TỔNG HỢP NANO COMPOSITE Fe3O4 ỨNG DỤNG TRONG TĂNG CƯỜNG THU HỒI DẦU, CHỐNG SA LẮNG MUỐI VÀ ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG KHAI THÁC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN KỸ THUẬT HỮU CƠ
TỔNG HỢP NANO COMPOSITE Fe3O4 ỨNG DỤNG
TRONG TĂNG CƯỜNG THU HỒI DẦU, CHỐNG SA
LẮNG MUỐI VÀ ĂN MÒN ĐƯỜNG ỐNG KHAI THÁC
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
GVHD: PGS. TS. NGUYỄN PHƯƠNG TÙNG
•
Tình hình chung
•
Tăng cường thu hồi dầu
•
Vât liệu nanocomposite
•
Cơ sở lý thuyết
Tổng quan
•
Quy trình tổng hợp nano Fe3O4
•
Biến tính bề mặt
•
Khảo sát tính năng của hạt nano
composite Fe3O4
Thực
nghiệm
Nội dung
Dầu mỏ
-
Nhiên liệu
-

Nguyên liệu
-
Sản xuất điện
87%
Dầu mỏ - nguồn máu của thế giới
Tình hình chung
Thực trạng
87 triệu thùng/ngày
32 tỷ thùng /năm
Tăng khoảng 1-
1,5% /năm.
Nhu cầu sử
dụng ngày
càng cao
Khan hiếm
các mỏ dầu
Thăm dò,
tìm kiếm
khó khăn
Trữ lượng tham
dò hàng năm giảm
6,7 %
Trang thiết bị hiện đại
Kỹ thuật cao
Dầu mỏ - “Vàng đen” có nguy cơ bị tuyệt chủng
Tình hình chung
Đa dạng hóa nguồn năng lượng
Tiết kiệm năng lượng
Tăng cường thu hồi dầu
Giải pháp

Tình hình chung
Quá trình khai thác
Dầu được khai thác bằng
năng lượng tự nhiên của vỉa
Bơm ép chất lưu
để duy trì áp suất
trong vỉa
Tăng khả năng rút dầu,
giúp ta có thể thu lại một
lượng khá lớn dầu còn lại
trong bể.
Tăng cường thu hồi dầu
Tăng độ nhớt của hệ dung
dịch bơm ép
Thay đổi tính dính ướt của
đá vỉa
Giảm sức căng bề mặt giữa
hai pha dầu/ nước
Tăng cường thu hồi dầu
3 phương pháp
-
Bơm ép chất lưu
nóng vào vỉa :
nước nóng, hơi
nước,…
-
Đốt tại chỗ
Phương pháp nhiệt Phương pháp khí
Bơm ép khí vào vỉa
làm giảm độ nhớt ,

tăng khả năng linh
động của dầu thô và
tạo áp lực để đẩy dầu
lên.
Phương pháp bơm ép hóa chất
Sử dụng các hóa chất
đặc biệt ( polymer,
chất HĐBM, )nhằm
tăng hiệu suất đẩy
dầu nhờ làm giảm
SCBM
Tăng cường thu hồi dầu
Chất hoạt động bề mặt
Tập trung tại giao diện lỏng - lỏng, làm giảm sức
căng bề mặt giữa dầu với môi trường nước
Tăng cường thu hồi dầu
Cơ chế tác động của chất HĐBM
Chọn cách giảm lực mao dẫn.
Chất HĐBM có thể giúp giảm
lực mao dẫn bằng cách giảm
SCBM giữa hai pha dầu -
nước

Tăng hệ số mao dẫn Nc
Lake (1989)
Cải thiện tính dính ướt nước của đá vỉa

dầu

θ

σwo
σsw
σso
chất rắn
nước
Thay đổi tính dính ướt của đá vỉa từ dính
ướt dầu sang dính ướt nước hay dính
ướt trung gian
Tăng cường thu hồi dầu
wo
s wso
σ
σσ
θ
−
=
cos
Sử dụng Polymer
Tăng độ nhớt của dòng chất lưu được
bơm ép vào vỉa thì giá trị Nc cũng tăng
theo, do đó tăng khả năng đẩy dầu

Nhược điểm
-
Khó khăn trong quá trình bơm.
-
Kém bền nhiệt, bị giảm cấp khi
bơm xuống vỉa.
Tăng cường thu hồi dầu
Vật liệu Nano

