Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu chọn lựa dung môi và một số sản phẩm sinh học phân hủy sápparafin áp dụng cho làm sạch đường ống vận chuyển dầu thô ngoài biển khi tiến hành hủy công trình, gồm 3 chương: Chương I: Lắng động sápparaffin trong công nghiệp dầu khí và phương pháp loại trừ Chương II: Nguyên liệu, hóa chất và phương pháp, thiết bị dùng trong nghiên cứu; Chương III: Kết quả nghiên cứu lựa chọn dung môi và một số sản phẩm sinhn học để phân hủy sápparaffin áp dụng cho làm sạch đường ống vận chuyển dầu thô;
BỘ CÔNG THƯƠNG CHI NHÁNH DMC-RT BÁO CÁO TỔNG KẾT NHIỆM VỤ CẤP BỘ NGHIÊN CỨU CHỌN LỰA DUNG MÔI VÀ MỘT SỐ SẢN PHẨM SINH HỌC PHÂN HỦY SÁP-PARAFIN ÁP DỤNG CHO LÀM SẠCH ĐƯỜNG ỐNG VẬN CHUYỂN DẦU THƠ NGỒI BIỂN KHI TIẾN HÀNH HỦY CƠNG TRÌNH MÃ SỐ: ĐTKHCN.212/17 Cơ quan chủ trì đề tài: Chi nhánh Tổng cơng ty Dung dịch khoan Hóa phẩm Dầu khí-CTCP - Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng Dịch vụ kỹ thuật (DMC-RT) Chủ nhiệm đề tài: Lê Văn Công Thời gian thực hiện: từ tháng 1/11/2017 đến 30/6/2019 Hà Nội – 2019 ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CHỌN LỰA DUNG MÔI VÀ MỘT SỐ SẢN PHẨM SINH HỌC PHÂN HỦY SÁP-PARAFIN ÁP DỤNG CHO LÀM SẠCH ĐƯỜNG ỐNG VẬN CHUYỂN DẦU THƠ NGỒI BIỂN KHI TIẾN HÀNH HỦY CƠNG TRÌNH CHỦ NHIỆM: Ths Lê Văn Cơng – TP NC-PTDV Chi nhánh DMC-RT THƯ KÝ : KS Phạm Ngọc Sơn - PP NC-PTDV Chi nhánh DMC-RT TÁC GIẢ: KS Hoàng Anh Dũng Chi nhánh DMC-RT KS Bùi Lê Phương Chi nhánh DMC-RT KS Ngô Thị Nguyên Chi nhánh DMC-RT TS Nguyễn Văn Ngọ KS Nguyễn Minh Quân Chi nhánh DMC-RT Viện Công nghệ Khoan Mục lục Lời mở đầu Chương I LẮNG ĐỌNG SÁP-PARAFIN TRONG CƠNG NGHIỆP DẦU KHÍ VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ LOẠI TRỪ 1.1 Khái niệm lắng đọng sáp-parafin cơng nghiệp dầu khí chế gây lắng đọng 1.1.1 Khái niệm lắng đọng sáp-parafin cơng nghiệp dầu khí 1.1.2 Cơ chế gây lắng đọng sáp-parafin 11 1.2 Các phương pháp công nghệ ứng dụng cho xử lý loại trừ lắng đọng sápparafin 16 1.2.1 Phương pháp học 16 1.2.2 Phương pháp nhiệt 19 1.2.3 Phương pháp hóa học 20 1.2.4 Phương pháp sinh học 21 1.3 Một số thông tin, liệu thực trạng xử lý tích tụ parafin LD Vietsovpetro nói chung 25 1.3.1 Một vài nét lịch sử chi phối nghiên cứu xử lý lắng đọng sápparafin mỏ LD Vietsovpetro 25 1.3.2 Thực trạng lắng đọng sáp-parafin việc nghiên cứu nhằm phịng ngừa, xử lý loại trừ tích tụ sáp-parafin LD Vietsovpetro 27 1.4 Xác lập cách tiếp cận giải vấn đề làm đường ống vận chuyển dầu khỏi lắng đọng sáp-parafin 42 Chương HÓA CHẤT, VẬT TƯ VÀ PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU 43 2.1 Hóa chất vật tư sử dụng nghiên cứu 43 2.2 Phương pháp nghiên cứu 44 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN DUNG MÔI VÀ MỘT SỐ SẢN PHẨM SINHN HỌC ĐỂ PHÂN HỦY SÁP-PARAFFIN ÁP DỤNG CHO LÀM SẠCH ĐƯỜNG ỐNG VẬN CHUYỂN DẦU THÔ 47 3.1 Kết nghiên cứu thành phần số mẫu tích tụ paraffin Việt Nam 47 3.2 Kết nghiên cứu lựa chọn hệ dung mơi để hịa tan cặn sáp-parafin nhiệt độ thấp 51 3.2.1 Nghiên cứu lựa chọn thành phần hệ dung môi 51 3.2.2 Đánh giá ảnh hưởng yếu tố khác đến khả hoà tan, dung nạp tích