Nghiên cứu chế tạo hệ chất tẩy rửa cặn hydrocacbon

Trong quá trình khai thác dầu khí, sự lắng đọng cặn hydrocacbon (paraffin, asphalten, naphten…) là không thể tránh khỏi, mức độ lắng đọng tùy thuộc vào thành phần dầu thô, điều kiện môi trường khu vực khai thác, áp suất,… Đặc biệt, đối với những loại dầu thô có hàm lượng paraffin rắn cao và với những khu vực khai thác có nhiệt độ môi trường thấp, quá trình lắng đọng cặn hydrocacbon diễn ra càng nhanh.

Trên thực tế, trong hệ thống đường ống vận chuyển và khai thác dầu khí, có nhiều khu vực có thể xảy ra lắng đọng cặn hydrocacbon, đây là vấn đề được quan tâm đặc biệt vì có thể gây hậu quả nghiêm trọng hơn so với các khu vực đặt bồn bể chứa dầu. Việc đảm bảo an toàn môi trường biển cho các giai đoạn thăm dò, khai thác dầu khí đã và đang thực hiện tại tất cả các mỏ dầu khí trên thế giới. Khi tiến hành thu dọn mỏ và hủy giếng, việc kiểm soát môi trường càng được quan tâm đặc biệt nhằm tránh gây ô nhiễm trong quá trình xử lý cũng như sau xử lý.

Các đường ống dẫn dầu khí thường rất dài, bên trong chứa nhiều cặn hydrocacbon độc hại có thành phần phức tạp, bao gồm hợp chất hữu cơ (asphalten, parafin) và hợp chất vô cơ (FeS, Fe₂O₃, CaCO₃, ...) cần được loại bỏ khi tiến hành hủy giếng.

Việc làm sạch cặn hydrocacbon vẫn được định kỳ thực hiện trên các đường ống dẫn dầu, khí đang hoạt động. Phương pháp làm sạch chủ yếu là phóng thoi, hoặc ngâm hoá chất tẩy rửa đối với một số đường ống. Tuy nhiên, hệ chất tẩy rửa đang được sử dụng tại Việt Nam có dung môi là các chất thơm như xylen, toluen và một số chất độc hại khác.

Điều đặc biệt quan trọng là phần lớn hệ thống ống dẫn dầu khí tại Việt Nam đã cũ nên dễ xảy ra hư hỏng khi làm sạch. Do đó, cần nghiên cứu kết hợp các phương pháp tẩy rửa cặn hydrocacbon sao cho phù hợp với điều kiện và chiến lược phát triển ngành công nghiệp môi trường Việt Nam đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025.

Để kiểm soát được toàn diện quá trình xử lý môi trường trong các hoạt động dầu khí, đáp ứng nhu cầu cấp thiết về việc xử lý triệt để các chất thải sinh ra trong quá trình hủy bỏ giếng khai thác dầu khí với mục tiêu thỏa mãn các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường trong tương lai, cơ quan chủ trì Viện dầu khí Việt Nam đã phối hợp với ThS. Tạ Quang Minh cùng thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ chất tẩy rửa cặn hydrocacbon và ứng dụng chúng để làm sạch các đường ống dẫn, đảm bảo an toàn môi trường biển khi hủy bỏ giếng khai thác dầu khí”.

Đến nay, đề tài đã đạt được những kết quả:

Thiết lập được công thức chế tạo hệ chất tẩy cặn hydrocacbon chứa hệ dung môi sinh học hỗ trợ hiệu quả quá trình phóng thoi làm sạch đường ống dầu khí trước khi hủy bỏ dưới biển VPI-PCS với các thành phần tối ưu như sau:

1. Tripropylene Glycol Methyl Ether 8,23%

2. Dibassic Ester 7,74%

3. Methyl Ester 80,25%

4. Chống phân lớp 4,00%

5. Chống OXH 0,06%

6. Chống ăn mòn kim loại 0,02%

Khả năng phân hủy sinh học của chất tẩy cặn gốc dung môi sinh học VPI-PCS được đánh giá là 98%.

