Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân vào khai thác dầu khí

- 30/9/2005 0h:4

Năm 1997, sau lần dự Hội thảo về ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong dầu khí tại Bắc Kinh (Trung Quốc) do IAEA tổ chức, nhận thấy tầm vóc của những ứng dụng công nghệ hạt nhân cũng như những lợi ích to lớn mà nó đem lại cho sản xuất, Nguyễn Hữu Quang ôm ấp ý định xây dựng phòng thí nghiệm ứng dụng những công nghệ ấy ở Việt Nam.

Từ đầu những năm 1990, ứng dụng kỹ thuật hạt nhân vào quá trình sản xuất công nghiệp còn là những khái niệm khá xa so với khả năng nghiên cứu và ứng dụng của các viện nghiên cứu ở nước ta.

Năm 1991, kỹ sư Nguyễn Hữu Quang (Viện nghiên cứu hạt nhân Ðà Lạt) được tham dự một khóa học hai tuần về Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong sản xuất công nghiệp do Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế IAEA tổ chức tại Indonesia. Ðược chứng kiến những thí nghiệm do các đồng nghiệp trong khu vực tiến hành, anh mơ ước một ngày nào đó viện mình cũng có những phòng thí nghiệm tương tự được làm những thí nghiệm phục vụ sản xuất và được trao đổi học thuật ngang bằng với họ.

Anh đi liên hệ, trao đổi với các kỹ sư ở Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro để tìm hiểu thực tế. Nhận thấy nhu cầu xác định các khoảng tiếp nhận của địa tầng trong giếng bơm ép nước trong mỏ dầu đá móng, anh quyết định lựa chọn đối tượng này để làm thử nghiệm đầu tiên, vì công nghệ đánh dấu khá đơn giản.

Nguyên lý của nó là dùng các hạt nhuộm phóng xạ - gọi là hạt đánh dấu - hòa với nước bơm vào để chúng bám vào thành đá vỉa trong giếng khoan. Sau đó dùng thiết bị đo trong lỗ khoan dò phóng xạ do các hạt đánh dấu phát ra để xác định lượng nước đi vào địa tầng.

Sau quá trình tiếp xúc và giới thiệu kỹ thuật, Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro đồng ý cho thử nghiệm trên mỏ Bạch Hổ.

Do thiếu kinh phí nghiên cứu, Nguyễn Hữu Quang đã tự bỏ tiền cá nhân để sang Trung Quốc học tập kinh nghiệm và đặt mua chất phóng xạ của Viện Năng lượng nguyên tử. Nhưng khi kiểm tra chất lượng, phát hiện chất đánh dấu nhập về không phù hợp điều kiện mỏ của ta, thế là toàn bộ số hàng nhập về phải hủy, không dùng được.

Tìm hiểu qua tài liệu, anh cùng anh em mày mò, thử nghiệm và cuối cùng đã thành công, điều chế được chất đánh dấu từ vàng phóng xạ và than hoạt tính. Chất đánh dấu này tốt hơn chất nhập ngoại và hoàn toàn phù hợp điều kiện mỏ của Việt Nam.

Kết quả thử nghiệm trên hiện trường thành công tốt đẹp, bên cạnh các phương pháp truyền thống, ta có thêm phương pháp đánh dấu phóng xạ đo tiếp nhận trong giếng bơm ép, phục vụ kiểm soát nước trong khai thác dầu. Kết quả đã được Liên doanh Dầu khí Vietsovpetro đánh giá cao và cho phép ứng dụng trong sản xuất.

Có thể nói, ứng dụng kỹ thuật hạt nhân vào lĩnh vực khai thác dầu khí là ứng dụng lớn, đem lại hiệu quả cho sản xuất rõ rệt. Trong khai thác dầu, nước được bơm vào mỏ để duy trì áp suất và đẩy dầu về các giếng khai thác. Hiệu suất khai thác phụ thuộc phần lớn vào hiệu quả bơm ép. Vì vậy, việc kiểm soát quá trình bơm ép nước là công việc quan trọng mang ý nghĩa kinh tế kỹ thuật lớn đối với các công ty khai thác. Kỹ thuật đánh dấu gần như là phương pháp duy nhất cho các số liệu thực nghiệm về sự di chuyển của nước bơm ép trong mỏ.

Thành công bước đầu đã thuyết phục được các cấp quản lý về năng lực của Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, cũng như mở ra triển vọng về một hướng nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật đồng vị phóng xạ phục vụ sản xuất công nghiệp, đặc biệt là phục vụ khai thác dầu khí.

