Тематический рубрикатор статей

Георесурсы Т.20.№4.2018
Стр.
Скачать статью

Анализ компонентного состава и свойств тяжёлых нефтей in situ методом ЯМР релаксации в низких магнитных полях

В.Я. Волков, Б.В. Сахаров, Н.М. Хасанова, Д.К. Нургалиев

Оригинальная статья

DOI https://doi.org/10.18599/grs.2018.4.308-323

308-323
rus.
eng.

open access

Under a Creative Commons license

Для анализа тяжелых нефтей использовали метод одновременного измерения сигнала свободной индукции (ССИ) вместе с релаксационным затуханием амплитуд эхо-сигналов в импульсной последовательности Кара-Парселла-Мейбума-Гилла (КПМГ). Измерения проводили на ЯМР релаксометре «Хроматек-Протон 20М», работающем на частоте 20 МГц. Была создана специальная программа управления, которая автоматически настраивает прибор на резонансные условия, измеряет полную кривую ССИ, переключается на измерение амплитуд сигналов эха в серии КПМГ, а затем выполняет совместную обработку экспериментальных данных. Этот метод позволяет измерять амплитуды сигналов ЯМР и времена релаксации Т2 протонов всех компонентов тяжелой нефти in situ, включая асфальтены. Под влиянием парамагнитных центров, присутствующих в асфальтенах, амплитудно-релаксационные характеристики протонов нефти делятся на 7 групп, связанных с твердыми асфальтенами в кристаллическом и аморфном состояниях, смолами высокой и низкой плотности, ароматическими и насыщенными соединениями. Амплитуды ЯМР этих фракций хорошо коррелируют с групповым составом тяжелых нефтей, определяемым хроматографическим методом SARA с предварительным осаждением асфальтенов. Комбинированный метод ССИ+КПМГ может быть рекомендован для определения SARA состава и других свойств нефтей в естественном состоянии. Этим методом было исследовано поведение фракций тяжелой нефти в температурном диапазоне от -15°С до +60°С. Впервые in situ было показано, что смолы участвуют в образовании асфальтенов в замкнутом объеме, когда нефть охлаждается из устойчивого состояния при комнатной температуре, и наоборот, асфальтены дезагрегируются при нагревании с выделением смол.

Метод SARA-ЯМР перспективен для он-лайн мониторинга технологических процессов добычи, транспортировки и переработки тяжелой нефти в реальных условиях по температуре, давлению и растворенным газам. Однако конструкция датчика ЯМР должна быть адаптирована к промышленным применениям. Возможности проектирования ЯМР-зондов на технологических трубопроводах большего диаметра, чем диаметр пробирки в лабораторных приборах, могут быть расширены с учетом процедуры, предложенной в работе для коррекции неоднородности магнитного поля в исследуемом объеме по форме ССИ жидкой фракции анализируемой нефти.
 

LF-NMR, ванадил, SARA, асфальтены, смолы, насыщенные, ароматические соединения

 

