NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỀ TÀI: “Áp dụng phương pháp tổ hợp
phối trộn chọn lọc và thống kê hiện đại để
xây dựng hệ chất hoạt động bề mặt tối ưu
sử dụng trong bơm ép tăng cường thu hồi
dầu”

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Thăm dò, Khai thác
Áp dụng phương pháp tổ hợp phối trộn chọn lọc và thống kê hiện
đại để xây dựng hệ chất hoạt động bề mặt tối ưu sử dụng trong bơm
ép tăng cường thu hồi dầu
Trên cơ sở thử nghiệm sơ bộ những chất hoạt động bề mặt (HĐBM) có tính bền nhiệt và
tương hợp với nước biển tốt, sức căng bề mặt liên diện (SCBMLD) thấp, quá trình phối

đó, lực mao dẫn tạo dòng chảy của chất lưu trong các vi nứt nẻ. Hai lực này có mối liên
hệ với nhau thông qua số mao dẫn được định nghĩa là tỷ số giữa lực nhớt và lực mao dẫn.
Chất HĐBM có tác dụng làm giảm SCBMLD giữa nước biển và dầu dư vì thế làm tăng
số mao dẫn. Số mao dẫn (Nc) được dùng để diễn tả lực tác động lên giọt dầu bị bẫy lại
trong lỗ xốp. Nc là hàm số của vận tốc Darcy (ν), độ nhớt (µ) của pha động và sức căng
bề mặt(σ) giữa pha dầu và nước. Phương trình(1) dưới đây diễn tả mối quan hệ giữa vận
tốc Darcy, độ nhớt, và IFT so với số mao dẫn Nc.
Nc = ν µ/σ (1)
Ở giai đoạn cuối của quá trình bơm ép nước, số mao dẫn có giá trị khoảng 10
-6
. Muốn gia
tăng hiệu quả đẩy dầu lên vài chục %, phải tăng Nc lên hai đến ba bậc lũy thừa .
SCBMLD giữa dầu và nước biển bơm ép thường khoảng vài chục mN/m.
Khi sử dụng chất HĐBM phù hợp có thể dễ dàng hạ thấp SCBMLD hàng trăm, hàng
nghìn lần đến 10
-2
mN/m hoặc ít hơn, điều này dẫn đến số mao dẫn cũng tăng tương ứng
ít nhất hai đến ba bậc lũy thừa. Mối quan hệ giữa số mao dẫn và % dầu thu hồi được mô
tả trong Hình 1. Ngoài ra, khi SCBMLD giữa nước biển và dầu giảm, phần dầu dư trong
vỉa dễ hòa tan hơn vào nước biển tạo thành dạng huyền phù linh động hơn.
Khi đó bề mặt đá móng trở thành tích điện âm hơn do ở trong môi trường có nồng độ ion
hydroxyl . Những ion âm này không chỉ cản trở sự hấp phụ những hóa chất dạng anion
như chất HĐBM anionic mà còn thay đổi tính dính ướt của bề mặt đá vỉa, trở nên dính
ướt nước hơn .
Việc ứng dụng các hỗn hợp chất HĐBM vào TCTHD đã được F.M.Llave và các cộng sự
khảo sát . Trong những hệ này, các chất HĐBM có thể cộng hợp các đặc tính ưu việt
riêng để nâng cao hiệu quả chung của cả hệ. Mục đích chất HĐBM sử dụng ở dạng hỗn
hợp là để dễ dàng xây dựng hệ chất HĐBM tối ưu nhất cho các quá trình khai thác dầu ở
những vỉa có đặc thù về tính chất dầu thô, độ muối, nhiệt độ…, bên cạnh đó cònđể xác
định xem sự kết hợp những chất HĐBM khác nhau như vậy có tạo ra hiệu quả cộng hợp

phạm vi đo SCBMLD rộng từ 101 - 10-5 mN/m. Mẫu đo được thực hiện ở 600C ± 10C.
Kỹ thuật này dựa trên cơ sở là gia tốc trọng trường có ảnh hưởng nhỏ tới độ sắc nét của
giọt chất lưu phân tán trong môi trường lỏng khi cả giọt chất lưu và môi trường lỏng đều
được chứa trong ống nằm ngang quay quanh trục hoành của chúng.
Với vận tốc (w) quay thấp giọt chất lưu sẽ có hình elip nhưng khi w đủ lớn, nó sẽ có hình
trụ. Ở điều kiện này, bán kính (r) của giọt hình trụ được xác định bởi SCBMLD, sự khác
biệt về tỷ trọng của giọt chất lưu và môi trường xung quanh và tốc độ quay của giọt. Do
đó, SCBMLD được tính toán theo công thức sau:

Phương pháp giọt quay rất hữu hiệu khi đo SCBMLD cực thấp, đến 10
-5
mN/m và là
phương pháp phù hợp nhất để khảo sát các chất HĐBM sử dụng cho bơm ép tăng cường
thu hồi dầu .
2.4. Sử dụng chương trình Statistica 7 tối ưu hóa hỗn hợp chất HĐBM
Chương trình phần mềm Statistica là chương trình chuyên phân tích tổng hợp dữ liệu,
quản lý cơ sở dữ liệu và ứng dụng phát triển những cấu tử trong phạm vi chọn lựa ban
đầu, hoàn thiện qui trình phân tích trong ứng dụng khoa học công nghệ . Hỗn hợp chất
HĐBM liên quan đến SCBMLD, thực hiện những thí nghiệm phối trộn từ 3 loại chất
HĐBM khác nhau, AOS, LAS, và XSA- 1416D với các nồng độ của từng cấu tử khác
nhau. Đo các giá trị SCBMLD của mỗi hỗn hợp từ Spinning Drop Tensiometer.
2.5. Thử nghiệm độ bền nhiệt và tính tương hợp với nước biển của hệ chất HĐBM
Những thử nghiệm về độ bền nhiệt và tính tương hợp được thực hiện dựa trên sự quan sát
ngoại quan và giá trị SCBMLD của dung dịch hỗn hợp chất HĐBM. Các dung dịch với
các nồng độ khác nhau của ba chất HĐBM trong hỗn hợp chất HĐBM và nước biển được
ủ tại nhiệt độ vỉa 910C trong 31 ngày, sau đó quan sát ngoại quan và đo sự
thay đổi SCBMLDÒ
2.6. Xác định độ thủy phân và độ hấp phụ của chất HĐBM
Trong những thí nghiệm hấp phụ, từ vị trí hấp thu UV tại bước sóng 235nm, xây dựng
đường chuẩn để xác định nồng độ chất HĐBM. Tất cả các mẫu được pha với tổng nồng

