Введение 3
1. Теоретическая часть
1.1. Структура нефти и ее составляющие 5
1.2. Фракционный состав нефти 8
1.3. Ширина и форма линии ЭПР 12
2. Экспериментальная часть
2.1. Спектрометр ЭПР 15
2.2. Объекты исследования 17
2.3. Полученные результаты и обсуждения 18
Заключение 27
Список использованных источников 28
Добыча и переработка нефти занимают большую нишу в нефтяной промышленности современного мира. В настоящее время на многих нефтяных месторождениях нефтяные объекты представляют собой трудно извлекаемую высоковязкую нефть с большим содержанием смолисто-асфальтеновых веществ. Содержание высокомолекулярных компонентов нефти, как асфальтены, смолы, углеводороды, являются серьезной проблемой в ее добыче и переработке, так как могут закупорить скважины и остановить добычу. В качестве исследования нефтяных продуктов может быть предложен метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) с дальнейшим анализом концентрации ванадиловых комплексов и свободных радикалов.
Парамагнитные центры дают исчерпывающую информацию о тех или иных изменениях в высокомолекулярных компонентах нефти. На структуру и характеристики системы количество парамагнитных центров не влияет, но с их изменением можно проанализировать результат химического и теплового воздействия. На данный момент имеется большое количество научных работ, посвященных изучению нефтедисперсных систем (НДС), роли ванадилов и свободных радикалов (СР), но точная модель поведения концентрации СР и ванадилпорфириновых комплексов в НДС в процессе термической деструкции до сих пор не описана. Ванадилпорфирины представляют собой устойчивые комплексы, поэтому знание их количества в образце дает возможность решить некоторые проблемы нефтяной геологии: в оценке продуктивности залежей, в геологическом строении, в определении гидродинамической связи между пластами, в стратификации нефтей, а также решить другие задачи, которые могут возникнуть во время поиска, разведки и разработки нефтяных месторождений.
Основной целью работы являлось изучение особенностей спектров ЭПР ванадиловых комплексов в нескольких жидких фракциях кунгурской нефти, концентрационной зависимости СР и ванадиловых комплексов от температуры кипения компонентов НДС. В качестве объектов исследования в данной работе выступают Кунгурская нефть и ее температурные фракции. Исследования проводились с использованием модернизированного ЭПР спектрометра ЮГИШ.415431.001 РЭ - ЛУ, незапатентованное название «Labrador». Помимо основной цели ставилась задача исследования возможностей спектрометра и его чувствительности после его модернизации. В качестве подтверждения точности исследования те же самые эксперименты были проведены на высокочувствительном спектрометре X-диапазона фирмы Брукер серии Elexsys. Работа выполнена на кафедре квантовой электроники и радиоспектроскопии Института физики КФУ.
В данной работе были исследованы спектры кунгурской нефти и ее фракции методом ЭПР при помощи двух спектрометров: модернизированного настольного ЭПР спектрометра ЮГИШ.415431.001 РЭ - ЛУ, незапатентованное название «Labrador», и высокочувствительного спектрометра X-диапазона фирмы Брукер серии Elexsys. Было выяснено, что чувствительность спектрометра стала значительно выше после его модернизации и близка к высокочувствительному спектрометру.
В ходе исследования спектров нефти и ее фракций было установлено:
1. В исходной нефти и во фракции >500 были обнаружены два типа парамагнитных центров ВПК и СР с параметрами g(FR) = 2.0059±0.001, для VO2+: g||=1.966±0.003, g±=1.988±0.003; Ar165±2 Гс, A±=58±2 Гс.
2. Во фракциях ниже 500 и до 400 градусов регистрируется линия только свободного радикала. В более легких фракциях ниже 400 градусов сигнала СР замечено не было.
3. По мере уменьшения температуры фракций относительная интенсивность сигнала свободного радикала уменьшается.
4. Подавляющая часть парамагнитных ВПК сосредоточена в тяжелых фракциях нефти. В исходной нефти концентрация ВПК 1760 спин/мг и СР 3000 спин/мг, во фракции >500 - ВПК 402 спин/мг и СР 365 спин/мг.
5. По мере уменьшения температуры возгонки фракций форма линии поглощения изменяется от лоренцевой к гауссовой.
6. Обнаружено влияние ванадилпорфиринового комплекса на ширину линии (скорость релаксации) СР в нефтедисперсных системах, что может свидетельствовать об участии ВПК в процессах агрегации асфальтенов.
