Nghiên Cứu Tổng Hợp Và đánh Giá Khả Năng Khử H2S Của Sắt (II ...

H2S là một khí độc, có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người ngay ở hàm lượng rất thấp (cỡ vài chục mg/L). Hơn nữa, H2S có khả năng ăn mòn kim loại rất cao, nhất là trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, gây hỏng hóc các thiết bị khoan, khai thác và đường ống vận chuyển dầu khí (tốc độ ăn mòn của H2S đối với vật liệu thép cacbon là 0,1 inch/năm). Ngoài ra, sự xâm nhập của H2S vào dung dịch khoan còn có tác dụng làm thay đổi tính chất của dung dịch (giảm độ pH, tăng độ thải nước, thay đổi tính chất lưu biến) ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả của công tác khoan. Do đó, việc khử H2S trong dung dịch khoan là yêu cầu thực sự cần thiết từ hoạt động khoan thăm dò và khai thác dầu khí. Trong quá trình gia tăng sản lượng khai thác, việc sử dụng nước bơm ép từ bên ngoài góp phần đưa vi khuẩn khử sunphat vào các mỏ góp phần tăng cao hàm lượng khí H2S dẫn đến hàm lượng khí H2S tại các giếng khoan thăm dò và khai thác dầu khí ngày càng tăng. Do đó, nhu cầu sử dụng chất khử H2S (H2S scavenger) trong công tác khoan thăm dò, khai thác dầu khí tại Việt Nam đòi hỏi ngày một tăng.

Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng. Phương pháp lên men có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện, có thể áp dụng sản xuất ở quy mô công nghiệp nhưng hiệu suất không cao, gây lãng phí nguồn nguyên liệu đầu vào, kéo theo tăng cao giá thành sản xuất. Hơn nữa, sản xuất theo phương pháp lên men thải ra lượng chất thải rất lớn cần xử lý gây áp lực về mặt môi trường cũng như kinh phí xử lý chất thải. Các phương pháp sử dụng hóa chất oxy hóa mạnh thường không chỉ oxy hóa nhóm -CHO mà ngay cả các nhóm -OH trong phân tử glucose cũng bị oxy hóa gây ra hỗn hợp nhiều sản phẩm khác nhau, hiệu quả chuyển hóa thành axit gluconic cũng rất thấp. Phương pháp oxy hoá chọn lọc trên xúc tác dị thể có thể cho hiệu quả cao, sản phẩm tinh khiết nhưng lại có giá thành sản xuất cao do sử dụng các kim loại quý, thiết bị công nghệ phức tạp. Phương pháp điện phân có ưu điểm là cho sản phẩm có độ tinh khiết cao, không yêu cầu xử lý chất thải và không đòi hỏi cao về công nghệ sản xuất.

Trước tình hình đó, cơ quan chủ quản đề tài Tổng cục năng lượng cùng phối hợp với chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Mạnh Cường thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và đánh giá khả năng khử H2S của sắt (II) gluconat trong dung dịch khoan dầu khí. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp Sắt (II) glcuonat ở quy mô phòng thí nghiệm bằng phương pháp điện phân đường glucose với sự có mặt của KBr cho hiệu quả cao nhất. Nghiên cứu cũng tiến hành đánh giá thử nghiệm khả năng khử H2S của Sắt (II) gluconat trong một số hệ dung dịch khoan hiện đang sử dụng phổ biến trên thị trường Việt Nam. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng tiến hành đánh giá mức độ tương thích của Sắt (II) gluconat với các hệ dung dịch khoan, mức độ ảnh hưởng của nó đối với tính chất lưu biến, độ thải nước của dung dịch khoan của Việt Nam.

Qua thời gian nghiên cứu, đề tài đã mang lại được những kết quả như sau:

- Đã xây dựng thành công quy trình tổng hợp Sắt (II) gluconat ở quy mô phòng thí nghiệm bằng phương pháp điện phân đường glucose trong sự có mặt của KBr.

- Đã tiến hành khảo sát các tính chất hóa lý của sản phẩm tổng hợp được bằng các thiết bị phân tích hóa lý và so sánh với mẫu Sắt (II) gluconate chuẩn. Kết quả cho thấy sản phẩm tổng hợp được có các tính chất hoá lý tương tự như sản phẩm Sắt (II) gluconat tiêu chuẩn.

- Đã tiến hành đánh giá hiệu quả khử H2S của mẫu Sắt (II) gluconat tổng hợp được đối với 02 hệ dung dịch khoan (Glydril và Ultradril) hiện đang sử dụng phổ biến trên thị trường Việt Nam và so sánh hiệu quả khử với sản phẩm hiện đang được sử dụng theo truyền thống trên thị trường Việt Nam là Kẽm cacbonat. Kết quả cho thấy, Sắt (II) gluconat có hiệu quả khử cao, tốc độ khử nhanh hơn hẳn so với Kẽm cacbonat với cùng hàm lượng sử dụng.

- Đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố: nồng độ H2S ban đầu, nhiệt độ và pH dung dịch lên hiệu quả khử H2S trong dung dịch khoan của Sắt (II) gluconat và Kẽm cacbonat. Kết quả cho thấy, hiệu quả khử H2S của Sắt (II) gluconat tỷ lệ nghịch với nồng độ H2S ban đầu trong dung dịch khoan. Nhiệt độ càng cao, hiệu quả khử H2S của cả Sắt (II) gluconat và Kẽm cacbonat càng tốt. Khi pH tăng, hiệu quả khử H2S của Sắt (II) gluconat và Kẽm cacbonat đều tăng lên.

- Đã tiến hành xác định ảnh hưởng của Sắt (II) gluconat đến tính chất lưu biến, độ thải nước của 02 hệ dung dịch khoan là Glydril và Ultradril và so sánh với Kẽm cacbonat. Kết quả cho thấy việc bổ sung Sắt (II) gluconate với hàm lượng 2 ppb (pound per barrel) vào các hệ dung dịch khoan không ảnh hưởng bất lợi đến tính chất của dung dịch khoan. Ngược lại, việc bổ sung Sắt (II) gluconat còn có tác dụng làm giảm độ thải nước của dung dịch khoan. Điều này chứng tỏ, Sắt (II) gluconat hoàn toàn có thể được sử dụng làm tác nhân khử H2S cho dung dịch khoan thay thế cho sản phẩm truyền thống độc hại là Kẽm cacbonat, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 12554/2016) tại Cục Thông tin KH&CN quốc gia.