Nghiên cứu phối trộn, tối ưu hóa tổ hợp demulsifier có khả năng ứng dụng hiệu quả trong xử lý tách nhũ dầu thô mỏ rồng ở điều kiện nhiệt độ thấp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

CHU QUANG HỒNG

NGHIÊN CỨU PHỐI TRỘN, TỐI ƯU HĨA TỔ HỢP
DEMULSIFIER CÓ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG HIỆU
QUẢ TRONG XỬ LÝ TÁCH NHŨ DẦU THÔ MỎ RỒNG
Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ THẤP
Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa dầu
Mã số:

605355

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2016


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS. Nguyễn Huỳnh Anh

Cán bộ chấm nhận xét 1:

TS. Hồ Quang Như

Cán bộ chấm nhận xét 2:

TS. Nguyễn Mạnh Huấn

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM, ngày . . . . . tháng . . . . năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch hội đồng: GS.TSKH Lưu Cẩm Lộc
2. Phản biện 1: TS. Hồ Quang Như
3. Phản biện 2: TS. Nguyễn Mạnh Huấn
4. Ủy viên: TS. Huỳnh Minh Thuận
5. Ủy viên, thư ký: TS. Nguyễn Quang Long
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CN.HÓA HỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

--------------------

--------------------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: CHU QUANG HOÀNG

MSHV: 12144448

Ngày, tháng, năm sinh: 26/01/1986

Nơi sinh: Lâm Đồng

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa dầu

Mã ngành: 60 53 55

I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU PHỐI TRỘN, TỐI ƯU HÓA TỔ HỢP
DEMULSIFIER CÓ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ TRONG XỬ LÝ
TÁCH NHŨ DẦU THÔ MỎ RỒNG Ở ĐIỀU KIỆN NHIỆT ĐỘ THẤP.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nội dung 1: Tổng quan về nhũ tương dầu mỏ và các phương pháp phá
nhũ dầu thơ trong q trình khai thác
Nội dung 2: Nghiên cứu phối trộn và tối ưu hóa hệ hóa phẩm có tác dụng
xử lý dầu thơ mỏ Rồng ở điều kiện nhiệt độ thấp
 Nghiên cứu các tính chất của dầu thơ mỏ Rồng
o Khảo sát điều kiện khai thác tại mỏ Rồng
o Phân tích và đánh giá các tính chất của dầu thơ mỏ Rồng
 Nghiên cứu, phối trộn, tối ưu hóa và khảo sát độ tách nhũ ở những điều kiện
nhiệt độ và nồng độ khác nhau để tìm ra hệ hố phẩm phù hợp để xử lý nhũ
tương trong dầu mỏ Rồng
o Nghiên cứu, khảo sát, đánh giá hiệu quả tách nhũ dầu mỏ của hóa phẩm
thương mại đang sử dụng rộng rãi trong phịng thí nghiệm.
o Nghiên cứu, tổ hợp những hệ hóa phẩm mới, có khả năng ứng dụng để

tách nhũ dầu mỏ Rồng trong điều kiện nhiệt độ thấp.
o Đánh giá, tối ưu và lựa chọn ra hệ hóa phẩm mới có hiệu quả tốt nhất
trong điều kiện khai thác tại mỏ Rồng


III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 11 Tháng 01 năm 2016
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 17 tháng 06 năm 2016
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

TS. NGUYỄN HUỲNH ANH;

Tp. HCM, ngày….tháng….năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Huỳnh Anh đã quan tâm,
tận tình hướng dẫn, chỉnh sửa và bổ sung nhiều kiến thức q báu trong q trình
tơi thực hiện luận văn.
Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến

an lãnh đ o Trung tâm Nghiên cứu và Phát

tri n hế biến u kh P Pro , đ c biệt là các anh ch em đang công tác t i ph ng
Phân t ch Th nghiệm và các em sinh viên đã t o m i điều kiện thuận l i đ tôi c
th hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này.

Xin chân thành cảm ơn các th y cô trong ộ môn Kỹ thuật Hóa h c, đ c biệt là các
Th y Cô của ộ môn ông nghệ hế biến
u kh – Trường Đ i h c ách khoa
thành phố Hồ h Minh đã giúp đỡ và t o điều kiện thuận l i cho tôi trong suốt
thời gian thực hiện luận văn. Xin gửi lời cảm ơn các b n trong nh m thực hiện đề
tài đã hết l ng giúp đỡ và động viên đ đề tài đư c hoàn thành đúng tiến độ.
M c dù đã nỗ lực trong việc nghiên cứu, tham khảo tài liệu và thực nghiệm, tuy
nhiên luận văn vẫn kh tránh khỏi những thiếu sót, rất mong q Th y Cơ, anh ch
và b n bè đ ng g p những ý kiến quý báu đ luận văn c th hoàn thiện hơn.
uối cùng, xin gửi lời chúc sức khỏe và thành công đến tất cả các th y cô và các
b n Trường Đ i h c ách Khoa Tp. Hồ h Minh.
TP. Hồ h Minh, ngày …. tháng … năm 2016
H c viên thực hiên