Ðược Nhà nước cấp kinh phí nghiên cứu và IAEA hỗ trợ một số thiết bị cơ bản và cử chuyên gia sang giúp đỡ để xây dựng phương pháp đánh dấu đồng vị phóng xạ khảo sát sự di chuyển của nước bơm ép, đó là thuận lợi lớn.

Tuy nhiên, mỏ dầu của Việt Nam chủ yếu là mỏ đá móng nứt nẻ, với độ sâu hơn 4.000 m, nhiệt độ hơn 150oC, thân dầu dày hàng trăm, thậm chí cả nghìn mét và cấu trúc thấm chứa không đồng nhất, phức tạp, mang đặc thù rất riêng mà thế giới ít có kinh nghiệm. Nếu như tập thể kỹ sư và các nhà khoa học dầu khí của Vietsovpetro là những người đi tiên phong trong việc phát hiện tiềm năng dầu khí trong mỏ đá móng, từ đó xây dựng được công nghệ khai thác phù hợp, thì những người nghiên cứu các công nghệ ứng dụng cho loại mỏ này cũng phải đầu tư nghiên cứu tìm hiểu nó để xây dựng nên những công nghệ phù hợp.

Gần 10 năm bám sát đề tài ứng dụng trên mỏ đá móng, thừa kế kinh nghiệm của thế giới, vừa làm vừa rút kinh nghiệm, cải tiến công nghệ, Viện đã xây dựng được công nghệ riêng gồm sáu chất đánh dấu khác nhau, chịu nhiệt độ cao và phương pháp bơm, lấy mẫu, phân tích làm giàu chất đánh dấu phù hợp. Nhờ đó đã thắng thầu quốc tế năm 2004 trên mỏ Sư tử đen trước các nhà thầu đến từ Anh, Mỹ, Na Uy, và ký được hàng loạt hợp đồng với các công ty khai thác dầu trong nước và quốc tế, triển khai ứng dụng công nghệ này trên các mỏ Rạng Ðông, Bạch Hổ, Rồng...

Có thể tự hào để đánh giá rằng, công nghệ này đã ra đời đúng lúc, đáp ứng nhu cầu khảo sát trong quá trình khai thác trên loại mỏ đá móng nứt nẻ ở thềm lục địa Việt Nam. Công nghệ tiếp theo của Nguyễn Hữu Quang và các đồng nghiệp là khảo sát đánh giá trữ lượng dầu dư trong quá trình khai thác, đang là nhu cầu bức thiết của sản xuất.

Công nghiệp dầu khí là ngành kinh tế kỹ thuật lớn, yêu cầu rất cao về các tiêu chuẩn kỹ thuật, cường độ và điều kiện lao động rất khắc nghiệt. Từ phòng thí nghiệm, để tiến hành dịch vụ kỹ thuật cao đáp ứng được yêu cầu của sản xuất công nghiệp, nhất là công nghiệp dầu khí, các nhà nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hạt nhân đã cố gắng rất nhiều về chủ động tổ chức công việc, vượt qua chính mình, đoàn kết và xây dựng đội ngũ mang tính chuyên nghiệp cao.

Hiện nay, họ đang gấp rút nâng cao năng lực của PTN theo các Tiêu chuẩn Dầu khí thế giới, chuẩn bị cho khả năng tham gia các dịch vụ kỹ thuật quốc tế, mở rộng thị trường ứng dụng trên các mỏ ngoài lãnh thổ Việt Nam trong một tương lai gần.

Sản phẩm "Máy lấy mẫu trên đầu giếng" do Viện Năng lượng nguyên tử thiết kế chế tạo đạt chứng chỉ quốc tế DNV, đã được các công ty dầu khí đánh giá cao và đang có kế hoạch lắp đặt đại trà trên các giàn khoan biển. Nhiều kỹ sư dầu khí tự hào về loại thiết bị Made in Vietnam này, nó tuy nhỏ bé nhưng là sản phẩm công nghệ đầu tiên của Việt Nam được gắn với thiết bị giếng khoan.

Không dừng lại ở đó, được sự ủng hộ mạnh mẽ của Việt Nam, họ lại đang chuẩn bị cho những Chương trình nghiên cứu quy mô lớn hơn nhằm xây dựng những hướng nghiên cứu mới phục vụ các ngành thăm dò và khai thác khoáng sản, dầu khí của nước ta; chuẩn bị tích cực để xuất khẩu dịch vụ ra thế giới.