  • Акбарзаде К., Алленсон С., Крик Д. и др. (Лето 2007). Асфальтены: проблемы и перспективы. Нефтегазовое обозрение, c. 28-53.
  • Аккурт Ридван, Бакман Г. Нэйт, Чен Као Мин и др. (Зима 2008-2009). Новые возможности ядерно-магнитного каротажа. Нефтегазовое обозрение, 20(4), c.4-27.
  • Волков В.Я., Сахаров Б.В., Хасанова Н.М. (2016a). Исследование тяжёлых нефтей методом ЯМР релаксации в низких полях. Сб. тезисов межд. симпозиума: «Магнитный резонанс: от фундаментальных исследований к практическим приложениям». Казань, с. 59-60.
  • Волков В.Я., Сахаров Б.В., Хасанова Н.М. (2016b). SARA-ЯМР метод группового анализа нефтей in situ. Мат. Межд. научно-практ. конф.: «Инновации в разведке и разработке нефтяных и газовых местрождений». Казань: Ихлас, т.1, c. 97-100.
  • Волков В.Я., Сахаров Б.В., Хасанова Н.М. (2017). Мониторинг свойств сырых тяжёлых нефтей методами магнитной радиоспектроскопии. Мат. научно-практ. конф.: «Горизонтальные скважины и ГРП в повышении эффективности разработки нефтяных месторождений». Казань: Слово. c. 149-152, 320 c.
  • Каюкова Г.П., Киямова А.М., Романов Г.В. и др. (2008). Технологические качества природных битумов Татарстана в зависимости от химических и геохимических характеристик их состава. Нефтяное хозяйство, 1, с. 22-27.
  • Коатес Джордж Р., Хиао Ли Чи и Праммер Манфред Д. (2001). Каротаж ЯМР. Принципы и применение. Хьюстон: Изд. Халлибуртон Энерджи Сервисес, 342 с.
  • Николин И.В., Сафонов С.С., Скирда В.Д., Шкаликов Н.В. (2008).Способ определения содержания парафинов и асфальтенов в нефти. Патент 2333476 РФ, МПК7 G01N 24/08.
  • Николин И.В., Шкаликов Н.В., Скирда В.Д. (2010). Способ определения содержания жидкофазных и твердотельных компонент в смеси углеводородов. Патент РФ № 2383884, МПК8 G01N 24/08.
  • Сахаров Б.В., Хасанова Н.М., Волков В.Я. (2015).Совместное измерение и комбинированная обработка сигналов СИ и эха в серии КПМГ для оценки компонентного состава тяжёлых нефтей. Новые достижения ЯМР в структурных исследованиях: Сб.тезисов VI Всерос. конф. Казань, с. 67-68.
  • Шкаликов Н. В. (2010). Исследование тяжелых нефтей и их компонент методом ЯМР. Дисс. канд. физ.-мат. наук. Казань, 182 с.
  • ЯМР-анализатор «Хроматэк-Протон 20М» [«Chromatek-Proton 20M» NMR analyzer] http://www.chromatec.ru/products/main/nmr/proton20m/
  • Ященко И.Г. (2012). Тяжелые ванадиеносные нефти России. Известия Томского политехнического университета, 321(1), с. 105-111.
  • Abedini A., Siavash A., Torabi F., Saki Y., Dinarvand N. (2011). Mechanism of the reversibility of asphaltene precipitation in crude oil. J. Petrol. Sci. and Eng., 78, рp. 316-320.
  • Achugasim O., Ekpo I.E. (2015). Precipitation of Heavy Organics (Asphaltenes) from Crude Oil Residue Using Binary Mixtures of n-Alkanes. Advances in Chemical Engineering and Science, 5, pp. 96-101. http://dx.doi.org/10.4236/aces.2015.51010
  • Barbosa L.L., Sad C.M.S., Morgan V.G., et al. (2013). Time-domain proton nuclear magnetic resonance and chemometrics for identification and classification of Brazilian petroleum. Energy Fuels, 27, pр. 6560-6566. https://doi.org/10.1021/ef4015313
  • Bissada K.K. (Adry), Jingqiang Tan, Ewa Szymczyk, Mike Darnell, Mei Mei (2016). Group-type characterization of crude oil and bitumen. Part I: Enhanced separation and quantification of saturates, aromatics, resins and asphaltenes (SARA). Organic Geochemistry, 95, pp. 21-28. https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2016.02.007
  • Carr H.Y. and Purcell E.M. (1954). Effects of Diffusion on Free Precession in Nuclear Magnetic Resonance Experiments. Phys. Rev., 94. pp. 630-638. https://doi.org/10.1103/PhysRev.94.630
  • Dunn K-J, Bergman D.J., Latorraca G.A. (2002). Nuclear Magnetic Resonance Petrophysical and Logging Applications. New York: Pergamon.
  • Freedman R., Anand V., Grant B., Ganesan K., Tabrizi P., Torres R,. Catina D., Ryan D., Borman C., Krueckl C. (2014). A compact high-performance low-field NMR apparatus for measurements on fluids at very high pressures and temperatures. Rev Sci Instrum, Feb. 85(2), 025102. doi: 10.1063/1.4863857.