Chu Quang Hoàng


TÓM TẮT
Mỏ Rồng là một trong những mỏ d u đư c đưa vào thăm d và khai thác lâu đời
nhất t i thềm lục đ a

iệt Nam từ năm 1994. Tuy nhiên, đ c thù về đ a lý cũng như

h n chế về điều kiện kinh tế và kỹ thuật dẫn đến việc khai thác và xử lý d u thô t i
đây chưa mang l i hiệu quả kinh tế cao như mong đ i. ác quá trình xử lý d u
ngay t i mỏ khai thác luôn nhận đư c rất nhiều sự quan tâm của giới nghiên cứu.
Đ c biệt là quá trình xử lý nhũ tương c trong d u mỏ nhằm h n chế những tác
nhân gây ăn m n, ảnh hưởng tới chất lư ng d u trong các quá trình chế biến thứ
cấp, đồng thời quyết đ nh tới hiệu quả kinh tế của q trình khai thác. Ngồi ra, mỏ
Rồng với những điều kiện đ c biệt, là một trong những mỏ d u lâu đời nhất t i iệt

Nam. Hệ thống truyền tải d u, kh t i đây đư c xây dựng bằng công nghệ của Liên
bang Xô viết cũ và không sử dụng hệ thống b c cách nhiệt. Đồng thời, nhiệt độ
nước bi n rất thấp khoảng 21oC - 23o dẫn đến nhiệt độ của d u đ u giếng thấp
hơn nhiều so với các mỏ d u khác t i iệt Nam.
ì vậy, quá trình xử lý nhũ tương trong d u t i đây đ i hỏi phải tiêu tốn chi ph rất
lớn cho việc đưa nhiệt độ d ng d u lên nhiệt độ tách nhũ th ch h p. Đ khắc phục
vấn đề trên, việc tìm kiếm một hệ h a phẩm hiệu quả trong quá trình xử lý nhũ của
mỏ Rồng ở nhiệt độ thấp là hết sức c n thiết. Kết quả nghiên cứu của Luận văn bao
gồm đ c đi m t nh chất của d u mỏ Rồng, kết h p với việc khảo sát tối ưu hệ h a
phẩm, ki m nghiệm và tối ưu h a nhằm t o ra Tổ h p h a phẩm phù h p với đ c
t nh của d u mỏ Rồng. Kết quả của Luận văn cũng bước đ u tìm ra và hỗ tr đắc
lực cho quá trình xử lý nhũ ở trong điều kiện đ c biệt của mỏ Rồng.


ABSTRACT
The Dragon field is one of the most long-standing oil fields in

iet Nam‗s

mainland. Nevertheless, the exploitation as well as using of precious natural
resources has not been high economic efficiency as expected. The process of
preliminary oil processing at the fields always gets a lot of attention from
researchers, as it will influence the cost of production as well as the quality of
commercial oil. One of these is emulsion processing in oil. It helps limiting the
abrasive agent, which affects the quality of oil in the secondary processing and the
economic efficiency of exploitation process. Therefore, the aim of thesis is to blend,
optimize and create a chemicals mixture with fine activity, that possible supports
effectively for the emulsion processing in special conditions of Rong oil field.
Dragon field, with relatively special conditions, is one of the oldest oil fields in
Vietnam. Here, the oil and and gas transportation pipeline has been built with

outdated technology from the Soviet Union time which was not isolated. The
temperature of sea water is very low varying from 21 oC to 23oC which lead to the
significantly low temperature of crude oil at wellhead, comparing with other oil
fields in Viet Nam.
As the result, crude oil demulsification proceses requires hight cost to heat up the
product up to the suitable for demulsification temperature. A range of base chemical
from Solvay as well as their combinations have been tested and optimized to search
for the best formulation which gave the best effect on demulsification process at
low temperature for crude oil from Dragon reservoir. This finding might open a new
opportunies for potential treatment of emulsification in special condition of Dragon
field.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của tôi trong thời gian qua. Những kết
quả và các số liệu trong luận văn đư c tôi thực hiện t i Trung tâm Nghiên cứu và
Phát tri n hế biến

u kh P Pro , không sao chép từ bất kỳ nguồn nào khác.

Tơi hồn tồn ch u trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này.

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2016
H c viên thực hiện luận văn

Chu Quang Hoàng


MỤC LỤC
Chƣơng 1: MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1

1.1

Đ t vấn đề .......................................................................................................... 1

1.2

Mục tiêu nghiên cứu........................................................................................... 2

1.3

Ý nghĩa của luận văn .......................................................................................... 2

Chƣơng 2: TỔNG QUAN ............................................................................................... 3
2.1

Thành ph n và tính chất d u thơ ........................................................................ 3

2.2.1

Sự hình thành và phân lo i nhũ tương d u mỏ .................................................. 5

2.2.2

Độ bền của nhũ tương d u mỏ ........................................................................... 9

2.2.3

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của nhũ tương d u mỏ ............................... 11

2.2.4

Các chất ổn đ nh nhũ tương tự nhiên trong d u mỏ ........................................ 15

2.2.5

Các phương pháp phá nhũ ................................................................................ 17

2.3

Giới thiệu về mỏ Rồng ..................................................................................... 21

2.3.1

Đ c đi m v tr , đ a lý mỏ Rồng ....................................................................... 22

2.3.2

Tính chất nước vỉa và nước bi n vùng mỏ Rồng ............................................. 22

2.4

Tổng quan về chất phá nhũ và hệ hóa phẩm phá nhũ ...................................... 24