-
Có khả năng thay đổi tính lưu biến của
dòng lưu chất dưới vỉa: tăng độ nhớt của
dung dịch bơm ép.
-
Thay đổi tính dính ướt của bề mặt đá.
-
Hiệu ứng bề mặt.
-
Tăng khả năng bền nhiệt cho polymer
Nhược điểm
-
Dễ kết tụ khi không có từ trường
ngoài
Tăng cường thu hồi dầu
Tăng cường thu hồi dầu
Nanocomposite
Fe3O4
Tăng cường
thu hồi dầu
Chống xa
lắng muối
Chống ăn mòn
đường ống
khai thác
Vật liệu nanocomposite
Vật liệu tổ hợp
Có cấu trúc tương tự các quả cầu bên trong có nhân với kích thước nano,
được bọc bên ngoài bởi các lớp vỏ tạo bởi vật liệu thứ hai (polymer hữu
cơ).

nano Fe3O4
2-5 nm
Vật liệu nanocomposite
Năm 2007, Jianping Ge et al tổng hợp ra các vật liệu core/shell siêu từ
tính, với hạt nhân là oxit sắt từ Fe3O4 được bao bọc bởi các phân tử
polystyrene
Năm 2006, X. Liu et al tổng hợp ra loại vật liệu có cấu trúc dạng core/shell
với hạt nano SiO2 đóng vai trò là hạt nhân được bao bọc bởi các phân tử
polymer.
Năm 2008, Ke Yang-Chuan et al, các hạt nano SiO2 được biến tính bề
mặt bởi 3-methacryloxypropyl trimethoxy silane (MPS).
Năm 2009, Qiang Gao et al. đã đề xuất sử dụng poly(methacrylic acid-co-
vinyl triethoxylsilane) bao bọc các hạt nano SiO2 đã biến tính để thu
được hệ chất mang thuốc dạng core/shell.
Vật liệu nanocomposite
Quá trình phát triển
Cơ chế tác động
Tăng cường thu
hồi dầu
Chồng sa lắng
muối
Chống ăn mòn
đường ống
Bảo vệ sự ăn mòn
điện hóa : có vai trò
như chất khử để
bảo vệ catot.
-
Thiết lập hệ
thống từ trường

trong giếng
khoan
-
Chất ức chế lắng
đọng
Kết hợp các đặc tính
của các thành phần
cấu tạo: dẻo dai, đàn
hồi, độ bền nhiệt,…
Cơ sở lý thuyết
và một số ưu điểm khác……
•
Khả năng phân tán tốt trong môi trường: nano Fe3O4 sau khi biến tính vừa có khả
năng phân tán trong dầu lại đồng thời có thể phân tán trong nước.
•
Khả năng dẫn truyền dòng chảy, gia tăng độ nhớt đáng kể cho dung dịch bơm ép.
•
Gia nhiệt bằng từ tính.
•
Không độc đối với môi trường.
Cơ sở lý thuyết
Quy trình tổng hợp
Cơ sở lý thuyết
- Hạt nano từ tính Fe3O4 được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa
dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm.
- Khi nồng độ của chất đạt đến một trạng thái bão hòa tới hạn, trong dung
dịch sẽ xuất hiện đột ngột những mầm kết tụ.
Tổng hợp nano Fe3O4
Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- = Fe3O4 +
4H2O

Sóng siêu âm đóng vai trò
là tác chất xúc tác giúp đầy
nhanh tốc độ phản ứng và
giúp hình thành các hat
nano
Cơ sở lý thuyết
- Bề mặt hạt nano Fe3O4 được gắn các phân tử acid Oleic bằng sóng siêu âm
và khuấy cơ thông thường để tạo một lớp OA bao bọc quanh hạt nano thông
qua tương tác của nhóm carboxyl của OA với bề mặt của hạt.
- Yêu cầu đối với các tác nhân ghép nối : có nhóm liên kết đôi C=C để có thể
thực hiện phản ứng polymer hóa.
Gắn tác nhân ghép nối
Cơ sở lý thuyết
Bọc hạt nano Fe3O4
Phản ứng polymer hóa gốc tự do trong hệ vi nhũ tương được tạo ra bằng hệ
thống phản ứng khuấy trộn dưới tác động của sóng siêu âm trong dung môi
là nước.
2-Acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid
sodium salt solution ( AMPS)
acrylamide
Cơ sở lý thuyết
Quy trình tổng hợp nano Fe3O4
Gắn tác nhân ghép nối
Bọc hạt nano Fe3O4