tụ sáp-parafin 54 3.3 Kết nghiên cứu lựa chọn chế phẩm sinh học để phân hủy sáp-paraffin 59 3.4 Nghiên cứu thiết lập chế độ công nghệ sử dụng hệ dung môi chế phẩm sinh học áp dụng làm đường ống vận chuyển dầu thô ngồi biển tiến hành hủy cơng trình 60 Kết luận kiến nghị 66 Tài liệu tham khảo 67 Lời mở đầu Báo cáo:“Nghiên cứu chọn lựa dung môi số sản phẩm sinh học phân hủy sáp-parafin áp dụng cho làm đường ống vận chuyển dầu thơ ngồi biển tiến hành hủy cơng trình” nằm khn khổ Hợp đồng thực đề tài nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ cấp Bộ số: 170.17.ĐT/HĐ-KHCN ký ngày tháng 11 năm 2017 Bộ Công Thương Chi nhánh Tổng công ty Dung dịch khoan Hóa phẩm Dầu khí (DMC-RT) Trong cơng nghiệp khai thác dầu khí ngồi khơi, để vận chuyển sản phẩm khai thác từ giếng/giàn khai thác tới giàn/tàu xử lý dầu tới tàu/trạm chứa dầu, người ta sử dụng hệ thống đường ống vận chuyển nằm đáy biển Thông thường, đường ống bọc bảo ơn sau bọc lớp bê tơng nặng để giảm thiểu thất nhiệt để ống tự nằm bất động đáy biển Khi mỏ dừng hoạt động hệ thống đường ống vận chuyển cần tháo dỡ mang bờ để hủy cơng việc cịn mang lại hiệu kinh tế Tuy nhiên, đường ống vận chuyển trải dài khối lượng thép chiếm phần nhỏ tổng khối lượng hệ thống đường ống, nên người ta thường chấp nhận phương án bỏ lại đáy biển Thế nhưng, để bỏ lại đường ống đáy biển người ta cần làm lắng đọng sáp-parafin để khơng gây tổn hại tới mơi trường sau Chính vậy, việc nghiên cứu nhằm chọn lựa dung mơi hịa tan số sản phẩm sinh học phân hủy sáp-parafin nhằm làm đường ống vận chuyển dầu thơ ngồi biển tiến hành hủy cơng trình việc làm cần thiết Thơng thường để làm sáp-parafin đường ống trước hủy, trước tiên, người ta dùng phương pháp học phóng thoi để đẩy phần lớn sáp-parafin khỏi đường ống Tiếp phương pháp hóa học, thường ngâm dung mơi, thực để hòa tan sáp-parafin Phương pháp dùng chế phẩm sinh học phương pháp sử dụng sau Với việc kết hợp nhiều phương pháp, hệ thống đường ống vận chuyển làm tới mức cần thiết bỏ lại đáy biển Thế nhưng, theo chúng tơi biết hệ thống vận chuyển dầu thô nội mỏ liên mỏ Liên doanh Vietsovpetro thiết kế theo kiểu phóng thoi, nên để làm đường ống sử dụng phương pháp hóa học sinh học Công việc nghiên cứu mà đề xuất cơng việc mà việc ứng dụng diễn tương lai gần số mỏ mỏ Bạch Hổ vào giai đoạn khai thác tận thu Sau khai thác tận thu giai đoạn thu dọn mỏ Đáp ứng theo nội dung nêu đề cương duyệt, báo cáo tổng kết đề tài bao gồm phần sau sau đây: Lời mở đầu: Chương I: Lắng động sáp-paraffin cơng nghiệp dầu khí phương pháp loại trừ Chương II: Nguyên liệu, hóa chất phương pháp, thiết bị dùng nghiên cứu; Chương III: Kết nghiên cứu lựa chọn dung môi số sản phẩm sinhn học để phân hủy sáp-paraffin áp dụng cho làm đường ống vận chuyển dầu thô; Kết luận chung danh mục sản phẩm; Tài liệu tham khảo Nhân dịp thực nghiên cứu này, nhóm tác giả xin cảm ơn quan tâm tạo điều kiện Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Công thương, lãnh đạo tập thể cán Chi nhánh Tổng cơng ty Dung dịch khoan Hóa phẩm Dầu khí-CTCPTrung tâm Nghiên cứu ứng dụng Dịch vụ kỹ thuật (DMC-RT); hợp tác