2.4.1

Giới thiệu chung ............................................................................................... 24

2.4.2

Các chất phụ gia phá nhũ ................................................................................. 25

2.4.3

ơ chế tác động của chất phá nhũ .................................................................... 27

Chƣơng 3: ĐẶC TÍNH DẦU THƠ MỎ RỒNG VÀ ĐỀ XUẤT
HỆ HĨA PHẨM: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ .................................. 32
3.1

ác phương pháp phân t ch d u thô ................................................................. 32


3.1.1

Xác đ nh hàm lư ng nước trong d u................................................................ 32

3.1.2

Xác đ nh độ nhớt theo phương pháp ASTM 445 .......................................... 33

3.1.3

Xác đ nh tỷ tr ng bằng phương pháp ASTM 4052 ....................................... 34

3.1.4

Xác đ nh đi m chảy bằng phương pháp ASTM 97 ....................................... 35

3.1.5

Xác đ nh nhiệt độ bắt đ u xuất hiện tinh th parafin (WAT) .......................... 36

3.1.6

Xác đ nh hàm lư ng asphalten theo phương pháp ASTM 6065 ................... 36

3.2

Kết quả phân tích tính chất của d u thô mỏ Rồng. .......................................... 37

3.2.1

Hàm lư ng nước: ............................................................................................. 37

3.2.2

Độ nhớt ............................................................................................................. 39

3.2.3

Tỷ tr ng ............................................................................................................ 39

3.2.4

Đi m chảy ........................................................................................................ 40

3.2.5

Nhiệt độ bắt đ u xuất hiện tinh th paraffin..................................................... 40

3.2.6

Hàm lư ng asphalten ....................................................................................... 41

3.3

Lựa ch n hóa phẩm cho nghiên cứu thực nghiệm ........................................... 43

Chƣơng 4: TỐI ƢU HÓA HỆ HÓA PHẨM CHO MỎ RỒNG:
THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................... 51
4.1

Phương pháp thực nghiệm ............................................................................... 51

4.1.1

Thiết b sử dụng tiến hành khảo sát khả năng phá nhũ của hóa phẩm ............. 51

4.2

Kết quả khảo sát khả năng phá nhũ.................................................................. 60

4.2.1

Khảo sát khả năng phá nhũ của hóa phẩm thương m i đối với
d u mỏ Rồng kết h p gia nhiệt ở 60oC ............................................................ 60

4.2.2

Khảo sát phá nhũ bằng các hóa phẩm riêng biệt kết h p

gia nhiệt ở 60oC ................................................................................................ 62


4.2.3

Khảo sát q trình phá nhũ bằng các hóa phẩm phá nhũ đư c
phối trộn với nhau kết h p gia nhiệt ở nhiệt độ 60oC ..................................... 65

4.2.4

Khảo sát quá trình phá nhũ của 3 tổ h p hóa phẩm với tỉ lệ
đư c lựa ch n với hàm lư ng 1000(ppm) kết ở nhiệt độ 55oC ....................... 69

4.2.5

Khảo sát khả năng tách nhũ của hệ hóa phẩm lựa ch n ở
các hàm lư ng khác nhau t i 55oC ................................................................... 71

4.2.6

So sánh khả năng tách nhũ của hệ hóa phẩm phối trộn với
khả năng tách nhũ của hóa phẩm F46 thương m i ở 55oC .............................. 73

Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................... 79
Tài liệu tham khảo ........................................................................................................... 81


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
HĐ M

Ho t động bề m t

KL

Khối lu ng

TT

Th tích

O/W

Oil in water Nhũ tương d u trong nước)

W/O

Water in oil Nhũ tương nước trong d u)

ASTM

American society for testing and material
(Hiệp hội ki m đ nh vật liệu Mỹ)

RSN

Relative solubility number (Chỉ số hòa tan
tương đối)

HLB

Hydrophilic - lipophilicol balance (Cân bằng
ưa d u – ưa nước)


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Cấu trúc h p chất nhựa trong d u mỏ ................................................................ 4
Hình 2.2 Cấu trúc phân tử asphaltene trong d u mỏ ......................................................... 5
Hình 2.3 Nhũ tương ngh ch nước trong d u (W/O) .......................................................... 6
Hình 2.4 Nhũ tương thuận d u trong nước (O/W) ............................................................ 6
Hình 2.5 Hình ảnh nhũ tương ngh ch nước trong d u (W/O) và
nhũ tương thuận d u trong nước (O/W) ............................................................. 7
Hình 2.6 Mơ hình ổn đ nh của d u thơ .............................................................................. 8
Hình 2.7 ơ chế hình thành nhũ tương ............................................................................. 9
Hình 2.8 Bản đồ v trí mỏ Rồng ...................................................................................... 22
Hình 2.9 Sơ đồ nguyên tắc của chất ho t động bề m t ................................................... 25
Hình 2.10 ơ chế phá nhũ của chất HĐ M.................................................................... 27
Hình 2.11 Sơ đồ bi u diễn q trình tách nước khi có chất HĐ M ............................... 28
Hình 2.12 Đồ th ổn đ nh của d u thô dựa trên hàm lư ng
các cấu tử h p thành....................................................................................... 29
Hình 3.2 Thiết bi xác đ nh hàm lư ng nước bằng chưng cất .......................................... 33
Hình 3.3 B ổn nhiệt và nhớt kế ...................................................................................... 34
Hình 3.4 Máy đo tỷ tr ng theo tiêu chuẩn ASTM D4052............................................... 35
Hình 3.5 Máy đo đi m chảy ............................................................................................ 35
Hình 3.6 Máy đo nhiệt độ bắt đ u xuất hiện tinh th paraffin ........................................ 36
Hình 3.7 Bộ chưng hồi lưu xác đ nh hàm lư ng Asphanten trong d u mỏ .................... 37
Hình 3.8 Kết quả xác đ nh hàm lư ng nước theo tiêu chuẩn
ASTM D4007 bằng máy ly tâm ....................................................................... 38


