1 MỞ ĐẦU 1- Tính cấp thiết đề tài Công nghiệp khai thác dầu khí, nay, nguồn cung cấp nhu cầu lượng, nguyên liệu cho công nghiệp hóa học giới Ở Việt Nam, công nghiệp dầu khí đóng góp gần 30% ngân sách Nhà Nước Do đó, tăng cường thu hồi dầu mục tiêu chiến lược thường xuyên công nghiệp dầu khí, có Việt Nam Mỏ Bạch Hổ (BH), mỏ dầu thuộc loại lớn Việt Nam (đã có thời kỳ cung cấp gần 60% sản lượng dầu khí nước), sản lượng khai thác sụt giảm nghiêm trọng qua giai đoạn khai thác đỉnh cao, nhiều giếng bị ngập nước, không đáp ứng đủ hiệu kinh tế kỹ thuật, phải đóng giếng Khu vực mỏ Rồng, với đối tượng khai thác mỏ Đông Nam Rồng (ĐNR), có sản lượng 25% mỏ BH, gặp khó khăn định Ở số giếng khai thác xảy tượng ngập nước Bên cạnh đó, dầu ĐNR có độ nhớt cao nhiều so với dầu BH có hàm lượng nhựa asphaltene cao, làm giảm hiệu đẩy dầu nước bơm ép Do vậy, để bảo đảm gia tăng hệ số thu hồi dầu mỏ BH mỏ ĐNR, bên cạnh vấn đề trì áp lực vỉa bơm ép nước bơm ép khí hợp lý, phải tìm kiếm phương pháp, tác nhân có khả cải thiện hiệu đẩy dầu vỉa Một phương pháp có tiềm cao bơm ép chất hoạt động bề mặt (HĐBM) Vì việc nghiên cứu, xây dựng hệ chất HĐBM phù hợp phối trộn với hạt nano SiO2 (PN) phục vụ bơm ép nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu (HSTHD) mỏ BH ĐNR góp phần không đáp ứng yêu cầu cấp thiết lâu dài xí nghiệp liên doanh (XNLD) Vietsovpetro nói riêng mà đóng góp cho công nghệ tăng cường thu hồi dầu (TCTHD) mỏ xa bờ có áp suất cao, nhiệt độ cao nước biển có độ muối, độ cứng cao Việt Nam khu vực nói chung 2- Mục tiêu đề tài Nghiên cứu xây dựng hệ chất HĐBM tối ưu phương pháp phối trộn từ số chất HĐBM thương mại, phù hợp với điều kiện vỉa mỏ BH mỏ ĐNR, có khả gia tăng hiệu suất thu hồi dầu Nghiên cứu tổng hợp, biến tính hạt PN với mục đích TCTHD Nghiên cứu tác động hợp trội bơm ép phối hợp chất HĐBM với hạt PN tổng hợp nhằm nâng cao HSTHD cho mỏ ĐNR 3- Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học Xây dựng thành công hệ chất HĐBM để TCTHD mỏ BH ĐNR kết trình tối ưu hóa việc sử dụng phối hợp chất HĐBM lựa chọn sở nghiên cứu cấu trúc hóa học, tính chất lý, hóa, … nhằm phát huy tính hợp trội (chủ yếu giảm sức căng bề mặt liên diện - ), giảm thiểu nhược điểm chất HĐBM sử dụng riêng lẻ (giá cả, độ tương hợp, bền nhiệt, hòa tan, hấp phụ, …), sử dụng phù hợp hệ đá Granite nứt nẻ, hang hốc, ổn định điều kiện vỉa xa bờ : áp suất cao, nhiệt độ cao, nước biển bơm ép có độ muối độ cứng cao Bên cạnh đó, khảo sát tác động hợp trội sử dụng phối hợp hệ chất HĐBM tối ưu với hạt PN đóng góp mặt khoa học lĩnh vực TCTHD Ý nghĩa thực tiễn Việc tìm kiếm giải pháp phù hợp có khả ứng dụng TCTHD mỏ BH mỏ ĐNR yêu cầu cấp thiết XNLD Vietsovpetro nhiệm vụ quan trọng công nghiệp khai thác dầu khí nước ta Ngoài ra, nhiều mỏ dầu khai thác Việt Nam phải đầu tư áp dụng công nghệ TCTHD Rạng Đông đặc biệt Sư tử đen, mỏ lớn có trữ lượng tương đương mỏ BH, dầu có hàm lượng nhựa asphaltene cao tương đương dầu ĐNR, khai thác chưa lâu sản lượng bắt đầu sụt giảm Vì vậy, nghiên cứu thành công giải pháp TCTHD cho mỏ BH mỏ ĐNR tiền đề thuận lợi để phát triển ứng dụng cho mỏ khác thềm lục địa Việt Nam khu vực năm tới 4- Điểm luận án Do đặc thù địa chất mỏ BH ĐNR, nay, chưa có sản phẩm HĐBM thương mại phù hợp điều kiện áp suất cao, nhiệt độ cao: 140oC móng BH, 91oC móng ĐNR, chịu độ muối độ cứng cao nước biển bơm ép hệ đá Granite nứt nẻ, hang hốc Do vậy, hướng nghiên cứu xây dựng hệ chất HĐBM phù hợp có tác động hợp trội sở phối trộn tối ưu sản phẩm thương mại để ứng dụng TCTHD cho điều kiện mỏ BH mỏ ĐNR hoàn toàn Bên cạnh đó, việc phối trộn hạt PN tổng hợp với hệ chất HĐBM tối ưu khảo sát tác động hợp trội để áp dụng TCTHD điều kiện nhiệt độ cao nước biển bơm ép có độ cứng, độ muối cao mỏ ĐNR nghiên cứu lần trình bày luận án 5- Cấu trúc luận án Toàn nội dung luận án trình bày 114 trang, có 31 bảng biểu, 65 hình đồ thị, 106 tài liệu tham khảo Luận án gồm phần mở đầu (5 trang), bốn chương : Chương Tổng quan (30 trang), Chương Thực nghiệm (17 trang), Chương Nghiên cứu ứng dụng chất HĐBM TCTHD (35 trang), Chương Nghiên cứu tổng hợp, biến tính ứng dụng hạt nano SiO2 phối hợp với chất HĐBM TCTHD (25 trang), phần Kết luận Hướng nghiên cứu (2 trang) Phần lớn kết luận án công bố báo khoa học tạp chí (Advances in Natural Sciences, I J Nanotechnology, Tạp chí Dầu khí, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Đại học Đà Nẵng) báo cáo hội nghị nước quốc tế 3 NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương : TỔNG QUAN Nâng cao HSTHD vỉa nứt nẻ tự nhiên phương pháp bơm ép chất HĐBM liên quan chủ yếu đến việc gia tăng số mao dẫn Nc để đẩy dầu dư Trong vỉa nứt nẻ tự