Nghiên cứu khả năng tách lớp của hệ dầu và hạn chế khả năng ăn mòn của nước bằng khống chế ăn mòn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------oOo--------

NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁCH LỚP CỦA
HỆ DẦU VÀ HẠN CHẾ KHẢ NĂNG ĂN MÒN
CỦA NƯỚC BẰNG KHỐNG CHẾ ĂN MÒN

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
MÃ SỐ NGÀNH : 2.10.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒØ CHÍ MINH, THÁNG 10 NĂM 2005


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
PHÒNG DẦU KHÍ VÀ XÚC TÁC - VIỆN CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS. TSKH. LƯU CẨM LỘC

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1 :

CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2 :

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐƯC BẢO VỆ TẠI HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, NGÀY THÁNG

NĂM 2004


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên
: Nguyễn Thị Quỳnh Giao
Ngày, tháng, năm sinh : 23 – 05 – 1975
Chuyên ngành
: Công nghệ Hoá Học
I. TÊN ĐỀ TÀI

Phái : Nữ
Nơi sinh : Phú Yên
Mã số : 00503112

: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TÁCH LỚP CỦA
HỆ DẦU VÀ HẠN CHẾ KHẢ NĂNG ĂN MÒN
CỦA NƯỚC BẰNG KHỐNG CHẾ ĂN MÒN

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

• Xác định một số tính chất vật lý của dầu Rồng
• Xác định hàm lượng nước của dầu Rồng
• Phân tích thành phần nước của dầu Rồng

• Khảo sát khả năng tách lớp nước của dầu Rồng
• Khảo sát khả năng ăn mòn của nước tách từ dầu Rồng
• Tổng hợp chất ức chế ăn mòn và xác định hàm lượng tối ưu của chất
ức chế
• Đánh giá hiệu quả chống ăn mòn của chất ức chế
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

:

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS - TSKH LƯU CẨM LỘC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

tháng

năm

KHOA QUẢN LÝ NGAØNH


Lời cảm ơn
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến :

−

PGS. TSKH Lưu Cẩm Lộc đã tận tình hướng dẫn giúp tôi hoàn thành luận

văn tốt nghiệp.
−

Các thầy cô khoa công nghệ hóa học và dầu khí trường Đại học Bách khoa

Tp.HCM.
−

Các thầy cô cùng tập thể cán bộ công nhân viên của Viện Công nghệ Hóa

học đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong thời gian tôi nghiên cứu vừa
qua.
−

Cám ơn kỹ sư Nguyễn Thúy i - phụ trách phòng thí nghiệm Khoa vật liệu

học trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã hỗ trợ thiết bị cho việc nghiên cứu
của tôi.
−

Cám ơn gia đình, bạn bè và nhất là chồng tôi Nguyễn Văn Tuân - kỹ sư

công nghệ mỏ đã ủng hộ tinh thần cho tôi hoàn thành luận văn này.

Sinh viên
Nguyễn Thị Quỳnh Giao

Lời mở đầu
Từ khi con người tìm được dầu mỏ thì nguồn nhiên liệu hóa thạch này đã
cung cấp cho con người một nguồn năng lượng khồng lồ với những đặc tính vô
cùng q giá. Đó là giá rẽ, sản phẩm có chất lượng cao, thuận tiện cho quá trình
tự động hóa, dễ khống chế các điều kiện công nghệ và công suất chế biến lớn,
v.v… Mặc dù, hiện nay người ta đang tìm kiếm và áp dụng các nguồn năng lượng
mới nhưng dầu mỏ vẫn đóng vai trò chủ yếu, chiếm từ 65 đến 70% năng lượng sử
dụng trên thế giới.
Việc khai thác dầu thô diễn ra ở đất liền hay ngoài khơi. Một vấn đề lớn đặt
ra trong khai thác dầu thô ở ngoài khơi chính là sự tác động ăn mòn thường xuyên
trong các đường ống dẫn và các công trình ngập trong nước của giàn khoan. Đây
là yếu tố quyết định khả năng làm việc ổn định của đường ống và là nguyên nhân
gây hư hỏng đường ống và cháy nổ trên giàn. Ví dụ như vụ cháy nổ giàn khoan ở
biển Bắc, vụ nổ đường ống dẫn dầu ở Hàn Quốc, vụ nổ đường ống dẫn khí ở
Xebêri.
Qua số liệu tổng hợp, các thành phần ăn mòn trong pha dầu là rất nhỏ và
hàm lượng nước ở dạng nhũ ít nên việc gây ăn mòn không đáng kể. Vấn đề ăn
mòn ở đây bắt nguồn từ pha nước tự do. Dầu nhiễm nước 50 – 90% di chuyển
với tốc độ dòng là 0.1 – 0.9 m/ s sẽ có sự phân lớp nước – dầu trong đường ống.
Khi phân lớp trên bề mặt phân chia pha dầu – nước sẽ tạo thành dòng xoáy có
khả năng bóc màng carbonat sắt bảo vệ ra khỏi phần nước của đường ống tạo
điều kiện ăn mòn nội đường ống.
Ở Việt Nam, dầu khí được phát hiện vào ngày 26/6/1986. Tấn dầu đầu tiên
được khai thác từ mỏ dầu Bạch Hổ. Tiếp theo, nhiều mỏ dầu khí ở thềm lục địa
phía Nam đi vào khai thác như mỏ Đại Hùng, Rồng, Rạng Đông, Lan Tây, Lan
Đỏ… Dầu khí đã trở thành ngành mũi nhọn, góp phần rất lớn cho sự nghiệp công
nghiệp hóa – hiện đại hóa của đất nước.
Hiện nay để nâng cao hệ số thu hồi dầu mỏ ở ngoài khơi, người ta áp dụng