Hình 3.9 Kết quả xác đ nh hàm lư ng nước theo phương pháp

chưng cất ASTM D95 của d u thơ mỏ Rồng .................................................. 38
Hình 3.10 Ống đựng mẫu đo đi m chảy của d u thô mỏ Rồng ...................................... 40
Hình 3.11 Đồ th xác đ nh nhiệt độ bắt đ u xuất hiện tinh th parafin ........................... 41
Hình 3.12 Hình ảnh cấu trúc của một phân tử Formaldehyde Resin Oxyalkylate .......... 48
Hình 3.13 Hình ảnh cấu trúc của một phân tử Polimerized polyols/Diepoxide.............. 48
Hình 3.14 Hình ảnh cấu trúc của một phân tử
Oxyalkylate /Glycerine Oxyalkylate .............................................................. 49
Hình 3.15 Hình ảnh cấu trúc của một phân tử Ester ....................................................... 49
Hình 3.16 Hình ảnh cấu trúc của một phân tử Alkoxylated Amines/
TEPA Oxyalkylate ......................................................................................... 50
Hình 4.1 Sơ đồ tiến hành thử nghiệm khả năng phá nhũ của hóa phẩm
phối trộn đối với d u thơ mỏ Rồng ................................................................ 56
Hình 4.2 Sơ đồ t o nhũ tương nhân t o d u tho mỏ Rồng ........................................... 57
Hình 4.3 Quy trình pha trộn hóa phẩm phá nhũ từ hóa chất gốc của Solvay ............... 58
Hình 4.4 Hóa phẩm phá nhũ sau khi pha dung mơi ...................................................... 59
Hình 4.5 Thiết b xác đ nh độ tách nhũ của d u thơ ..................................................... 60
Hình 4.6 Hình ảnh kết quả phá nhũ của F46 t i 55oC .................................................. 61
Hình 4.7 Đồ th khảo sát khả năng tách nhũ của hóa phẩm F46 t i
các hàm lư ng khác nhau ở nhiệt độ 55oC..................................................... 62
Hình 4.9 Đồ th khảo sát phá nhũ ở 60oC của một số hóa phẩm riêng biệt .................. 64
Hình 4.10 Đồ th khảo sát khả năng phá nhũ của các nhóm tỷ lệ 3
hóa phẩm đư c lựa ch n ở nhiệt độ 60ºC ...................................................... 69
Hình 4.11 Hình ảnh kết quả phá nhũ của tổ h p hóa phẩm lựa ch n ở 3
tỉ lệ khác nhau t i nhiệt độ 55oC ................................................................... 70


Hình 4.12 Đồ th khảo sát khả năng phá nhũ của 3 tổ h p hóa phẩm
đư c ch n lựa ở nhiệt độ 55oC ....................................................................... 71
Hình 4.13 Đồ th khảo sát khả năng phá nhũ của mẫu hóa phẩm số V t i các
hàm lư ng khác nhau ở nhiệt độ 55oC ........................................................... 72

Hình 4.14 Hình ảnh kết quả so sánh khả năng tách nhũ của tổ h p số IV
và F46 với hàm lư ng 1000 ppm t i 55oC .................................................... 74
Hình 4.15 Đồ th khảo sát khả năng tách nhũ của F46 và tổ h p số IV
với hàm lư ng 1000 ppm t i nhiệt độ 55oC .................................................. 74
Hình 4.16 Hình ảnh kết quả so sánh khả năng tách nhũ của tổ h p số V
và F46 với hàm lư ng 1000 ppm t i 55oC .................................................... 75
Hình 4.17 Đồ th khảo sát khả năng tách nhũ của F46 và tổ h p số V
với hàm lư ng 1000 ppm t i nhiệt độ 55oC .................................................. 76
Hình 4.18 Hình ảnh kết quả so sánh khả năng tách nhũ của tổ h p số VIII
với hàm lư ng 1000 ppm t i nhiệt độ 55oC .................................................. 77
Hình 4.19 Đồ th khảo sát khả năng tách nhũ của F46 và tổ h p số VIII
với hàm lư ng 1000 ppm t i nhiệt độ 55oC .................................................. 78