nhiên, lực chủ yếu kiểm soát dòng chảy chất lưu lực nhớt lực mao dẫn Hai lực có mối liên hệ với thông qua số mao dẫn Nc: Trong đó: v, μ - vận tốc bơm ép (m/s) độ nhớt (Pa.s) chất lưu thay σ – sức căng bề mặt liên diện pha dầu - nước (mN/m)  - góc dính ướt chất lưu thay Hình 1.12 Sự phụ thuộc HSTHD số mao dẫn Trong bơm ép nước thông thường: Nc  10-7 để gia tăng HSTHD cần giá trị Nc  10-4  10-3 Muốn vậy, phải tăng lực nhớt giảm lực mao dẫn đồng thời hai Để tăng lực nhớt phải tăng vận tốc bơm ép độ nhớt chất lưu thay hai Trong thực tế, tăng vận tốc bơm ép nước lên 103 hay 104 lần đòi hỏi áp lực bơm lớn, khó thực mặt kỹ thuật, gây đứt gãy không kiểm soát Đồng thời, tỷ số linh động nước - dầu lớn, dòng nước xé rách lớp dầu, tạo lưỡi nước, gây tượng ngập nước sớm giếng khai thác Để gia tăng độ nhớt dung dịch bơm ép, người ta sử dụng polymer Đây phương pháp có hiệu cao đắt tiền, mỏ xa bờ mỏ thềm lục địa Việt Nam phải lựa chọn loại polymer bền nhiệt, chịu độ muối độ cứng cao Để giảm lực mao dẫn, chất HĐBM phương tiện hiệu giảm  dầu - nước tới 103  104 lần giảm cos góc tiếp xúc thông qua cải thiện tính dính ướt nước đá vỉa 4 Tuy nhiên, chất HĐBM có ưu nhược, đặc biệt khả hấp phụ cao đá vỉa, dẫn đến hao tổn lớn khó tìm chất vừa có khả giảm lực bề mặt tốt, vừa hoạt động ổn định môi trường nhiệt độ cao nước có độ cứng cao Vì vậy, cần nghiên cứu phối trộn nhiều chất HĐBM để xây dựng hệ dung dịch chất HĐBM tối ưu, phù hợp với đối tượng áp dụng, đồng thời có khả tăng hiệu suất thu hồi dầu 5% nồng độ sử dụng tối thiểu Đặc biệt, năm gần đây, khả ứng dụng công nghệ vật liệu nano lĩnh vực thăm dò khai thác dầu khí, TCTHD, quan tâm đặc biệt Một nghiên cứu đầu sử dụng hạt PN nguyên thủy biến tính bề mặt để thu hai loại hạt: hạt kỵ dầu ưa nước (LHPN) có khả ứng dụng TCTHD vỉa có độ thấm chứa cao hạt kỵ nước ưa dầu (HLPN) tăng cường khả bơm ép nước vỉa có độ thấm chứa thấp Chương : THỰC NGHIỆM Nghiên cứu ứng dụng chất HĐBM tăng cường thu hồi dầu Hiệu ứng hợp trội xuất phối trộn chất HĐBM cho khả giảm lượng bề mặt liên diện dầu-nước tốt so với đơn chất (các chất HĐBM thành phần) nồng độ sử dụng thấp so với tổng nồng độ đơn chất HĐBM có hỗn hợp Việc lựa chọn chất HĐBM thành phần để xây dựng công thức tổ hợp thường thực theo phương pháp thử sở đáp ứng điều kiện thực tế mỏ hiệu kinh tế Trong lĩnh vực TCTHD, chất HĐBM loại cation lưỡng tính sử dụng tính bền nhiệt kém, giá thành đắt, không khả thi mặt kinh tế Ngoài ra, phần lớn bề mặt đá vỉa tích điện âm nên hấp phụ mạnh chất HĐBM cation, gây mát, … Do đó, luận án sử dụng chất HĐBM loại anion, nonion chất trợ HĐBM Với điều kiện khắc nghiệt móng mỏ BH nhiệt độ cao (140oC), độ muối độ cứng nước biển cao có chất HĐBM anion sulfonate đáp ứng yêu cầu Các chất HĐBM nonion phần lớn không bền nhiệt độ cao Vì vậy, móng mỏ BH thử nghiệm chất HĐBM anion họ sulfonate bền nhiệt như: Alpha-Olefine Sulfonate (AOS), Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS), Heavy Linear Alkylbenzene sulfonate (HLAS), Branched Alkylbenzene Sulfonate (BAS), Arylalkyl xylene sulfonate (XSA-1416), Diarylalkyl xylene sulfonate (XSA-1416D) Heavy arylalkyl xylene sulfonate (ALAX-1416) Mỏ ĐNR có nhiệt độ vỉa thấp ( 91oC) độ nhớt dầu cao, gấp lần so với độ nhớt nước biển Vì vậy, tiến hành nghiên cứu xây dựng hệ chất HĐBM gồm chất HĐBM anion họ sulfonate AOS, LAS, họ sulfate Alkoxyl Ethoxylate Sulfate (EO) nonion (có tính tương hợp với nước biển tốt khả cải thiện tính dính ướt nước tốt) Alkylphenol ethoxylate (PN9), Polyoxyethylene sorbitan monooleate phối hợp với hàm lượng nhỏ polymer (đóng vai trò phụ gia cải thiện độ nhớt dung dịch bơm ép) Poly 2-acrylamido2-methyl propane sulfonate (AN125), HE® Polymer 300 (HE 300) Mặt khác, chất HĐBM có ưu nhược điểm riêng Vì để xây dựng công thức tổ hợp hệ chất HĐBM tối ưu, tiến hành lựa chọn chất HĐBM thành phần sở nghiên cứu cấu trúc hóa học, đặc trưng lý hóa, giá thành, … nhằm phát huy điểm mạnh (khả giảm , hỗ trợ tan, giảm độ hấp phụ, ), giảm thiểu nhược điểm đơn chất HĐBM độ tương hợp, bền nhiệt, hòa tan, hấp phụ, giá thành, Cụ thể, chất HĐBM có khối lượng phân tử (MW) lớn XSA-1416D có khả đẩy dầu cao lại có độ nhớt lớn, độ hòa tan có giá thành đắt Các chất HĐBM có MW nhỏ LAS có giá rẻ sản phẩm thương mại thông dụng lại hạn chế khả đẩy dầu, tan nước biển Trong AOS vừa tan tốt nước biển vừa có khả hỗ trợ tan cho chất HĐBM khác có khối lượng phân tử lớn khả giảm  LAS, XSA, XSAD Do đó, nghiên cứu đưa công thức tổ hợp phối trộn đơn chất HĐBM để kết hợp khả hỗ trợ tan AOS với khả giảm  tốt LAS, ALAX, XSA XSAD phải dựa tiêu chí kinh tế kỹ thuật, theo bước sau: - Xác định lựa chọn chất HĐBM có nồng