Изучение процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений высокопарафинистых нефтей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Химический факультет

Кафедра химии ВМС и  нефтехимии

 

 

Курсовая работа

 

 

Изучение процесса образования  асфальтосмолопарафиновых отложений высокопарафинистых нефтей

 

 

                                                                                                 

 

 

                                                                                                  Научный руководитель

                                                                                                  доцент, канд.хим.наук

                                                                                                  _______Госсен Л.П.

 

 

                                                                                                  Выполнила

                                                                                                  студентка 3 курса

                                                                                                  группы 8902

                                                                                                   _______Лизь Е.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск 2012

Оглавление

1. Литературный обзор                                                                                                4

    1.1. Нефть                                                                                                                 4                       

       1.1.1. Состав нефти                                                                                               4

       1.1.2. Высокомолекулярные  соединения нефти                                                 4

       1.1.3. Твердые соединения нефти                                                                        5

    1.2. АСПО                                                                                                                 7

       1.2.1. Состав                                                                                                          7

       1.2.2. Факторы, влияющие на образование                                                        8

       1.2.3. Методы борьбы                                                                                         11

2. Экспериментальная  часть                                                                                     13

    2.1. Методы и  объекты исследования                                                                  13

       2.1.1. Методика определения группового  состава нефти                               13

           2.1.1.1 Методика определения массовой доли асфальтенов «холодным» способом Гольде                                                                                                        13

2.1.1.2  Методика определения  содержания смолистых веществ               13

2.1.1.3  Методика определения определению количества нефтяного осадка в нефти методом  холодного стержня                                                                      14

       2.1.2. Объекты исследования                                                                             15

    2.2.Обсуждение результатов                                                                                 15

Заключение                                                                                                                 19

Список литературы                                                                                                    20

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 В Западной Сибири  проблема борьбы с асфальто-смоло-парафиновыми отложениями (АСПО) приобрела особо острый характер в связи с увеличением в составе добываемых нефтей доли «тяжелых» нефтей с повышенным содержанием смолисто-асфальтеновых веществ и твердых парафинов.

          В последние годы актуальность изучения состава и процесса образования АСПО существенно возросла в связи с разработкой научных основ технологии комплексной безостаточной переработки тяжелых высокосмолистых нефтей и нефтяных остатков [1].

Асфальто-смоло-парафиновые  отложения на внутрискважинном оборудовании серьезно осложняют добычу нефти и приводят к снижению ее объемов.

Интенсивное образование  АСПО может приводить к полному  перекрытию подземных труб и кольцевых  каналов в затрубном пространстве, что вызывает необходимость проведения подземных ремонтов в целях депарафинизации скважин.

Целью данной работы является:

Работа посвящена моделированию  процесса образования парафиновых  отложений в зависимости от температуры  процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1.Нефть

Под нефтью понимаются выделившиеся в отдельную фазу наиболее стойкие жидкие гидрофобные продукты обычного процесса фоссилизации (захоронения) органических веществ.[2]

1.1.1.Состав нефти

        В составе  нефти выделяют углеводородную, асфальтово-смолистую и зольную  части, а также порфирины и серу. Углеводороды, содержащиеся в нефти, подразделяют на три основные группы: метановые, нафтеновые и ароматические. Метановые  (парафиновые) углеводороды химически наиболее устойчивы, а ароматические – наименее устойчивы (в них минимальное содержание водорода).

        При этом  ароматические углеводороды являются  наиболее токсичными компонентами. Асфальтово-смолистая составляющая  нефти частично растворима в  бензине: растворимая часть - это  асфальтены, нерастворимая - смолы.  Порфирины - это азотистые соединения органического происхождения, они разрушаются при температуре 200-250 ^оС. Сера присутствует в составе нефти либо в свободном состоянии, либо в виде соединений сероводородов и меркаптанов. Зольная часть нефти - это остаток, получаемый при ее сжигании, состоящий из различных минеральных соединений.

        В зависимости  от месторождения нефть имеет  различный качественный и количественный  состав. Представляя собой жидкость, более легкую, чем вода, нефть  разных мест, иногда даже и  соседних, различна по многим свойствам: цвету, плотности, летучести, температуры кипения. Однако любая нефть это жидкость почти нерастворимая в воде и по элементарному составу содержащая преимущественно углеводороды с подмесью небольшого количества кислородных, сернистых, азотистых и минеральных соединений, что видно не только по элементарному составу, но и по всем свойствам углеводородов.[2]

1.1.2. Высокомолекулярные соединения нефти

Высокомолекулярные соединения являются главными компонентами    нефти, определяющими образование АСПО в нефтепромысловых условиях.

К высокомолекулярным соединениям нефти относят вещества с молекулярной массой более 400. Вещества эти содержатся в тяжелой части нефти, имеющей температуру кипения выше 350^оС [2].

Высокомолекулярная часть нефти представляет собой сложную многокомпонентную, в большинстве случаев коллоидную систему, стойкость которой зависит от химической природы и количественных соотношений основных ее составляющих – углеводороды (парафиновые, нафтеновые, ароматические, гибридные), гетероорганические соединения, смолы и асфальтены. Важной частью высокомолекулярных соединений нефти являются твердые углеводороды нефти и смолисто-асфальтеновые  вещества.