các giải pháp công nghệ bơm ép nước, bơm ép nước có pha trộn phụ gia, gia

iii


nhiệt. Chính vì vậy mà ngày càng có nhiều nước hiện diện trong dầu thô khi khai
thác lên. Công tác chống ăn mòn trong đường ống còn khá mới mẻ đối với
Vietsovpetro nên cần được nghiên cứu. Cụ thể, ta cần đánh giá mức độ ăn mòn
của nước tách từ dầu và đưa ra biện pháp chống ăn mòn bằng cách chất ức chế ăn
mòn trong vận chuyển.

iv


MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI
Trong quá trình khai thác và vận chuyển dầu và khí xuất hiện vấn đề ăn
mòn nội bề mặt đường ống và thiết bị. Bài toán đặt ra cho ngành Dầu khí Việt
nam là phải giải quyết vấn đề này nhằm giảm thiểu nguy hiểm trong vận hành
do đường ống hoặc thiết bị bị ăn mòn và tăng tuổi thọ sử dụng cho hệ thống vận
chuyển dầu khí. Trong giới hạn của thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp, mục
đích của đề tài là:
-

Xác định một số tính chất vật lý của dầu Rồng

-

Xác định hàm lượng nước của dầu Rồng

-

Phân tích thành phần nước của dầu Rồng

-

Khảo sát khả năng tách lớp nước của dầu Rồng

-

Khảo sát khả năng ăn mòn của nước tách từ dầu Rồng

-

Tổng hợp chất ức chế ăn mòn và xác định hàm lượng tối ưu của
chất ức chế

-

Đánh giá hiệu quả chống ăn mòn của chất ức chế

Luận văn này được thực hiện tại phòng Dầu khí – Xúc tác, Viện Công nghệ
Hóa học thuộc Viện Khoa học và Công ngheä Vieät Nam.

v


MỤC LỤC
Chương 1

TỔNG QUAN

1.1. Vài nét về dầu khí Việt Nam và hệ thống khai thác - vận chuyển dầu khí

của mỏ Rồng
1.2. Giới thiệu dầu thô mỏ Rồng
1.2.1. Vị trí, trữ lượng
1.2.2. Thành phần và tính chất hóa lý dầu thô mỏ Rồng
1.3. Ăn mòn trong công nghiệp khai thác và vận chuyển dầu
1.4. Các nguyên nhân gây ăn mòn bên trong đường ống & thiết bị
1.5. Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn nội
1.5.1. n mòn theo cơ chế điện hóa
1.5.2. nh hưởng của độ khoáng và các ion kim loại
1.5.3. nh hưởng của độ pH
1.5.4. Ăn mòn do vi sinh vật

Chương 2

BẢO VỆ ĐƯỜNG ỐNG BẰNG CHẤT ỨC CHẾ

2.1.

Các phương pháp chống ăn mòn

2.2.

Giới thiệu về chất ức chế

2.3.

Cơ chế ức chế ăn mòn của chất ức chế

2.4.