Cho đến nay, từ một phòng thí nghiệm ba người đã trở thành Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp với ba phòng thí nghiệm chuyên đề, nghiên cứu và triển khai các ứng dụng kỹ thuật hạt nhân phục vụ chẩn đoán và tối ưu hóa các quá trình công nghiệp, đóng góp thêm một hướng nghiên cứu ứng dụng mới - "Ứng dụng kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp" cho Viện Nghiên cứu hạt nhân Ðà Lạt và ngành năng lượng nguyên tử Việt Nam.

Những công nghệ này cho phép khảo sát trực tiếp dây chuyền, thiết bị sản xuất không cần dừng hoạt động, phục vụ nhiều ngành khác nhau như hóa chất, chế biến lọc hóa dầu, xi-măng, khai thác dầu khí, giấy, xử lý thải công nghiệp, công trình giao thông...

Trong các diễn đàn khu vực và quốc tế như Hiệp định Hợp tác khu vực châu Á - Thái Bình Dương (RCA), Chương trình Hợp tác nghiên cứu chung của IAEA... phòng thí nghiệm do anh Nguyễn Hữu Quang phụ trách có vị trí và uy tín đáng kể, trở thành phòng thí nghiệm mạnh về ứng dụng công nghiệp trong khu vực.

Những đóng góp tích cực và tiến bộ nhanh chóng của Việt Nam trong lĩnh vực này được các tổ chức quốc tế như RCA và IAEA, các phòng thí nghiệm ở nhiều nước trên thế giới đánh giá cao. Các Viện Năng lượng nguyên tử các nước trong khu vực như Indonesia, Malaysia, Thái-lan, Myanmar đặt vấn đề nhập công nghệ của ta trong các chương trình hợp tác song phương và đa phương. Mơ ước ngày nào của Nguyễn Hữu Quang nay đã trở thành hiện thực.

HỒNG KIÊN

Hiểm Họa Thủy Ngân Trong Công Nghệ Than Nhiệt Điện

Hiểm Họa Thủy Ngân Trong Công Nghệ Than Nhiệt Điện

Mercury Danger From Coal- Fired Powerplant

TS Mai Thanh Truyết E-Mail: maithanhtruyet@khoahoc.net 01 tháng 09 năm 2005

Hiện tại, trên hầu hết các quốc gia trên thế giới, than đá vẫn là nguồn nguyên liệu chính cung cấp điện năng cho nhu cầu trong nước. So với các nguồn năng lượng khác như năng lượng hạch nhân, thủy điện, và các loại năng lượng sạch như gió, mặt trời, sóng và thủy triều cùng các loại năng lượng tái sinh, năng lượng đến từ than đã tạo ra hai hiểm họa lớn cho nhân loại. Đó là khí carbonic, nguyên nhân của sự hâm nóng tòan cầu, và vấn nạn ô nhiễm thủy ngân trong không khí và nguồn nước qua việc xử dụng năng lượng từ than. Tạp chí KH&MT kỳ nầy sẽ thảo luận với TS MTT về hiểm họa trên.

Hỏi 1: Trước hết xin TS MTT cho biết sơ lược về tình hình xử dụng năng lượng từ than nhiệt điện trên thế giới.

Đáp 1: Hiện tại, than nhiệt điện vẫn còn được xử dụng rộng rãi trên thế giới. Hoa Kỳ là một quốc gia tiến bộ nhất về công nghệ năng lượng, nhưng nhu cầu điện năng do than nhiệt điện vẫn chiếm 52% trên nhu cầu tòan quốc, vì đây là nguồn năng lượng có giá thành rẻ nhất của quốc gia nầy. Tại Âu châu, vì các mỏ than không còn ở mức dự trử dồi dào nữa, do đó đa số các quốc gia nầy như Anh, Pháp, Đức , Ý dần dần chuyển sang việc dùng nguồn năng lượng hạch nhân và nguồn than nhiệt điện chỉ còn chiếm từ 30 đến 40% nhu cầu quốc gia mà thôi.

Ở các quốc gia đang phát triển như Ấn Độ, Trung Quốc, than nhiệt điện vẫn còn chiếm đa số, nhưng hiện tại hai quốc gia nầy có khuynh hướng xử dụng nguồn thủy điện và hạch nhân.