Viện Công nghệ Khoan; hợp tác, góp ý nhà khoa học bạn bè đồng nghiệp Chương I LẮNG ĐỌNG SÁP-PARAFIN TRONG CƠNG NGHIỆP DẦU KHÍ VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ LOẠI TRỪ 1.1 Khái niệm lắng đọng sáp-parafin cơng nghiệp dầu khí chế gây lắng đọng [1÷5]: 1.1.1 Khái niệm lắng đọng sáp-parafin cơng nghiệp dầu khí Lắng đọng sáp-parafin hay cịn gọi chung lắng đọng hữu tồn lòng giếng, cần khai thác, hệ thống thiết bị bề mặt đường ống vận chuyển dầu Lắng đọng chứa chủ yếu sáp (dạng rắn parafin mạch thẳng, tiếng Anh gọi Wax), hợp chất asphanten, nhựa, hợp chất chứa vòng thơm khác Tham gia vào thành phần lắng đọng hữu cịn có số vật liệu vơ cát, sét tinh thể muối vô (CaCO 3, Fe2O3 , Fe(OH)3 ) Tuy nhiên, sáp-parafin thành phần lắng đọng hữu cơ, nên người ta thường dùng khái niệm sáp-parafin để lắng đọng hữu Ví dụ lắng đọng sáp-parafin đưa hình 1.1 Hình 1.1 – Hình ảnh lắng đọng sáp-parafin (a)- đường ống vận chuyển dầu; (b)-trong cần ống khai thác Lắng đọng sáp-parafin, theo tiêu chí trạng thái, quan sát thấy hai dạng dạng đặc dạng xốp nhão Dạng đặc thường tìm thấy cần ống khai thác, đường vào ống vận chuyển hỗn hợp dầu khí với vận tốc dòng chảy lớn Dạng lắng đọng thường phân bố tương đối theo bề mặt bên thành cần ống khai thác, cần ống thường trạng thái thẳng đứng Còn đường ống vận chuyển dầu, lắng đọng có xu hướng dày phần bề mặt phía ống thường nằm ngang Dạng xốp nhão thường tìm thấy bình tách, bể chứa đoạn đường ống có vận tốc dòng chảy nhỏ Dạng gồm hạt parafin riêng biệt không liên kết chặt chẽ không bám chặt vào bề mặt kim loại Quy luật phân bố lắng đọng sáp-parafin phụ thuộc vào biến thiên nhiệt độ chế độ dòng chảy Trong cần ống khai thác, biến thiên nhiệt độ áp suất theo chiều sâu tuân thủ quy luật chung giảm dần theo giảm chiều sâu (Xem minh họa hình 1.2) Cũng với lên dịng dầu, áp suất giảm dần áp suất thủy tĩnh giảm dần; nhiệt độ giảm dần dòng dầu trao đổi nhiệt với thành giếng đá vỉa Thế nhưng, nghiên cứu cho thấy, nói chung, cần khai thác, yếu tố tác động tới quy luật phân bố sáp-parafin chủ yếu nhiệt độ Lắng đọng sâu lắng đọng chứa parafin có nhiệt độ kết tinh cao có chứa nhiều asphanten, nhựa Phần lắng đọng gần miệng giếng có cấu trúc mềm Loại chứa chủ yếu parafin có nhiệt độ kết tinh thấp (có số nguyên tử C thấp) Còn chiều dày, lớp sáp-parafin lắng đọng sâu có Hình 1.2- Minh họa lắng đọng sáp-parafin cần ống chiều dày bé, lớp cao gần miệng giếng giếng khai thác thường có chiều dày lớn Trong đoạn ống vần chuyển dầu nằm ngang tồn quy luật phổ biến khác Nghiên cứu cho thấy mức độ tích tụ sáp-parafin đạt cực đại đoạn đầu đường ống giảm dần theo chiều chuyển động dịng chảy (hình 1.3) Điều cho thấy, tác dụng nhiệt độ chảy, parafin nhanh chóng lắng đọng nên tích tụ mạnh đoạn đầu đường ống Cùng với trình lắng đọng, hàm lượng parafin dễ lắng đọng giảm dần, nên khả tích tụ cũng giảm Ngoài chịu tác động gradien nhiệt độ, chế độ dịng chảy, tích tụ cịn chịu ảnh hưởng lực trọng trường Lực gây nên tượng độ dày tích tụ đoạn ống nằm ngang tăng nửa đường ống Hình 1.3 – Hình thái lắng đọng sáp-parafin đường ống với chế độ chảy