Изучение структурной организации нефтяных дисперсных систем

Abstract

С использованием решеточной модели диффузионно-лимитированной агрегации Виттена-Сандера проведено моделирование роста асфальтенового кластера и определена его фрактальная размерность, равная 1,687 ед. Впервые проведено измерение фрактальной размерности асфальтенового ядра комплексов сложных структурных единиц (ССЕ) нефти различного геологического возраста, которая изменяется от 1,604 до 2,223 ед. Установлено, что фрактальная размерность ядра коррелирует с возрастом нефти и монотонно увеличивается вниз по разрезу залежи. Показано, что фрактальная размерность структуры асфальтеновых агрегатов является интегральным генетическим признаком дифференциации природной нефти по степени ее «созревания». Экспериментально установлена корреляционная зависимость снижения фрактальной размерности от энергии активации дисперсионной среды и содержания асфальтенов. С использованием метода ядерного магнитного резонанса проведена оценка средней плотности асфальтенового ядра в нефти in situ без операции осаждения асфальтенов гексаном или петролейным эфиром. Установлено снижение фрактальной плотности ядра с ростом его радиуса, которая коррелирует не с геологическим возрастом, а со средней плотностью групп нефти. На основе анализа представительной выборки, включающей 353 пробы нефти Пермского края, проведен мониторинг строения ССЕ и впервые выделены характерные интервалы размеров ядра с различным механизмом агрегации асфальтеновых комплексов ССЕ. На интервале радиуса асфальтенового ядра 20-28 нм впервые установлен фазовый переход, сопровождающийся сохранением удельной поверхностной энергии на границе «сольватный слой ядро». Увеличение толщины сольватной оболочки с ростом размеров ядра приводит к аномальному снижению динамической вязкости нефти в среднем на 37,5 % отн. Полученные результаты могут быть использованы при разработке современных методов управления свойствами нефтяных дисперсных систем при добыче нефти и ее переработке.