Асфальтены – самые тяжелые и полярные молекулы в составе нефти. Состав и физико-химические свойства этих соединений до конца не выяснены и остаются объектом интенсивных исследований. На практике к асфальтенам относят конденсированные ароматические структуры с гетероатомами N, S, O, Ni, V и периферийными алкильными заместителями, нерастворимые в легких алканах нормального строения. В концентрации менее ~0,01% асфальтены образуют с нефтью истинные растворы, однако чаще всего эти вещества находятся в добываемой жидкости в виде ассоциатов размером до нескольких десятков нанометров, стабилизированных природными смолами.
Кристаллизация асфальтенов начинается при снижении пластового давления, когда нефть расширяется и теряет растворяющую способность по отношению к полиароматическим углеводородам. Термодинамическое равновесие нефтяной коллоидной системы также нарушается при добыче из глубоководных горизонтов с близкой к нулю температурой трубопроводного транспорта и применении химических методов повышения нефтеотдачи, таких как кислотные обработки или закачка CO2. Скорость выпадения асфальтенов зависит от их строения и группового состава нефти в целом. Одним из наиболее значимых показателей в этом смысле является отношение асфальтенов к смолам.
Первым барьером на пути связанных с асфальтенами осложнений выступает поддержание температуры, давления и скорости движения флюидов в области термодинамического равновесия. При этом необходимо не допускать смешения нефтей асфальтенового типа и легких парафинистых нефтей. Точно смоделировать границы растворимости асфальтенов и соблюсти оптимальные параметры работы скважин на производстве удается далеко не всегда. Уже сформировавшиеся осадки удаляются скребкованием или ароматическими растворителями. Образование отложений из асфальтенистых нефтей может происходить по всей цепочке добычи, от призабойной зоны пласта до оборудования на поверхности, и серьезно влиять на рентабельность добычи. Например, в условиях Мексиканского залива суммарные потери из-за простоев на проведение операций по очистке от асфальтенов в среднем оцениваются в $70 миллионов на скважину, что делает актуальным поиск химических реагентов-диспергаторов асфальтеновых отложений.
Механизм действия диспергаторов аналогичен другим процессам осаждения: предотвращение роста и дальнейшей коалесценции надмолекулярных структур. Первыми промышленными продуктами в начале 1990-х стали композиции из алкилфенолформальдегидных смол, впоследствии модифицированные добавками алкоксилированных длинноцепочечных аминов и нафтолов. В 2000-х список активных основ пополнился карбоксильными, сульфоновыми, фосфонокарбоксильными кислотами, их сложными эфирами, амидами и солями, а также неполярной алкилароматикой, имидазолинами, пирролидонами. В последние годы благодаря низкой температуре замерзания, негорючести и термостабильности все большее внимание исследователей привлекают ионные жидкости с катионами имидазолиния, пиридиния и четвертичными аммониевыми солями. Межмолекулярное взаимодействие диспергатора и асфальтенов происходит через π−π сопряжение между ароматическими кольцами или образование водородных связей с аминными или гидроксильными группами.
Эффективность данного класса рeагентов оценивается по увеличению времени до появления первых кристаллов асфальтенов. В скрининговых исследованиях нефть титруется алканами, этилацетатом или другим несовместимым с полиароматикой растворителями. Для установления момента начала кристаллизации используется целый ряд методов: микроскопия в поляризованном свете, светорассеяние, поглощение лазерного излучения, фильтрация, растекание капли и др. Простое визуальное испытание на диспергируемость асфальтенов состоит в добавлении н-пентана или н-гексана к смеси исследуемой нефти с диспергатором и наблюдении количества осадка после центрифугирования полученного раствора.
Применять диспергаторы на месторождении можно в режиме постоянного дозирования, разовых обработок затрубного пространства или закачки в пласт. Для усиления действия химреагента рекомендуется предварительно очистить оборудование от накопившихся отложений. Побочным эффектом диспергирования асфальтеновых частиц служит уменьшение промежуточных слоев при разделении водонефтяных эмульсий, наблюдавшееся на месторождениях Вайоминга и Калифорнии в США.
Результаты испытания на диспергируемость асфальтенов после 24 ч с тремя различными реагентами (Disp 8, 9, 15) в концентрации 700 ppm и 500 ppm (1 ppm ~ 1 г/м3) в нефти https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.03.056
В состав серии ингибиторов «ТюмНТ-АСПО» входят анионные и катионные ПАВ, тормозящие зарождение и рост кристаллов и, как следствие, повышающие степень дисперсности АСПО. Адсорбируясь на частицах АСПО активные компоненты «ТюмНТ-АСПО» предотвращают коагуляцию и образуют устойчивые коллоидные взвеси. Одновременно с ингибированием в объеме химреагент осуществляет отмыв адсорбированных кристаллов асфальтенов со стенок оборудования. Задачи адаптации рецептуры продукта под технические требования заказчика и обеспечения постоянства состава в ходе промышленного применения возложены на собственную аккредитованную лабораторию ООО «ТюмНТ».
