Исследование агрегативной устойчивости нефтей при взаимодействии с углеводородными растворителями

• Автор: Буря, Евгений Геннадиевич
• Шифр специальности: 25.00.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 106 с. : ил

Содержание
Введение.
Г лава 1. Коллоидные свойства нефтей и их влияние на процессы добычи.
1.1. Компонентный состав нефтей.
1.2. Технологические проблемы нефтедобычи при выпадении тяжелых фракций.
1.3. Свойства нефтяных асфальтенов.
1.4. Факторы, приводящие к выпадению асфальтенов.
Глава 2. Фотонная корреляционная спектроскопия нефтяных систем.
2.1. Основные принципы фотонной корреляционной спектроскопии.
2.2. Описание экспериментальной установки.
2.3. Особенности применения метода ФКС для исследования непрозрачных сред.
2.4. Оптические свойства нефтяных систем.
2.5. Приготовление образцов. Условия проведения эксперимента.
2.6. Экспериментальные проблемы измерения корреляционной функции.
2.7. Обработка экспериментальных данных.
2.8. Определение размеров дисперсных частиц. 53 Глава 3. Исследование кинетики агрегации асфальтенов в модельной системе толуол-
гептан.
3.1. Устойчивость коллоидных систем.
3.2. Режимы кинетики агрегации в дисперсных системах.
3.3. Растворы асфальтенов с классической кинетикой агрегации.
3.4. Растворы асфальтенов со “стабильными” дисперсными частицами.
Г лава 4. Исследование коллоидных свойств сырых нефтей.
4.1. Анализ образцов нефти.
4.2. Нефти с классической кинетикой агрегации асфальтенов.
4.3. Нефти со “стабильными” дисперсными частицами.
4.4. Дисперсные свойства высоковязких нефтей.
Г лава 5. Измерение вязкости нефти.
5.1. Классические методы измерения вязкости
5.2. Результаты измерения вязкости НДС.
5.3. Новый метод измерения вязкости нефти с помощью фотонной корреляционной 93 спектроскопии
Заключение.
Список литературы.
ВВЕДЕНИЕ
Исчерпание нефтяных запасов делает необходимым более рационально использовать нефтяные ресурсы путем наиболее полного извлечения нефти и ее переработки. В настоящее время эта проблема стоит как никогда остро. В течение последних лет в нефтяной промышленности наблюдается устойчивая тенденция роста добычи трудно извлекаемой тяжелой нефти. Создание и внедрение в производство новых способов и технологий воздействия на пласт с целью получения высоких технико-экономических показателей разработки месторождений в таких условиях является одной из самых актуальных задач. Для её успешного решения необходимы широкие целенаправленные исследовательские работы с большим объемом экспериментальных и опытно-промышленных работ.
Принципиально новые возможности решения проблемы невозможны без всесторонних физико-химических исследований состава, структуры и свойств нефти. Нефтеотдача при разработке нефтяных залежей, работа технологического оборудования существенно зависят от состава и свойств нефти, в частности от содержания в ней высокомолекулярных компонентов - смол, асфальтенов, парафина. В процессе добычи и транспортировки нефти могут создаваться условия, при которых тяжелые компоненты теряют устойчивость и выпадают в виде твердой фазы образуя отложения.
Образование отложений на поверхности технологического оборудования может приводить к существенным осложнениям процесса добычи, транспорта и хранения нефти. Отложения асфальто-смоло-парафиновых веществ на стенках лифтовых труб уменьшает их сечение, создает дополнительное сопротивление движению жидкости снижая производительность скважин. Отложения в глубинном оборудовании скважин и выкидных линий приводит к повышенной аварийности на производстве, создают серьезные препятствия автоматизации производственного процесса. Необходимость борьбы с отложениями приводит к большим материальным затратам и удорожанию добываемой нефти. Отложения, образующиеся при чистке нефтеподъемных и выкидных труб, промысловых сборных емкостей и резервуаров, как правило не находят реализацию и собираются в специальных нефтяных амбарах. Количество таких отложений на крупных

месторождениях огромно. Их переработка затруднена, и в результате число таких хранилищ растет из года в год. Эти хранилища загрязняют окружающую среду, являются пожароопасными и создают серьезную экологическую угрозу. Образование этих отложений не является неизбежным. Сохранение и контролируемое выделение тяжелых компонентов расширяет выбор получаемых продуктов нефтепеработки. Образование АСПО можно рассматривать как недостаток, несовершенство техники и технологии различных этапов добычи и транспорта нефти. В этой связи перспективным является предотвращение формирования отложений различными способами.
В современных представлениях о строении, нефть рассматривается как сложная коллоидно-дисперсная система. Частицы дисперсной фазы нефтяных дисперсных систем (НДС) формируются тяжелыми высокомолекулярными компонентами при определенных условиях зависящих от многих факторов, в том числе и от природы, состава и соотношения компонентов. Реальные нефтяные системы в большинстве случаев являются многофазными (гетерогенными): суспензии, мицеллярные системы, макро- и микроэмульсии и т.д. в зависимости от размеров частиц дисперсной фазы НДС удельная межфазная поверхность может составлять десятки-тысячи квадратных метров на 1 г дисперсной фазы для высоко дисперсных, содержащие частицы с размерами от нескольких нанометров до долей микрона, систем, до 1 м2/ г для грубодисперсных НДС с размерами частиц от микрона и более.
Наличие высокоразвитой поверхности в дисперсных системах определяет самые существенные (характерные) свойства коллоидных систем. Избыток свободной энергии на межфазной границе делает типичные высокодисперсные системы термодинамически неустойчивыми. Изучение условий сохранения и потери устойчивости НДС дает возможность регулировать эти процессы, то есть, возможна стабилизация дисперсных систем.
Нефтяные дисперсные системы - это сложные системы, состоящие из низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений. Формирование дисперсной фазы в нефтяных системах обусловлено различной склонностью углеводородов к межмолекулярным взаимодействиям. Термодинамический анализ фазообразования в нефтяных системах показывает, что изменение размеров

О (т) - а ехр (-2тЛс) + Ъ,
(2.3)
где в соответствии с решением уравнения диффузии обратное время корреляции равно:
1/1с = 2ВЧ2 (2.4)
В этом выражении ц - волновой вектор флуктуации концентрации, который описывается следующим выражением:
<7 = (4т/Я).';1п(9/2 (2.5)
а и Ь - экспериментальные константы, п - показатель преломления жидкости, в которой взвешены дисперсные частицы, Я - длина волны лазерного света и 0-угол рассеяния.
Величины а и Ъ могут быть найдены путем аппроксимации измеренной автокорреляционной функции теоретической экспоненциальной функцией. Если форма частиц известна или задана, их размер может быть рассчитан с использованием соответствующей формулы. Например, для сферических частиц можно использовать формулу Стокса-Эйнпггейна:
£> = квТ / бпг] Л (2.6)
где къ - константа Больцмана, Т - абсолютная температура и г) - динамическая вязкость среды, в которой взвешены частицы радиуса /?. Противоположная задача также может быть решена: если известен размер частиц Д взвешенных в жидкости, можно рассчитать вязкость жидкости ц.
Алгоритм работы фотонного корреляционного спектрометра выглядит следующим образом. Коррелятор измеряет корреляционную функцию света,
рассеянного на броуновских частицах. Из обработки полученной функции на экспоненту получаем характерное время процесса. Далее, зная показатель преломления среды, длину волны возбуждающего света и угол рассеяния