Изменения нефтеэмульсии месторождения «Cовлигор» по данным ИК-спектроскопии после обработки деэмульгатором

УДК 665.6+543.42

Аннотация

В работе представлены результаты изучения изменений структуры нефтеэмульсии месторождения «Совлигор» методом инфракрасной (ИК) спектроскопии после обработки разработанным композиционным деэмульгатором. Исходные спектры нефтеэмульсии содержат полосы поглощения, характерные для углеводородных систем, что подтверждает наличие длинных метиленовых цепочек, метильных и изопропильных групп, а также нафтеновых и ароматических структур с различной степенью замещения. После введения деэмульгатора наблюдаются изменения в интенсивности и положении отдельных полос, что свидетельствует о разрушении межфазных пленок и снижении устойчивости эмульсионной системы. ИК-спектроскопия показала, что применение композиционного деэмульгатора способствует дестабилизации водонефтяной эмульсии, облегчает процесс разделения фаз и повышает эффективность подготовки нефти к транспортировке и переработке. Полученные данные подтверждают перспективность использования данного реагента в промысловых условиях месторождения «Совлигор». Эффективность деэмульгатора существенно зависит от условий образования и свойств обрабатываемой водонефтяной эмульсии. Для снижения расхода деэмульгатора и повышение эффективности его действия необходим индивидуальный подбор деэмульгатора для каждого типа эмульсии и конкретные условия его применения. Таким образом, деэмульгаторы удовлетворяют большинству предъявляемых требований, но, обладая ещё и хорошими моющими свойствами, эти ПАВ смывают со стенок труб и оборудования нефтяные плёнки и обнажают поверхность металла для контакта с коррозирующими веществами.

Abstract

The study presents the results of investigating structural changes in the oil emulsion of the Sovligor field using infrared (IR) spectroscopy after treatment with a developed composite demulsifier. The initial spectra of the oil emulsion contain absorption bands characteristic of hydrocarbon systems, confirming the presence of long methylene chains, methyl and isopropyl groups, as well as naphthenic and aromatic structures with varying degrees of substitution. After the introduction of the demulsifier, changes in the intensity and position of certain bands were observed, indicating the destruction of interfacial films and a reduction in the stability of the emulsion system. IR spectroscopy demonstrated that the application of the composite demulsifier promotes destabilization of the water–oil emulsion, facilitates phase separation, and increases the efficiency of oil preparation for transportation and refining. The obtained data confirm the potential of this reagent for use under field conditions at the Sovligor deposit. The effectiveness of the demulsifier significantly depends on the conditions of emulsion formation and the properties of the treated water–oil system. To reduce reagent consumption and enhance its efficiency, an individual selection of the demulsifier is required for each type of emulsion and specific application conditions. Thus, demulsifiers meet most of the operational requirements; however, due to their strong detergent properties, these surfactants also wash oil films from the walls of pipelines and equipment, exposing the metal surface to contact with corrosive agents.

Ключевые слова: нефтеэмульсия; месторождение «Совлигор»; ИК-спектроскопия; композиционный деэмульгатор; межфазные взаимодействия; разрушение эмульсии.

Keywords: oil emulsion; Sovligor field; IR spectroscopy; composite demulsifier; interfacial interactions; emulsion breakdown.

Введение

Нефтяная промышленность занимает ключевое место в мировой экономике, определяя стратегическое развитие ряда стран. Модернизация нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслей тесно связана с совершенствованием технологий переработки углеводородного сырья, внедрением инновационных процессов, направленных на повышение эффективности, ресурсосбережение и улучшение качества продукции. Важным этапом подготовки нефти является удаление воды, солей и примесей, препятствующих стабильной переработке. В этой связи актуальной задачей остаётся разработка эффективных химических реагентов для обессоливания и обезвоживания нефтеэмульсий, а также внедрение энергосберегающих и экологически безопасных технологий первичной переработки [6, 2].

Деэмульгаторы — химические реагенты, применяемые для разрушения нефтяных эмульсий, возникающих при добыче и транспортировке нефти. Они способствуют ускоренному отделению воды, снижению вязкости, предотвращению коррозии и загрязнений, улучшая качество товарной нефти [1].

Особую сложность представляет разделение эмульсий с высоким содержанием природных эмульгаторов (смол, асфальтенов, парафинов) и механических примесей. Эффективным решением является разработка реагентов, адаптированных к составу нетрадиционных нефтей [4, 7].

Наибольшее распространение получили неионогенные ПАВ благодаря низкому расходу (5–60 г/т), хорошей растворимости, устойчивости к солям и кислотам и отсутствию осадков. Они также не способствуют образованию эмульсий «нефть в воде», снижая загрязнение сточных вод [3, 10, 8].

В республике по развитию нефтеперерабатывающей отрасли принимается ряд мер, направленных на повышение эффективности нефтепереработки и качества нефтепродуктов. Однако разработка и создание эффективных методов очистки и технологий экстракции в соответствии с технологическими стандартами является актуальной проблемой для республики.

Исходя из этих целей, одной из актуальных задач на сегодня является разработка альтернативных условий технологических процессов производства высококачественных нефтепродуктов – разработка новых эффективных композиционных химических реагентов – деэмульгаторов на основе местного сырья и промышленных отходов для обессоливания и обезвоживания сырой нефти.

Объекты и методики исследования. Объектами исследования являются многоатомные спирты (глицерин), карбамид, ПАВ и спиртовые отходы.

В работе содержание ароматических, парафиновых и нафтеновых структур определяли по ИК-спектрам в лаборатории «Центр передовых технологий Республики Узбекистан», с коэффициентами поглощения при 1600 и 2850 см^-1, которые регистрировали на спектрофотометре, модель IRAffinity-1S с Фурье-преобразованием сигнала производства фирмы Shimadzu (Япония).