độ Micelle tới hạn (CMC) nhỏ nhất; - Lựa chọn chất HĐBM có khả phân tán tốt nước biển thử nghiệm; - Xây dựng công thức tổ hợp hệ chất HĐBM dựa việc khảo sát khả tương hợp độ bền ổn định nhiệt hệ chất với nước biển theo thời gian ủ nhiệt độ vỉa; - Tối ưu hóa thống kê xác định thành phần hệ tối ưu; - Xác định khả thay đổi tính dính ướt nước bề mặt đá hệ dung dịch chất HĐBM tối ưu cách đo góc tiếp xúc; - Nghiên cứu sử dụng chất trợ HĐBM để giảm độ hấp phụ hệ chất HĐBM lên bề mặt đá vỉa; - Nghiên cứu sử dụng phối hợp hệ chất HĐBM polymer phụ gia cải thiện độ nhớt dung dịch bơm ép nhằm TCTHD; - Thử nghiệm đẩy dầu bơm ép nước nút dung dịch chất HĐBM mô hình vỉa Nghiên cứu sử dụng phối hợp hạt PN với chất HĐBM TCTHD Xây dựng hỗn hợp hợp trội dung dịch chất HĐBM hạt PN theo bước: - Tổng hợp hạt PN khảo sát tác động chế độ sấy đến chất lượng hạt; - Nghiên cứu tác động hợp trội phối trộn chất HĐBM với hạt PN tổng hợp được; - Nghiên cứu độ ổn định phân tán hệ chất HĐBM – PN; - Tổng hợp hạt HLPN cách biến tính oleic acid (OA); - Khảo sát tác động tăng cường khả bơm ép nước hạt HLPN 6 Chương : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHẤT HĐBM TRONG TCTHD Đối với móng mỏ Bạch Hổ a Xác định CMC chất HĐBM Đo  dầu–dung dịch chất HĐBM nồng độ khác thiết bị Spinning Drop Tensionmeter (Model 500, Temco.Inc, Mỹ) cho kết quả: b Khảo sát khả tương hợp bền nhiệt hệ nhiều cấu tử nước biển Tiến hành phối trộn theo nhiều tỉ lệ khác hệ: - cấu tử: {AOS+BAS}, {AOS+LAS}, {AOS+XSA-1416D}, {AOS+XSA-1416}, {AOS+ALAX-1416}; - cấu tử: {AOS+XSA-1416D+LAS}, {AOS+XSA-1416+LAS}, {AOS+ALAX-1416+LAS}, {AOS+BAS+LAS}; - cấu tử: {AOS+XSA-1416D +LAS+ALAX-1416}, {AOS+XSA-1416D+LAS+BAS} - cấu tử: { AOS+ XSA-1416D+ALAX-1416+LAS+BAS} Kết khảo sát khả tương hợp, độ Hình 3.11 Biến thiên pH  hệ AOS:XSA-1416D: nhiệt (H 3.11) nên chọn để khảo sát 8.3 0.371 0.297 5.55 0.408 0.371 5.12 14 pH 4.95 21 IFT 0.445 LAS:ALAX-1416 (700:40:160:100) theo thời gian ủ (mN/m pH 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 4.83 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 28 31 ngày bền nhiệt độ biến thiên pH,  hệ theo thời gian ủ nhiệt cho thấy: Hệ cấu tử AOS+XSA-1416D + LAS + ALAX-1416 nồng độ 1000 ppm khối lượng với tỉ lệ 700:40:160:100 tương hợp tốt với nước biển, cho  thấp, thay đổi pH,  không lớn thời gian ủ tối ưu c Thực nghiệm tối ưu hóa phối trộn hệ chất HĐBM bền nhiệt Bài toán qui hoạch tuyến tính để tối ưu hoá thực nhờ phần mềm thống kê viết ngôn ngữ Pascal phần mềm Calculator 3D professional cldpen01 qua bước: - Thí nghiệm theo quy hoạch ma trận yếu tố toàn phần với yếu tố (XSA-1416D LAS gộp lại thành với tỉ lệ cố định XSA-1416D:LAS = 1:4) - Thí nghiệm theo quy hoạch tối ưu hóa theo phương án quay bậc hai Box- Hunter : Kết cho phương trình hồi qui : Y = 8,456 – 221,2.10-4Z1 – 187,6.10-4Z2 – 59,6.10-4Z3 - 0,224.10-4Z1Z2 – 0,224.10-4Z2Z3 + 0,368.10-4Z1Z3 + 0,576.10-4Z12 + 0,256.10-4Z22 + 0,368.10-4Z32 (3.5) - Vẽ bề mặt tối ưu phần mềm Calculator 3D professional cldpen01 Hình 3.13 Mặt tối ưu vẽ phần mềm Calc 3D Prof Hàm đạt giá trị nhỏ cực trị riêng phần Thay giá trị vào phương trình (3.5) ta có:  = 0,297 mN/m Vậy hệ tối ưu cho giá trị  nhỏ 0,297 mN/m có thành phần: {XSA-1416D : LAS : AOS : ALAX-1416} = {51,72 : 206,90 : 528,90 : 112,48} Sau đó, tiến hành bước tối ưu hóa phần mềm Statistica, vẽ mặt 3D thể cực trị (H 3.14) hiển thị giá trị thành phần hệ tối ưu (H 3.15) Hình 3.14 Mặt 3D hệ dung dịch Hình 3.15 Mặt 3D hệ dung dịch Phần mềm Statistica cho kết Var1 : Var2 : Var3 = 250 : 525 : 125 Vậy thành phần hệ tối ưu là: XSA-1416D:LAS:AOS:ALAX-1416 = 50:200:525:125 So với kết tính độ chênh lệch nhỏ, phần mềm sử dụng để tính toán tối ưu phần sau 8 d Nghiên cứu giảm độ hấp phụ hệ chất HĐBM bề mặt đá móng chất trợ HĐBM EGBE Để đánh giá mức độ hấp phụ hệ chất HĐBM bề mặt đá móng tác động giảm hấp phụ chất trợ HĐBM EGBE, tiến hành xác định độ giảm nồng độ hệ chất HĐBM ủ không có đá, không có EGBE máy quang phổ UV-2450 (Shimadzu, Nhật) 3.5 a) b) 3.5 3.0 2.944 2.822 3.0 2.683 2.5 Độ hấp thu Độ hấp thu 2.0 800ppm 600ppm 1.5 400ppm 1.0 2.385 2.5 1000ppm 200ppm 2.0 y = 0.0011x + 1.9407 R² = 0.959 2.089 1.5 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 200 250 300 350 Bước sóng, nm 400 200 400 600 800 1000 Nồng độ, ppm 3.0 c) 2.5 2.0 2.0 ban đầu 1.5 ủ không đá ủ với đá 1.0 Độ hấp thu 2.5 Độ hấp thu d) 3.0 ban đầu 1.5 ủ không đá ủ với đá 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 200 250 300 350 400 200 250 Bước sóng, nm 300 350 Bước sóng, nm Hệ AOS, XSA-1416D, LAS ALAX a) Phổ UV nồng độ khác b) Đường chuẩn c) Phổ UV mẫu ủ nhiệt d) Phổ UV mẫu có thêm EGBE