BỘ CÔNG THƯƠNG
CHI NHÁNH VIỆN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRUNG TÂM ỨNG DỤNG VÀ CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ
VÀ HỆ HÓA PHẨM PHỤC VỤ XỬ LÝ ĐỒNG THỜI
LẮNG ĐỌNG HỮU CƠ VÀ VÔ CƠ TRONG CẦN KHAI THÁC
VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỀ MẶT TRÊN GIÀN KHAI THÁC
MÃ SỐ: 6363/QĐ-BCT


TÁC GIẢ:
1. Trần Thị Xuyên Cử nhân Hóa CTAT
2. Lê Thị Hồng Giang KS. Hóa học CTAT
3. Tô Văn Thường CNKT. Lọc hóa dầu CTAT
4. Nguyễn Đình Dũng ThS. Điện hóa CTAT
5. Nguyễn Quỳnh Anh ThS. Hóa dầu CTAT
6. Nguyễn Văn Ngọ TS. Hóa học DMC
7. Phan Văn Minh KS. Hóa học DMC
8. Phạm Ngọc Sơn KS. Hóa dầu DMC
9. Hoàng Anh Dũng KS. Hóa dầu DMC

Mục lục

Trang
Lời mở đầu
9
Chương I
. TỔNG QUAN VỀ LẮNG ĐỌNG HỮU CƠ, LẮNG ĐỌNG VÔ
CƠ TRONG CẦN KHAI THÁC VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỀ
MẶT TRÊN GIÀN KHAI THÁC 11
I.1 Tổng quan chung về lắng đọng hữu cơ và phương pháp
xử lý loại trừ

11
I.1.1. Khái niệm chung về lắng đọng hữu cơ 11
I.1.2. Cơ chế gây lắng đọng hữu cơ 12
I.1.2.1. Cơ chế khuếch tán phân tử 13

36
Chương III.
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN HỆ HÓA PHẨM VÀ CÔNG
NGHỆ CHO PHÉP XỬ LÝ ĐỒNG THỜI LẮNG ĐỌNG HỮU
CƠ VÀ VÔ CƠ 39
III.1. Định hướng sơ bộ về lựa chọn công nghệ xử lý
39
III.2. Nghiên cứu lựa chọn hóa phẩm loại trừ lắng đọng hữu
cơ

39
III.2.1. Phân tích thành phần lắng đọng hữu cơ 39
III.2.2. Nghiên cứu thực nghiệm nhằm lựa chọn hóa phNm loại trừ
lắng đọng hữu cơ

40
III.2.3. Kết luận chung cho phần nghiên cứu thực nghiệm lựa chọn
hóa phNm loại trừ lắng đọng hữu cơ

45
III.3. Nghiên cứu lựa chọn hóa phẩm loại trừ lắng đọng vô cơ
45
III.3.1. N ghiên cứu lựa chọn hóa phNm loại trừ lắng đọng CaCO
3
46
III.3.2. N ghiên cứu lựa chọn hóa phNm loại trừ lắng đọng CaSO
4

Hình 1.2. Lắng đọng muối lấy từ mỏ Bạch Hổ 18
Hình 1.3. Lắng đọng muối trong ống khai thác theo Shlumbeger 18
Hình 1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ hòa tan của CaCO
3
20
Hình 1.5.
Ảnh hưởng của áp suất riêng phần của CO
2
tới độ hòa tan của
CaCO
3
20
Hình 1.6.
Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ hòa tan của muối canxi
sunphat
22
Hình 1.7.
Cơ chế hình thành tích tụ lắng đọng muối dưới sự có mặt
của các hợp chất tan trong nước chứa trong dầu
25
Hình 1.8.
Ảnh hưởng của hợp chất hữu cơ lấy từ lắng đọng muối
tới sức căng bề mặt trên ranh giới pha
26
Hình 1.9.
Ảnh hưởng của hợp chất hữu cơ lấy từ lắng đọng muối tới
động học tạo lắng đọng muối trong phòng thí nghiệm
26
Hình 1.10. Khả năng hòa tan muối CaCO
3

Hình 2.3. Sơ đồ thí nghiệm đánh giá khả năng hòa tan parafin 36
Hình 2.4. Kích thước chi tiết Bộ gá đỡ mẫu 37
Hình 3.1.
Khối lượng lắng đọng hòa tan theo thời gian trong các hệ
42