AOS để xác định thành phần tối ưu, dựa trên bề mặt đáp ứng được mô tả qua đồ thị 3D.
Mỗi mẫu được pha với nồng độ 0,1% khối lượng.
Từ những giá trị ở trên, bề mặt đáp ứng thu được cho thấy mối quan hệ giữa các nồng độ
chất HĐBM (biến số) và SCBMLD (giá trị phụ thuộc) được thể hiện trong đồ thị 3 chiều
sau:
Từ bề mặt đáp ứng (Hình 2), vùng tối ưu biểu thị những giá trị SCBMLD thấp nhất. Qua
bề mặt tam giác (Hình 3), tỷ phần của các đơn chất trong hệ hỗn hợp chất HĐBM tối ưu
được xác định dễ dàng. Thành phần hệ hỗn hợp chất HĐBM tối ưu là: AOS 0-0,95; LAS
0,5-0,75; và XSA-1416D 0-0,5. Tuy nhiên, trong những thí nghiệm khảo sát ở trên có
nhiều hỗn hợp còn kém tương hợp với nước biển. Khảo sát thêm một số hỗn hợp khác để
tìm ra những tỉ phần có độ tương hợp tốt nhất.
Bảng 3. SCBMLD của các hệ hỗn hợp ba chất HĐBM

Hình2. Bề mặt đáp ứng, giá trị SCBMLD Hình3. Bề mặt tam giác, giá trị CBMLD
Bảng 4. SCBMLD của các hỗn hợp 3 chất HĐBM sau tối ưu hoá
Từ đây, vùng tối ưu được giới hạn lại. Hai vùng tối ưu thu được như sau:
Vùng tối ưu 2 chứa phần trăm chất HĐBM nặng XSA-1416D cao hơn nên khả năng
tương hợp với nước biển sẽ kém hơn so với vùng 1, do đó bị loại bỏ. Qua việc thiết lập
thí nghiệm dựa trên phương pháp thống kê đã tìm ra được vùng tối ưu (vùng 1).
Từ vùng tối ưu 1, chọn ra 3 hỗn hợp để thử nghiệm đánh giá mức độ bền nhiệt và tương
hợp với nước biển mỏ DSE khi ủ nhiệt tại 910C trong 31 ngày.

Hình4. Bề mặt đáp ứng, giá trị SCBMLD Hình5. Bề mặt tam giác, giá trị CBMLD

Hình6. SCBMLD của những hỗn hợp chất HĐBM nồng độ tổng cộng 1000 ppm

Bảng 5. SCBMLD của ba hệ hỗn hợp chất HĐBM được chọn lựa, nồng độ tổng 1000
ppm
Kết quả cho thấy, ở các hệ hỗn hợp chất HĐBM đã được tối ưu hoá, sau khi ủ nhiệt 31
ngày ở 91

Hình16. Đường chuẩn OM3

Hình17. Phổ UV của OM3 không có EGBE

Hình18. Phổ UV của OM3 có EGBE

Bảng 6:Các số liệu của quá trình nghiên cứu hấp phụ và thủy phân
Dựa trên đường chuẩn được xác lập cho những mẫu trắng, phổ UV của các mẫu dung
dịch chất HĐBM có và không có EGBE sau khi ủ nhiệt với bột đá móng ĐNR, xác định
được nồng độ hỗn hợp chất HĐBM. Từ đó tính toán được phần hỗn hợp chất HĐBM bị
hấp phụ và phần hỗn hợp chất HĐBM bị thủy phân.
Kết luận
Phương pháp thống kê thực nghiệm kết hợp với phối trộn chọn lọc là công cụ hữu hiệu để
đưa ra các hệ chất HĐBM tối ưu hiệu quả sử dụng trong bơm ép TCTHD . Ba hệ hỗn hợp
chất HĐBM được tìmra là OM1, OM2 và OM3 có giá trị SCBMLD rất thấp (OM1:
0,31mN/m, OM2: 0,20mN/m, và OM3: 0,23mN/m) và ổn định sau 31 ngày ủ trong nước
biển ĐNR ở nhiệt độ 91
0
C.
Các tính chất vượt trội của các hệ sản phẩm này có thể được giải thích nhờ tác động của
hiệu ứng hợp trội xảy ra trong quá trình phối trộn các chất HĐBM. EGBE vào có vai trò
như một tác nhân hy sinh làm giảm đáng kể sự hấp phụ chất HĐBM trên đá móng ĐNR
(giảm 42%, 54% và 45% đối với OM1, OM2 và OM3 tương ứng).
CN. Văn Thanh Khuê, ThS. Lê Kim Hùng
ThS. Lê Thị Như ., CN. Phạm Duy Khanh
CN. Nguyễn Bảo Lâm, PGS.TS. Nguyễn Phương Tùng
Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng
(Theo TCDK số 3-2009)