Раздел: естественные науки
Сравнение реологического, фотометрического и ИК-Фурье спектрометрического методов измерения температуры кристаллизации парафинов в нефтях Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции
, – студенты УГТУ, Ухта
– зав. кафедры физики УГТУ, д. ф.-м. н., профессор
Добываемая в настоящее время на многих месторождениях Российской Федерации нефть отличается сложными физико-химическими и реологическими свойствами. К ним относится повышенная вязкость, высокое содержание парафина, а, соответственно, проявление таких аномальных свойств, как статическое и динамическое напряжение сдвига.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью поиска экспрессных и информативных методов исследования динамики кристаллизации парафиновых углеводородов в нефтях, определения не только температур начала кристаллизации парафина, но и количества выпавшего парафина и его состава в зависимости от температуры.
Известно несколько методов определения температуры кристаллизации парафина: визуальный, холодного стержня, ультразвуковой, фотометрический, вискозиметрический, ИК-Фурье спектрометрический и т. д.
Целью работы является исследование особенностей реологических кривых высокопарафинистых нефтей месторождений Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, классификация и измерение характерных температурных точек, отражающих динамику процесса кристаллизации парафина, с помощью реологического, фотометрического и ИК-Фурье спектрометрического методов, сравнение данных методов.
На рисунке 1 представлен спектр поглощения для Северо-Югидской легкой нефти в области температур 70-5°С. Можно заметить, что при высоких температурах пики в областях 720 см-1 и 730 см -1 едва различимы, но при определенной температуре произошли изменения в структуре парафинов, которые заметны на рисунке в виде двух хорошо различимых пиков в тех же областях.
Рисунок 1 - ИК спектр поглощения Северо-Югидского газоконденсата.
Для определения искомых параметров рассчитывались нулевые моменты спектра (формула 1), т. е. площадь под кривой, которая показывает интегральное поглощение в данной спектральной области.
(1)
Строились графики зависимости величины S от температуры, которые хорошо аппроксимировались прямыми линиями. По излому этих прямых определялась температура начала кристаллизации парафинов.
На рисунке 2 представлен график зависимости нулевого момента спектра от температуры. Наблюдается излом, который и говорит нам о начале изменения в структуре парафинов. Если бы парафины не кристаллизовались, то наша прямая шла на возрастание. Однако, видно, что парафины переходят из жидкого состояние в твердое, о чем и говорит нам резкий скачок точек. Так же по данному графику можно определить процентное содержание парафинов. Это возможно путем расчета по формуле 2. Так мы построили зависимость содержания парафина от температуры (рис.3).
|
 |
 |
Рисунок 2 - Зависимость нулевого момента от температуры при первом эксперименте.
Данные, полученные в результате расчетов спектров, были сравнены с данными, полученными по светопоглощению (рис. 5). Отличие температур составляет 0,6 градусов.
Рисунок 3 - График количества парафина для первого эксперимента.
Рисунок 4 - Светопоглощение для Северо-Югидского газоконденсата.
В реологическом методе, т. е. на кривой вязкости от температуры в координатах Аррениуса можно выделить следующие характерные температуры (рис. 5):
Т1 – температура появления первых кристаллов парафина.
Т2 – температура массовой кристаллизации парафина (начало гелеобразования);
Т3 – температура, при которой закончено образование новых кристаллов парафина; стабилизируется сетчатая структура парафинов.
Рисунок 5 – Зависимость логарифма вязкости от 1000/Т (координаты Аррениуса) для нефти Кыртаельского месторождения.
На рисунке 6 представлен результат фотометрического метода измерения температуры начала кристаллизации парафина нефти Кыртаельского месторождения.
Рисунок 6 - График зависимости фототока от температуры для нефти
месторождения Кыртаель.
Рассмотрим нефтегазоконденсатное месторождение Северный Югид.
Реологический метод, при переходе в координаты Аррениуса, дает три аппроксимированных участка (три области) (рис. 7).
|
|
Рисунок 7 – Зависимость логарифма вязкости от 1000/Т (координаты Аррениуса) для нефти Северо-Югидского месторождения.
При фотометрическом методе можно выделить три температуры, которые отображены на графике рисунка 8.
Реологический метод регистрирует следующие температуры: Т1=31-32°С – температура начала массовой кристаллизации парафина; Т2=25°С – продолжение динамики кристаллизации, начало гелеобразования.
Фотометрический метод регистрирует следующие температуры: Т1=32°С – температура начала массовой кристаллизации парафина; Т2=51°С – температура образования первых кристаллов парафина.
|
|
Рисунок 8 - График зависимости фототока от температуры для нефти
месторождения Северный Югид.
Таким образом, в работе исследовались характерные температурные точки, которые определяют начало процессов зародышеобразования, начала образования первых кристаллов из парафиновых углеводородов, массового образования кристаллов, их коагуляции и образования структурной сетки из этих кристаллов.