Полученные результаты и их обсуждение. Работа по разработке композиционных химических реагентов-деэмульгаторов была выполнена в лаборатории «Механохимическая технология композитов и химических реагентов» ГУ «Фан ва тараккиёт» [5, 12].

Среди разнообразных методов изучения строения органических и неорганических соединений, в том числе нефтяного происхождения, важное место занимает метод инфракрасной спектроскопии (ИКС), основанный на поглощении, отражении и рассеивании энергии инфракрасного излучения при прохождении через вещество.

По своим возможностям метод ИК-спектроскопии почти универсален. Исследования нефтей и нефтепродуктов проводятся в ближней, средней и дальней областях ИК-спектра [11, 9].

ИК спектры нефтеэмульсии месторождения «Совлигор» содержат полосы поглощения, характерные для углеводородных систем: подтверждено присутствие длинных метиленовых цепочек, метильных, изопропильных групп, нафтеновых и ароматических структур с разной степенью замещения (рис. 1).

Как видно из анализа данных, представленных на рисунке для характеристики нефтей методом ИКС изучены следующие полосы поглощения: полоса при 726 – 741 см^-1, отвечающая деформационным маятниковым колебаниям метиленовой группы. Полоса в области 1032,94 – 1159,54 см^-1 – веерным и крутильным колебаниям СН₂-группы.

Для средней молекулы оценивается содержание метиленовых групп (СН₂) по полосе поглощения 740,96 см^–1, метильных групп (СН₃) по полосе поглощения 740,96 см^–1, сульфоксидных групп (SO) по полосе поглощения 1032,24 см^–1 и ароматических соединений по полосе поглощений 1607,30, 809,44, 741,70 см^–1.

Наличие в составе свойств смолы напоминает спектры конденсированных бициклических ароматических углеводородов. Основное различие между ними заключается в поглощении кривых колебаний в спектрах смол, соответствующих требованиям групп С = O и –С – O – C -.

Используя анализ ИК-спектра нефтеэмульсии, извлеченного из природной нефти, сильные линии поглощения при 2922 см^-1 и 2853 см^-1 можно различить по симметричным и антисимметричным колебаниям в соответствии с группой СН₂.

Поглощение линий 1461 см^-1, 1376 см^-1 и 749 см^-1 относится к колебаниям длинных парафиновых цепей СН₂-СН₂ и относится к метиленовой группе 1467 см^-1, при 1461 см^-1 к метильной группе.

Анализ ИК-спектра выявляет не только разницу в парафинах, циклопарафинах и тяжелых комплексных углеводородах, но и в менее значимой группе асфальтеновых углеводородов (рис. 3.).

Основой вышеуказанных различий является линейное поглощение конденсированных углеводородов с линией 1032,94 см^-1, а интенсивность триплета 807,01 – 452,62 см^-1 отчетливо наблюдается в ИК-спектре композиции (рис. 3.). Присутствие неразветвленных парафиновых структур доказывалось сильными полосами поглощения при 807,01 и 1457,50 см^–1. Согласно сложной химической группе, анализ ИК-спектра нефтеэмульсии, привел к поглощению линий при 1376,72 - 1607,30 см^-1, которые включали парафин, полициклические ароматические углеводороды, смолы и асфальтены. Их результаты характеризуют C = O карбонильные группы кислот, содержащихся в ароматических кислотах. Структура этих групп показывает, что в формировании дисперсионной фазы происходят сложные химические изменения.

1-Очищенный нефть; 2-нефтеэмульсия; 3-эмульсионный слой нефти

Спектральные коэффициенты, являющиеся отношением оптических плотностей полос поглощения на частотах 1710, 1600, 1380 и 720 см^–1, использованы при определении изменения углеводородного и структурно-группового состава остаточных нефтей, извлекаемых экстракцией из нефтесодержащих пород, что позволило в совокупности с другими данными оценить вклады влияния таких основных факторов, как окисление нефти закачиваемой водой, изменение минерального состава породы, определяющих качественный состав остаточных нефтей в неоднородных терригенных пластах.

ИК-спектры нефтеэмульсии месторождения «Совлигор» демонстрируют характерные полосы поглощения, присущие углеводородным системам. Анализ спектров позволил подтвердить наличие следующих структурных фрагментов:

Длинные метиленовые цепочки (–CH₂–) — свидетельствуют о присутствии парафиновых компонентов, формирующих основу углеводородной матрицы.

Метильные группы (–CH₃) — указывают на наличие алканов и боковых заместителей в структуре углеводородов.

Изопропильные группы — отражают присутствие разветвлённых углеводородов, что влияет на физико-химические свойства нефти.

Нафтеновые циклы — подтверждают наличие циклоалканов, которые повышают плотность и вязкость нефти.

Ароматические структуры с различной степенью замещения — свидетельствуют о сложной композиции углеводородов, включающей бензольные ядра и их производные.

Заключение

ИК-спектроскопия подтвердила сложный состав нефтеэмульсии, включающий парафиновые, нафтеновые и ароматические компоненты. Наличие разнообразных функциональных групп указывает на высокую структурную неоднородность системы. Полученные данные позволяют оценить устойчивость эмульсии и прогнозировать её поведение при обработке деэмульгаторами. Метод ИК-спектроскопии доказал свою информативность для анализа межфазных взаимодействий и структурных особенностей углеводородных систем.

Таким образом, спектральный анализ нефтеэмульсии месторождения «Совлигор» даёт полное представление о её молекулярной структуре и подтверждает наличие широкого спектра углеводородных соединений, что имеет важное значение для выбора оптимальных методов деэмульсации и подготовки нефти к переработке.

Список литературы

References