Основными компонентами нефтей являются неполярные и малополярные углеводороды: парафиновые, нафтеновые и ароматические. Значительно меньше содержание в нефтях таких полярных компонентов, как кислородные (жирные и нафтеновые кислоты, фенолы), сернистые (тиоалканы, тиофаны), азотистые соединения, высокомолекулярные смолисто-асфальтеновые вещества [3-5]. В природных нефтях различного происхождения массовое содержание углерода С, водорода Н и гетероатомов серы S, азота N и кислорода О составляет: С - 83-87, Н - 12-14, S - 0,001-8, N - 0,002-1,7, О - 0,05-3,6%. Содержание асфальтосмолистых веществ составляет до 20% масс. и более [4].

Нефти содержат в виде комплексных соединений различные микроэлементы, например ванадий, никель, железо, цинк, хром, марганец, натрий, галогены и др. Концентрация первых членов этого ряда в  смолисто-асфальтеновых  веществах составляет 10-3-10-2%. Общей закономерностью является концентрирование микроэлементов в высококипящих фракциях нефтей [6].

1.1.3. Твердые соединения нефти

Твердые углеводороды нефти представляют собой сложную смесь, в состав которой входят углеводороды парафинового ряда, различающиеся структурой и молекулярной массой, нафтеновые  углеводороды, содержащие от 1 до 3 колец в молекуле и имеющие длинные боковые цепи нормального и изостроения, а также твердые ароматические углеводороды с разным числом колец в молекуле, разной длиной и структурой боковых цепей.

Твердые ароматические углеводороды деасфальтированных гудронов нефтей содержат гомологи бензола и нафталина. В них обнаружены нафтеновые кольца.   Боковые парафиновые цепи исследованной ароматики имеют нормальное и изостроение. На основании проведенных исследований делается вывод об аналогичном химическом составе твердых и жидких углеводородов нефти [7]. Химический состав твердых углеводородов зависит от природы нефти, из которой они выделены, и от температурных пределов выкипания фракции. Среди твердых углеводородов фракций нефтей парафино-нафтенового основания твердых ароматических углеводородов меньше, чем во фракциях, соответствующих им по температурам выкипания, но выделенных из высокоароматизированных нефтей.

По мере повышения температур выкипания фракций одной и той же нефти, содержание твердых алканов уменьшается, а содержание твердых нафтеновых и ароматических углеводородов растет. Причем,  для одной и той же фракции содержание твердых нафтеновых углеводородов приблизительно в 4 раза больше, чем твердых ароматических. Кроме того, с повышением температуры кипения фракции в составе твердых углеводородов повышается и содержание углеводородов, не образовавших комплекс с карбамидом, т.е. содержащих в молекулах боковые цепи в основном изостроения.

Парафиновые углеводороды подразделяются на жидкие и твердые.[8] Твердые углеводороды с температурой плавления t_пл более 60-80 ^оС называются церезинами. Жидкие парафины представляют собой в основном н-алканы с числом атомов углерода от 9 до 27 и выкипают в интервале температур 180-370^оС. Твердые парафины с t_пл до 60 ^оС выкипают в пределах 300-500 ^оС. Они содержат более 75% н-алканов и небольшое количество изо- и циклоалканов. С увеличением пределов выкипания в таких твердых углеводородах доля н-алканов уменьшается. Церезины состоят преимущественно из нафтеновых и ароматических углеводородов с длинными алкильными цепями. Содержание н-алканов в церезинах незначительно, изопарафины, практически, отсутствуют. Жидкие и твердые (t_пл до 60 ^оС) парафины имеют крупнокристаллическую, церезины - мелкокристаллическую структуру.

Парафиновые углеводороды в нефтяных системах при понижении температуры проходят следующие фазовые превращения: молекулярно-дисперсное (жидкое)  жидкокристалличеcкое, твердое состояние, полиморфные превращения (гексагональная, ромбическая, моноклинная и триклинная сингонии) [10].

Нефтяные парафины представляют собой смесь преимущественно н-алканов разной молекулярной массы, а основным компонентом церезинов являются нафтеновые углеводороды, содержащие в молекулах боковые цепи как нормального, так и изостроения с преобладанием последних. Твердые парафиновые и ароматические углеводороды входят в состав церезинов в меньших количествах, причем их соотношение определяется природой нефти, из которой выделен церезин [7, 9].

1.2. Асфальто-смоло-парафиновые  отложения (АСПО)

АСПО - это часть массы смолисто-асфальтеновых  и  парафинистых нефтей,  которая  выделяется из них под влиянием внешних  факторов  и сорбируется на поверхности труб, подземного оборудования, породы в призабойной зоне пласта.

1.2.1. Состав АСПО 

АСПО представляют собой темно-коричневую или черную густую мазеобразную массу  высокой вязкости, которая при  повышении температуры значительно  снижается. Они содержат преимущественно органический материал, практически, не растворяющийся повторно и не диспергирующийся в сырой нефти в условиях ее добычи и транспортировки. АСПО являются сложной смесью высокомолекулярных углеводородных соединений, содержащих алканы (парафины, нафтены, церезины), смолы (лактоны, лактиды), асфальтены (карбоиды, карбены), масла (ароматические, нафтеноароматические углеводороды) и неорганические включения (песок, глина, соли,  вода)  [11]. АСПО в скважинах и системах сбора нефти содержат (% мас.): парафина - 12-86, смол - 0,8-20, асфальтенов - 0,3-45,  масел - 6,3-50, неорганических включений - 0-37. Температура плавления таких парафиноотложений изменяется от 25 до 150 ^оС.