ủ nhiệt 400 Bảng 3.12 Kết khảo sát tác động giảm hấp phụ EGBE ủ không đá 0,402 468,631 5,10 ủ với đá 0,285 0,390 456,801 ủ với đá 0,330 394,456 ban đầu 1,517 493,345 ủ không đá 1,448 464,533 ủ với đá 1,309 406,909 ủ không đá 1,468 472,854 ủ với đá 1,378 435,721 ban đầu 1,077 516,508 ủ không đá 0,991 475,027 ủ với đá 0,810 387,624 ủ không đá 1,001 479,861 ủ với đá 0,926 443,412 ban đầu 3,107 518,374 ủ không đá 3,048 473,927 ủ với đá 2,969 414,381 ủ không đá 3,051 476,192 ủ với đá 3,009 444,154 ban đầu 2,483 505,887 ủ không đá 2,415 441,766 ủ với đá 2,357 387,981 ủ không đá 2,408 435,280 ủ với đá Thêm EGBE AOS+XSA-1416 Thêm EGBE AOS+XSA-1416D Thêm EGBE AOS+XSA-1416D +LAS Thêm EGBE AOS+XSA-1416D +LAS+ALAX-1416 Thêm EGBE 2,382 411,283 Độ hấp phụ % mg/g đá 347,704 ủ không đá AOS Nồng độ, ppm 493,831 Thủy phân, % ban đầu Độ hấp thu 0,426 Hệ chất HĐBM STT 7,50 8,03 7,10 4,15 5,84 8,57 8,14 12,68 13,96 24,4 12,6 16,9 7,06 11,6 7,53 11,4 6,18 10,6 4,74 2,42 1,25 1,75 0,73 1,15 0,74 1,19 0,64 1,08 0,48 So sánh số liệu với hệ khác, hệ tối ưu có độ hấp phụ đá nhỏ (0,48mg/g đá) có pha thêm chất trợ HĐBM EGBE Mẫu lựa chọn để tiếp tục thử nghiệm bơm ép mô hình mẫu lõi móng BH với ký hiệu IAMS-M4 e Thử nghiệm đẩy dầu nước nút dung dịch chất HĐBM mô hình vỉa Được thực hệ thống thiết bị WATERFLOODING, COREFLOODING FDESS 100 NIPI XNLD Vietsovpetro FDESS-100 10 Hình 3.27 Động thái đẩy dầu bơm ép nước bơm ép nút chất HĐBM IAMS-M4 (1000ppm) mô hình vỉa móng mỏ BH Các kết thử nghiệm TCTHD bơm ép dung dịch hệ chất HĐBM IAMS-M4 mô hình mẫu lõi móng mỏ BH cho thấy hệ chất bền nhiệt, tương hợp với nước biển, làm giảm dầu– nước tương đối tốt có khả cải thiện hệ số TCTHD thêm 3,3% So với phương pháp nhũ tương acid phương pháp áp dụng nhiều đạt hiệu cao áp dụng cho mỏ BH phương pháp bơm ép dung dịch hệ chất HĐBM IAMS-M4 cho hiệu TCTHD bước đầu đáng khích lệ Nếu lấy số liệu năm 2001 năm xử lí thành công với lượng dầu thu thêm cao 558.000 với hai phương pháp nhũ tương acid nứt vỉa thủy lực, xử lí nhũ tương acid tăng thêm 500.000 hiệu suất thu hồi dầu theo phương pháp đạt khoảng 3,6%, lấy số liệu trung bình từ năm 1988 – 2008 với tổng lượng dầu thu thêm 1.394.850 từ phương pháp nhũ tương acid số đạt xấp xỉ 0,5% Đối với mỏ Đông Nam Rồng Để đơn giản trình tính toán, ký hiệu:  Các chất HĐBM anion : o Linear Alkyl Benzene Sulfonate (LAS) : AS1 o Alpha Olefine Sulfonate (AOS) : AS2 o Alkoxyl Ethoxylate Sulfate (EO): AS3  Chất HĐBM nonion : o Alkylphenol ethoxylate (PN9) : NS1 o Polyoxyethylene sorbitan monooleate : NS2  Phụ gia cải thiện độ nhớt dung dịch bơm ép: 11 o Poly 2-acrylamido-2-methyl propane sulfonate: AN125 o HE® Polymer 300: HE 300 a Khảo sát độ bền nhiệt tương hợp chất HĐBM Qua kết khảo sát độ bền nhiệt tính tương hợp với nước biển chất trên, AS1 NS2 bị loại bỏ tương hợp với nước biển không bền nhiệt,  tăng vọt sau tuần ủ Từ kết nhiều thử nghiệm phối trộn chất HĐBM anion với nhau, phối trộn chất HĐBM anion với nonion xác định tính chất đặc trưng hệ này, nhận thấy tác động giảm  cặp chất HĐBM không đạt yêu cầu Vì vậy, phối trộn tiến hành với chất HĐBM chọn : AS2, AS3 NS1 với thí nghiệm thăm dò nhằm xác định khoảng biến thiên nồng độ cấu tử, sau tiến hành tối ưu hóa thực nghiệm nhằm xác định hệ chất HĐBM với thành phần nồng độ thích hợp cho điều kiện móng ĐNR b Thực nghiệm tối ưu hóa phối trộn chất HĐBM Sử dụng phần mềm Statistica để tiến hành tối ưu thành phần hệ dung dịch chất HĐBM Hỗn hợp chất HĐBM gồm HĐBM anion AS2, AS3 chất HĐBM nonion NS1 với khoảng biến thiên nồng độ (ppm khối lượng) sau: AS2 = 150  200 ppm; AS3 = 450  500 ppm; NS1 = 300  350 ppm T race Plot of Estimated Response DV: IFT , mN/m; R-sqr=.8866; Adj:.7731 Model: Quadratic (Reference-blend values shown in parentheses in legend) Fitted Surface; Variable: IFT, mN/m DV: IFT, mN/m; R-sqr=.8866; Adj:.7731 Model: Quadratic NS1 0.00 1.00 0.225 0.220 0.215 0.75 0.50 Predicted Values 0.25 0.50 0.75 0.210 0.205 0.200 0.195 0.25 0.190 1.00 0.00 AS2 0.25 0.50 0.75 0.00 1.00 AS3 0.42 0.38 0.34 0.3 0.26 0.22 Hình 3.31 Vùng tối ưu cho giá trị  nhỏ 0.185 0.180 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Pseudo-Component Value AS2 (164.56) AS3 (493.67) NS1 (341.77) Hình 3.32 Giá trị thành phần hệ tối ưu Phần mềm Statistica cho kết thành phần hệ tối ưu là: {AS2: AS3: NS1} = {164,56:493,67:341,77} mẫu ký hiệu IAMS-M2 c Khảo sát hệ IAMS-M2 với polymer đóng vai trò phụ gia cải thiện độ nhớt Chúng sử dụng loại polymer đóng vai trò phụ gia cải thiện độ nhớt cho dung dịch bom ép AN125 HE300 Qua kết thử nghiệm phối trộn với hệ IAMS-M2 theo tỉ lệ khác khảo sát độ tương hợp bền nhiệt, biến thiên độ nhớt  trình ủ nhiệt, chọn hệ tối ưu IAMS-M2-P với thành phần: IAMS-M2:AN125 = 800:200 để tiếp tục thử nghiệm bơm ép mô hình mẫu lõi móng ĐNR 12 Các kết thử nghiệm đẩy dầu bơm ép nước bơm ép nút chất HĐBM IAMS-M2-P mô hình vỉa tổng kết bảng 3.22 thể hình 3.20 với mẫu lõi XII Bảng 3.22 Kết thử nghiệm bơm ép dung dịch chất HĐBM IAMS-M2-P mô hình vỉa ĐNR 0.6 0.6 Bơm ép chất HTBM IAMS-M2 (1000ppm) Bơm ép chất HĐBM IAMS-M2-P (1000ppm) 0.5    8.29% 0.4 Bơm nước 0.3 Bơm nước 0.3 0.2 0.2 0.1 0.4 Chênh áp, kg/cm Hệ số đẩy dầu, p.