra yêu cầu cho chất ức chế lắng đọng muối. Thông thường, các chất ức chế
cần thỏa mãn các điều kiện như: Tương hợp với nước vỉa và nước đồng hành
khai thác; bền nhiệt; khả năng hấp phụ và giải hấp phụ; khả năng kết tủa và hịa
tan; tính ăn mịn thấp; khơng gây ảnh hưởng tới xấu tới tính chất dầu; thân thiện
với mơi trường…Căn cứ trên yêu cầu của Vietsovpetro và yêu cầu trong thuyết
minh của Dự án đã tổng hợp các yêu càu đối với chất ức chế lắng đọng muối vô
cơ như sau:
+ Chất ức chế cần tương hợp hoàn toàn với nước vỉa, không gây tạo cặn
pha rắn hay tách lớp.
+ Hiệu quả ức chế hình thành lắng đọng muối ≥ 70%;
+ Tốc độ ăn mòn mẫu thép P110 ở điều kiện vỉa (120 0C, 100 atm) của
dung dịch chất ức chế lắng đọng muối trong nước vỉa ≤ 0,1 mm/năm.
+ pH ≥ 3

20