Riêng tại Việt Nam, thủy điện chiếm 60% nhu cầu trong nước, và than nhiệt điện chiếm 34%. Theo thống kê năm 2002, Việt Nam đã sản xuất 34,5 tỷ Kw/giờ than nhiệt điện, và có trử lượng than là 165 triệu tấn, trong đó tuyệt đại đa số là than anthracite, cho nhiều năng lượng và có hiệu quả kinh tế cao.. Năm 2005, Việt Nam dự trù sản xuất 30 triệu tấn than. Theo ước tính vào năm 2030, tòan thế giới sẽ xử dụng khoảng 1.440 GW (gigawatts); riêng Trung Quốc sẽ tiêu thụ 700 GW từ than nhiệt điện. ( 1GW = 4,2 kwgiờ).

Hỏi 2: Ngoài việc phóng thích khí carbonic vào không khí, than nhiệt điện còn có nguy cơ phóng thích khí thủy ngân dưới dạng khí và một số khí độc khác, xin ông cho biết thêm về vấn đề nầy.

Đáp 2: Trong khí thải hồi từ công nghệ than, ngoài khí carbonic, cần phải kể đến khí sulfur dioxide (SO2), nitrogen oxides, và nhất là thủy ngân dưới dạng khí. Theo ước tính, hàng năm, công nghệ than nhiệt điện của Hoa Kỳ thải hồi vào không khí 48 tấn thủy ngân. Cơ quan Bảo vệ Môi trường HK đã bắt đầu đưa ra định mức để hạn chế lướng thủy ngân phóng thích do công nghệ nầy là 38 tấn cho năm 2010, và giảm xuống còn 15 tấn vào năm 2018. Để khuyến khích việc thi hành định mức nầy, chính phủ HK, tùy theo mức giảm thiểu của từng cơ sở sản xuất, sẽ ấn định mức khen thưởng và giảm thuế.

Hỏi 3: Nói đến hiểm họa thủy ngân, trước hết xin TS cho biết thủy ngân ở dạng khí nầy xâm nhập vào cơ thể con người như thế nào?

Đáp 3: Thưa anh, Thủy ngân ở dạng khí trên sẽ xâm nhập vào đất và nguồn nước. Cây cỏ, rau đậu, củ v.v... hấp thụ thủy ngân qua rễ cây. Và trong nguồn nước, thủy ngân lần lần nhiễm vào tôm cá. Do đó, công nghệ than nhiệt điện nầy có thể làm cho con người sẽ bị tiếp nhiễm thuỷ ngân qua các nguồn thực phẩm trên.

Hỏi 4: Như vậy sự xâm nhập của thủy ngân vaò cơ thể là điều không thể tránh khỏi và ảnh hưởng của nó lên sức khoẻ như thế nào?

Đáp 4: Thông thường ở các quốc gia kỹ nghệ, trung bình cơ thể con ngưới hấp thụ qua đường không khí, thực phẩmvà nước vào khoảng 0,3 ug thủy ngân hàng ngày. Một khi đi vào cơ thể, thủy ngân sẽ kết dính vào các tế bào thần kinh chứa nhóm amino acid, đặc biệt là chuổi tế bào nằm ngoài và ở đuôi (axon) các chuổi dây thần kinh vận động. Thời gian bán hủy của thủy ngân trong cơ thể từ 15 đến 30 năm, nghĩa là thủy ngân tích tụ và tồn tại trong cơ thể con người trong thời gian kể trên trước khi tự tiêu hủy.

Tùy theo nồng độ thủy ngân trong cơ thể, con người có thể bị những chứng sau đây:

- Trong giai đọan đầu sẽ bị mất ngũ, dễ bị xúc động, nhức đầu, mắt không nhìn thấy rõ và bị nhiễu loạn, phản ứng con người chậm lại so với thời gian không bị nhiễm.

- Khi bị nhiễm nặng và thủy ngân tích tụ lâu ngày trong cơ thể, thận bị hư, cột sống cũng bị ảnh hưởng, bị bịnh Alzheimer, tuyến giáp trạng (thyroid) bị liệt, hệ thống miễn nhiễm bị nhiểu loạn.

- Riêng đối với phụ nữ, có thể bị triệt sản và có bướu ở buồng trứng. Trong thời gian có mang, hệ thần kinh của thai nhi có thể bị rối loạn.

Hỏi 5: Đứng trước nguy cơ TS vừa nêu trên, nhân laọi có phương cách nào để giảm thiểu nguy cơ nhiễm độc thủy ngân từ than nhiệt điện nầy không, thưa TS?