  • Gutowsky H.S., Roger Ray B. and Rutledge R.L. (1958). Carbonaceous free radicals in crude petroleum. J. Chem. Phys., 28, pp. 744-745. https://doi.org/10.1063/1.1744250
  • Guzmán Roque, Ancheyta Jorge, Trejo Fernando, Rodríguez Silvano (2017). Methods for determining asphaltene stability in crude oils. Fuel, 188, pp. 530-543. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.10.012
  • Jewell D.M., Weber J.H., Bunger J.W., Plancher H., Latham D.R. (1972). Ion-exchange, coordination, and adsorption chromatographic separation of heavy-end petroleum distillates. Analytical Chemistry, 44, pp. 1391-1395. https://doi.org/10.1021/ac60316a003
  • Kashaev R.S. Viscosity Correlations with Nuclear (Proton) Magnetic Resonance Relaxation in Oil Disperse Systems (2018). Applied Magnetic Resonance, 49(3), pp. 1-7. https://doi.org/10.1007/s00723-018-0977-2
  • Kharrat, A.M., Zacharia, J., Cherian, V.J., Anyatonwu, A. (2007). Issues with comparing SARA methodologies. Energy & Fuels, 21, pp. 3618-3621. https://doi.org/10.1021/ef700393a
  • Khasanova Nailia, Sakharov Boris, Volkov Vladimir, Nourgaliev Danis (2017). Low-field NMR method for analysis of heavy oils without extraction of asphaltenes. In Book: “New methods and technologies in petroleum geology”. 17th Int. Multidiscip. Scientific GeoConference SGEM 2017. Vienna, Austria, 17(14), pp. 297-315.
  • Korb Jean-Pierre, Louis-Joseph Alain, and Benamsili Lyès (2013). Probing Structure and Dynamics of Bulk and Confined Crude Oils by Multiscale NMR Spectroscopy, Diffusometry, and Relaxometry. J. Phys. Chem., B. 117, pp. 7002‑7014. https://doi.org/10.1021/jp311910t
  • Majumdar Rudraksha Dutta, Montina Tony, Mullins Oliver C., Hazendonk Paul (2017). Insights into asphaltene aggregate structure using ultrafast MAS solid-state 1H-NMR spectroscopy. Fuel, April 193, pp. 359-368. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.12.082
  • Maqbool Tabish H., Srikiratiwong Perapat and Fogler Scott (2011). Effect of Temperature on the Precipitation Kinetics of Asphaltenes. Energy Fuels, 25(2), pp. 694-700. https://doi.org/10.1021/ef101112r
  • Marc Jones, Spencer E. Taylor (2015). NMR relaxometry and diffusometry in characterizing structural, interfacial and colloidal properties of heavy oils and oil sands. Advances in Colloid and Interface Science, 224, pp. 33-45. http://dx.doi.org/10.1016/j.cis.2015.07.007
  • Mirotchnik K., Kantzas A., Starosud A., Aikman M. (2001a). A New method for group analysis of petroleum fractions in unconsolidated porous media. J Can Pet Technol., 40, pp. 38-44. https://doi.org/10.2118/01-07-02
  • Mirotchnik K.D., Allsopp K., Kantzas A., Curwen D., Badry R. (2001b). Low-field NMR method for bitumen sands characterization: a new approach. SPE Reserv Eval Eng., 4, pp. 88-96. https://doi.org/10.2118/71208-PA
  • Mitchell J., Gladden L.F., Chandrasekera T.C., Fordham E.J. (2014). Low-field permanent magnets for industrial process and quality control. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, 76, pp. 1-60. https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2013.09.001
  • Morgan V.G., Barbosa L.L., Lacerda V.Jr., at al. (2014). Evaluation of the Physicochemical Properties of the Postsalt Crude Oil for Low-Field NMR. Ind. Eng. Chem. Res., 53, pp. 8881-8889. https://doi.org/10.1021/ie500761v
  • Muhammad Asif, Azeredo Rodrigo Bagueira de Vasconcellos (2014). 1H NMR spectroscopy and low-field relaxometry for predicting viscosity and API gravity of Brazilian crude oils – A comparative study. Fuel, 130, pp. 126-134. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.04.026
  • Mullins Oliver C., Sabbah Hassan, Eyssautier Joëlle and et al. (2012). Advances in Asphaltene Science and the Yen-Mullins Model. Energy Fuels, 26(7), pp. 3986-4003. https://doi.org/10.1021/ef300185p
  • Mutina A.R., Hürlimann M.D. (2008). Correlation of transverse and rotational diffusion coefficient: A probe of chemical composition in hydrocarbon oils. J. Phys. Chem. A, 112, 3291-3301. https://doi.org/10.1021/jp710254d