6
dung môi khác nhau
Hình 3.2.
Cụm thiết bị đánh giá hòa tan lắng đọng trong cần khai thác
lấy từ XN LD Vietsovpetro
44
Hình 3.3. Lắng đọng trong ống khai thác 45
Hình 3.4.
Đường cong hòa tan CaCO
3
tích lũy theo thời gian trong dung
dịch axit axetic ở nhiệt độ 25
0
C
48
Hình 3.5.
Ảnh hưởng của nồng độ axit axetic tới tốc độ hòa tan căn
CaCO
3
ở nhiệt độ 25
0
C, thời gian 2h
48
Hình 3.6.

4
hòa tan tích lũy trong dung dịch N a
4
EDTA 55
Hình 3.11.
Ảnh hưởng của nồng độ N a
4
EDTA tới độ hòa tan của CaSO
4

ở nhiệt độ 25
0
C, thời gian 2h
55
Hình 3.12.
Ảnh hưởng của nồng độ N a
4
EDTA và Disolvine tới độ hòa
tan của CaSO
4
ở nhiệt độ 25
0
C, thời gian 2h
57
Hình 3.13.
Đường cong vi phân tốc độ hòa tan của CaSO
4
trong dung
dịch N a
4

Bảng 3.3.
Kết quả xác định khả năng hòa tan lắng đọng hữu cơ
của các hệ dung môi với thời gian lưu mẫu khác nhau
41
Bảng 3.4.
Khối lượng lắng đọng hòa tan theo thời gian
trong các dung môi khác nhau
42
Bảng 3.5.
So sánh tương đối khả năng hòa tan lắng đọng hữu cơ của các
hệ dung môi
43
Bảng 3.6.
Kết quả hòa tan lắng đọng hữu cơ trong đoạn cần khai thác
chứa lắng đọng hữu cơ sau 4h ngâm mẫu
45
Bảng 3.7.
Khối lượng CaCO
3
hòa tan trong dung dịch axit Axetic tích
lũy theo thời gian ở nhiệt độ 25
0
C
47
Bảng 3.8.
Khối lượng CaCO
3
hòa tan trong dung dịch axit Focmic tích
lũy theo thời gian ở nhiệt độ 25
0

Bạch Hổ của XN LD Vietsovpetro, nhất là khi mỏ này đang đi vào thời kỳ ngập
nước mạnh và đNy mạnh khai thác theo phương pháp gaslift. Lắng đọng vô cơ, hữu
cơ có thể xuất hiện ở các vị trí như: trong vùng vỉa chứa lân cận giếng khoan, trên
bề mặt dọc cần khai thác, trong hệ thống đường ống dẫn tới thiết bị xử lý, trong hệ
thống thiết bị xử lý, vận chuyển, tàng trữ dầu khí
Căn cứ vào bản chất của vật chất lắng đọng, người ta phân chúng thành lắng
đọng vô cơ, lắng đọng hữu cơ.
Lắng đọng vô cơ chứa chủ yếu các muối như CaCO
3
, CaSO
4
Lắng đọng
này xuất hiện khi các tinh thể muối vô cơ có trong nước đi cùng dòng dầu khai thác
gặp điều kiện thuận lợi cho lắng đọng như: chế độ dòng chảy rối, sự xuất hiện của
bề mặt phân cách pha, sự có mặt của lắng đọng hữu cơ tích tụ lại.
Lắng đọng hữu cơ thường chứa parafin, asphanten, nhựa, các hợp chất thơm
chứa lưu huỳnh N hững chất này luôn có sẵn trong thành phần dầu thô và chúng có
thể kết tinh trong dòng dầu khi cân bằng nhiệt động học của hệ dầu thay đổi. Các
tinh thể kết tinh sẽ tạo lắng đọng khi gặp điều kiện thuận lợi như thay đổi hướng
dòng chảy, xuất hiện bề mặt phân cách pha.
Lắng đọng vô cơ có thể có mặt tại nhiều vị trí dọc thân giếng, thân cần khai
thác và trong hệ thống thu gom xử lý. Lắng đọng hữu cơ thường tập trung nhiều
trong đoạn cần khai thác phía trên có nhiệt độ thấp (nhiều nhất ở vị trí độ sâu 100m
lên tới miệng giếng). Thế nhưng, nói chung, trên thực tế ta thường gặp lắng đọng
hỗn hợp, tức lắng đọng chứa cả muối vô cơ và vật chất hữu cơ.
Lắng đọng muối xảy ra trong vùng cận đáy giếng dẫn tới giảm độ thấm vùng
cận đáy giếng, giảm hiệu quả khai thác. Trong cần khai thác, lắng đọng muối
thường dẫn đến tăng trở lực dòng chảy. Việc tăng trở lực này diễn ra khi đường
kính hiệu dụng của cần khai thác nhỏ đi và khi cặn lắng đọng làm bề mặt ống mấp
mô. Các van, hoặc thiết bị bơm chìm trong lòng giếng có thể bị tắc không hoạt động