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Đ c tính của nước vỉa mỏ Rồng..................................................................... 23
Bảng 3.1 Các hóa phẩm phá nhũ sử dụng đ làm thực nghiệm nghiên cứu ................. 46
Bảng 4.1 Các dụng cụ sử dụng trong Luận văn ............................................................ 52
Bảng 4.2 Kết quả khảo sát khả năng phá nhũ của F46.................................................. 61
Bảng 4.3 Kết quả phá nhũ bằng hóa phẩm riêng biệt t i nhiệt độ 60oC ....................... 64
Bảng 4.4 Bảng quy ước tỷ lệ phối trộn các chất phá nhũ.............................................. 66
Bảng 4.5 Bảng Số liệu phối trộn theo tỷ lệ khác nhau của 3 hóa chất gốc
lựa ch n đ tiếp tục nghiên cứu khả năng phá nhũ ....................................... 67
Bảng 4.6 Bảng số liệu pha trộn với dung môi và chất keo tụ các theo các
tỷ lệ hóa phẩm đã ch n lựa ở nồng độ 10% ................................................... 67
Bảng 4.7 Bảng kết quả của quá trình khảo sát khả năng tách nhũ của
hệ hóa phẩm với các tỷ lệ khác nhau ............................................................. 68
Bảng 4.8 Kết quả khảo sát quá trình phá nhũ của 3 hệ hóa phẩm với tỉ lệ
đư c lựa ch n với hàm lư ng 1000(ppm) kết h p gia nhiệt ở 55oC ............. 70
Bảng 4.9 Bảng kết quả khảo sát khả năng tách nhũ của hệ hóa phẩm

số V ở các hàm lư ng khác nhau t i 55oC .................................................... 72
Bảng 4.10 Bảng Số liệu so sánh khả năng tách nhũ giữa hóa phẩm số IV
với hóa phẩm thương m i F46 với hàm lư ng 1000 ppm ở 55ºC ................ 73
Bảng 4.11 Số liệu kết quả khảo sát khả năng tách nhũ của hóa phẩm F46
và hệ hóa phẩm số V với hàm lư ng 1000 ppm ở 55ºC ................................ 75


Luận văn thạc sỹ

HVCH: Chu Quang Hoàng

Chƣơng 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
T i thềm lục đ a Việt Nam hiện có rất nhiều các mỏ d u khí lớn, nhỏ với nhiều tính
chất đa d ng khác nhau đã đư c đưa vào khai thác. Một trong những mỏ d u có
điều kiện tương đối đ c biệt đ là mỏ Rồng thuộc Liên doanh Việt Nga
(VietsovPetro). ác đ u giếng t i đây c nhiệt độ tương đối thấp từ 30-55oC, thấp
hơn nhiều so với điều kiện tách nhũ lý tưởng của d u khoảng từ 70-90o , ch nh điều
kiện đ đã t nhiều gây kh khăn trong việc xử lý nhũ tương trong d u, ảnh hưởng
khơng nhỏ tới hiệu suất của q trình khai thác.
Hiện nay, nhiều công ty trên thế giới đã nghiên cứu, áp dụng hệ vi nhũ tương trên
cơ sở d u/nước, chất ho t động bề m t và các phụ gia đ xử lý nhũ tương d u
nước. Nhưng theo những nghiên cứu về khả năng xử lý nhũ cho thấy, không c
một h a chất tách nhũ v n năng nào c th ứng dụng cho nhiều lo i d u khác nhau.
vì mỗi một lo i d u khác nhau đều c các đ c thù, t nh chất lý h a khác nhau. M t
khác, với điều kiện hiện t i của mỏ Rồng, đ xử lý triệt đ nhũ tương trong d u đ i
hỏi ta phải đưa nhiệt độ d ng d u lên cao và tốn rất nhiều chi ph , năng lư ng. ậy
nên, tìm ra đư c một lo i h a chất phù h p với yêu c u riêng cho mỏ Rồng là một
yêu c u cấp thiết đ giải quyết đư c vấn đề nêu trên nhằm giảm chi ph trong quá
trình khai thác, vận chuy n và chế biến d u thô.

o đ , Luận văn ―Nghiên cứu phối trộn, tối ưu h a tổ h p emulsifier c khả năng
ứng dụng hiệu quả trong xử lý tách nhũ d u thô mỏ Rồng ở điều kiện nhiệt độ
thấp‖ đư c đề ra đ giải quyết vấn đề nêu trên.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu ch nh của Luận văn là tìm ra mối tương quan/mối quan hệ giữa tổ h p
h a phẩm xử lý nhũ tương với đ c t nh đ c biệt của mỏ Rồng. Đ đ t đư c mục
tiêu nêu ra, Luận văn sẽ đi vào giải quyết các vấn đề sau:
Phân t ch đánh giá đ c t nh, t nh chất của d u thô mỏ Rồng, từ đ c nhưng
so sánh đánh giá so với các lo i mỏ d u khác ở iệt Nam;
Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả tách nhũ của hệ h a phẩm dựa trên một số
h a phẩm thương m i đối với d u thô mỏ Rồng;
Nghiên cứu, tổ h p những hệ h a phẩm mới, c khả năng ứng dụng đ tách
nhũ d u mỏ Rồng trong điều kiện nhiệt độ thấp;
Đánh giá, tối ưu và lựa ch n ra hệ h a phẩm mới c hiệu quả tốt nhất trong
1


Luận văn thạc sỹ

HVCH: Chu Quang Hoàng

điều kiện khai thác t i mỏ Rồng;
1.3 Ý nghĩa của luận văn
Việc xử lý nhũ trong d u thô rất c ý nghĩa trong quá trình khai thác, nhằm ngăn
ch n đư c tác h i của nước, quyết đ nh tính chất và chất lư ng d u trong quá trình
tồn trữ và chế biến d u mỏ t i nhà máy l c d u. Đối với mỏ Rồng, việc tìm ra hệ
hóa phẩm phù h p với điều kiện t i mỏ c ý nghĩa rất lớn trong bối cảnh giá d u
giảm sâu như hiện t i. Hệ hóa phẩm mới sẽ đ ng vai trò lớn trong việc giảm chi phí
sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế cho quá trình khai thác.
Đồng thời, kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ là cơ sở dữ liệu quan tr ng đ phục

vụ cho quá trình nghiên cứu phối trộn và tối ưu nhằm tìm ra những hệ hóa phẩm
phá nhũ phù h p, ứng dụng cho những mỏ d u có tính chất tương đồng sau này.

