danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2024-68-4-296-304dan-1203Research ArticleХИМИЯCHEMISTRYВискозиметрические исследования тяжелой нефти в присутствии композиций из амфифильных соединений и органических растворителейViscometric studies of heavy oil in the presence of compositions consisting of amphiphilic compounds and organic solventsЯковецН. В.YakavetsN. V.

Яковец Наталья Вячеславовна – канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Yakavets Natallia V. – Ph. D. (Chemistry), Senior Researcher

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

yakovetsnataly@gmail.comКрутькоН. П.Krut’koN. P.

Крутько Николай Павлович – академик, д-р хим. наук, профессор, заведующий отделом

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Krut’ko Nikolay P. – Academician, D. Sc. (Chemistry), Professor, Head of the Department

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

krutko@igic.bas-net.byЛукшаО. В.LukshaO. V.

Лукша Ольга Валерьевна – канд. хим. наук, заведующий лабораторией

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Luksha Olga V. – Ph. D. (Chemistry), Head of the Laboratory

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

olga.l-75@mail.ruШкадрецоваВ. Г.ShkadretsovaV. G.

Шкадрецова Валентина Георгиевна – ст. науч. cотрудник

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Shkadretsova Valentina G. – Senior Researcher

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

shvg@igic.bas-net.byИнститут общей и неорганической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of General and Inorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus202405092024684296304Copyright © Яковец Н.В., Крутько Н.П., Лукша О.В., Шкадрецова В.Г., 20242024Яковец Н.В., Крутько Н.П., Лукша О.В., Шкадрецова В.Г.Yakavets N.V., Krut’ko N.P., Luksha O.V., Shkadretsova V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/1203

Проведено исследование химического состава высоковязкой тяжелой нефти методами ИК-спектроско пии и рентгенофлуоресцентной спектрометрии. Обнаружено наличие характеристических полос поглощения, свойственных алифатическим структурам и ароматическим циклам, сера- и фосфорорганическим соединениям, а также установлено присутствие в ее составе соединений, содержащих гетероатомы P, V, Ca, Pd, Ni, Ru, Mo, Fe, Cu и Zn. Методом ротационной вискозиметрии установлен ньютоновский характер течения нефти в исследуемом диапазоне скорости до 300 с–1. При этом, согласно результатам денситометрических исследований (ρ = 0,954 г/см3 ) исследуемая тяжелая нефть относится к битуминозному типу, который характеризуется сложным реологическим поведением в усло виях длительных и высоких деформаций. С целью регулирования вязкостных свойств исследуемой нефти были разработаны композиционные добавки на основе амфифильных реагентов катионного и амфотерного типа и органических растворителей, изучено их влияние на динамическую и кинематическую вязкость. Установлено, что максимальным модифицирующим эффектом коллоидной структуры битуминозной нефти обладают композиции с поверхностно-активными веществами, содержащими одновременно большое количество амино- и фосфатных групп, растворенных в неполярном ароматическом растворителе (толуоле) или органической смеси (бензине каталитического риформинга). Взаимодействие функциональных групп амфифильных реагентов с гетероатомами нефти приводит к диспергированию смолисто-асфальтеновых веществ, снижению структурно-механической прочности системы, повышению молекулярной подвижности агрегатов, что обуславливает улучшение качества и вязкостных характеристик исследуемой нефти на 7,0 и 12,6 % согласно индексу эффективности композиций.

The chemical composition of high-viscosity heavy oil has been studied by IR spectroscopy and X-ray fluorescence spectrometry. It is found that characteristic absorption bands are available and characterize aliphatic structures and aromatic cycles, sulfur- and organophosphorus compounds, and the presence of compounds containing heteroatoms P, V, Ca, Pd, Ni, Ru, Mo, Fe, Cu and Zn in its composition is found. The method of rotational viscometry has established the Newtonian nature of the oil flow in the studied range of the velocity up to 300 s–1. At the same time, according to the densitometry results (ρ = 0.954 g/cm3 ), studied heavy oil belongs to the bituminous type characterized by a complex rheological behavior under long- and high-term deformation conditions. In order to regulate the studied oil viscosity properties, composite additives based on amphiphilic reagents of cationic and amphoteric type and organic solvents have been developed, their influence on dynamic and kinematic viscosity has been examined. It has been established that compositions with surfactants simultaneously containing a large amount of amino and phosphate groups dissolved in a non-polar aromatic solvent (toluene) or an organic mixture (catalytic reforming gasoline) have a maximum modifying effect of the colloidal structure of bituminous oil. The interaction of functional groups of amphiphilic reagents with oil heteroatoms leads to the dispersion of resinous-asphaltene substances, a decrease in the structural and mechanical strength of the system, an increase in the molecular mobility of aggregates, which results in improving the investigated oil quality and viscosity characteristics by 7.0 and 12.6 % according to the composition efficiency index.