Đáp 5: Có hai cách thưa anh. Một là giảm thiểu việc xử dụng năng lượng từ than, và thay thế vào đó bằng những loại năng lượng sạch. Hai là phải chuyển đổi công nghệ than nhiệt điện bằng một công nghệ sạch hơn để hạn chế lượng khí thải vào không khí. Cũng trên Tạp chí nầy cách đây vài tháng, chúng tôi có đến công nghệ than nhiệt điện sạch để thay thế công nghệ cổ điển. Chí phí xây dựng cho công nghệ mới nầy chỉ cao hơn đôi chút so với công nghệ cổ điển là 1.200 Mỹ kim cho 1 KW so với 1.100$. Tuy nhiên giá thành sẽ tăng gấp đôi. Về lượng khí thải hồi trong công nghệ sạch nầy, khí carbonic và thủy ngân sẽ dễ dàng được thu hồi lại trước khi được phát thải vào không khí. Do đó, để đổi lại, mức an tòan sức khoẻ của con người sẽ được tăng cao và chi phí dành cho việc chửa trị vì ảnh hưởng của thủy ngân sẽ giảm nhiều.

Hỏi 6: Trên thế giới có nơi nào đã áp dụng công nghệ sạnh nầy không thưa TS?

Đáp 6: Dạ có thưa anh. HK đang ráo riết chuyển đổi công nghệ hiện có ra công nghệ sạch nầy với mục đích nhằm thoả mãn định mức của Cơ quan Bảo vệ Môi trường đề ra. Tuy nhiên, định mức nầy cũng không được các tiểu bang tuân thủ vì hiện tại chính phủ liên bang vẫn chưa có biện pháp xử lý thích đáng. Tuy nhiên, tiểu bang New Jersey đã thực hiện được việc trên bằng cách bắt buộc các nhà máy năng lượng từ than phải giảm bớt 90% lượng thủy ngân phóng thích vào năm 2007. HK đã dự chi 2 tỷ Mỹ kim để nghiên cứu thiết lập công nghệ mới nầy cũng như hệ thống thu hồi các khí phát thải trong đó có thủy ngân.

Hỏi 7: Còn Việt Nam thì sao? Với 34% năng lượng tiêu dùng tòan quốc từ than nhiệt điện, Việt Nam có dự kiến gì không thưa TS?

Đáp 7: Mặc dù năng lượng than nhiệt điện chỉ chiếm 34%, nhưng đa số người dân vẫn còn thói quen, hay do điều kiện kinh tế không cho phép vẫn dùng than cho việc nấu nướng. Tuy không có thống kê chính thức, nhưng thực tế cho thấy số lượng than dùng cho công việc nầy cũng không kém so với số lượng than dùng cho các nhà máy nhiệt điện. Do đó, thiết nghĩ Việt Nam cần giải quyết hai vấn đề căn bản để có thể giảm thiểu hiểm hoạ thủy ngân trong việc dùng than là:

- Khuyến cáo người dân dùng năng lượng khác hơn ngoài than trong sinh hoạt nấu nướng hàng ngày;

- Chuyển đổi công nghệ than nhiệt điện hiện có bằng một công nghệ sạch.

Đối với giải pháp 2, Việt Nam đã có nhiều cố gắng trong việc cải tiến kỹ thuật để đạt đến công nghệ sạch như đầu tư nhân lực và tài lực trong công việc trên. Từ na 2004, Việt Nam đã dành một ngân khoản 930 triệu Mỹ kim cho việc nghiên cứu quản lý sản xuất than hiệu quả hơn, cũng như tân trang và hiện đại hóa kỹ thuật. Ngoài ra, Việt Nam còn có dự kiến xây dưng mô hình nhà máy năng lượng than nhiệt điện bằng công nghệ sạch ở Nạ Dương, Cẩm Phá, An Hóa, và Sơn Đông.

Nếu thực hiện được những cải tiến như đã dự trù, nguy cơ bị nhiễm độc thủy ngân của người dân trong công nghệ than nhiệt điện sẽ được giảm thiểu nhiều hơn và chi phí y tế dành cho việc chửa trị sẽ được dùng vào các dịch vụ bảo vệ môi trường trong các lãnh vực khác.

Kính chào Quý thính giả của Đài ACTD

Ý kiến, Phê bình xin gửi về: maithanhtruyet@khoahoc.net