đ.v 0.5 0.1 0 10 12 Thể tích chất lưu bơm ép, Vbơm/Vrỗng Hệ số đẩy dầu, p.đ.v Chênh áp, kg/cm2 Hình 3.20 Động thái đẩy dầu bơm ép nước bơm ép nút chất HĐBM IAMS-M2-P (1000ppm) mô hình vỉa № XII, móng ĐNR Các kết thí nghiệm thu cho thấy, gia tăng hệ số đẩy dầu trung bình bơm ép nút dung dịch chất HĐBM IAMS-M2-P (ở nồng độ 1000 ppm thể tích nút dung dịch 0,15 thể tích không gian rỗng mẫu đá) so với bơm ép nước mô hình vỉa điều kiện vỉa 6,9% (thay đổi từ 6,04 – 8,29%) Hệ số phục hồi độ thấm mô hình vỉa sau bơm ép dung dịch chất HĐBM IAMS-M2-P 1,25 (thay đổi từ 0,71 – 1,98) Như vậy, hệ dung dịch chất HĐBM IAMS-M2-P đáp ứng tốt yêu cầu TCTHD cho mỏ ĐNR Kết đạt hệ việc tăng cường đồng thời hệ số đẩy dầu giảm dầu–nước xuống giá trị nhỏ (0,19mN/m) hệ số quét dầu polymer AN125 bổ sung đóng vai trò phụ gia cải thiện độ nhớt dung dịch bơm ép với hệ chất HĐBM IAMS-M2 13 Chương 4: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP, BIẾN TÍNH VÀ ỨNG DỤNG HẠT NANO SiO2 PHỐI HỢP VỚI CÁC CHẤT HĐBM TRONG TCTHD Tổng hợp hạt PN khảo sát tác động chế độ sấy đến cấu trúc, hình thái hạt Hạt PN tổng hợp phương pháp Sol-gel thiết bị phản ứng siêu âm, với thông số thực nghiệm khác chế độ sấy: - HD (Heat Drying): sấy thường 70oC 24 lò sấy Shellox; - FD (Freeze Drying): sấy đông khô chân không (0,016 mbar) -48oC thiết bị Alpha 1-2 Ldplus Hình 4.1 bảng 4.2 thể kết xác định đặc trưng hạt PN tổng hợp với hai chế độ sấy việc sử dụng thiết bị kính hiển vi điện tử truyền qua (JEM, 1400) thiết bị đo bề mặt riêng theo phương pháp BET (Nova 1200e), từ khẳng định chế độ sấy tối ưu a) Hình 4.1 Ảnh TEM giản đồ BET của: a) PN-FD b) b) PN-HD Bảng 4.2 Các tính chất đặc trưng hạt PN với hai chế độ sấy Tính chất đặc trưng PN-FD PN-HD Diện tích bề mặt riêng BET (m /g) 95.98 60.901 Thể tích riêng (ml/g) 0.074 0.048 9.3 9.8 20–22 25–27 o Đường kính trung bình lỗ xốp (A ) Kích cỡ hạt (nm) 14 Từ kết hình 4.1 bảng 4.2 cho thấy hạt PN-FD có diện tích bề mặt riêng thể tích riêng lớn hơn, đường kính trung bình lỗ xốp kích cỡ hạt nhỏ so với hạt PN-HD Điều giải thích với chế độ sấy đông khô, nhiệt độ thấp (-48oC) nước dung môi khác mao quản hạt đóng băng tách từ từ trình thăng hoa điều kiện chân không, làm giảm lực mao dẫn (giảm ứng suất nhiệt), từ giảm thiểu độ co sấy bảo toàn bề mặt riêng lớn cấu trúc vi xốp hạt PN Do vậy, chọn hạt PN-FD sử dụng cho thử nghiệm Khảo sát tác động hợp trội bơm ép phối hợp chất HĐBM với hạt PN tổng hợp a Khảo sát khả làm giảm  hỗn hợp hợp trội Kết khảo sát biến thiên  dung dịch hạt PN, chất HĐBM hỗn hợp chúng tỉ lệ khác với nồng độ tổng 1000 ppm đo nước biển ĐNR với dầu thô ĐNR thể hình từ 4.2 đến 4.5 Các kết cho thấy tác động hợp trội xảy phối trộn hạt PN với XSA-1416D (giảm 4,2 lần từ 0,079 xuống 0,019 mN/m), SS16-46A (giảm 1,7 lần từ 0,223 xuống 0,13 mN/m) SS16-47A (giảm 4,3 lần từ 0,017 xuống 0,004 mN/m) Điều giải thích chất HĐBM có đuôi kỵ nước dài MW lớn nên sau hấp phụ lên bề mặt hạt PN ưa nước, chúng xúc tiến trình lôi kéo hạt PN đến bề mặt liên diện hai pha dầunước, làm giảm mạnh lượng bề mặt hai pha, cho giá trị  cực thấp Còn AOS, chất HĐBM tan tốt nước hạt PN phân tán tốt nước nên chúng hoạt động chủ yếu pha nước Hơn nữa, chiều dài đuôi kỵ nước AOS bị hạn chế nên tính dầu không đủ mạnh để lôi kéo pha dầu, làm lượng bề mặt hai pha giảm không đáng kể tác động hợp trội Tỉ lệ phối trộn cho tác động hợp trội lớn 4:6 hỗn hợp PN:XSA-1416D 1:9 cho hỗn hợp PN:SS16-46A PN:SS16-47A Hình 4.2 Sự biến thiên  dung dịch hạt PN, Hình 4.3 Sự biến thiên  dung dịch SS16-47A chất HĐBM SS16-46A hỗn hợp chúng theo dung dịch hỗn hợp SS16-47A hạt PN nồng độ tỉ lệ phối trộn theo nồng độ tỉ lệ phối trộn 15 Hình 4.4 Sự biến thiên  dung dịch XSA- Hình 4.5 Sự biến thiên  dung dịch AOS 1416D dung dịch hỗn hợp XSA-1416D dung dịch hỗn hợp AOS hạt PN theo nồng hạt PN theo nồng độ tỉ lệ phối trộn độ tỉ lệ phối trộn b Khảo sát khả đẩy dầu hỗn hợp hợp trội Qua camera ghi nhận hình ảnh với độ phân giải cao 768  576 pixels thiết bị OCA 20 (Dataphysics, Đức), quan sát trực quan đánh giá khả đẩy dầu loại dung dịch lựa chọn nghiên cứu Hình 4.7 Khảo sát khả đẩy dầu