2


Luận văn thạc sỹ

HVCH: Chu Quang Hoàng
Chƣơng 2: TỔNG QUAN

2.1 Thành phần và tính chất dầu thơ
Như chúng ta đã biết thành ph n ch nh của d u thô là hydrocacbon (parafins,
napthalen, aromatics). Bên c nh đ , một lư ng h p chất phân đo n trung bình và
n ng như nhựa (resin), asphaltene. ốn thành ph n ch nh của d u thơ qua việc
phân tích bằng phương pháp SARA (Saturate Aromatic Resin Asphaltene) như sau:
- H p chất bão hòa (Saturate):
- H p chất m ch vòng (Aromatics);
- Nhựa (Resin);
- Asphaltene.
Hợp chất bão hòa (Saturate): Gồm những hydrocacbon bão h a m ch hở Parafin
và những hydrocacbon v ng bão h a Naphten . Parafin là những hydrocarbon no,
m ch hở thẳng ho c nhánh và là h p chất không phân cực. Parafin là h p chất
giàu hydro nhất so với các hydrocarbon khác và có số nguyên tử carbon từ 1 đến
100. ới điều kiện nhiệt độ và áp suất thường, parafin c th là kh , lỏng, rắn.
Parafin thường tương đối bền vững trong những phản ứng h a h c so với những
hydrocarbon khác. Parafin không tan trong nước và dễ tan trong các dung môi
không phân cực. ác parafin m ch dài thường t o sáp wax ở nhiệt độ thấp.
Naphten là hydrocacbon vòng bão hòa, chứa từ 3 đến 10 nguyên tử cacbon trong
một v ng nhưng chủ yếu là 5 ho c 6 nguyên tử vì lo i này bền vững trong d u mỏ.

Hydrocarbon naphten bão h a cũng c t nh chất bền vững giống như paraffin và c
một số t nh chất h a h c đ c trưng như:
Hydrocarbon thơm (Aromatic): là các hydrocacbon đư c cấu t o một ho c nhiều
nhân benzene. So với parafin và naphthalen, hàm lư ng aromatic trong d u thấp
hơn. Aromatic c t nh phân cực nhẹ, một số aromatic nhẹ tan hoàn toàn trong rư u,
ether và hydrocarbon. Aromatic c nhánh ngắn thì h a tan m nh trong dung môi
như anilin, nitrobenzene, phenol. Aromatic (như benzene ho c toluene) hòa tan
đư c các kết tủa asphaltene.
Nhựa (Resin): Ngoài thành ph n ch nh là carbon và hydro, nhựa c chứa các
nguyên tố khác như oxy, lưu huỳnh và nitơ (xem Hình 1.1). Nhựa c cấu trúc phân
cực, phân tử c cấu t o đa v ng gồm nhiều v ng benzene, nhiều nhánh alkyl và các
nguyên tố khác như nitơ, lưu huỳnh. Số v ng benzene trong nhựa t hơn trong
asphaltene, thông thường là từ 3 đến 6 v ng. Tỷ lệ hydro/carbon trong nhựa vào
3


Luận văn thạc sỹ

HVCH: Chu Quang Hoàng

khoảng 1,2 đến 1,7, cao hơn so với asphaltene H/ = 0.9 – 1,2). Nhựa cũng
thường đư c đ nh nghĩa là phân đo n tan trong các parafin nhẹ như pentane ho c
heptane, nhưng không tan trong propane lỏng. Tr ng lư ng phân tử nhựa lớn đến
1000 g/mol, tuy nhiên vẫn nhỏ hơn so với asphalten đây là thành ph n c khối
lư ng phân tử lớn nhất trong d u thô .

Hình 2.1 Cấu trúc hợp chất nhựa trong dầu mỏ
Trong thành ph n của d u thơ thì nhựa và asphalten là hai thành ph n đ ng vai tr
làm chất ổn đ nh nhũ tự nhiên, vì vậy xác đ nh đư c hàm lư ng nhựa và asphalten
trong d u thô c ý nghĩa hết sức quan tr ng trong công tác xử lý nhũ tương trong

d u mỏ.
Asphaltene: Đây là thành ph n n ng nhất của d u thô, không tan trong n-alkane
(như n-heptane, n-pentane) nhưng tan trong hydrocarbon thơm (như benzene,
toluene,...). Khác với nhựa, asphalten không tan trong xăng ho c ete d u hỏa. Khả
năng h a tan của asphaltene phụ thuộc vào cân bằng về thành ph n của các phân
đo n khác trong d u mỏ (như paraffin, aromatic). ất kỳ sự thay đổi của cân bằng
này c th dẫn đến sự kết h p của các h t asphaltene làm gia tăng k ch thước của
nó đ t o thành các h t asphalten lớn hơn. Asphalten thường thấy trong những
ph n c n chưng cất của nhà máy l c d u NML . Asphalten chia thành 2 phân
nh m dựa theo t nh h a tan của chúng trong cacbon tetra clorua
l 4): Asphalten
tan trong CCl4 và asphanten không tan trong CCl4. Khối lư ng phân tử của
asphaltene tùy thuộc vào nguồn d u thô và thông thường nằm trong khoảng 500
4


Luận văn thạc sỹ

HVCH: Chu Quang Hoàng

đến 20.000 g/mol. Một v dụ về cấu trúc phân tử asphalten như ở Hình 1.2.