thác và hệ thống xử lý bề mặt trên giàn khai thác;
Chương II: Vật liệu, hóa phNm và phương pháp nghiên cứu;
Chương III: N ghiên cứu lựa chọn hệ hóa phNm và công nghệ cho phép xử lý
đồng thời lắng đọng hữu cơ và vô cơ.
N hân dịp lập báo cáo nhóm tác giả cáo xin cảm ơn Vụ Khoa học Công nghệ -
Bộ Công Thương đã tin cậy giao cho chúng tôi nhiệm vụ nghiên cứu này. Cám ơn
sự hợp tác của các đơn vị và cá nhân, các cán bộ khoa học thuộc Viện Dầu khí Việt
N am, Tổng Công ty dung dịch khoan và Hóa phNm Dầu khí, các đồng nghiệp trong
và ngoài ngành đã giúp đỡ và động viên chúng tôi cho công trình nghiên cứu có tính
thiết thực này.

10
Chương I
TỔNG QUAN VỀ LẮNG ĐỌNG HỮU CƠ, LẮNG ĐỌNG VÔ CƠ
TRONG CẦN KHAI THÁC VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỀ MẶT
TRÊN GIÀN KHAI THÁC
I.1. Tổng quan chung về lắng đọng hữu cơ và phương pháp xử lý loại trừ
I.1.1. Khái niệm chung về lắng đọng hữu cơ [3, 15, 24, 30]
Lắng đọng hữu cơ có thể tồn tại trong vùng cận đáy giếng, trong lòng giếng,
thân giếng, trong cần khai thác, trong hệ thống thiết bị bề mặt và trong đường ống
dẫn dầu. Lắng đọng này chứa chủ yếu sáp (dạng rắn của các parafin mạch thẳng),
các hợp chất asphanten, nhựa, các hợp chất chứa vòng thơm khác. Tham gia vào
thành phần lắng đọng vô cơ còn có một số vật liệu vô cơ như cát, sét các tinh thể
muối vô cơ (CaCO
3
, Fe
2

tác dụng của nhiệt độ và sự chảy, parafin nhanh chóng lắng đọng nên tích tụ mạnh ở
những đoạn đầu của đường ống. Cùng với quá trình lắng đọng, hàm lượng parafin
dễ lắng đọng giảm dần, nên khả năng tích tụ cũng giảm. N goài chịu tác động của
gradien nhiệt độ, chế độ dòng chảy, tích tụ còn chịu ảnh hưởng của lực trọng
trường. Lực này có thể gây nên hiện tượng độ dày tích tụ trong các đoạn ống nằm
ngang tăng ở nửa dưới của đường ống. N ói chung, lớp lắng đọng trên đường ống
tồn tại khi độ bền liên kết giữa lắng đọng với thành ống lớn hơn ứng suất tiếp tuyến
do dòng chảy tạo thành. Trong trường hợp ngược lại, lớp lắng đọng tạo thành trên
thành ống sẽ bị bào mòn và vỡ trôi theo dòng chảy. Ứng suất tiếp tuyến được xác
định theo công thức:
τ = λ v
2
γ / 8g
Trong đó : τ : ứng suất tiếp tuyến (g/cm
2
);
v : vận tốc trung bình của dòng chất lỏng (cm/s);
γ : Khối lượng riêng (g/cm
3
);
g : gia tốc trọng trường (9,81m/s
2
);
λ : hệ số sức cản thuỷ lực.
I.1.2. Cơ chế gây lắng đọng hữu cơ [15, 21, 23, 30, 33, 45]
Dầu thô khi nằm trong vỉa chứa là hệ keo đa phân tán cân bằng. Mức độ
phân tán của các hợp phần nặng như asphanten, nhựa, các hợp chất có trọng lượng
phân tử cao trong hệ này, ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, còn phụ thuộc
vào thành phần hoá học, thành phần pha của dầu thô như :
+ Tỷ lệ các phân tử phân cực / không phân cực;