nước Hình 4.8 Khảo sát khả đẩy dầu dung dịch hạt PN biển ĐNR theo nhiệt độ thời gian 1000 ppm theo nhiệt độ thời gian Hình 4.9 Khảo sát khả đẩy dầu dung Hình 4.11 Khảo sát khả đẩy dầu dung dịch hợp dịch SS16-47A 1000 ppm theo thời gian trội SS16-47A 900 ppm PN 100 ppm theo thời gian Hình 4.12 Khảo sát khả đẩy dầu dung Hình 4.13 Khảo sát khả đẩy dầu dung dịch hợp dịch XSA-1416D 1000 ppm theo thời gian trội XSAD 600 ppm PN 400 ppm theo thời gian 16 Như vậy, xếp khả đẩy dầu dung dịch nghiên cứu theo thứ tự: 47A 1000ppm  {47A 900ppm +PN 100ppm }  {XSAD 600ppm +PN 400ppm } > XSAD 1000ppm >> PN 1000ppm > Nước biển c Khảo sát tác động làm thay đổi góc tiếp xúc đá móng mỏ ĐNR Góc tiếp xúc đo thiết bị OCA20 (Dataphysics, Đức) theo phương pháp Sessile Drop, góc xác định ba pha : Dầu thô ĐNR, nước biển ĐNR đá móng ĐNR Dầu thô xylanh kim tiêm móc câu bơm tự động với thể tích bơm từ 0,1 – 0,5 l/lần bơm để tạo giọt dầu bề mặt lát đá a)  = 138.1o b)  = 121o Hình 4.14 Góc tiếp xúc  đo trường hợp lát đá mẫu:  = 32,2o a) ủ cân với nước biển ngày b) không ủ với nước biển Hình 4.15 Hình dạng giọt dầu mặt lát đá mẫu ủ dầu Hình 4.14 cho phép khẳng định tính dính ướt ban đầu đá móng ĐNR dính ướt nước mạnh sau hai ngày ủ dầu ĐNR 91oC bề mặt đá trở thành dính ướt dầu mạnh (Hình 4.15) Thay nước biển dung dịch hạt PN, dung dịch SS16-47A hỗn hợp hợp trội SS16-47A:PN (9:1), thay đổi góc tiếp xúc theo thời gian thể hình 4.16, 4.17, 4.18 Sau phút    37.5o Sau phút    38.6o Sau phút   86o Sau 10 phút 80,5o Sau 20 phút  40.2o Sau    37.4o Sau 30 phút  66o Sau    64,4o Hình 4.16 Sự thay đổi góc tiếp xúc theo thời gian dung dịch hạt PN 1000 ppm Hình 4.17 Sự thay đổi góc tiếp xúc theo thời gian dung dịch SS16-47A 250 ppm 17 Sau phút =52.4 o Sau 10 phút=52.7o Sau 30 phút    48o Sau    45o Hình 4.18 Sự thay đổi góc tiếp xúc theo thời gian Hình 4.19 So sánh tác động làm thay đổi góc tiếp xúc dung dịch SS16-47A dung dịch hợp trội SS1647A:PN dung dịch hợp trội 225 ppm SS16-47A 25 ppm PN Như vậy, hạt PN làm giảm dầu–nước khoảng lần làm thay đổi không đáng kể tính dính ướt bề mặt đá nên sử dụng dung dịch hạt PN chắn không hiệu Với công thức tính số mao dẫn: dung dịch SS16-47A 250 ppm tác động làm giảm  từ 24,01 mN/m xuống 0,017 mN/m tăng góc tiếp xúc từ 32o lên 64o, giá trị Nc tăng lên 2,7  103 lần Trong dung dịch có tác động hợp trội, với nồng độ tổng, tăng góc tiếp xúc từ 32o lên 45o làm giảm  xuống giá trị cực thấp (0,004 mN/m) nên làm tăng Nc lên 7,2  103 lần Trên sở khẳng định tiềm ứng dụng lớn dung dịch SS16-47A hỗn hợp hợp trội SS16-47A:PN (9:1) TCTHD mỏ có nhiệt độ cao nước biển có độ cứng cao mỏ ĐNR d Khảo sát độ ổn định hỗn hợp có tác động hợp trội Qua quan sát trực quan khả đẩy dầu tác động làm thay đổi góc tiếp xúc hỗn hợp có tác động hợp trội SS16-47A :PN (9 :1), thấy xuất nhiều cặn vảy, đa số chuyển động hỗn loạn lòng dung dịch tác động nhiệt độ cao (91oC) số lắng xuống Đây thực hệ keo đa phân tán phức tạp độ ổn định hệ phụ thuộc vào chất tương tác pha phân tán (hạt PN, phân tử chất HĐBM SS16-47A) môi trường phân tán (nước biển ĐNR) Do tiến hành nhiều phép đo zeta (ζ) với thiết bị Zetasizer Nano ZS để khảo sát độ ổn định hệ keo đồng thời khảo sát ảnh hưởng yếu tố khác đến giá trị zeta 18 Ảnh hưởng độ muối môi trường phân tán hạt PN đến giá trị zeta Thế Zeta hạt PN - Nhiệt độ 10 Thế Zeta, mV PN nước cất -10 PN dung dịch NaCl 1% -20 -30 PN dung dịch NaCl 2% -40 -50 20 40 60 oC Hình 4.20 Sự biến thiên zeta theo độ muối môi trường phân tán hạt PN Từ hình 4.20 nhận thấy zeta hạt PN đo tất môi trường nghiên cứu nêu có giá trị âm Vì vậy, khẳng định điện tích bề mặt âm hạt PN rõ ràng giá trị zeta hệ phân tán keo tăng tăng nhiệt độ chuyển động Brown tăng hạt có điều kiện gần hệ tất yếu xảy trình keo tụ Các kết đo cho thấy hệ phân tán keo hạt PN nước cất hoàn toàn ổn định khoảng nhiệt độ khảo sát ngược lại, hệ không ổn định môi trường nước biển ĐNR, chí rơi vào điểm đẳng điện (IEP) Như vậy, nước biển hạt PN nhanh chóng bị keo tụ, điều lý giải cho khả đẩy dầu yếu làm giảm  không đáng kể dung dịch PN pha nước biển ĐNR Hơn nữa, kết giá trị zeta hệ keo tăng với tăng nồng độ chất điện li Điều giải thích dựa nén lớp điện tích kép ion đối mạnh nồng độ chất điện li cao Cụ thể, dung dịch keo hạt PN tồn trạng thái ổn định nồng độ NaCl  1% Dựa thành phần ion độ muối nước biển ĐNR (bảng 2.1), lý giải giá trị zeta hệ hạt PN phân tán nước biển pha loãng hai lần lại cao so với trường hợp dung dịch NaCl 2% Tuy độ muối tổng nhỏ (= 3,46/2 = 1,73%) tác động nén lớp điện tích kép ion hóa trị hai Ca2+, Mg2+ (hiện diện nước biển ĐNR) mạnh nhiều so với ion hóa trị Na+ Ảnh hưởng cách phối