  • Prunelet Alexandre, Fleury Marc, Cohen-Addad Jean-Pierre (2004). Detection of asphaltene flocculation using NMR relaxometry. C. R. Chimie, 7, pp. 283-289. https://doi.org/10.1016/j.crci.2003.11.011
  • Silva Sandra L., Silva Artur M.S., Ribeiro Jorge C., at al. (2011). Chromatographic and spectroscopic analysis of heavy crude oil mixtures with emphasis in nuclear magnetic resonance spectroscopy: A review. Analytica Chimica Acta, 707(1-2), 30, pp. 18-37. https://doi.org/10.1016/j.aca.2011.09.010
  • Shadman Mohammad Mahdi, Dehaghani Amir Hossein Saeedi, Badizad Mohammad Hasan (2017). How much do you know about the methods for determining onset of asphaltene precipitation? Petroleum, 3, pp. 287-291. https://doi.org/10.1016/j.petlm.2016.08.011
  • Shkalikov N.V., Skirda V.D., Arkhipov R.V. (2006). Solid-like Component in the Spin-Spin NMR-Relaxation of Heavy Oils. Magnetic Resonance in Solids. Electronic Journal, 8(1), pp. 38-42. http://mrsej.ksu.
  • Shkalikov N.V., Ganeeva Yu M., Yusupova T. N., Skirda V.D. (2008). The characterization of asphaltenes by 1H NMR relaxation method: microsecond range of spin-spin relaxation times. Magnetic Resonance in Solids. Electronic Journal, 10(1). pp. 38-42. http://mrsej.ksu
  • Stapf Siegfried, Ordikhani-Seyedlar Amin, Ryan Nina, Mattea Carlos, Kausik Ravinath, Freed Denise E., Song Yi-Qiao, and Hürlimann Martin D. (2014). Probing Maltene −Asphaltene Interaction in Crude Oil by Means of NMR Relaxation. Energy Fuels, 28, pp. 2395-2401. https://doi.org/10.1021/ef4024788
  • Takeshi Yamanobe, Hiroki Uehara, and Masaki Kakiage (2010). Practical NMR Analysis of Morphology and Structure of Polymers. Annual Reports on NMR Spectroscopy, 70, pp. 203-239. https://doi.org/10.1016/S0066-4103(10)70003-X
  • Trezza E., Haiduc A.M., Goudappel G.J. W. and van Duynhoven J. P. M. (2006). Rapid phase-compositional assessment of lipid-based food products by time domain NMR. Magn. Reson. Chem., 44, pр.1023-1030. https://doi.org/10.1002/mrc.1893
  • Vorapalawut Nopparat, Nicot Benjamin, Louis-Joseph Alain and Korb Jean-Pierre (2015). Probing dynamics and interaction of maltenes with asphaltene aggregates in crude oils by multiscale NMR. Energy Fuels, 29(8), pp. 4911-4920. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5b01142
  • Yang Z., Hirasaki G.J. NMR measurement of bitumen at different temperatures. (2008). J. Magn. Reson., 192(2), pp. 280-293. https://doi.org/10.1016/j.jmr.2008.03.007
  • Zielinski L., Saha I., Freed D.E., and H€urlimann M.D. (2010). Probing Asphaltene Aggregation in Native Crude Oils with Low-Field NMR. Langmuir, 26(7), pp. 5014-5021. https://doi.org/10.1021/la904309k
  • Zielinski, L.; Hürlimann, M. D. (2011). Nuclear Magnetic Resonance Dispersion of Distributions as a Probe of Aggregation in Crude Oils. Energy Fuels, 25(11), pp. 5090-5099. https://doi.org/10.1021/ef200883r
  •  

Владимир Яковлевич Волков
Казанский (Приволжский) федеральный университет
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия, 119454, Москва, Проспект Вернадского, д. 78

Борис Васильевич Сахаров
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Государственный научный центр Прикладной микробиологии и биотехнологии
Россия, 142279, Московская область, Серпуховской район, п. Оболенск

Наиля Мидхатовна Хасанова
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия, 420008, Казань, ул. Кремлёвская, д. 4/5

Данис Карлович Нургалиев
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия, 420008, Казань, ул. Кремлёвская, д. 4/5

 

Для цитирования:

Волков В.Я., Сахаров Б.В., Хасанова Н.М., Нургалиев Д.К. (2018). Анализ компонентного состава и свойств тяжёлых нефтей in situ методом ЯМР релаксации в низких магнитных полях. Георесурсы, 20(4), Ч.1, c. 308-323. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2018.4.308-323

For citation:

Volkov V.Ya., Sakharov B.V., Khasanova N.M., Nurgaliev D.K. (2018). Analysis of the composition and properties of heavy oils in situ by Low Field NMR relaxation method. Georesursy = Georesources, 20(4), Part 1, pp. 308-323. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.2018.4.308-323

 

© 2024 Коллектив авторов