Lựa chọn chất ức chế

Chương 3
3.1

THỰC NGHIỆM

Đối tượng nghiên cứu
3.1.1 Dầu thô
3.1.2 Nước tách từ dầu thô
3.1.3 Nước mô phỏng
3.1.4 Thép đường ống

i


3.2

Phương pháp nghiên cứu
3.2.1 Xác định tỷ trọng, nhiệt độ đông đặc, độ nhớt động học của mẫu dầu
Rồng
3.2.2 Xác định hàm lượng nước trong dầu thô
3.2.3 Phân tích thành phần nước
3.2.4 Khả năng tách lớp nước của dầu Rồng
3.2.5 Tổng hợp chất ức chế ăn mòn
3.2.6 Xác định hàm lượng tối ưu của chất ức chế
3.2.7 Đánh giá hiệu quả chống ăn mòn của chất ức chế ăn mòn

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1

Tính chất dầu thô Rồng

4.2

Hàm lượng nước trong dầu Rồng

4.3

Kết quả phân tích thành phần nước

4.4

Khả năng tách lớp nước của dầu Rồng

4.5

Khả năng ăn mòn của nước tách từ dầu Rồng

4.6

Tổng hợp chất ức chế ăn mòn và xác định hàm lượng tối ưu của chất ức
chế

4.7
4.8

Đánh giá hiệu quả chống ăn mòn của chất ức chế
Tính hiệu quả kinh tế khi sử dụng chất ức chế UC1 thay cho thương
phẩm ENERCEPT® 1304A (NALCO)

Chương 5 .KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ
5.1

Kết luận

5.2

Kiến nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LUÏC

ii


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1. Vài nét về dầu khí Việt Nam và hệ thống khai thác - vận chuyển dầu khí

của mỏ Rồng :

Hình 1.1: Sơ đồ vị trí các mỏ dầu và khí quan trọng ở thềm lục địa phía
Nam (Theo tài liệu của Vietgas.Co).

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 1/77


Luận văn tốt nghiệp

Dầu thô Việt Nam thuộc loại dầu ngọt, rất ít lưu huỳnh (0.03-0.14%), có
nhiệt độ đông đặc cao (15-350C) do hàm lượng paraffin rất lớn. Hầu hết dầu thô
đều có độ nhớt rất thấp (độ nhớt động học ở 500C<10 cst) và hàm lượng kim loại
đầu độc xúc tác rất thấp (Vanadi và Niken <1ppm) [1]
Mặc dù dầu thô ở các vỉa của cùng một mỏ có tính chất khác nhau nhưng
khi khai thác cũng được trộn lẫn tuỳ theo sản lượng của các vỉa dầu.
Hệ thống khai thác và vận chuyển dầu – khí trên mỏ Rồng gồm 1 giàn cố
định số 1 (RP–1) nằm cách giàn công nghệ trung tâm 2 mỏ Bạch Hổ 28 km, 1
giàn nhẹ (RC–1) cách RP–1 10 km, cách Bạch Hổ 18 km. Hiện nay, việc khai
thác và xử lý sơ bộ dầu thô được thực hiện tại khu khai thác. Đối với mỏ Rồng,
việc khai thác và tách khí đồng hành tiến hành trên giàn khoan PP-1; quá trình
xử lý bao gồm việc tách và loại bỏ các tạp chất diễn ra ở tàu chứa nổi (FSO) [2,
11,3]
Mũi khoan sẽ khoan đến tầng chứa dầu, đảm bảo áp suất và ổn định địa
tầng. Để tăng cường hiệu quả khai thác người ta sử dụng công nghệ bơm ép vóa
để khai thác triệt để dầu trong giếng. Nước sử dụng là nước ngọt, nước biển hay
nước giếng tách ra sau xử lý, bơm vào các vị trí thích hợp bên dưới địa tầng chứa
dầu nhằm duy trì áp suất ở miệng ống không đổi trong suốt quá trình hút dầu.

Cùng lúc đó, khí được sục vào dòng dầu bên trong ống dẫn dầu thông qua các
van thông khí. Dầu có lẫn khí sẽ nhẹ đi và được cuốn lên.
Dầu khai thác sau khi tách khí được vận chuyển theo đường ống về tàu
chứa. Tại đây dầu tiếp tục được xử lý loại bỏ tạp chất trở thành dầu thô thương
phẩm chứa ở các bồn chứa hay xuất đi.

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 2/77


Luận văn tốt nghiệp

Thiết bị công nghệ khai thác dầu khí có thể chia ra các phần đặc thù khác
nhau như sau:
−

Hệ thống bơm ép nước biển duy trì áp suất vỉa và các giếng bơm ép vỉa.

−

Hệ thống bơm ép khí đồng hành và các giếng bơm ép khí.

−

Hệ thống khai thác thu gom, phân tách và chuẩn bị dầu và các giếng khai

thác.
−

Hệ thống vận chuyển dầu.