Điều kiện công nghệ tối ưu áp dụng đối với VPI-PCS như sau:

1. Nhiệt độ 42⁰C

2. Chu kỳ xử lý 3

3. Tỷ lệ sử dụng 1:5,8 g/ml

4. Thời gian 7,3 giờ

Đã thiết lập được công thức chế tạo hệ chất tẩy cặn hydrocacbon chứa các chất HĐBM có khả năng phân hủy sinh học VPI-APS để làm sạch triệt để lớp màng dầu còn lại trên bề mặt đường ống sau làm sạch với các thành phần tối ưu như sau:

1. Calamide 21,85%

2. Tergitol 24,73%

3. Alfoterra 1,45%

4. Tripropylene Glycol Methyl Ether 50,67%

5. Chống tạo bọt 0,15%

6. Chống ăn mòn kim loại 0,50%

7. Diệt khuẩn 0,65%

Khả năng phân hủy sinh học của hệ chất tẩy rửa cặn chứa chất HĐBM phân hủy sinh học VPI-APS được đánh giá là 97,4%.

Điều kiện công nghệ tối ưu áp dụng đối với VPI-APS như sau:

1. Nhiệt độ 30⁰C

2. Nồng độ 24,42 g/l

3. Thời gian 8,8 phút

Đã chế tạo được 200 lít hệ chất tẩy cặn hydrocacbon gốc dung môi sinh học VPIPCS, 200 lít hệ chất tẩy cặn chứa các chất HĐBM có khả năng phân hủy sinh học VPIAPS với các chỉ tiêu chất lượng như đăng ký.

Đã thiết lập được 2 quy trình công nghệ chế tạo hai hệ chất tẩy cặn hydrocacabon;

Đã thiết lập được 2 quy trình công nghệ ứng dụng hai hệ chất tẩy cặn hydrocacbon để làm sạch đường ống dẫn dầu khí.

Đã đánh giá chất lượng hai hệ chất tẩy cặn hydrocacbon sản phẩm, so sánh với mẫu chất tẩy cặn thương mại của thế giới.

Đã đánh giá hiệu quả của chất tẩy cặn trên hệ thống thiết bị mô phỏng thực tế trong phòng thí nghiệm của Viện Dầu khí như sau:

Đánh giá Kết quả phóng thoi (pig) trong hệ thống pilot đối với các mẫu trống, VPI-PCS, APS-50 và dung môi CN (công nghiệp) trong cùng điều kiện thời gian ngâm mẫu cặn đường ống trong khoảng thời gian 150 phút, nhiệt độ 10⁰C, áp suất đầu vào không đổi ở mức 3 bar cho thấy hiệu quả phóng thoi tăng theo thứ tự của các dung môi từ CN, APS-50, VPI-PCS, mẫu trống. Ở nhiệt độ 25⁰C sau thời gian ngâm 100 phút, hiệu quả phóng thoi của chất tẩy cặn VPI-PCS là tương tự như chất tẩy cặn thương mại APS 50 và dung môi công nghiệp.

- Hiệu quả tẩy cặn HC bám trên bề mặt thành ống được rửa đối với dung dịch VPIAPS đạt gần 100% so với 90% của chất tẩy thương mại APS-120 với nồng độ tẩy rửa hiệu quả ở khoảng nồng độ từ 4-6%.

Đã tính toán sơ bộ giá thành của 2 sản phẩm VPI-PCS và VPI-APS. So sánh giá thành của sản phẩm nghiên cứu và sản phẩm thương mại cho thấy giá thành trong nước rẻ hơn. Nếu được sản xuất ở quy mô công nghiệp thì hiệu quả sẽ khả thi, có ý nghĩa không chỉ về mặt kinh tế, xã hội mà vừa mang lại hiệu quả môi trường cao. Do vậy, để đáp ứng yêu cầu môi trường ngày càng nghiêm ngặt, đồng thời, theo kịp xu hướng phát triển các sản phẩm khoa học của thế giới, Việt Nam cần thiết đầu tư nghiên cứu những sản phẩm có tính năng tương đương của nước ngoài, sử dụng nguồn nguyên liệu nội địa sẵn có, rẻ, thân thiện môi trường và mang thương hiệu Việt Nam.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 13981/2017) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Nguồn: Cục Thông tin KH&CN quốc gia