Hình 2.2 Cấu trúc phân tử asphaltene trong dầu mỏ
iệc xác đ nh ch nh xác cấu t o phân tử của asphalten rất kh khăn, tuy nhiên có
th thấy nhận đ nh asphalten c cùng h với những hydrocacbon thơm đa v ng và
bao gồm nhiều nguyên tố khác như N, S, O,…
2.2 Tổng quan về nhũ tƣơng dầu mỏ
2.2.1 phân loại nhũ tƣơng dầu mỏ
Nhũ tương là một hệ phân tán cao của hai chất lỏng không tan lẫn ho c tan rất ít vào
nhau. Có rất nhiều cách phân lo i nhũ tươn d u mỏ. Tùy theo môi trường phân tán

mà phân chia thành các lo i nhũ tương như sau:
Nhũ tương nước trong dầu (W/O): Đây là lo i nhũ tương ngh ch và là lo i
nhũ tương ch nh thường g p trong thực tế khai thác d u mỏ. Hàm lư ng pha
phân tán nước trong pha liên tục d u mỏ c th thay đổi từ vết đến 90 95% tùy theo đ c đi m và t nh chất từng giếng khai thác. T nh chất lo i nhũ
này ảnh hưởng lớn đến q trình cơng nghệ khai thác, thu gom d u và đến
việc lựa ch n công nghệ và kỹ thuật tách nhũ.

5


Luận văn thạc sỹ

HVCH: Chu Quang Hồng

Hình 2.3 Nhũ tƣơng nghịch nƣớc trong dầu (W/O)
Nhũ tương thuận dầu trong nước (O/W): Nhũ tương này t o thành trong
quá trình phá nhũ tương ngh ch (quá trình phá nhũ tương d u mỏ , trong
quá trình tác động nhiệt hơi nước lên vỉa và trong quá trình xử lý nước thải.
Nhũ tương d u trong nước thuộc lo i nhũ tương lỗng. Cơng nghệ phá nhũ
tương thuận đơn giản hơn so với phá nhũ tương ngh ch.

Hình 2.4 Nhũ tƣơng thuận dầu trong nƣớc (O/W)
Nhũ tương hỗn hợp: có th là nhũ tương thuận hay nhũ tương ngh ch trong
đó pha phân tán cũng là nhũ tương chứa các h t nhỏ của pha liên tục. Nhũ
tương này có th xuất hiện khi đồng thời có trong hệ 2 chất t o nhũ có tác
động trái ngư c nhau. Nhũ tương này đ c trưng bởi hàm lư ng t p chất cơ
h c và rất kh phá. Nhũ tương này t ch tụ trên ranh giới phân pha trong các
thiết b xử lý d u thô và nước. Trong thực tế sau một khoảng thời gian xử lý
nhất đ nh, người ta làm s ch đ nh kỳ thiết b , lo i lớp nhũ tích tụ này vào các
b chứa hay bẫy d u. Nhũ tương hỗn h p đư c xử lý trong những chế độ

6


Luận văn thạc sỹ

HVCH: Chu Quang Hồng

cơng nghệ khắt khe ho c đem đốt.

Hình 2.5 Hình ảnh nhũ tƣơng nghịch nƣớc trong dầu (W/O) và nhũ tƣơng
thuận dầu trong nƣớc (O/W)
Ph n lớn d u thô khi khai thác lên chứa nhũ, d ng nhũ tương này chủ yếu là d ng
nhũ tương nước trong d u (W/O). Những gi t nước đư c t o thành có d ng hình
c u do sức căng bề m t ranh giới buộc chúng phải co l i đ giảm diện tích của bề
m t tiếp xúc với d u. Lo i nhũ tương này thường rất bền và khó phá.
Bên c nh việc phân lo i nhũ tương d u trong nước, nước trong d u, dựa vào đ c
đi m điện tích của nhũ tương, người ta chia ra làm các lo i như tương sau: nhũ
tương cationic, nhũ tương anionic, nhũ tương noionic, và nhũ tương hỗn h p:
Nhũ tương cationic: là lo i nhũ tương gốc axit đồng thời là lo i nhũ tương
c sử dụng chất nhũ h a là các muối c nguồn gốc axit, nhũ tương gốc axit
c độ pH = 2 ’ 6.
Nhũ tương anionic: là lo i nhũ tương gốc kiềm, lo i nhũ tương này sử dụng
chất nhũ h a là các muối c nguồn gốc kiềm. ẫn đến nhũ tương này c độ
pH đ c trưng cho các lo i muốn kiềm pH = 9 ÷ 12.
Nhũ tương nonionic: là lo i nhũ tương không ion, nhũ tương lo i nà y
sử dụng chất nhũ h a mà khi trong dung d ch nước, chúng không
phân ly thành các ion.
Nhũ tương hỗn h p: là lo i nhũ tương c chứa trong thành ph n cả
hai lo i nhũ tương mang hai lo i điện t ch khác nhau (cationic và anionic).