−

Hệ thống vận chuyển khí.

−

Hệ thống bồn chứa dầu thô.

−

Ngoài ra còn có hệ thống khoan và bồn chứa dung dịch khoan, hóa chất

khoan, hệ thống làm lạnh cho động cơ và thiết bị khác, hệ thống bơm ngầm nước
biển, hệ thống bơm nước biển cứu hỏa và an toàn.

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 3/77


Luận văn tốt nghiệp

1.2. Giới thiệu dầu thô mỏ Rồng:
1.2.1. Vị trí, trữ lượng:

Mỏ Rồng là 1 mỏ nhỏ cách mỏ Bạch Hổ khoảng 30km về phía Tây Nam, cách
Vũng Tàu 120 km, nằm trong lô 09. Mực nước biển tại khu vực mỏ Rồng là 4647 m. Đặc trưng của mỏ Rồng là cấu tạo địa chất phức tạp, có thể chia thành 7
khu vực khác nhau. Mỗi block có những đặc trưng riêng biệt về phân bố dầu khí,

tính chất collector, tính dẫn dầu. Xí nghiệp liên doanh Vietsovpetro bắt đầu khai
thác vào11/2/1994. Đây là mỏ thứ 3 của Việt Nam được đưa vào khai thác sau
mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng. Nhưng sản lượng ban đầu chưa đáng kể. Mức sản lượng
cao nhất dự kiến sẽ đạt 12-18000 thùng/ ngày. Năm 2000: Rồng + Bạch Hổ khai
thác được 12.59 triệu tấn. [1,2]
1.2.2. Thành phần và tính chất hóa lý dầu thô mỏ Rồng: [1,4]

100
90
80

%kl

70
60
50
40
30
20
10
0
0

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700

TC

Hình 1.2: Đường cong TBP (theo ASTM D 2892 & 1160) của mỏ DT_RĐ.

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khoùa 14

Trang 4/77


Luận văn tốt nghiệp

Bảng 1.1: Hiệu suất các phân đoạn sản phẩm theo c/c điểm sôi thực
ASTMD2892 tiếp ASTMD1160 mỏ DT_RĐ
Phân đoạn

%kl

%tt

Naphta C5-70oC

2,29

4,34

70-140 oC

7,07

8,73

70-190 oC

13,53

16,04

Jet/Kero 140-190 oC

6,44

7,31

140-260 oC

16,99

18,74

190-230 oC

5,45

6,0

Gasoil 230-360 oC

25,66

27,12

260-360 oC

20,62

21,79

Vacum Gasoil 360-540 oC

28,74

32,51

Cặn >360 oC

53,66

48,55

>540 oC

24,92

20,54

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 5/77


Luận văn tốt nghiệp

Bảng 1.2: Đặt tính dầu thô hỗn hợp của mỏ Rồng:
STT

Chỉ tiêu
Tỷ trọng oAPI

38,15

Tỷ trọng d6060

0,8440

Khối lượng riêng 15oC, g/ml

0,8435

2

Khí trong dầu C1 – C4, %kl

0,15

3

Lưu huỳnh %kl

0,07

4

Điểm chảy, oC

34

5

Hằng số đặt trưng KUOP

12,59

6

Độ nhớt động học, cst ở

1

50oC

8,40

70oC

4,79

7

Phân tử lượng

274

8

Hàm lượng paraffin, %kl

28,9

9

Hàm lượng tro, %kl

0,02

10

Hàm lượng cacbon, %kl

85,19

11

Hàm lượng hydro, %kl

13,72

12

Hàm lượng nitơ, %kl

0,05

13

Chỉ số axít mgKOH/g

0,06

14

Chỉ số KOK condrason %kl

2,78

15

Hàm lượng Vanadium, ppm

0,15

16

p suất hơi bão hòa, psi

2,38

17

Tạp chất cơ học, %kl

0,013

18

Hàm lượng muối, mg/kg

35,70

19

Hàm lượng nhựa, %kl

4,54

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 6/77


Luận văn tốt nghiệp

20

Hàm lượng Asphaltene, %kl

2,42

21

Hàm lượng Niken, ppm

1,72

1.3. Ăn mòn trong công nghiệp khai thác và vận chuyển dầu: [11,12]
Trong các đường ống ngoài khơi, các hỗn hợp dầu-nước hay khí ẩm chưa xử

