Nghiên cứu tổng hợp và biến tính vật liệu nano oxit sắt từ định hướng ứng dụng trong tăng cường thu hồi dầu :Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Trường

BỘ CÔNG THƢƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG

Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và biến tính vật liệu nano oxit sắt từ định

hướng ứng dụng trong tăng cường thu hồi dầu

Mã số đề tài: 184HH06

Chủ nhiệm đề tài: Ths. Nguyễn Thị Liễu

Đơn vị thực hiện: Khoa Công nghệ Hóa học

Tp. Hồ Chí Minh, 1/20201

1

LỜI CÁM ƠN

Để thực hiện và hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này, nhóm nghiên cứu đã

nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ cũng như là quan tâm, động viên từ nhiều cơ quan, tổ chức và

cá nhân. Nghiên cứu khoa học cũng được hoàn thành dựa trên sự tham khảo, học tập kinh

nghiệm từ các kết quả nghiên cứu liên quan, các sách, báo chuyên ngành của nhiều tác giả ở

các trường Đại học, các tổ chức nghiên cứu, …Đặc biệt cảm ơn sự hợp tác, giúp đỡ của các

đồng nghiệp ở Viện Khoa học vật liệu ứng dụng, … và sự giúp đỡ, tạo điều kiện về công

việc và tinh thần từ phía ban lãnh đạo Khoa Công nghệ Hóa học, bạn bè và các đồng nghiệp.

Chúng tôi xin trân trọng cám ơn Ban giám hiệu, Trường ĐH Công nghiệp Tp. Hồ

Chí Minh

đã hỗ trợ kinh phí để nhóm nghiên cứu có cơ hội hoàn thành đề tài nghiên cứu này.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh nhất nhưng trong đề tài

nghiên cứu khoa học này không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm nghiên cứu kính mong

hội đồng khoa học, các chuyên gia, những người quan tâm đến đề tài, đồng nghiệp, gia đình

và bạn bè tiếp tục có những ý kiến đóng góp, giúp đỡ để đề tài được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn!

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 1/2021

Nhóm tác giả

2

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

I. Thông tin tổng quát

1.1. Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp và biến tính vật liệu nano oxit sắt từ định

hướng ứng dụng trong tăng cường thu hồi dầu

1.2. Mã số: 184HH06

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 Ths. Nguyễn Thị Liễu FCE-IUH Chủ nhiệm đề tài

2 PGS. TS. Nguyễn Phương Tùng VAST Thành viên nghiên cứu và cố

vấn khoa học

3 TS. Nguyễn Hoàng Duy VAST Thành viên nghiên cứu

4 TS. Bạch Thị Mỹ Hiền FCE-IUH Thành viên nghiên cứu

5 Ths. Nguyễn Tiến Đạt FCE-IUH Thành viên nghiên cứu

1.4. Đơn vị chủ trì: Khoa Công nghệ Hóa học

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 04 năm 2017 đến tháng 3 năm 2018

1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng 06 năm 2020

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 03 năm 2018 đến tháng 01 năm 2020

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): Không

1.7. Tổng kinh phí đƣợc phê duyệt của đề tài: 20 triệu đồng

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề

Năng lượng là một trong những thành tố quyết định sự phát triển kinh tế, đời sống

của xã hội loài người. Việc đáp ứng nhu cầu về năng lượng luôn là mối quan tâm hàng đầu

trong sự nghiệp phát triển kinh tế hiện nay. Cho đến nay, cho dù nhiều dạng năng lượng tái

tạo, năng lượng thay thế được đầu tư phát triển mạnh mẽ nhưng phần lớn năng lượng sử

dụng hiện nay và trong nhiều thập kỷ tới vẫn là năng lượng hóa thạch : dầu khí và than đá.

Bên cạnh đó, dầu khí là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng cho công nghiệp hóa học. Do

đó, khai thác dầu hiệu quả và bền vững luôn là nhiệm vụ tiên quyết của công nghiệp dầu

khí. Tuy nhiên thời kỳ khám phá ra các mỏ dầu lớn, giá rẻ đã qua và phần lớn các mỏ dầu

lớn trên thế giới, đặc biệt là ở Việt Nam đã qua giai đoạn khai thác đỉnh cao và sản lượng

đã sụt giảm. Với các kỹ thuật khai thác dầu khí hiện nay, sau khi trải qua giai đoạn khai thác

sơ cấp và thứ cấp trong mỏ vẫn còn lại 70-75% lượng dầu tại chỗ bị bẫy lại trong vỉa [1].

Do đó, tăng cường thu hồi dầu từ các mỏ dầu “già” luôn là mối quan tâm của các chuyên gia

3

và những nhà điều hành khai thác mỏ. Người ta ước tính rằng chỉ cần khai thác thêm được

10% lượng dầu lưu này cũng đủ đáp ứng nhu cầu năng lượng cho cả thế giới trong 50 năm.