7


Luận văn thạc sỹ

HVCH: Chu Quang Hoàng

Về cơ bản, d u mỏ đư c ổn đ nh (tức là chưa hình thành nhũ tương theo mơ hình
theo Hình 1.6 sau. Trong mơ hình ổn đ nh của d u thơ, nhựa và asphalten là hai
thành ph n có cấu t o phân cực nhất. Do vậy, asphalten đư c ổn đ nh bên trong d u
bởi các nhựa (resin), aromatic và saturate.

Hình 2.6 Mơ hình ổn định của dầu thơ
Trong q trình khai thác, do có sự giảm áp suất liên tục từ vỉa lên đ u giếng làm
cho dòng d u di chuy n với tốc độ rất cao, làm mất cân bằng nhiệt động của tr ng
thái ổn đ nh d u thô ban đ u. Nhựa và asphalten sẽ b tách ra khỏi tr ng thái cân
bằng ban đ u, các phân tử asphaltene kết h p l i với nhau t o các h t k ch thước
lớn, những h t này có tính ho t động bề m t cao. Những h t asphaltene này hấp phụ
vào bề m t nước cùng với các h t rắn và muối khác ho t động và t o thành nhũ
tương. Nhũ tương bắt đ u t o thành trong q trình d u thơ chuy n động theo thân
giếng lên bề m t. Khi chuy n động trong ống khai thác, áp suất giảm liên tục từ đáy
giếng lên m t giếng, d u  nước  khí và các thành ph n ổn đ nh nhũ tự nhiên va
ch m, xáo trộn vào nhau t o thành hỗn h p. Khi lên đến m t giếng áp suất giảm
xuống thấp, khí tách ra, từ đ hình thành nhũ tương. Khi đ với bản chất là các chất
ho t động bề m t, với sức căng bề m t lớn hơn nước, chỉ số RSN trong khoảng 3-8,
các h p ph n nhựa và asphanten c xu hướng liên kết l i với nhau, bao quanh các
gi t nước và t o thành nhũ tương tồn t i ổn đ nh.
Sau khi đư c t o thành, nhũ tương tồn t i ở tr ng thái ổn đ nh và bền vững với một
lớp màng bảo vệ, bao b c xung quanh các h t nhũ, lớp màng này chủ yếu là
asphanten, một ph n nhỏ nhựa và parafin, chúng đều là các cấu tử phân cực nên liên

kết với nhau rất bền vững. Đồng thời các h t nhũ c xu hướng chống l i sự liên kết,

8


Luận văn thạc sỹ

HVCH: Chu Quang Hồng

kết dính giữa các h t nhũ nhờ có sự ổn đ nh khơng gian kiên kết giữa các ph n tử
asphanten và gữa các h t nhũ với nhau.

Hình 2.7 Cơ chế hình thành nhũ tƣơng
Ngoài ra, trong hệ thống thu gom, do áp suất giảm liên tục khi qua các bình áp và
do bơm vận chuy n cũng làm tăng thêm độ phân tán các gi t nước trong d u mỏ
nên cũng hình thành nhũ tương. Nhũ tương trong d u thô đư c ổn đ nh bởi lớp
phim bề m t cứng như một lớp vỏ bao b c phía ngoài h t nước và ngăn cản các gi t
nước đ tiếp xúc và h p nhất l i với nhau. Sự ổn đ nh của nhũ tương do các chất
ho t động bề m t c xu hướng tập trung ở bề m t tiếp xúc của d u/nước nơi hình
thành lớp phim. Các chất ho t động bề m t làm giảm sức căng bề m t và thúc đẩy
sự phân tán, nhũ tương h a của các gi t nước. Thành ph n chính của lớp phim
mỏng là như asphaltene, nhựa, axit hữu cơ. húng c tác dụng ổn đ nh nhũ, đảm
bảo cho sự tồn t i của nhũ trong hỗn h p với d u mỏ.
2.2.2 Độ bền của nhũ tƣơng dầu mỏ
Hỗn h p d u nước là sự tham gia vào hai pha riêng biệt và có th xuất hiện dưới
d ng nhũ tương. Nhũ tương là hỗn h p ổn đ nh của hai chất lỏng khơng hịa tan vào
nhau và gồm một pha phân tán đư c phân tán trong một pha liên tục dưới d ng
những gi t nhỏ. K ch thước gi t đi n hình cho nhũ tương nước/d u là từ 0,1 - 5µm.
Trên 5µm, các gi t nước h p l i thành các gi t nước tự do.
c xu hướng đư c hòa tan trong d u.

ưới 0,1µm gi t nước

Đối với nhũ tương d u mỏ, chỉ tiêu quan tr ng nhất là độ bền  chính là khả năng
trong một khoảng thời gian nhất đ nh không b phá vỡ, không b tách thành hai pha
không trộn lẫn. Sự ổn đ nh của nhũ tương phụ thuộc vào năng lư ng tự do của sự
9