lý được vận chuyển, điều này có thể là nguyên nhân dẫn đến ăn mòn nội. Trong
quá trình khai thác và vận chuyển diễn ra sự tách lớp nhũ tương dầu – nước tạo
ra lớp nước chứa các chất ăn mòn gây ăn mòn bên trong đường ống và thiết bị.
Với sự phát triển ngày càng lớn của các thiết bị công nghệ di động, có xu hướng
vận chuyển dầu thô chưa xử lý đến giàn trung tâm ở ngoài khơi hay trong đất liền
để xử lý. Vấn đề đặt ra là làm sao ta làm được điều này với đường ống hiện có
mà ít tốn chi phí thay thế đường ống làm bằng vật liệu chống ăn mòn đắt tiền.
Vấn đề chống ăn mòn bên trong cho các đường ống, các thiết bị, các giếng
khoan và thiết bị khai thác là vấn đề rất quan trọng vì đây là một trong những
nguyên nhân chủ yếu gây ra cháy nổ các giàn khoan và khai thác dầu mỏ trên
thế giới. Bài toán đặt ra cho ngành Dầu khí Việt nam là phải giải quyết vấn đề
này nhằm giảm thiểu nguy hiểm trong vận hành do đường ống hoặc thiết bị bị ăn
mòn và tăng tuổi thọ sử dụng cho hệ thống vận chuyển dầu khí. Vấn đề chống
ăn mòn nội còn khá mới mẻ đối với Vietsovpetro, do đó cần nhiều sự hợp tác với
các nhà khoa học và các tổ chức nghiên cứu ăn mòn và bảo vệ kim loại trong và
ngoài nước.

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 7/77


Luận văn tốt nghiệp

1.4. Các nguyên nhân gây ăn mòn bên trong đường ống & thiết bị: [12,13]
Ăn mòn kim loại là sự tự phá hủy kim loại do tác dụng hóa lý của nó với môi
trường. Ăn mòn đường ống sẽ làm giảm khả năng chịu đựng của đường ống đối
với ngoại lực. Chi phí đầu tư cho việc chống ăn mòn một đường ống chiếm đến
10- 20% vốn đầu tư dự án và sau đó có lẽ cần khấu hao 0.3-0.5% chi phí hoạt
động. Quá trình ăn mòn nội phụ thuộc vào chức năng hoạt động của đường ống.

Bản thân dầu & khí không gây ăn mòn nội mà nguyên nhân gây ăn mòn nội
bề mặt ống dẫn dầu & thiết bị là do tác dụng của các chất ăn mòn chứa trong sản
phẩm giếng như: như chất phá nhũ, nước vỉa, nước bơm ép, sản phẩm phản ứng
sau khi xử lý axít giếng, khí chua (CO2)….và yếu tố quyết định không phải là tính
ăn mòn của nước giếng mà là sự tách lớp các pha dầu nước (vì nếu không tách
lớp các pha dầu nước thì hỗn hợp nhũ tương dầu-nước sẽ làm cho các chất ăn
mòn khó tiếp xúc với bề mặt đường ống và thiết bị gây nên ăn mòn). Trong quá
trình vận chuyển dầu có nhiễm nước, khi có sự phân lớp dầu nước trong đường
ống và thiết bị sẽ tạo thành dòng xoáy có khả năng bóc màng cacbonat sắt bảo
vệ ra dẫn tới tạo cặp macro-gavanic giữa phần kim loại bị bóc ra và phần bề mặt
còn lại của ống dẫn còn được phủ lớp bảo vệ. Kim loại bị bóc trần ra trở thành
anốt của cặp macro-gavanic và nhanh chóng bị phá hủy, tạo thành các vết rỗ.
Tốc độ ăn mòn đường ống và thiết bị bằng thép phụ thuộc vào pha nào
chuyển động trong giếng- dầu hay nước- phủ bề mặt kim loại tốt hơn. Trong điều
kiện bề mặt kim loại bị phủ dầu tốt hơn thì trên bề mặt kim loại có màng dầu bảo
vệ và kim loại không bị ăn mòn. Khi bề mặt bị phủ nước thì ăn mòn diễn ra rất
mạnh.