pha Các nghiên cứu cho thấy, nói chung, lớp lắng đọng đường ống tồn độ bền liên kết lắng đọng với thành ống lớn ứng suất tiếp tuyến dòng chảy tạo thành Trong trường hợp ngược lại, lớp lắng đọng tạo thành thành ống bị bào mịn, vỡ trơi theo dịng chảy Ứng suất tiếp tuyến xác định theo công thức: τ = λ v2 γ / 8g Trong : τ : ứng xuất tiếp tuyến (g/cm2) ; v : vận tốc trung bình dịng chất lỏng (cm/s) ; γ : Khối lượng riêng ( g/cm3 ); g : gia tốc trọng trường (9.81m/s2) ; λ : hệ số sức cản thuỷ lực Với trường hợp đường ống vận chuyển hai pha dầu, nước có phân tách, nước chảy phía dưới, dầu dầu chứa nước phân tán đó, chảy phía trên, tích tụ sáp-parafin có xu hướng nằm phần ống, nơi tiếp xúc với dòng dầu, có nhiệt dung riêng ½ nhiệt dung riêng dầu Dưới tác động trọng lực, nước chuyển động phía phần khơng xuất lắng đọng sáp-parafin Hình 1.4 – Hình thái lắng đọng sáp-parafin đường ống với chế độ chảy hai pha tách biệt 10 1.1.2 Cơ chế gây lắng đọng sáp-parafin Dầu thô nằm vỉa chứa hệ keo đa phân tán cân Mức độ phân tán hợp phần nặng asphanten, nhựa, hợp chất có trọng lượng phân tử cao hệ này, phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, cịn phụ thuộc vào thành phần hố học, thành phần pha dầu thô : + Tỷ lệ phân tử phân cực / không phân cực; + Tỷ lệ Hydrocacbon nhẹ / Hydrocacbon nặng; + Sự có mặt hạt có kích thước hạt keo phân tán dầu Sự thay đổi yếu tố nêu dẫn đến cân chung hệ kết xảy tượng kết tinh, kết tủa hợp chất parafin, nhựa, asphanten… Trong trình khai thác, dòng dầu vào đáy giếng, lòng giếng, chuyển động lên cần khai thác tới miện giếng thiết bị bề mặt Quá trình liền với giảm áp suất nhiệt độ (xem thêm hình 1.2), tách pha khí số hydrocacbon parafin nhẹ Khi xử lý thiết bị bề mặt, xảy trình như: tách phần phân đoạn nhẹ, phần nước đồng hành; giảm nhiệt độ trao đổi nhiệt với môi trường; thay đổi áp suất Trong trình bơm qua đường ống dẫn dầu, trình hạ nhiệt độ tiếp tục xảy Sự cân nhiệt động học cân pha trường hợp vừa nêu, làm cấu tử nặng asphanten, nhựa tách từ hỗn hợp dầu thô thành mixen keo Sự cân cũng làm cho độ hòa tan parafin rắn giảm nhiệt độ giảm tới mức đó, parafin bắt đầu kết tinh Các nghiên cứu rằng, thứ tự kết tinh parafin dầu parafin có trọng lượng phân tử cao, tức parafin có số phân tử cacbon cao, tới parafin có trọng lượng phân tử thấp Cùng với giảm nhiệt độ theo thời gian, tinh thể parafin lớn lên Chúng liên kết với tạo cụm tinh thể gặp điều kiện thuân lợi tạo tích tụ lắng đọng sáp-parafin Tồn chế thúc đẩy lắng đọng sáp-parafin chế khuyếch tán phân tử, chế tán xạ chuyển động trượt tương đối chế chuyển động nhiệt (Braonơ) 1) Cơ chế khuếch tán phân tử (Molecular difusion): Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, động lực chế khuếch tán phân tử gây nên thúc đẩy lắng đọng sáp-parafin chênh lệch nhiệt độ xảy khối dầu nằm tâm đường ống vận chuyển dầu so với thành ống dầu trao đổi nhiệt với môi trường lạnh bên ngồi đường ống Trên hình 1.5 minh họa phân bố nồng độ sáp-parafin tác động phân bố nhiệt độ trình hình thành lắng đọng sáp-parafin thành ống dẫn dầu hướng khuếch tán sáp-parafin từ tâm dòng chảy 11