Влияние состава и строения высокомолекулярных углеводородов и смолисто-асфальтеновых веществ на образование осадка в нефтях

Общеизвестны трудности, возникающие в процессах добычи, промысловой подготовки и транспорта парафинистых нефтей, которые из-за высокого содержания твердых углеводородов характеризуются высокими температурами застывания и вязкостью и требуют повышенных расходов энергии для перемещения по трубопроводным сетям и осуществления специальных мер для предупреждения накопления асфальтено-смоло-парафиновых отложений (АСПО) в различных элементах нефтепромыслового оборудования. Наиболее серьезные проблемы возникают при работе в зимнее время с высокопарафинистыми нефтями, содержащими твердые углеводороды в количествах, более 6,0 мае. % в нефти, и требующих для своей перекачки подогрева до температур выше точки застывания [1].

Решение фундаментальных и прикладных проблем, связанных с АСПО, и разработка рациональных технологий борьбы с их образованием требуют значительного увеличения объема и глубины информации о составе компонентов, составляющих эти отложения (твердых парафинов, смол, асфальтенов). Это придает значительную актуальность работам по комплексному изучению состава и строения этих высокомолекулярных соединений нефти (ВМС).

Воздействие внешних факторов (температуры, давления) влияет на изменение физико-химических свойств нефтяных систем, что является причиной образования АСПО в процессах добычи и транспорта нефти. Избежать образования АСПО при транспортировке и хранении нефти было бы возможно при ее глубокой очистке непосредственно на промысле. В промысловых условиях одним из экономически наиболее привлекательных может являться способ низкотемпературной очистки нефти природным сжиженным газом [2, 3].

Последствия образования АСПО выражаются в сокращении межремонтного периода работы скважин, необходимости постоянного проведения мероприятий по удалению отложений и общем удорожании процессов добычи и транспортировки нефти.

Высокое содержание твердых высокомолекулярных углеводородов (ВМУВ) в нефти является основной причиной осадкообразования при ее добыче и транспорте [4, 5]. В процессе добычи в результате снижения температуры и давления уменьшается потенциальная способность нефтяной системы являться растворителем для этих соединений [5, 6]. Решению задач, позволяющих снизить ущерб, от образования ЛОПО, может способствовать информация о составе и свойствах высокомолекулярных углеводородов, являющихся потенциальными инициаторами процессов кристаллизации [7].

Выявлению причин, поиску способов удаления и. предотвращения образования АСПО посвящены работы многих исследователей [1, 8−10]., Известно, что интенсивность формирования и состав асфальтено-смоло-парафиновых отложений определяются, в основном, содержанием в нефти твердых углеводородов, смол, асфальтенов и их соотношением в ней. Влияние концентрации’ВМС нефти на образование АСПО в настоящее время изучено недостаточное Эти исследования были направлены, главным образом, на изучение состава высокомолекулярных парафинов [1 1], структурных параметров смол и асфальтенов 110, 12, 13], размеров и формы ассоциатов асфальтенов в зависимостиот условий осаждения (температуры, давления, природы растворителя) [14, 15].

Целью данной работы явилось выявление особенностей осадкообразования в нефтях в зависимости от, состава и строения высокомолекулярных углеводородов и гетероатомных. соединений нефти (смол и асфальтенов) в процессе низкотемпературной очиски нефти:

Для достижения поставленной цели: было необходимо решить, следующие задачи: :

— провести модельные эксперименты по установлению зависимости осадкообразования в нефтях от концентрации смол, асфальтенов и твердых углеводородов- /'.

— проанализировать. состав высокомолекулярных углеводородов (алканов) исследуемых нефтей и осадков, выделенных с помощью сжиженного газа- - изучитьструктурные характеристики смолисто-асфальтеновых веществ исследуемых нефтей-. , — .

— выявить закономерности осадкообразования в зависимости от особенностей структуры смол и асфальтеновых.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. Предложен новый метод низкотемпературной: очистки нефти сжиженным' газом для удаления компонентовспособных образовывать осадок (твердых парафинов, смол и асфальтенов) с целью предотвращения образования АСПО на элементах промышленного оборудования. Установлены оптимальные соотношения нефть: сжиженный газ (1:3) и температура поцесса (-25 °С), при которых максимально удаляются компоненты, способные образовывать осадок: твердые парафины, смолы и асфальтены.

2. Впервые на модельных смесях проведено изучения влияния концентрации нефтяных высокомолекулярных компонентов на процесс осадкообразования при низкотемпературной очистке нефти сжиженным газом. Показано, что в однокомпо-нентных системах твердые парафины и смолы инициируют процесс осадкообразования, тогда как асфальтены, наоборот, являются депрессорами.

3. Впервые на модельных бинарных и сырых нефтях — тройных системах изучено взаимное влияние высокомолекулярных компонентов нефти на процесс осадкообразования в нефтях при низкотемпературной очистке сжиженным газом. Показано, что присутствие твердых парафинов в нефти оказывает существенное влияние на поведение двух других осадкообразующих компонентов.

4. Впервые изучено влияние структурных параметров нефтяных смол и асфальтное на образование осадка в нефтях в процессе низкотемпературной очистки нефти сжиженным газом.

Практическое значение полученных результатов заключается:

— в возможности использования метода очистки сырых нефтей сжиженными углеводородными газами в промысловых условиях.

— полученные данные о влиянии высокомолекулярных соединений нефти могут быть использованы для решения проблем, связанных с транспортировкой и переработкой нефтей;

— результаты исследований могут послужить основой для разработки новых подходов к предотвращению образования АСПО.

Основные положения, выносимые на защиту:

— Закономерности процесса осадкообразования в нефтях в зависимости от состава и соотношения твердых парафинов, смол и асфальтенов при очистке нефти сжиженным газом;

— Влияние структурных особенностей нефтяных высокомолекулярных компонентов нефти на процесс осадкообразования при очистке нефти сжиженным газом.

Апробация работы: Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на: 6-й международной конференции «Химия нефти и газа» (Томск 2006), 4-й международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск 2007), 4-й Всероссийской научно-практической конференции «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа», (Томск, 2007), 5-й международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск 2008), 3-й международной конференции Chemical Investigation and Utilization of Natural Resource (Улан-Батор, Монголия 2008), 16-й международной научно-практической конференции «Нефтепереработка — 2008» (Уфа2008), 7-й международной конференции «Химия нефти и газа» (Томск 2009), 5-й Всероссийской научно-практической конференции «Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа», (Томск 2010), Всероссийской конференции «Успехи органической геохимии» (Новосибирск 2010).

Публикации: По результатам исследований опубликовано 13 печатных работ: 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 1 статья в сборнике трудов «Нетрадиционные способы переработки органического сырья Монголии», материалы 10 докладов, в том числе 8 на международных конференциях.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и из списка использованных литературных источников из 128 наименований. Полный объем диссертации составляет 112 страниц, включая 36 рисунков и 25 таблиц.