bám lên thành ống dẫn. Cùng với sự tiếp tục giảm của nhiệt độ, kích thước tinh thể
kết tinh trước lớn lên, số lượng tinh thể kết tinh mới tăng lên, quá trình liên kết giữa
các tinh thể được đNy mạnh, các cụm này và tinh thể riêng biệt có xu hướng bám lên
thành ống và phần tinh thể bám trước ngày càng mạnh. Khi xu hướng này lớn đến
mức độ nào đó thì tồn tại sự khác biệt về nồng độ các tinh thể và cụm tinh thể
parafin trong tiết diện ngang của ống dẫn. N ồng độ tinh thể cao nhất đạt được tại
tâm dòng chảy. Sự chênh lệch về nồng độ này chính là động lực tiếp tục thúc đNy
các tinh thể parafin chuyển động theo hướng ly tâm tới thành ống và bám dính vào
đó. Cơ chế gây lắng đọng như vậy được gọi là cơ chế khuếch tán phân tử.
I.1.2.2. Cơ chế phân tán do chuyển động trượt tương đối [15, 30]
Các tinh thể parafin khi còn nhỏ tạo thành huyền phù trong dòng chảy, có

13
khuynh hướng chuyển động với vận tốc trung bình theo hướng dòng chảy xung
quanh. Tuy nhiên, dưới tác dụng của sự trượt tương đối giữa các lớp chất lỏng,
ngoài tham gia chuyển động với dòng dầu, các tinh thể parafin còn bị cưỡng bức
tham gia vào chuyển động ngang theo hướng ly tâm. Kết quả là các hạt tinh thể
parafin từ dòng chảy rối bị đNy đến thành ống, nơi các phân tử parafin rắn đã lắng
đọng trước đó theo cơ chế khuếch tán phân tử và tiếp tục lắng đọng. N ói chung,
lắng đọng do cơ chế phân tán do chuyển động trượt tương đối không bền bằng lắng
đọng do cơ chế khuếch tán phân tử.
Các thông số ảnh hưởng đến quá trình này tích tụ parafin bao gồm: bề mặt
thành ống, tốc độ dòng chảy, số lượng parafin trong dòng, hình dạng và kích thước
các hạt. Trên thực tế, cơ chế lắng đọng parafin thường là sự tổ hợp của hai cơ chế.
Tuy nhiên, cơ chế khuếch tán phân tử chiếm ưu thế, ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
nóng chảy của parafin.
I.1.3. Phương pháp ngăn ngừa lắng đọng hữu cơ
Tồn tại nhiều phương pháp khác nhau trong kiểm soát lắng đọng hữu cơ. Căn
cứ vào bản chất, các phương pháp này có thể được phân loại thành 3 nhóm chính là:
phương pháp cơ học; phương pháp nhiệt học và phương pháp hóa học.