Tăng cường thu hồi dầu (TCTHD) là một quá trình bơm một tác nhân chưa có trong

vỉa trước đó vào vỉa nhằm cải thiện một hoặc một vài tính chất của các chất lưu, đá vỉa để

cải thiện hệ số quét hoặc hệ số đẩy hoặc cả hai. Từ đó, dầu khai thác được nhiều hơn hoặc

lâu hơn. Các công nghệ tăng cường thu hồi dầu đang được sử dụng hiện nay mới chỉ có thể

giúp khai thác thêm được 1-3% lượng dầu tại chỗ[1,2] . Rất nhiều thách thức cho quá trình

TCTHD trong vỉa như nhiệt độ cao, độ muối cao, quá trình hấp thụ và giải hấp thụ trên bề

mặt đá vỉa, bề mặt dính ướt dầu của đá vỉa …Tất cả những yếu tố này làm giảm cấp về mặt

hóa học, giảm độ bền nhiệt của các tác nhân được bơm ép cũng như gây thất thoát do hấp

thụ, dẫn đến hiệu quả TTHD không cao. Công nghệ và vật liệu nano đã và đang được ứng

dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: vật liệu, y sinh, công nghệ vũ trụ…và đã giúp mang lại

nhiều tỷ đôla lợi nhuận. Vì vậy các nhà khoa học và các tập đoàn khai thác dầu khí hy vọng

với các đặc tính siêu việt của vật liệu nano, ứng dụng công nghệ và vật liệu nano trong thăm

dò và khai thác dầu khí, đặc biệt là trong TCTHD sẽ giúp tiệm cận khả năng khai thác được

thêm 10% lượng dầu tại chỗ như đã nói trên.

Sau thời gian bơm ép nước, lượng dầu dưới vỉa bị giảm dẫn đến việc dùng áp lực nước

để đẩy dầu lên không còn tác dụng. Khi đó phần lớn nước được bơm xuống sẽ lên miệng

giếng trong khi dầu vẫn còn mắc kẹt trong những khe đá hoặc bám vào đá [2]. Vì vậy, để có

thể tiếp tục khai thác và thu hồi dầu, cần có tác động của những yếu tố khác nhằm thay đổi

đặc tính của lưu chất và đá vỉa, như làm giảm các lực giữ dầu trong các lỗ rỗng của đá vỉa

cũng như thay đổi tính dính ướt của đá; giảm sức căng bề mặt liên diện giữa hai pha dầu –

nước; giảm độ nhớt của dầu và/hoặc tăng độ nhớt của dung dịch bơm ép,… Các phương

pháp được sử dụng trong giai đoạn này được gọi là giai đoạn khai thác tam cấp (bậc ba),

thường được biết đến với tên gọi là giai đoạn tăng cường thu hồi dầu (TCTHD).

Hình 1 thể hiện các phương pháp tăng cường thu hồi dầu được thực hiện trên thế giới

hiện nay:

4

Hình 1. Nguyên lý chung các phương pháp TCTHD

Ở Việt Nam đã áp dụng một số biện pháp nâng cao thu hồi dầu: bơm ép thử nghiệm

chất hoạt động bề mặt, vi sinh, hóa lý tại đối tượng cát kết mỏ Bạch Hổ. Đồng thời các

chuyên gia của PetroVietNam đang nghiên cứu các biện pháp nâng cao thu hồi dầu: phân

tích và nghiên cứu khả năng bơm ép CO2 cho đối tượng cát kết mỏ Rạng Đông; bơm ép

polymer cho đối tượng cát kết mỏ Bạch Hổ; bơm ép nước và khí hydrocarbon luân phiên

tầng Miocene mỏ Bạch Hổ, mỏ Rạng Đông…Tuy nhiên, các biện pháp nêu trên không thể

áp dụng đại trà mà chỉ áp dụng các mỏ có trữ lượng còn tương đối lớn; các mỏ đang khai

thác giai đoạn suy giảm sản lượng; các tầng sản phẩm: Miocene, Oligocene, Móng.

Gần đây, Viện Khoa học vật liệu Ứng dụng kết hợp với liên doanh Vietsopetro đã tiến

hành thử nghiệm công nghiệp hệ dung dịch HĐBM và polymer đã thu được nhiều kết quả

tốt. Ngoài ra, Viện Khoa học vật liệu Ứng dụng cũng đã nghiên cứu nhiều tổ hợp nano SiO2

và chất HĐBM, kết quả cho thấy rằng sức căng về mặt dầu nước giảm từ 24 xuống còn

5.10-3

dyne/cm [5]. Tuy nhiên, nghiên cứu sâu vào thì thấy các chất bơm ép đã bị bẫy lại ở

pha dầu gây lãng phí, mất hiệu quả. Mặc khác, việc sử dụng chất HĐBM đặc thù có giá

thành cao nhưng khả năng chịu nhiệt không ổn định do hầu như các chất HĐBM có độ bền

nhiệt không cao.

Có hai phương pháp chính TCTHD là phương pháp vật lý và phương pháp hóa học. Các

phương pháp này làm giảm các lực giữ dầu ở trong lỗ rỗng xốp của vỉa đá, làm giảm sức

căng bề mặt liên diện giữa hai pha dầu và nước hoặc làm giảm độ nhớt của dầu, tăng độ

Tăng cường hiệu

suất quét

TCTHD

Tăng cường hiệu

suất đẩy

Tăng độ nhớt của nước

Giảm độ nhớt của dầu

Sử dụng chất lưu đẩy có

khả năng trộn lẫn

Giảm sức căng bề mặt

của các chất lưu

Thay đổi tính dính ước

của đá vỉa

Dùng Polymer

Bơm ép hơi nước

Đốt tại chỗ

Bơm ép CO2

Đốt tại chỗ

Dùng các chất

HĐBM

Dùng các chất

kiềm