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 8/77


Luận văn tốt nghiệp

Trong công nghệ khai thác dầu người ta có thêm chất phá nhũ để tăng hiệu
quả cho thiết bị tách. Và khi có chất phá nhũ, dầu thô có lẫn nước và hợp chất lưu
huỳnh sẽ tạo nhũ tương không bền dẫn đến pha nước tách ra gây nên ăn mòn
đường ống và thiết bị. Khi bơm ép dung dịch xử lý axít giếng, dung dịch xử lý
axít có thành phần chủ yếu là axít HCl với mục đích là hòa tan đá vôi để tạo

dòng chảy cho dầu, tăng hiệu quả khai thác, và sản phẩm tạo thành sau quá trình
axít hóa giếng tạo ra CO2 là chất gây ăn mòn.
Vậy ăn mòn nội ống dẫn dầu và dẫn khí là do việc tách lớp nhũ tương dầu –
nước tạo ra lớp nước chứa các chất ăn mòn. Nếu hàm lượng nước trong dầu thô
càng tăng thì ăn mòn càng mạnh
Dầu thô có ảnh hưởng tích cực đến sự ăn mòn. Khi nước bị cuốn cùng dầu
thô, thép sẽ không bị thấm ướt bởi nước và không bị ăn mòn. Điều này chỉ đúùng
khi dầu là pha liên tục; nước với ít dầu trong nước cũng gây ra ăn mòn. Nước bị
cuốn theo dầu khi vận tốc dòng chảy đủ lớn. Vận tốc tới hạn mà nước bắt đầu
tách khỏi dầu phụ thuộc rất nhiều vào các thông số như sức căng bề mặt giữa dầu
và nước và độ nhớt. Đối với hầu hết dầu thô thì vận tốc tới hạn là 0,8-1 m/s.
Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến hoạt độ ăn mòn là:
9 Độ khoáng tổng
9 Độ axít của nước
9 Nhiệt độ và tốc độ chuyển động của nước so với bề mặt kim
lọai
9 Tỷ lệ thể tích nước – dầu
9 Hàm lượng khí hòa tan trong nước (H2S, CO2)

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 9/77


Luận văn tốt nghiệp

9 Một số chất hữu cơ có thể làm giảm độ pH làm tăng sự ăn
mòn
9 Vi khuẩn
1.5. Cơ chế và các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn nội:

1.5.1. n mòn theo cơ chế điện hóa: [13,14]

Trong thực tế công nghiệp dầu mỏ, có nhiều cơ chế ăn mòn đồng thời xảy
ra tương tác lẫn nhau. Nhưng phần lớn phản ứng ăn mòn trong khai thác dầu mỏ
đều theo cơ chế điện hóa.
Ăn mòn kim loại trong môi trường nước là kết quả của phản ứng anốt oxy
hóa kim loại cùng với một hoặc nhiều phản ứng catốt. Do hệ thống đường ống và
thiết bị trong công nghiệp dầu mỏ là hệ kín không có O2 và môi trường trung tính
nên phản ứng catốt là do sự có mặt của H2S và CO2 hòa tan trong nước:
Phản ứng catốt : là sự khử ion hydro
H2S Ư H+ + HSCO2 + H2O Ö H+ + HCO32H+ + 2e- Ư H2 ↑

Phản ứng anốt :

là quá trình nhường điện tử của kim loại

Fe Ư Fe++ + 2e-

Và:
HCO3- + Fe++ Ư FeCO3 + H+

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 10/77


Luận văn tốt nghiệp

HS-

+ Fe++ Ư FeS

+ H+

Sự có mặt của CO2 : nếu lượng CO2 vừa đủ thì phản ứng giữa Ca2+ và CO2
hòa tan tạo ra lớp màng bảo vệ CaCO3, nhưng nếu dư CO2 thì sẽ không tạo thành
lớp màng bảo vệ này dẫn đến sự ăn mòn và dạng ăn mòn đặc trưng là ăn mòn
cục bộ và ăn mòn điểm chậm
Sự có mặt của H2S:

Fe + H2S Ư FeS + 2H

Đây là dạng ăn mòn nguy hiểm vì Hydro sinh ra len vào thép, phá vỡ cấu
trúc thép, làm giòn thép, dẫn đến suy yếu độ bền kim loại.
Do H2S có trong lưu chất, dạng ăn mòn này gây ra hư hại rất nhanh vì gây
nứt đường ống. Nồng độ H2S để đánh giá một lưu chất là chua chưa được định
nghóa rõ nhưng thông thường được xác định bằng áp suất hơi riêng phần khoảng
0,34 kPa.
Ăn mòn do S2- có các dạng chính sau:
-

Ăn mòn điểm do sự sa lắng S2- rắn tích điện âm.

-

Ăn mòn điểm tại các vùng bị phá huỷ lớp S2- bám trên đường ống.

-

Ăn mòn nứt do ứng suất do S2-.

-

Áp suất do H2 tạo ra gây nứt và phồng rộp.