biến tính tinh thể sáp.
Để hòa tan các loại cặn chứa sáp và có hàm lượng chất thơm cao, người ta sử
dụng các dung môi như: condensat, phân đoạn xăng nhẹ, dầu hoả, dầu diesel, butan,
pentan, xylene, toluene, benzene, cacbontetraclorit (CCl
4
) và cacbondisulfit(CS
2
).
Kerosen, diesel, dầu và các condensat có hàm lượng thơm thấp thì không có khả
năng hoà tan lắng đọng chứa asphaltene. Tuy nhiên condensat với hàm lượng thơm
cao, xylene và toluen lại có khả năng hoà tan rất tốt asphaltene. Dung môi để xử lý
kỹ thuật phải đảm bảo cả khả năng thấm của chúng vào trong cặn và cả khả năng hoà
tan lại cặn sáp trong dầu.
Các chất phân tán là các hợp chất hoá học có khả năng giữ các hạt sáp rắn ở
trạng thái phân tán khi chúng kết tinh ở trong các sản phNm dầu thô. Các chất phân
tán trung hoà lực hút giữa các phân tử sáp với nhau và lực hút giữa các phân tử sáp
với thành đường ống khai thác, các đường ống vận chuyển và bề mặt thiết bị. Hiện
tượng như vậy ngăn ngừa các tinh thể sáp từ trạng thái đơn lẻ và hình thành các lớp
trên các bề mặt đường ống. Việc xử lý sáp, sử dụng các chất phân tán bao gồm việc
bơm hỗn hợp của chất phân tán và nước/dung môi hoá học xuống khoảng không
vành xuyến của thân giếng. Hỗn hợp chất phân tán được đNy ra ngoài theo dòng sản
phNm.
Các chất tNy rửa là các hợp chất hoạt động bề mặt có xu hướng thấm ướt các
tinh thể sáp, ống khai thác và các đường ống dẫn trong sự có mặt của nước. Quá trình
thấm ướt như vậy sẽ trung hòa lực kết dính giữa các tinh thể và lực hút giữa các tinh
thể sáp với đường ống khai thác và các đường ống dẫn. Các chất tNy rửa sẽ giúp cho
việc phá vỡ các cặn sáp và ngăn ngừa các hạt sáp phân tán và tích tụ dọc theo đường
ống khai thác và các ống dẫn.
Các chất biến tính các tinh thể sáp thường là các chất polymer như
polyetylene hoặc một số polymer mạch nhánh có khả năng ức chế hoặc xen cài trong

(N aN O
2
) và muối amoni clorua (N H
4
Cl). Dung dịch được chuNn bị trên mặt đất, sau
đó được bơm xuống đáy giếng. Dưới tác dụng của nhiệt độ khơi mào, phản ứng giữa
hai muối sinh ra khí nitơ và tỏa ra một lượng nhiệt lớn. Dung dịch nóng làm tan,
hoặc làm mềm lắng đọng hữu cơ tạo điều kiện cho chúng cuốn theo dòng lưu thể
khai thác.
I.2. Tổng quan chung về lắng đọng vô cơ và phương pháp xử lý loại trừ
I.2.1. Khái niệm chung về lắng đọng vô cơ
Lắng đọng vô cơ, nói chung có thành phần phức tạp [42]. Ở trong thời kỳ
khai thác đầu, thành phần phổ biến nhất của lắng đọng vô cơ là các muối: Canxit -
CaCO
3
, Thạch cao - CaSO
4
.2H
2
O , Anhydrit - CaSO
4
, Barit - BaSO
4
, Asetin -

16
SrSO
4
, Halit - N aCl … Ở giai đoạn khai thác cuối, xuất hiện thêm các muối
sunphua mà phổ biến nhất là sunphua sắt - FeS. N goài các khoáng vật phổ biến vừa

