Файл в формате PPT (12,1 МB)
advertisement
Лекционный курс Физические основы нанотехнологий и их применение в нефтегазовой отрасли» Часть 2. НАНООБЪЕКТЫ ПРИРОДНЫХ НЕФТЕЙ И СПОСОБЫ ИХ ИЗУЧЕНИЯ Тема Кристаллизующиеся и ассоциативные наноколлоиды нефти. 1 ФОРМИРОВАНИЕ НАНОСТРУКТУР В РЕЗУЛЬТАТЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНЫХ НЕФТЕЙ ( КРИСТАЛЛИЗУЮЩИЕСЯ НАНОКОЛЛОИДЫ НЕФТИ ) 2 Основные углеводородные и гетероатомные компоненты нефти 3 ТРАДИЦИОННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ 4 Известное фазовое превращение – осаждение макроскопической твердой фазы 5 Предполагается лавинное увеличение размеров кристаллов и выпадение их в осадок при пересечении фазовой границы 6 7 НОВЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССАХ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ 8 Существует диапазон внешних условий, при которых нанокристаллы являются устойчивыми. сохраняют свои размеры и остаются взвешенными в жидкой фазе. ( формируются наноколлоиды ) 9 УСТОЙЧИВЫЕ НАНОКРИСТАЛЛЫ 10 ПАРАФИНЫ CnH2n+2 (Алка́ны) (насыщенные углеводороды) 11 ВИДЫ ПАРАФИНОВ Линейные парафины C20–C50 n-алканы MВ = 350 - 600 аем 12 ВИДЫ ПАРАФИНОВ Изопарафины (циклоалканы) MВ = 300 - 2500 aем Широкий разброс температур плавления 13 СОВРЕМЕННАЯ ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ ПАРАФИНОВ 14 15 Крупные кристаллы парафинов формируют прочную структурную решетку и нефть прирбретает гедеподобные свойства 500 Microns full scale 16 В потоках нефти гелеподобные структуры образуют пластинчатые кристаллы парафинов 17 При медленном охлаждении покоящейся нефти наблюдаются связанные структуры иглоподобных кристаллов парафинов 18 Микрофотографии твердых осадков парафинов на стенках оборудования 19 СОВРЕМЕННАЯ ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ ПАРАФИНОВ 20 Наночастицы, образующиеся при кристаллизации парафинов Фазовая диаграмма парафина, образующего наноколлоиды в модельной нефти 21 Пластинчатое строение наноразмерных кристаллов парафинов (Reynhardt and Riederer, 1994). 22 ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА, УЧИТЫВАЮЩАЯ СУЩЕСТВОВАНИЕ НАНОКОЛЛИДОВ ПАРАФИНОВ 24 ГАЗОВЫЕ ГИДРАТЫ 25 Структура гидрата метана 26 Полости в водных клатратных каркасах газовых гидратов Основные кристаллические структуры газовых гидратов – КС-I (слева) и КС-II (справа). 27 ГИДРАТНЫЕ ПРОБКИ 28 СОВРЕМЕННАЯ ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ ГИДРАТОВ Р-Т фазовая диаграмма гидратов в смеси углеводородов (УВ) с водой (Rojey et al., 1997). 29 Наночастицы, образующиеся при кристаллизации гидратов Димеры Модель многостадийной кристаллизации гидратов с образованием «лабильных» наноструктур (Lederhos et al., 1996). 30 Многостадийный характер кристаллизации газовых гидратов (Englezos et al., 1987а) 31 ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА, УЧИТЫВАЮЩАЯ СУЩЕСТВОВАНИЕ НАНОКОЛЛИДОВ ГИДРАТОВ 32 НАНОЧАСТИЦЫ КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ В НЕФТИ 33 Хлориды (NaCl, MgCl2 и KCl) Карбонаты (CaCO3, MgCO3 и FeCO3) Сульфаты (BaSO4, CaSO4 и SrSO4) Кристаллы элементарной серы 34 «Предупреждение отложений и эмульсеобразования в нефтегазодобывающих скважинах» (Инжиниринговая компания «Инкомп-нефть», ОАО "Газпром" ) Отложения солей на рабочем колесе ЭЦН и в НКТ «… узкие пределы изменения давления и температуры, при которых происходит выпадение твёрдой фазы, приводят к лавинообразной адсорбции одного из компонентов растворов в определённом интервале скважины, что может привести к полному перекрыванию сечения НКТ.» 35 ФОРМИРОВАНИЕ НАНОСТРУКТУР В РЕЗУЛЬТАТЕ САМООРГАНИЗАЦИИ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНЫХ НЕФТЕЙ ( АССОЦИАТИВНЫЕ НАНОКОЛЛОИДЫ НЕФТИ ) 36 Ассоциативные наноколлоиды примесей гуминовых веществ Молекулы гумусовых кислот 37 Наноагрегаты, образующиеся при самоассоциации молекул гумусовых кислот 38 Ассоциативные наноколлоиды фуллеренов, нанотрубок, графенов 39 Наноагрегаты («связки»), образующиеся при самоассоциации углеродных нанотрубок. 40 Агрегаты углеродных нанотрубок (A), (C), (D) и фуллеренов (B) (изображения в ПЭМ) 41 Изображение наноагрегатов фуллеренов C60 в ПЭМ 42 (а) Наноагрегаты фуллеренов С60 (b) Совместные агрегаты фуллеренов и гуминовых кислот (стрелки) 43 Наноагрегаты графенов 44 Основные компоненты нефти, склонные к самоорганизации – нафтеновые кислоты и нафтенаты; смолы и асфальтены 45 Нафтеновые кислоты и их производные (нафтенаты) Молекулы нафтеновых кислот Отложения нафтенатов в системах промыслового сбора и подготовки нефти 46 Закономерности самоорганизации все еще плохо изучены Димеризации нафтеновых кислот в нефти путем формирования водородных связей 47 Формирование жидкокристаллических структур при агрегировании нафтеновых кислот на поверхности капель водонефтяной эмульсии M.-H. Ese, P.K. Kilpatrick (2004) JOURNAL OF DISPERSION SCIENCE AND TECHNOLOGY, 25(3): 253–261) 48 2(C11H7O2).Ca Образование отложений в результате ассоциации молекул нафтената кальция 49 T.E. Havre (2002) PhD Thesis Фазовая диаграмма системы «вода / гексадеканафтеновая кислота / гексадеканафтенат натрия» T.E. Havre (2002) PhD Thesis 50 Образование фрактальных агрегатов в результате ассоциации молекул нафтената S. Sarac (2007) MsSci Thesis 51 АСФАЛЬТЕНЫ ( смолоасфальтены ) 52 SARA - анализ нефти НЕФТЬ разбавление н-алканами С5 , С7 , С9 …. раствор Мальтены осадок разделение в хроматографе с помощью растворителей : Насыщенные Ароматические УВ УВ Смолы Асфальтены 53 Модели самоассоциации молекул асфальтенов Отдельные молекулы Самоассоциация по механизму стэкинга 54 Модели стабилизации наночастиц асфальтенов смолами Гипотетический механизм стерической стабилизации частиц наноколлоидов асфальтенов в результате образования «защитных оболочек» адсорбируемыми молекулами смол (Priyanto et al., 2001) 55 КОНЕЦ ЛЕКЦИИ 56