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khoùa 14

Trang 11/77


Luận văn tốt nghiệp

1.5.2. nh hưởng của độ khoáng và các ion kim loại [13]

Ảnh hưởng của bản chất muối: là ảnh hưởng quan trọng nhất của các muối
hòa tan trong nước là làm giảm độ hòa tan của các khí ăn mòn và hydroxit sắt
trong nước. Hơn nữa người ta còn thấy rằng, tốc độ ăn mòn thép trong dung dịch
muối giảm khi nồng độ muối tăng. Một số muối hòa tan làm giảm độ pH của
nước do đó làm tăng tốc độ ăn mòn đều. Một số loại muối dễ phân ly, khi hòa tan
trong nước làm tăng độ dẫn điện của nước, do đó thúc đẩy các dạng ăn mòn
galvanic và ăn mòn lỗ. Kết quả thực nghiệm cho thấy các ion kim loại khi hòa
tan trong nước sẽ làm tăng tốc độ ăn mòn theo trình tự sau:
Mg>Cd>Mn>Ca>Sr>Ba>Li>Na>K>NH4>Cr>Fe3+
Ảnh hưởng của các ion kim loại kiềm: Muối của các kim loại như Li, Na, K
hoà tan trong nước có ảnh hưởng quan trọng đến quá trình ăn mòn. Khi tăng nồng
độ ion kiềm trong nước thì tốc độ ăn mòn tăng tới giá trị cực đại rồi giảm xuống.
Nguyên nhân là do khi tăng nồng độ ion kiềm trong nước, khi còn loãng, sẽ làm
tăng độ dẫn điện của nước do đó làm tăng tốc độ ăn mòn. Sau đó nếu nồng độ
ion kiềm tiếp tục tăng, vai trò của độ dẫn điện không còn quan trọng nữa, mà
tăng nồng độ ion kiềm lại làm giảm độ hoà tan của các khí ăn mòn trong nước,

do đó làm giảm tốc độ ăn mòn.
Khoáng hoà tan không phải là cacbonat: do không có mặt oxy, vai trò của
các chất hoà tan trở nên kém hoạt tính.
Khoáng hòa tan là các muối cacbonat: các muối cacbonat kết tủa làm thụ
động ăn mòn. Hàm lượng cacbonat và tác dụng thụ động ăn mòn tuân theo các
quy luật sau đây:

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 12/77


Luận văn tốt nghiệp

−

Hàm lượng các muối cacbonat không cacbonat không phải là Ca tối thiểu từ

50 đến 100ppm, lượng cacbonat hoà tan càng lớn, tác dụng bảo vệ càng tốt, song
chóng phải tẩy sạch thiết bị vì lớp cacbonat dày lên quá nhanh.
−

Khi nước chuyển động hay nước tónh thì tác dụng bảo vệ của kết tủa

cacbonat hầu như không thay đổi.
−

Khi độ pH của nước đủ cao và nhiệt độ thích hợp cho kết tủa hydroxit Mg

thì không còn kết tủa cacbonat, do đó tác dụng bảo vệ của cacbonat sẽ không

còn.
−

Các dạng ăn mòn cục bộ như ăn mòn lỗ, ăn mòn ờ mép viền ống sẽ xuất

hiện khi có mặt của các khí ăn mòn hòa tan trong nước.
Tác dụng bảo vệ sẽ bị giảm đi khi trong nước có lượng muối clorua và
sunfat trên 10 đến 20% so với lượng muối cacbonat. Giới hạn tỷ lệ này còn nhỏ
hơn khi trong nước không có oxy hoà tan.
1.5.3. nh hưởng của độ pH [13,14]

Thế điện cực catôt của các phản ứng khử H+ hoặc O2 phụ thuộc vào độ pH.
Vì vậy, khi pH thay đổi sẽ làm thay đổi điện thế cân bằng catốt do đó ảnh hưởng
tới quá trình ăn mòn kim loại. Nếu thể tích dung dịch đủ nhỏ khi xảy ra ăn mòn
thì độ pH của dung dịch tăng do đó làm giảm Ecb
c , nồng độ ion trong dung dịch
cb
cb
. Khi EMe
> Ecb
tăng, làm tăng EMe
c thì kim loại không còn bị ăn mòn nữa. Điều này

cho thấy các nhận xét trên chì có thể đúng ở thời điểm ban đầu, sau đó, do nồng
độ dung dịch thay đổi, kim loại sẽ không còn bị ăn mòn nữa.