tâm, nắp van, đường ống dẫn, van điều chỉnh Lắng đọng nhiệt độ cao (bám trên bề
mặt ống trao đổi nhiệt, trên mặt thiết bị tách nước khỏi dầu thô) thường thuộc loại
cấu trúc này. N ói chung, trong các lắng đọng này chúng ta không nhận ra cấu trúc
lớp, vì chúng là một thể thống nhất. Loại lắng đọng có cấu trúc này, nói chung là
kém phổ biến. Trong hình 1.2 là hình ảnh lắng đọng trong đường ống dẫn tới thiết
bị xử lý dầu thô tại mỏ Bạch Hổ của Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro.
Phần kết tinh tốt là phần có bề mặt mịn, ánh trong. Phần khác có màu xám là phần
có mức độ kết tinh không đồng đều và chứa nhiều tạp chất hữu cơ. Kiểu cấu trúc
cặn lắng đọng như đưa trong hình 1.2 đặc trưng cho chế độ khai thác thay đổi theo
thời gian.
Phần mang tính phổ biến của cặn lắng đọng là phần có cấu trúc lớp. Với loại
có cấu trúc lớp như vậy, lớp lắng đọng gần thành ống thường là lớp tinh thể có cấu
trúc micro xen lẫn với các hợp chất hữu cơ và theo mức độ xa dần từ lớp này, là
những lớp có cấu trúc tinh thể mịn, tinh thể trung bình và sau đó là lớp tinh thể lớn
hình kim. Mặt cắt ngang của dạng lắng đọng này trong ống thường có dạng ống
hình trụ đặc trưng bởi kiểu định hướng cấu trúc tinh thể phát triển theo hướng từ bề
mặt hướng về tâm. Lắng đọng kiểu này thường thấy trong cần khai thác và thiết bị
đầu giếng. Theo điều kiện nhiệt động học, loại lắng đọng này có thể được xếp vào
có nhiệt độ trung bình. Trong hình 1.3 chúng tôi đưa hình ảnh lắng đọng bám trên
thành cần khai thác đại diện cho loại mà chúng tôi vừa mô tả [27]. Đây chính là
nghiên cứu của hãng dịch vụ kỹ thuật của Hoa Kỳ - hãng Schlumberger.
Lắng đọng có cấu trúc xốp đặc trưng cho điều kiện hình thành ở khoảng
nhiệt độ thấp như trong bể chứa dầu. Trong một số trường hợp, lắng đọng dạng này

17
có thể tạo đá chứa các hốc không đều có tinh thể khoáng vật vây quanh. Trong loại
đá này tồn tại những tinh thể hình kim lớn có kích thước lên tới 10÷20µm. Trên
hình 1.3, chúng ta nhìn rõ các tinh thể lớn của muối CaCO
3
phát triển theo hướng từ

2) Khi điều kiện nhiệt động học thay đổi.
Khi điều kiện nhiệt động học: nhiệt độ, áp suất thay đổi độ hòa tan của muối
trong nước thay đổi và có thể trở nên quá bão hòa dẫn tới kết tinh muối.
3) Khi một, hoặc một vài muối, một hoặc một vài dạng ion mới tan vào có
thể tạo muối với ion hoà tan sẵn trong nước trước đó.
Cả 3 trường hợp nêu trên đều có chung một điểm là sự mất cân bằng về nồng
độ của muối trong nước, vì thế nguyên nhân sâu xa nhất có thể dẫn đến lắng đọng
phải là nguyên nhân kết tinh muối từ dung dịch nước trong những điều kiện nhất
định.
Khoáng vật thứ sinh trong vỉa chứa thường chứa các khoáng canxit, thạch
cao, zeolit, halit… Chúng được hình thành từ các hoạt động kiến tạo, thuỷ nhiệt và
phong hoá. N ước vỉa nội tại trong các vỉa chứa này thường được bão hoà bởi các
muối hoà tan. N ước bơm ép vỉa nhằm mục đích duy trì áp suất hoặc đNy dầu cũng
có thể trở nên bão hoà khi các muối có trong vỉa tiếp tục hoà tan vào đó. N hư vậy,
khi còn nằm trong vỉa, nước vỉa hoặc nước bơm ép vỉa đã chứa một lượng các muối
hoà tan nào đó và thậm chí có thể đã trở nên bão hoà đối với một số muối. Khả năng
hoà tan và bão hoà muối trong nước vỉa hoặc nước bơm ép phụ thuộc vào nguồn
cung cấp ion tạo muối và điều kiện nhiệt động học (nhiệt độ, áp suất) trong vỉa
chứa.
Trong quá trình khai thác, nước đồng hành cùng dầu (chính từ nguồn nước
vỉa hoặc nước bơm ép được đề cập đến ở trên) đi qua vùng cận đáy giếng, vào lòng
giếng, theo đường cần khai thác đi lên bề mặt vào các thiết bị xử lý. Tại hầu hết các
vị trí, nước đồng hành đi qua, áp suất, nhiệt độ thay đổi, tức điều kiện nhiệt động
học thay đổi, làm một số muối trở nên quá bão hoà và chúng kết tinh trong dòng
chảy. Ở vị trí mà có các điều kiện nhiệt động học thay đổi càng mạnh khả năng mất
cân bằng càng lớn mức độ kết tinh càng mạnh.
Trên hình 1.4 chúng tôi đưa quan hệ độ hòa tan trong nước của CaCO
3
ở các
nhiệt độ khác nhau [46]. Quan hệ này cho thấy, theo chiều tăng của nhiệt độ, độ hòa

[46].