тяжелая высоковязкая нефтьамфифильные соединенияорганические растворителиротационная вискозиметриядинамическая и кинематическая вязкостьотносительная плотностьheavy high-viscosity oilamphiphilic compoundsorganic solventsrotational viscometrydynamic and kinematic viscosityrelative densityReferencesФукс, Г. И. Вязкость и пластичность нефтепродуктов / Г. И. Фукс. – М.; Ижевск, 2003. – 327 с.Fuks G. I. Viscosity and plasticity of petroleum products. Moscow, Izhevsk, 2003. 327 p. (in Russian).Souas, F. A review on the rheology of heavy crude oil for pipeline transportation / F. Souas, A. Safri, A. Benmounah // Petroleum Research. – 2021. – Vol. 6, N 2. – P. 116–136. https://doi.org/10.1016/j.ptlrs.2020.11.001Souas F., Safri A., Benmounah A. A review on the rheology of heavy crude oil for pipeline transportation. Petroleum Research, 2021, vol. 6, no. 2, pp. 116–136. https://doi.org/10.1016/j.ptlrs.2020.11.001Дияров, И. Н. Композиционные неионогенные ПАВ для комплексной интенсификации процессов добычи, подготовки и транспортировки высоковязких нефтей / И. Н. Дияров, Н. Ю. Башкирцева // Вестн. Казанского технолог. ун-та. – 2010. – № 4. – C. 141–157.Diyarov I. N., Bashkirtseva N. Yu. Composite nonionic surfactants for the complex intensification of the processes of production, preparation and transportation of high-viscosity oils. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of Kazan Technological University], 2010, no. 4, pp. 141–157 (in Russian).Потенциал высоковязкой нефти Ашальчинского месторождения как сырья для нефтепереработки / С. М. Петров [и др.] // Вестн. Казанского технолог. ун-та. – 2013. – Т. 16, № 18. – С. 261–265.Petrov S. M., Khalikova D. A., Abdel’salam Ya. I., Zakieva R. R., Kayukova G. P., Bashkirtseva N. Yu. Potential of high-viscosity oil of the Ashalchinskoye field as a raw material for oil refining. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of Kazan Technological University], 2013, vol. 16, no. 18, pp. 261–265 (in Russian).Физико-химические основы улучшения реологических свойств нефти месторождений Южный Кум / М. Р. Усманова [и др.] // Докл. Акад. наук Респ. Таджикистан. – 2007. – Т. 50, № 4. – C. 349–353.Usmanova M. R., Karimov M. B., Kukaniev M. A., Usmanov R. Physical and chemical bases improvement rheological properties of oil of deposits Southern-Kum. Doklady akademii nauk Respubliki Tadzhikistan = Reports of the Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan, 2007, vol. 50, no. 4, pp. 349–353 (in Russian).Shadi, W. H. Heavy crude oil viscosity reduction and rheology for pipeline transportation / W. H. Shadi, T. G. Mamdouh, N. Esmail // Fuel. – 2010. – Vol. 89, N 5. – P. 1095–1100. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.12.021Shadi W. H., Mamdouh T. G., Esmail N. Heavy crude oil viscosity reduction and rheology for pipeline transportation. Fuel, 2010, vol. 89, no. 5, pp. 1095–1100. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.12.021Петрухина, Н. Н. Регулирование превращений компонентов высоковязких нефтей при их подготовке к транспорту и переработке: дис. … канд. техн. наук / Н. Н. Петрухина. – М., 2014. – 205 л.Petrukhina N. N. Regulation of transformations of components of high-viscosity oils during their preparation for transport and processing. Moscow, 2014. 205 p. (in Russian).Application of surfactant in oilfield development / Shizhang Cui [et al.] // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. – 2020. – Vol. 565. – Art. 012044. https://doi.org/10.1088/1755-1315/565/1/012044Shizhang Cui, Pengzhen Wang, Zhiwei Zheng, Xu Zhang. Application of surfactant in oilfield development. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2020, vol. 565, art. 012044. https://doi.org/10.1088/1755-1315/565/1/012044Исследование реологических свойств высоковязких и высокопарафинистых нефтей месторождений Самарской области / П. В. Рощин [и др.] // Нефтегазовая геология. Теория и практика. – 2013. – Т. 8, № 1 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ngtp.ru/rub/9/12_2013.pdf. – Дата доступа: 25.06.2023.Roshchin P. V., Petukhov A. V., Vasquez Cardenas L. C., Nazarov A. D., Khromykh L. N. Fields of Samara region – study of rheological properties of high-viscosity and waxy oil. Neftegazovaya geologiya. Teoriya i praktika = Oil and gas geology. Theory and practice, 2013. vol. 8, no. 1. Available at: https://www.ngtp.ru/rub/9/12_2013.pdf/ (accessed 25.06.2023) (in Russian).Иванова, Ю. В. Химия нефти / Ю. В. Иванова, Р. И. Кузьмина, И. В. Кожемякин. – Саратов, 2010. – Ч. 1. – 56 с.Ivanova Yu. V., Kuz’mina R. I., Kozhemyakin I. V. Petroleum Chemistry. Part 1. Saratov, 2010. 56 p. (in Russian).Разработка технологии подбора депрессорно-реологических присадок для парафинистых нефтей на основе принципов межмолекулярных взаимодействий в нефтяных дисперсных системах / Е. А. Чернышева [и др.] // Технология нефти и газа. – 2010. – № 6. – С. 40–43.Chernysheva E. A., Kozhevnikova Yu. V., Smirnova L. A., Terentev V. E. The development of a technology for selection of depressor and rheological additives for waxy crudes on the basis of intermolecular interactions in oil dispersed systems principles. Tekhnologiya nefti i gaza = Oil and gas technology, 2010, no. 6, pp. 40–43 (in Russian).Rheological properties and viscosity reduction of South China Sea crude oil / H. Sun [et al.] // Journal of Energy Chemistry. – 2018. – Vol. 27, N 4. – P. 1198–1207. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2017.07.023Sun H., Lei X., Shen B., Zhang H., Liu J., Li G., Wu D. Rheological properties and viscosity reduction of South China Sea crude oil. Journal of Energy Chemistry, 2018, vol. 27, no. 4, pp. 1198–1207. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2017.07.023Studying the rheological properties and the influence of drag reduction on a waxy crude oil in pipeline flow / M. H. Hassanean [et al.] // Egyptian J. Petroleum. – 2016. – Vol. 25, N 1. – P. 39–44. https://doi.org/10.1016/j.ejpe.2015.02.013Hassanean M. H., Awad M. E., Marwan H., Bhran A. A., Kaoud M. Studying the rheological properties and the influence of drag reduction on a waxy crude oil in pipeline flow. Egyptian Journal of Petroleum, 2016, vol. 25, no. 1, pp. 39– 44. https://doi.org/10.1016/j.ejpe.2015.02.013Фахретдинов, П. С. Новые регуляторы реологических свойств высокосмолистой нефти / П. С. Фахретдинов, Д. Н. Борисов, Г. В. Романов // Нефтегазовое дело. – 2007. – № 2 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ogbus. ru/files/ogbus/authors/Fahretdinov/Fahretdinov_1.pdf. – Дата доступа: 26.06.2023.Fakhretdinov P. S., Borisov D. N., Romanov G. V. New regulators of rheological properties of highly resinous oils. Neftegazovoe delo = Oil and gas business, 2007, no. 2. Available at: http://ogbus.ru/files/ogbus/authors/Fahretdinov/ Fahretdinov_1.pdf / (accessed 26.06.2023) (in Russian).Опанасенко, О. Н. Флокуляция и седиментация нефтяных дисперсных систем в присутствии добавок, содержащих амино- и фосфатные группы / О. Н. Опанасенко, Н. В. Яковец, Н. П. Крутько // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2017. – № 1. – С. 99–108.Opanasenko O. N., Yakavets N. V., Krut’ko N. P. Flocculation and sedimentation of oil dispersive systems over the additives containing phosphate and amine groups. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh hnavuk = Proceedings of the National Academy of Science of Belarus. Chemical series, 2017, no. 1, pp. 99–108 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.