IR-SPECTROSCOPIC RESEARCH OF CHEMICAL STRUCTURE OF ASPHALTENES FROM OIL FIELDS IN THE ORENBURG REGION AND NORTH BUZACHI

Ширяева Р.Н.¹, Кудашева Ф.Х.², Шафигуллина Д.И.³

¹Кандидат химических наук, доцент; ²доктор химических наук, профессор; ³студент,

Башкирский государственный университет

ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ АСФАЛЬТЕНОВ ИЗ НЕФТИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ И СЕВЕРНЫЕ БУЗАЧИ

Аннотация

ИК-спектроскопическим методом изучены структурные группы асфальтенов, выделенных из нефти месторождений Оренбургской области и Северные Бузачи. Определены размеры частиц асфальтенов. Установлено, что асфальтены из Оренбургской нефти более ароматичны и имеют бόльшие размеры.

Ключевые слова: нефть, асфальтены, ИК-спектроскопия, лазерная дифрактометрия.

Shiryaeva R.N.¹, Kudasheva F.H.²,  Shafigullinа D.I.³

¹Candidate of chemical sciences, lecturer; ²doctor of chemical sciences, Professor; ³student,

Bashkir state University

IR-SPECTROSCOPIC RESEARCH OF CHEMICAL STRUCTURE OF ASPHALTENES FROM OIL FIELDS IN THE ORENBURG REGION AND NORTH BUZACHI

Abstract

The structural groups  of asphaltenes isolated from oil fields in the Orenburg region and North Buzachi have been studied by the infrared spectroscopic method. The sizes of the particles of asphaltenes were determined.   It was found out that asphaltenes from Orenburg oil are more aromatic and have a larger size.

Keywords: oil, asphaltenes, infrared spectroscopy, laser diffractometry.

Известно, что основными структурирующими компонентами в НДС являются асфальтены. Они обладают сложным строением и способны к образованию отложений при добыче, транспортировке и переработке тяжелых нефтей. Для оптимизации добычи нефти требуется информация об их составе. Важное место в изучении строения нефтей занимает ИК-спектроскопия, которая позволяет судить о химическом составе вещества и получать информацию о структурных группах [1-3].

В данной работе проводилось изучение структурных фрагментов асфальтенов из нефти месторождений Оренбургской области и Северные Бузачи. Характеристики нефтей представлены в табл. 1.

Таблица 1 – Характеристика нефтей

Показатели	Нефть
	Оренбургская	Северные Бузачи
Плотность, кг/м3	945,9	929,5
Групповой углеводородный состав, % масс.
Парафино-нафтеновые	39,8	34,4
Ароматические	45,8	48,0
Моноциклические	16,2	16,3
Бициклические	8,8	9,3
Полициклические	20,3	22,4
Смолы бензольные	3,5	4,7
Смолы спиртобензольные	9,6	10,9
Асфальтены	1,8	2,0

Нефть месторождения Северные Бузачи содержит больше ароматических углеводородов и смол, Оренбургская нефть - больше парафино-нафтеновых углеводородов.

ИК-спектры образцов нефти и асфальтенов снимали на спектрометре фирмы «Shimadzu» в диапазоне частот 4000-650 см^-1.

На рис.1,2 представлены ИК-спектры Оренбургской нефти и выделенных из нее асфальтенов SARA-методом.

Рис.1. ИК-спектр нефти Оренбургского месторождения

Рис.2. ИК-спектр асфальтенов Оренбургской нефти (SARA)

В высокочастотной области ИК-спектра для нефти наблюдаются наиболее сильные полосы поглощения при 2920 и 2850 см^-1, характеризующие валентные колебания С-Н метильных и метиленовых групп. Интенсивные полосы поглощения при 1460 и 1380 см^-1 характерны для деформационных колебаний С-Н связей алкильных групп. В асфальтенах содержится больше ароматических структур и кислородсодержащих групп.

По стандартным методикам рассчитали спектральные коэффициенты ароматичности (С₁), окисленности (С₂), разветвленности (С₃), алифатичности (С₄)  и осерненности (С₅). Значения этих коэффициентов для нефтей и асфальтенов представлены в табл. 2.

Таблица 2 – Спектральные коэффициенты для нефтей и асфальтенов

 

^*С₁=А₁₆₀₀/A₇₂₀ (ароматичности); С₂=A₁₇₁₀/A₁₄₆₀ (окисленности); С₃=A₁₃₈₀/A₁₄₆₀ (разветвленности); С₄=A₇₂₀+A₁₃₈₀/A₁₆₀₀ (алифатичности); C₅=A₁₀₃₀/A₁₄₆₀ (осерненности).

Как видно из табл. 2, асфальтены Оренбургской нефти являются более ароматичными, окисленными и менее алифатичными.

Размеры частиц асфальтенов измеряли на лазерном дифрактометре «SALD-7101» фирмы «Shimadzu» при показателе преломления 1,49. На рис.3 представлены кривые распределения размеров частиц асфальтенов Оренбургской нефти при концентрациях 10^-2, 10^-3, 10^-4 г/л. Асфальтены Оренбургской нефти имеют размеры частиц от 90 до 120 мк, асфальтены Северных Бузачей – от 60 до 90 мк.

Рис.3. Размеры частиц асфальтенов нефти Оренбургского месторождения

Размеры частиц асфальтенов коррелируют с коллоидной устойчивостью (КУ) нефти к осаждению асфальтенов. Чем больше размеры частиц, тем меньше фазовая устойчивость нефти. КУ для Оренбургской нефти составляет 0,57, для Северных Бузачей – 0,71. Асфальтены Оренбургской нефти более склонны к межмолекулярному взаимодействию и выпадению в отдельную фазу.

Таким образом, полученные с помощью спектральных методов данные о структурных характеристиках асфальтенов могут быть полезными при подборе реагентов для регулирования реологических свойств аномальных нефтей.

Литература

1. Ширяева Р.Н., Асадуллина А.С. Исследование структуры асфальтенов спектральными методами // Международный научно-исследовательский журнал. - 2014. - №3 (22). –С. 31-34
2. Ширяева Р.Н., Шафигуллина Д.И., Ханова Г.А. Структурные характеристики асфальтенов из нефти Герасимовского месторождения // Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. –Тамбов. –С. 158-160
3. Охотникова Е.С., Юсупова Т.Н. Надмолекулярная структура асфальтенов и ее влияние на физико-химические свойства нефтяных дисперсных систем // Материалы Международной научно-практической конференции «Нефтегазопереработка – 2011». –Уфа. 2011. –С. 227.

References

1. ShirjaevaR.N., AsadullinaA.S. Issledovaniestrukturyasfal'tenovspektral'nymimetodami // Mezhdunarodnyjnauchno-issledovatel'skijzhurnal. - 2014. - №3 (22). –S. 31-34
2. ShirjaevaR.N., ShafigullinaD.I., HanovaG.A. Strukturnyeharakteristikiasfal'tenovizneftiGerasimovskogomestorozhdenija // SborniknauchnyhtrudovpomaterialamMezhdunarodnojnauchno-prakticheskojkonferencii. –Tambov. 2015. –S. 158-160
3. OhotnikovaE.S., JusupovaT.N. Nadmolekuljarnajastrukturaasfal'tenovieevlijanienafiziko-himicheskiesvojstvaneftjanyhdispersnyhsistem // MaterialyMezhdunarodnojnauchno-prakticheskojkonferencii «Neftegazopererabotka – 2011». –Ufa. 2011. –S. 227.