Nhiệt độ,
0
C
Độ hòa tan của CaCO
3
, mg/L

Hình 1.4 - Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ hòa tan của CaCO
3 Áp suất riêng phần của CO
2
, kPa.
Độ hòa tan của CaCO
3
, mg/L

1 kPa. ≈ 0,01 am.= 0,00987
Hình 1.5 - Ảnh hưởng của áp suất riêng phần của CO
2
tới độ hòa tan của CaCO
3

20
Quan hệ này cho thấy, áp suất ảnh hưởng tới độ hòa tan của CaCO
3
mạnh

còn tác động tới khả
năng hòa tan và bão hòa của CaCO
3
trong nước thông qua cơ chế hóa học. Chính vì
vậy, nhiều khi nhìn vào thành phần hóa học của nước ta chưa thể xác định được liệu
thành phần này có thể là nguyên nhân sâu xa dẫn tới lắng đọng muối CaCO
3
hay
không.
N hư chúng ta biết, CO
2
hòa tan trong nước tạo 03 sản phNm [12, 26, 35]:
CO
2
+ H
2
O ↔ H
2
CO
3
(1.1)
H
2
CO
3
↔ H
+
+ HCO
3
-

Khi pH nằm trong khoảng 6,3÷10,3, trong nước tồn tại hai dạng ion: CO
3
2-
và
HCO
3
-
, nhưng chủ yếu là ở dạng HCO
3
-
. Còn khi nước có pH lớn hơn 10,3, CO
2
chỉ
có mặt trong nước dưới dạng CO
3
2-
.
N hư vậy, đối với nước chứa CO
2
có pH trong khoảng 6,4÷10,3 , khoảng
thường gặp đối với nước đồng hành khai thác [8], muối canxit - CaCO
3
được tạo
thành theo phản ứng :
Ca
2+
+ 2HCO
3
-
> CaCO

3
thông qua ảnh
hưởng tới mức độ quá bão hòa muối CaCO
3
trong nước đồng hành theo lưu thể đi

21
lên từ đáy giếng đến hệ thống khai thác là sự suy giảm áp suất và sự tách khí CO
2
.
Thay đổi nhiệt độ dọc theo hệ thống khai thác, ngược lại làm giảm khả năng quá
bão hòa, giảm khả năng kết tinh của CaCO
3
.
Sự kết tinh muối sunphat (CaSO
4
, CaSO
4
.2H
2
O, SrSO
4
), do không có mặt
của pha khí xảy ra theo cơ chế đơn giản hơn. Phương trình hóa học tạo các muối
trên có dạng sau:
Ca
2+
+ SO
4
2-

0
C tới 100
0
C. Các số liệu này cho phép rút ra tính
quy luật là, muối CaSO
4
.2H
2
O tan trong nước đồng hành khi di chuyển từ đáy giếng
lên bề mặt có thể kết tinh một cách dễ dàng để rồi tạo điều kiện cho tạo cặn muối.
Trong hình 1.6, chúng tôi đưa kết quả nghiên cứu của [44] về ảnh hưởng của nhiệt
độ tới độ hòa tan của các dạng muối canxi sunphat.
CaSO
4
.2H
2
O
CaSO
4
CaSO
4
.1/2H
2
O
0
400
800
1200
1600
2000

2
O trong nước cất
(Ca
2+
mg đượng lượng/Lít)
Nhiệt độ,
0
C

Áp suất
Atm.
60
0
C 90
0
C 110
0
C 130
0
C 150
0
C
0
29,60 27,23 26,68 26,02 25,24
80
32,00 29,95 29,56 28,90 28,12
120
33,20 31,31 31,00 30,34 29,56
160
34,40 32,67 32,41 31,78 31,00

