Состав и свойства АСПО

Для того, чтобы выбрать наиболее подходящий способ борьбы с отложениями и, соответственно, химические реагенты, необходимо понимать состав и свойства АСПО. Сами отложения — это твёрдая смесь углеводородов, схожая по структуре с густой мазеобразной субстанцией, тёмно-коричневого или чёрного цвета. Основу составляют асфальто-смолистые вещества (АСВ) (20-40 % массы) и парафины (20-70 % массы), а также присутствуют силикалегевая смола, связанная нефть и механические примеси в виде песка, глины, солей и воды [1]. Также в составе могут находиться оксиды металлов в незначительном количестве (ванадий, железо). Они способны образовывать комплексы с макромолекулами ПАВ, усиливая межмолекулярные взаимодействия внутри отложений. На состав и процентное содержание компонентов влияет природа добываемой нефти в пределах нефтедобывающего региона, а также месторождения и твёрдых углеводородов, из которых они состоят, место отбора проб, и другие геологические, гидродинамические и термодинамические факторы.

Нефтяные парафины в АСПО — это основа отложений. Представляют собой углеводородные соединения метанового ряда. При высоких давлениях и температурах в пластовых условиях парафины в нефти находятся в растворённом состоянии. При транспортировке нефти, в условиях отличных от пластовых, могут находиться во взвешенном или кристаллическом агрегатном состоянии . Согласно ГОСТ 11851-85 в зависимости от содержания парафинов нефть классифицируют на:• малопарафиновую – менее 1,5% по массе.;• парафиновую – от 1,5 до 6% ;• высокопарафиновую – более 6%В особо сложных случаях содержание парафина может достигать 25%. Парафин обладает нереактивной природой и поэтому не растворяется в кислотах, щелочах и других химических реагентах. Имеет преимущественно линейное строение и записывается химической формулой CnH2n+2, в которой значение n находится в пределах от 16 до 64. Главными растворителями парафина являются органические, такие как бензол, бензин, ацетон, этиловый эфир и т.д. Также растворяется в нефтепродуктах при нагревании и маслах, содержащих минеральные компоненты. Температура плавления парафина в стандартных условиях составляет 45-65 oC [2].Церезин является разновидностью парафина, который имеет число атомом углерода в составе от 36 до 55. Он представляет собой смесь парафиновых углеводородов. Имеет нормальное и изомерное строение. По сравнению с парафином обладает выраженной мелкокристаллической структурой и является мягким, аморфным продуктом, а температура плавления составляет 65-85 оС. Характеризуется большим молекулярным весом, чем парафин в связи с увеличенным составом углеродного компонента. Окислители способны оказывать воздействие на церезин, такие как азотная и хлорсульфоновая кислоты. Также церезины имеют изостроение и состоят из циклических радикалов: ароматических и нафтеновых/.Асфальто-смолистая часть нефти представляет собой вещество тёмного цвета. Эти гетероорганические соединения имеют гибридное сложное строение. Вещества обладают свойствами твёрдых аморфных тел. АСВ содержат преимущественно основное количество кислорода, серы и азота, которое есть в нефтяных отложениях, а также в них сконцентрирована большая часть микроэлементов нефти. В составе присутствуют металлы (железо, магний, ванадий, никель, кальций, медь, титан, молибден, хром и др.).

Асфальто-смолистые вещества обладают высокой поверхностной активностью и являются природными стабилизаторами водонефтяныхэмульсий. Это означает, что своим присутствием в нефти они оказывают значительное влияние на процесс кристаллизации парафиновых углеводородов. За счет своего сложного строения АСВ обладают высокой молекулярной массой.Высокая молекулярная масса позволяет парафинам выделяясь из смеси прочих углеводородовАсфальтены, входящие в состав АСПО — это аморфные хрупкие углеводородные соединения тёмно-бурого и чёрного цвета. Содержат в своем составе преимущественно углерод (до 86%), водород (до 9%), серу (0,5-9%), азот (до 2%) и кислород (до 10%). Содержание самих асфальтенов в нефти варьируется от 1 до 20 % в зависимости от условий. При нагревании до 300 oC переходят в пластическое состояние, а при температуре свыше разлагаются с выделением газа, жидких веществ и твёрдого остатка. По сравнению со смолами обладают меньшей растворимостью, но ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол, сероуглерод, хлороформ и тетрахлорметан способны растворять асфальтены. В парафиновых углеводородах (спирт, эфир, ацетон) не растворяются.