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 13/77

Luận văn tốt nghiệp

Tốc độ ăn mòn thép trong nước có mặt các axit mạnh (HCl) ít thay đổi trong
khoảng pH từ 4.5 đến 9.5. Trái lại, trong môi trường axit yếu, ví dụ H2CO3, tốc
độ ăn mòn bắt đầu tăng mạnh khi độ pH<6. Tốc độ ăn mòn rất nhỏ, dạng ăn mòn
chủ yếu là ăn mòn lỗ. Khi dung dịch mang tính axit thì tốc độ ăn mòn lớn, dạng
ăn mòn chủ yếu là ăn mòn đều. Nếu đưa vào trong nước các chất kiềm như:
Ca(OH)2, Na2CO3, nước thủy tinh…sẽ có tác dụng làm giảm tốc độ ăn mòn.
1.5.4. Ăn mòn do vi sinh vật: [1,12,13]

Các vi sinh vật phát triển trong đường ống có khả năng gây ăn mòn nội. Vi
sinh vật có 2 loại: vi khuẩn yếm khí (tồn tại không cần oxi) và vi khuẩn hiếu khí
(tồn tại khi có oxi). Loại vi khuẩn yếm khí khử sulphát (SRB) là loại vi khuẩn
phổ biến nhất và thường sống trong nước, chất bẩn, nước đọng, giếng dầu, cặn
đáy, đất và ximăng. Điều kiện thuận lợi nhất cho chúng phát triển là đất với pH =
5 - 9 (tối ưu 6 - 7.5) ở 25-80oC. SRB dùng axít béo là nguồn thức ăn, đó là các
axít có trong thành phần nước. Chúng sẽ oxi hoá các axít bằng cách dùng oxi
trong gốc sunfat. Quá trình này sẽ bị ức chế bởi oxi. SRB chỉ phát triển khi không
có oxi. Tuy nhiên, oxi không giết chúng. SRB sẽ tạo ra nhiều lượng S2- khi phát
triển. Chúng cũng dùng phân tử hydrô như nguồn năng lượng, tạo thành H2S mà
sau đó kết hợp với sắt tạo thành FeS. Dạng ăn mòn do SRB là ăn mòn điểm,
giống như ăn mòn do axít. SRB được tiêu diệt bằng cách làm vệ sinh và dùng
hoá chất (chất độc).
Hoạt động sinh thái của vi khuẩn hiếu khí, sắt được thể hiện qua quá trình
chúng tiêu hoá (ăn) ion sắt và chuyển hóa nó cùng với oxi, đồng thời tạo ra sản
phẩm ăn mòn là màng hydroxít sắt Fe(OH)3 có màu nâu đỏ, khó tách khỏi bề
mặt ống.

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 14/77


Luận văn tốt nghiệp

Như vậy, ảnh hưởng của yếu tố vi sinh đến quá trình ăn mòn được thể hiện
ở tương tác gián tiếp (đến kim loại) của sản phẩm ăn mòn mà vi sinh vật sử dụng
(H2S) cũng như bằng con đường tạo nên trên bề mặt kim loại các màng, thuận lợi
để

hình

thành

các

pin

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

ăn

mòn

không

khí.

Trang 15/77

Luận văn tốt nghiệp

Chương 2

BẢO VỆ ĐƯỜNG ỐNG BẰNG CHẤT ỨC CHẾ

[10,19,20,21]
2.1.

Các phương pháp chống ăn mòn

Từ các nghiên cứu về quá trình ăn mòn có thể có các phương pháp chống ăn mòn
sau:
-

Tác động lên kim loại;

-

Tác động lên môi trường ăn mòn;

-

Cách ly kim loại với môi trường;

-

Bảo vệ catốt;

-

Thay kim loại bằng các chất phi kim loại;

Hiện nay phương pháp chính chống ăn mòn nội đường ống là sử dụng các
chất ức chế ăn mòn và phủ lớp vật liệu bền ăn mòn bên trong đường ống. Cách ly
kim loại nhờ lớp bảo vệ là phương pháp được ứng dụng rộng rãi nhất để chống ăn
mòn. Đối tượng bảo vệ chống ăn mòn theo phương pháp này là các bể chứa, hệ
thống ống dẫn, thiết bị ngầm và giếng khoan. Các chất phủ được sử dụng là
bitum, nhựa epoxy, emal, sơn. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhưng
chúng vẫn không đáp ứng tính bền ăn mòn ở điều kiện nhiệt độ cao và không sử
dụng lâu dài nên đòi hỏi phải thay thế bằng các ống dẫn mới, làm tăng chi phí.
Do đó, trên thực tế phương pháp bảo vệ bằng chất ức chế được sử dụng hiệu quả
hơn.
2.2.

Giới thiệu về chất ức chế:

SV: NGUYỄN THỊ QUỲNH GIAO – Cao học CNHH khóa 14

Trang 16/77