23
I.2.3.1. Ảnh hưởng của điều kiện dòng chảy tới tích tụ lắng đọng muối
Thông thường các tinh thể nhỏ thường bị dòng chảy đưa đi xa khỏi vị trí
chúng sinh ra. Khi các tinh thể lớn lên tới một kích thước nào đó thì khả năng chúng
bị cuốn đi cũng nhỏ dần và khả năng lắng đọng lại lớn theo. Để có thể tạo lắng đọng
muối các tinh thể muối cần được kiên kết lại, hoặc được liên kết lên vật liệu nào đó.
Chính vì vậy, lắng đọng muối xuất hiện mạnh ở những vị trí có sự thay đổi mạnh về
tốc độ dòng chảy hoặc đổi hướng dòng chảy (van, bơm, khúc quanh …), vì tại đây,
dòng chảy đã ép các hạt tinh thể lại gần tạo điều kiện cho chúng liên kết với nhau và
liên kết với mặt thiết bị. Trong đường ống tiết diện đều, các tinh thể muối kết tinh tụ
lại chậm hơn và nguyên nhân ở đây là các tinh thể lơ lửng trong lưu thể chuyển
động bên sát thành ống có vận tốc rất nhỏ (do ma sát với thành ống, và do profin
dòng chảy đã ép chúng vào thành), nên rất dễ bị hấp phụ lên bề mặt ống vốn được
bao phủ bởi lớp vật liệu hữu cơ. Khi các hạt tiến quá gần các hạt khác hoặc bề mặt
có sẵn, lực hút phân tử Van-đéc-van sẽ giữ chúng lại trên bề mặt. Tại điểm tách khí
trong cần khai thác, lắng đọng muối cũng phát triển mạnh. N guyên nhân ở đây là sự
kết hợp của việc tăng đột biến xác suất tạo mầm kết tinh khi xuất hiện của lượng lớn
bề mặt phân cách pha khí-lỏng và của việc dòng chảy rối đã làm tăng khả năng của
các tinh thể trong va chạm và dẫn tới liên kết giữa chúng. Trong nhiều nghiên cứu,
người ta phát hiện rằng, ở chiều sâu 300÷360m, nơi thường xảy ra giãn nở mạnh
của chất khí nói chung, khí CO
2
nói riêng, lắng đọng muối được hình thành rất
mạnh.
I.2.3.2. Ảnh hưởng của thành phần dầu tới tích tụ lắng đọng muối
Hợp phần hữu cơ chứa trong lắng đọng muối thường chứa asphanten, nhựa,
parafin không no, các hợp chất thơm, hợp chất chứa lưu huỳnh, axit tan trong nước
naphtalen và muối của các axit Theo nghiên cứu [38, 39] các thành phần trên
thường chiếm tỷ lệ có xác suất sau trong phần hữu cơ: asphanten: 5,9÷24,3%, nhựa:
12÷36%, hợp chất thơm cộng parafin không no: 53,4÷64,8%, các hợp chất tan trong

thiết bị

g - Hạt tinh thể tự do
a

g
b
Hình 1.7. Cơ chế hình thành tích tụ lắng đọng muối dưới sự có mặt
của các hợp chất tan trong nước chứa trong dầu
N ghiên cứu [39] cũng cho thấy, thành phần hữu cơ trong lắng đọng chính là
các chất hoạt động bề mặt có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt trên ranh giới pha.
Trên hình 1.8 là các đường thực nghiệm về ảnh hưởng của các hợp phần hữu cơ
tách từ lắng đọng muối lấy từ một số mỏ khác nhau. Kết quả nghiên cứu của [39]
cũng cho thấy, chính những hydrocacbon không no, đặc biệt là loại có chứa vòng
thơm - vốn được coi là chất hoạt động bề mặt mạnh, có khả năng hấp phụ tốt lên bề
mặt tinh thể muối. Đứng sau chất hoạt động bề mặt này là hợp chất chứa lưu huỳnh.
Chính vì những điều vừa nêu mà trong hầu hết các lắng đọng có chứa hợp chất
hydrocacbon thơm, sau đó là hợp chất chứa lưu huỳnh.
Vai trò lớn của các hợp chất hữu cơ tan trong nước có trong thành phần của
dầu mỏ cũng được thể hiện trên hình 1.9 [39]. Hình này là kết quả thí nghiệm động
học tạo lắng đọng có sự tham gia của hợp chất hữu cơ lấy từ lắng đọng.

25