Асфальтены обладают плотностью несколько больше единицы (1,2 г/см3) и соответственно являются более тяжелыми компонентами нефти. Молекулярная масса колеблется в районе 2000 – 4000 атомных единиц масс.Вторым компонентом АСВ являются нефтяные смолы. Их разделяют от асфальтенов из-за различной растворимости веществ. Смолы – это высокомолекулярные гетероатомные соединения, твёрдые или обладающие высокой вязкостью аморфные вещества бурового и чёрного цвета. Плотность смол ниже, чем у асфальтенов (0,99 — 1,08 г/см3), а молекулярная масса составляет 1200а.е.. Нефтепродукты и органические растворители, кроме метилового и этиловых спиртов, способны хорошо растворять смолы, а также они подвержены растворению в алканах при нагревании до 300 oC. Также при нагреве до 350 oC происходит уплотнение структуры смол и происходит процесс превращения в асфальтены. На воздухе легко окисляются, даже при низких температурах. Содержание кислорода, серы и азота достигает 17 % от состава, но при повышении молекулярной массы снижается. Структура молекулы смолы представляет собой бензольные кольца, которые образуют плоскую конденсированную поликарбоциклическую сетку. Пяти и шестичленные нафтеновые и гетероциклические кольца также могут составлять часть образованной сетки. Периферийная часть конденсированной системы смол, входящих в состав АСПО, замещена на углеводородные радикалы (алифатические, циклические и смешанные). Заместители могут включать функциональные группы (-OH, — SH, -NH2, =CO и др.) [3].Тип асфальтосмолопарафиновых отложений будет определяться прежде всего в зависимости от содержания органических составляющих, то есть асфальтенов, смол и парафинов. Существуют соответственно 3 класса, где П, А, С – содержание парафинов, смол и асфальтенов (% масс.) соответственно Физико-химические свойства отложений определяются их плотностью, молекулярной массой, температурой плавления, адгезией, которая характеризует сцепление с поверхностью контакта нефтепромыслового оборудования. Также свойствами являются показатель преломления и оптическая плотность. Плотность как свойство АСПО представляет собой параметр, описывающий происхождение отложений, связанный с их химической природой. Плотность нефти варьируется в пределах от 730 до 1040 кг/м3. В пластовых условиях она составляет порядка 0,82 – 0,90 г/см3. При преобладании в нефти парафиновых фракций, плотность отложений наименьшая. В нефти с большим содержанием смолисто-асфальтеновых веществ плотность отложений достигает наибольших значений.Для определения индивидуальных углеводородов в составе отложений, АСВ и их смесей, которыми являются АСПО, используют показатель средней молекулярной массы. Для различных компонентов системы она варьируется в диапазоне от 200 до 4000 атомных единиц масс. Можно составить анализ как отдельных компонентов, так и АСПО в целом. Важным показателем свойств отложений является температура плавления, которая необходима для характеристики состава и адгезионных свойств АСПО. Она позволяет оценить подвижность АСПО и зависит от химического состава. Наиболее трудными для удаления являются отложения, обладающие высокой температурой плавления, так как в их составе преобладают высокомолекулярные и тугоплавкие соединения (н-парафины).Адгезия и седиментация являются важнейшими свойствами АСПО, которые характеризуют способность выпадения отложений на стенках технологических труб и нефтепромыслового оборудования. Наиболее распространенными методами по определению характеристик данных свойств являются метод «холодного стержня», измеряются показатели температуры застывания и потери текучести. Существует также метод блокирования трубы, определение температуры засорения холодного фильтра и измерение напряжения текучести. Определение оптической плотности и показателей преломления для описания свойств АСПО и твёрдых углеводородов нефти используют в качестве дополнительных показателей при невозможности измерения основных.

Список использованных источников:
1. Персиянцев М. Н. Добыча нефти в осложненных условиях. – ООО
«НедраБизнесцентр», 2000. – 653 с.
2. Петрова Л. М., Форс Т. Р., Юсупова Т. Н., Мухаметшин Р. З., Романов Г. В. Влияние отложения в пласте твердых парафинов на фазовое состояние нефтей в процессе разработки месторождений // Нефтехимия. 2005. Т. 45. №3. С. 189-195.
3. Иванова, Л.В. Асфальтосмолопарафиновые отложения в процессах добычи, транспорта и хранения / Л.В. Иванова, Е.А. Буров, В.Н. Кошелев // Электронный научный журнал “Нефтегазовое дело”. — 2011. — №1. – С. 268 – 284.