trộn để tạo hệ keo đa phân tán Đo zeta hệ dung dịch SS16-47A nồng độ 250 ppm nước cất nước biển ĐNR Các kết biểu diễn hình 4.21 19 Thế Zeta dung dịch 47A 250 ppm - Nhiệt độ 20 16.8 Thế Zeta, mV -16.8 -15.3 -20 47A 250 ppm nước cất -40 -53.7 -60 -70.4 47A 250 ppm nước biển ĐNR -80 -83.6 -100 20 60 oC 40 Hình 4.21 Giá trị zeta hệ keo SS16-47A Như vậy, dung dịch chất HĐBM SS-1647A 250 ppm có độ ổn định tuyệt vời môi trường nước cất nhiệt độ khảo sát cao nhất, điều tất yếu kích thước phân tử SS1647A đủ nhỏ (tính toán phần mềm mở ACDLABS 12.0) để phân tán ổn định Tuy nhiên, dung dịch chất HĐBM SS-1647A 250 ppm trở nên không ổn định môi trường nước biển ĐNR tác động nén mạnh lớp điện tích kép chất điện li nồng độ cao Một điều đáng ý hạt PN chất HĐBM SS-1647A có độ ổn định nước biển ĐNR hỗn hợp có tác động hợp trội chúng lại có độ ổn định tốt tùy theo cách phối hợp hạt PN, chất HĐBM nước biển (Hình 4.23) Thế Zeta hệ {47A + NP} 250 ppm - Nhiệt độ -10 -18.8 Thế Zeta, mV -20 -30 -31.7 -21.8 -21.1 -26.3 -25.6 -40 {47A + PN} 250 ppm nước cất {47A + PN} 250 ppm nước biển ĐNR (A) -50 -56.2 -60 {47A + PN} 250 ppm nước biển ĐNR (B) -67 -72.3 -70 -80 20 40 60 oC Hình 4.23 Sự thay đổi giá trị zeta theo môi trường phân tán cách phối trộn Cách A: Pha loãng hạt PN nước biển thêm chất HĐBM SS-1647A vào đến đạt tỉ lệ tối ưu (1:9) 20 Cách B: Đầu tiên pha loãng hạt PN vào chất HĐBM SS-1647A theo tỉ lệ tối ưu (1:9) sau cho nước biển vào sau Theo cách A, với nồng độ lớn chất điện li nước biển ĐNR tạo mật độ dày đặc ion đối xung quanh bề mặt hạt PN nhanh chóng nén mạnh lớp điện tích kép xung quanh hạt PN Tác động phân tử chất HĐBM thêm vào sau nhỏ để cạnh tranh với mật độ dày đặc ion đối nên hệ đa phân tán ổn định Theo cách B, hệ đa phân tán đạt đến mức ổn định trung bình với giá trị zeta thấp so với cách phối trộn A, đặc biệt nhiệt độ khảo sát thấp 20oC độ giảm ζ = 12.9 mV Trong trường hợp này, phân tử chất HĐBM ưu tiên hấp phụ lên bề mặt hạt PN trước có hai khả xảy trình tương tác hạt PN có bề mặt tích điện âm với chất HĐBM anion Đầu tiên, xảy chế trao đổi ion nhóm hydroxyl OH– bề mặt hạt PN với hai đầu tích điện âm SO3– COO– SS16-47A Thứ hai, liên kết hydro (–H–) hình thành hạt PN phân tử chất HĐBM Như vậy, nồng độ thấp, đuôi kỵ nước chất HĐBM anion phân bố định hướng xung quanh hạt PN, tăng lực đẩy hạt PN từ giảm đáng kể tượng keo tụ, tăng tính ổn định hệ lên Nước biển cho vào sau, với nồng độ chất điện li lớn ion đối có hội để phân bố dày đặc xung quanh hạt PN, tác động ép lớp điện tích kép giảm Khảo sát độ hấp phụ của hệ hợp trội Theo kết nghiên cứu trên, tiến hành pha hỗn hợp hợp trội theo cách B với trình tự sau :  Từ dung dịch đậm đặc chất HĐBM SS16-47A 50%, tiến hành pha loãng nước cất để có dung dịch 10%,  Tính toán theo tỉ lệ hợp trội (9:1) để phối trộn với hạt PN, gia nhiệt 60 – 70oC khuấy trộn siêu âm 15 phút Đây xem hỗn hợp đưa ứng dụng giàn,  Từ pha dung dịch nồng độ 1000 ppm nước biển trích mẫu để khảo sát: - Mẫu 1: Để nhiệt độ phòng, quan sát đo  tuần - Mẫu 2: Ủ 91oC, quan sát đo  tuần - Mẫu 3: Trộn với dầu thô theo tỉ lệ 1:5, lắc ủ 91oC, quan sát đo  dung dịch nằm phía lớp dầu tuần Kết quan sát ngoại quan đo  mẫu sau tuần trình bày hình 4.24 4.25 21 10 a) 3.558 0.956 , mN/m 0.598 0.1 0.710 0.102 0.048 0.040 0.021 0.017 0.024 0.01 0.022 0.015 0.007 b) 0.001 Mẫu Hình 4.24 Quan sát ngoại quan hỗn hợp hợp Mẫu Thời gian ủ, tuần Mẫu Hình 4.25 Sự biến thiên  mẫu theo thời gian ủ trội SS16-47A hạt PN sau tuần a) Mẫu mẫu b) Mẫu mẫu Quan sát ngoại quan, mẫu (không ủ nhiệt) mẫu (có ủ nhiệt) xuất nhiều cặn vảy, micelle dạng đĩa dạng phân tử chất HĐBM SS16-47A hấp phụ lên bề mặt hạt PN tạo thành tập hợp Mẫu sau lắc với dầu thô ĐNR cho ủ nhiệt ngày dung dịch phía trong, chứng tỏ tập hợp hấp phụ lên bề mặt liên diện hai pha dầu-dung dịch Giá trị  mẫu cao so với mẫu chứng tỏ có phân huỷ nhiệt phân tử chất HĐBM dù ít, điều cho thấy độ bền nhiệt chất HĐBM SS16-47A Giá trị  mẫu sau tuần ủ với dầu thô ĐNR 91oC tăng vọt (từ 0,0242 mN/m lên 3,56 mN/m) sau giảm mạnh giữ giá trị ổn định tuần (0,63 mN/m sau tuần ủ nhiệt, 0,71 mN/m sau tuần ủ nhiệt, 0,956 mN/m sau tuần ủ nhiệt) Điều cho thấy lúc đầu phân tử chất HĐBM hấp phụ lên bề mặt hạt PN tập hợp lại hấp phụ mạnh lên bề mặt liên diện hai pha dầu-dung dịch hoạt tính bề mặt hỗn hợp có tính hợp trội mạnh, thêm vào số phân tử chất HĐBM bị giữ pha dầu (do tính ưa dầu mạnh đuôi hydrocarbon dài cồng kềnh), làm cho nồng độ chất HĐBM dung dịch giảm mạnh, cho giá trị  lớn Sau trình hệ đạt đến trạng thái ổn định, tập hợp phân tử chất HĐBM hạt PN lại tách khỏi bề mặt liên diện (để đảm bảo hệ số xếp chặt  1) phân bố lại lòng