Перераспределение фракций асфальтенов при дестабилизации нефтяных дисперсных систем

• Автор: Зайдуллин, Ильгиз Минзагитович
• Шифр специальности: 02.00.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 122 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕННОСТИ УСТОЙЧИВОСТИ НЕФТЯНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ (литературный обзор)
1.1 Факторы, влияющие на фазовую устойчивость тяжелых нефтей и природных битумов в техногенных процессах

1.2 Структура асфальтенов и коллоидное строение нефти

1.3 Ингибиторы осаждения асфальтенов

1.4 Фракционирование асфальтенов и характеристика фракций

1.4.1 Фракционирование суммарных асфальтенов

1.4.2 Фракционирование асфальтенов из нефти

1.4.3 Влияние техногенных процессов на фракционный состав асфальтенов
1.5 Устойчивость фракций асфальтенов
1.5.1 Коллоидная устойчивость нефтей по данным Б АЛА анализа
1.5.2 Устойчивость нефтей и модельных систем
1.5.3 Влияние условий эксперимента на точку начала флоккуляции
1.5.4 Определение точки начала флоккуляции фракций асфальтенов
1.6 Химическое старение битумных вяжущих
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Объекты исследования
2.2 Определение плотности нефтей
2.3 Определение кинематической вязкости нефтей
2.4 Определение компонентного состава нефтей и битумов
2.5 Расслоение нефтей растворителем
2.6 Метод определения изменения массы битума после прогрева
2.7 Приготовление образцов битума с добавкой антиоксиданта
2.8 Определение физико-механических свойств исходного и состаренных образцов битума
2.8.1 Определение температуры размягчения по методу «Кольцо и шар» (КиШ)
2.8.2 Определение растяжимости (дуктильности)
2.8.3 Определение глубины проникания иглы (пенетрации)
2.9 Фракционирование асфальтенов
2.10 Определение углеводородного состава
2.11 Определение структурно-группового состава нефтей (битумов) и их компонентов
2.12 Спектрофотометрическое исследование устойчивости асфальтенов
2.13 Приготовление образцов для спектрофотометрических исследований
2.14 Наблюдение под микроскопом устойчивости образцов нефтей и битума к осаждению асфальтенов
2.15 Масс-спектроскопия асфальтенов
2.16 Определение содержания стабильных свободных радикалов и ванадилпорфириновых комплексов в асфальтенах
2.17 Определение диэлектрической постоянной асфальтенов
3 ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ СКЛОННОСТИ К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ АСФАЛЬТЕНОВ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЕЙ СО СТРОЕНИЕМ И СВОЙСТВАМИ ФРАКЦИЙ АСФАЛЬТЕНОВ
3.1 Устойчивость тяжелых нефтей к осаждению асфальтенов на основе компонентного состава и структурных характеристик компонентов

3.2 Взаимосвязь процессов флоккуляции, осаждения по данным спектрофотометрии с регистрацией оптической плотности в динамическом режиме и строения асфальтенов и их фракций
3.3 Динамика флоккуляции и осаждения асфальтенов в присутствии производных алкилфенола
3.4 Влияние на устойчивость жидких фаз локальных изменений концентрации алканового растворителя
4 ВЛИЯНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТАРЕНИЯ БИТУМНЫХ ВЯЖУЩИХ НА ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ АСФАЛЬТЕНОВ
4.1 Устойчивость состаренных образцов битума
4.2 Физико-механические свойства состаренных образцов битума
4.3 Характеристика асфальтенов и их фракций из состаренных образцов битума
5 КОНКРЕТИЗАЦИЯ МОДЕЛИ ОРГАНИЗАЦИИ НЕФТЯНОЙ ДИСПЕРСНОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА АСФАЛЬТЕНОВ
5.1 Разрушение дисперсной системы остатка нефти на легкую и тяжелую фазы ацетоном
5.2 Выделение из фаз фракций асфальтенов и их характеристика
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Наиболее глобальные проблемы в нефтяной промышленности, связанные со снижением устойчивости нефтяных дисперсных систем, имеют место в различных технологических процессах, включая добычу нефти, строительство и эксплуатацию асфальтовых дорожных покрытий.
При добыче нефтей устойчивость асфальтенов зависит от ряда факторов, включающих состав окружающего флюида, давление и температуру. Влияние состава и давления на осаждение асфальтенов является более существенным, чем влияние температуры. Снижение давления может дестабилизировать асфальтены и, вероятно, является основной причиной образования отложений асфальтенов в прискважинной зоне. При снижении плотности нефти (из-за депрессии) снижается защитное действие присутствующих нефтяных компонентов от взаимодействия между асфальтенами, что приводит к осаждению асфальтенов.
Применение парафиновых углеводородов в технологиях, основанных на нагнетании растворителей, приводит к снижению растворимости асфальтенов в объеме нефти. Так как они являются хорошими растворителями для смол и плохими для асфальтенов, то с увеличением объема разбавителя взаимодействие смол с асфальтенами и их участие в стабилизации асфальтеновых агрегатов становится слабым, асфальтены объединяются в более крупные надмолекулярные образования и осаждаются.
При эксплуатации асфальтовых дорожных покрытий основные изменения их качества связаны с окислительным старением битумных вяжущих. Старение битумов - сложный процесс, идущий с образованием свободных радикалов, реагирующих друг с другом, в результате чего происходит увеличение содержания асфальтенов и разрушение первоначальной коллоидной структуры битумного вяжущего с определенными физико-механическими свойствами.

Полярность суммарных асфальтенов является промежуточной. Эти результаты свидетельствуют о том, что устойчивость асфальтенов снижается с увеличением полярности асфальтенов. Добавление слабополярных фракций увеличивает устойчивость полярной фракции.
Данные по диэлектрической постоянной, флоккуляции и, дополнительно, результаты определения растворимости показали, что слаборастворимая, высокополярная фракция F40/60 имеет ключевое влияние на устойчивость асфальтенов в нефти. Установлено, что в асфальтенах, выделенных из отложений, выше содержание высокополярной фракции по сравнению с асфальтенами, выделенными из устойчивой нефти.
Для определения устойчивости фракций асфальтенов Cold Lake, выделенных смесью метиленхлорид/н-гептан [60], Ostlund и др. [109] использовали не точку начала флоккуляции, а изменение интенсивности поглощения света во времени на спектрофотометре Сагу 100 Bio UV-vis при 700 нм. У фракций в последовательности F40/60, F30/70, F20/80, F10/90 увеличивается растворимость, снижается ароматичность, увеличивается коэффициент диффузии, а содержание гетероатомов изменяется неопределенно. При добавлении //-гептана (рис. 1.11) к растворимой фракции асфальтенов F10/90 в достаточном для флоккуляции асфальтенов количестве кажущееся поглощение не изменяется в исследуемом интервале времени, тогда как при добавлении такого же количества //-гептана наблюдается флоккуляция нефракционированных асфальтенов и нерастворимой фракции асфальтенов F40/60. Фракции F20/80 и F10/90 оказывают стабилизирующий эффект на асфальтены F40/60 и F30/70, следовательно, и на устойчивость суммарных асфальтенов. Фракции, содержащие асфальтены с самым большим размером и наивысшей ароматичностью, характеризуются наиболее высокой склонностью к флоккуляции. Вероятно, эти особенности асфальтенов являются более существенными для стабильности нефтей, чем содержание асфальтенов в нефти.