dung dịch, khiến cho giá trị  giảm mạnh (từ 3,56 mN/m xuống 0,63 mN/m sau tuần), sau tăng chậm phân huỷ nhiệt chất HĐBM dù 22 Tổng hợp ứng dụng hạt HLPN TCTHD a Tổng hợp hạt HLPN cách biến tính oleic acid (OA) Các nhóm chức bề mặt hạt PN biến tính OA (PN-OA) chế phản ứng xác định khẳng định lại phổ hồng ngoại biến đổi Fourrier (FTIR) biểu diễn hình 4.26 Hình 4.26 Phổ hồng ngoại hạt nano SiO2 biến tính OA với OA/SiO2 = 1/5 Với hạt PN-OA, mũi hấp thu quan sát kết phổ FTIR (hình 4.26): Ở vị trí số sóng 2926 cm-1 2855 cm-1 tương ứng dao động hóa trị bất đối xứng đối xứng liên kết C-H mạch alkyl, cho thấy diện mạch alkyl dài hạt PN Mũi hấp thu vị trí số sóng 1641 cm-1 tương ứng dao động hóa trị liên kết C=O nhóm carboxylate Từ kết luận nhóm –COOH OA phản ứng với nhóm –OH bề mặt hạt PN sản phẩm carboxylate Phản ứng xảy theo chế ester hóa Tuy nhiên, xuất mũi hấp thu vị trí số sóng 3424 cm-1 cho thấy diện nhóm –OH bề mặt hạt PN, nghĩa nhóm –OH bề mặt hạt PN không phản ứng hoàn toàn với OA Do đó, trình phản ứng xảy theo chế ester hóa mô tả sau: SiO2(OH)n + yHOOCC17H33  SiO2(OH)n-y(OOCC17H33)y + yH2O Như vậy, chuỗi alkyl dài kỵ nước gắn kết bề mặt hạt PN, cải thiện khả phân tán hạt PN dung môi hữu cơ, đồng thời biến đổi tính chất hạt trở nên kỵ nước (HLPN) 23 b Khảo sát tác động tăng cường khả bơm ép nước hạt HLPN Cho cát trắng rửa sạch, sấy khô sàng để đạt kích cỡ 0,5 ÷ mm vào hai cột sắc ký thuỷ tinh có kích thước (đường kính 25 mm, cao 500 mm) nhằm tạo môi trường xốp có độ rỗng đồng (cùng khối lượng cát thể tích cát chiếm chỗ cột) Kết nối hai cột với hai hệ thống bơm nước biển vùng mỏ ĐNR có hạt HLPN (nước biển pha màu để dễ xác định mức chất lỏng chảy xuống cột cát) Khởi động đồng thời hệ thống bơm, chiều cao cột cát nước biển qua theo thời gian xác định sau 5, 10 15 giây (hình 4.27 bảng 4.3) a) Sau giây b) Sau 10 giây c) Sau 15 giây Hình 4.27 Thử nghiệm khảo sát tác động hạt HLPN đến tăng cường khả bơm ép nước Bảng 4.3 Tác động hạt HLPN đến tốc độ dòng chảy nước biển bơm ép Thời gian Chiều cao cột cát nước biển qua (mm) (giây) Nước biển có HLPN Nước biển HLPN 150 80 10 340 240 15 480 360 Kết cho thấy với thời gian áp lực bơm ép, nước biển ĐNR có pha hạt HLPN với nồng độ 1000 ppm qua môi trường xốp (cột cát) với tốc độ lớn nhiều so với trường hợp nước biển hạt HLPN Do không đủ điều kiện nên kết thực nghiệm mang tính chất định tính nhằm chứng minh tác động hạt HLPN tăng cường khả bơm ép nước, đặc biệt quan trọng vỉa có độ thấm chứa thấp phân tích chương 24 KẾT LUẬN Đã xây dựng hệ chất IAMS-M4 gồm cấu tử thuộc nhóm chất HĐBM loại anion họ sulfonate: LAS, AOS, ALAX, XSA-1416D với tỉ lệ phối trộn tối ưu, đảm bảo tiêu kỹ thuật bền môi trường nhiệt độ cao, độ cứng độ mặn nước biển cao nhằm TCTHD cho mỏ BH Đã bơm ép thử nghiệm hệ chất IAMS-M4 mô hình vỉa đá móng mỏ BH kết làm tăng hiệu suất THD lên khoảng 3,3%, đưa lại hứa hẹn so với phương pháp TCTHD áp dụng mỏ BH Đã xây dựng hệ chất IAMS-M2-P gồm chất HĐBM loại anion họ Sulfonate AOS, họ Sulfate EO, loại nonion phenol ethoxylate phụ gia polymer họ polyacrylamide với tỉ lệ phối trộn tối ưu nhằm TCTHD cho mỏ ĐNR, có nhiệt độ vỉa thấp so với mỏ BH tỷ số linh động dầu-nước lại cao nhiều Đã bơm ép thử nghiệm hệ chất IAMS-M2-P mô hình vỉa đá móng ĐNR kết trung bình làm tăng hiệu suất THD lên 6,9% Đã nghiên cứu liên quan đặc trưng cấu trúc với tác động làm giảm sức căng bề mặt liên diện hai pha dầu-nước, thay đổi góc tiếp xúc dầu đá móng, giảm khả hấp phụ chất HĐBM lên đá vỉa hệ chất HĐBM cho thấy mối quan hệ phức tạp, lúc giải thích quy luật chung cho đối tượng mà phải tùy thuộc vào điều kiện cụ thể Đã chế tạo, biến tính ứng dụng hạt PN kết hợp với hệ chất HĐBM bơm ép TCTHD cho móng mỏ ĐNR Qua khảo sát tính chất đặc trưng hỗn hợp này, bước đầu cho thấy tác động hợp trội số hỗn hợp có tiềm ứng dụng TCTHD với khả làm giảm sức căng bề mặt liên diện hai pha dầu-nước xuống 103 đến 104 lần nồng độ tổng 1000 ppm Ngoài ra, bơm ép phối hợp với hạt PN giảm lượng chất HĐBM sử dụng nên an toàn với môi trường HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Để gia tăng hiệu TCTHD mà đảm bảo tính kinh tế bơm ép dung dịch chất HĐBM với thể tích bơm ép 0,15 thể tích rỗng mô hình vỉa (PV = 0,15), cần tiếp tục cải thiện tính hệ chất HĐBM IAMS-M2-P cách nghiên cứu sử dụng chất HĐBM có khả giảm mạnh dầu–nước Từ nghiên cứu phối trộn với hạt PN chất tạo nối để xây dựng hệ có tính hợp trội chất HĐBM-nano polymer phân tán (Dispersed Nano-Polymer-Gel) Đây hướng nghiên cứu đầy tiềm lĩnh vực TCTHD, áp dụng cho mỏ có nhiệt độ tương đối cao dầu nguyên khai có độ nhớt tương đối lớn mỏ ĐNR Sư Tử đen số mỏ khác Việt Nam