Текущее состояние. Образование асфальтеносодержащих отложений является важнейшей нерешенной проблемой добычи и транспортировки нефти. Для предотвращения осложнений при добыче нефти необходимо точное описание супрамолекулярной структуры асфальтенов. Однако механизм агрегации и седиментации асфальтенов до сих пор недостаточно хорошо изучен. 

Работа посвящена изучению влияния азотистых оснований на состав нефти и структуру асфальтенов на их коллоидную устойчивость в растворе. В качестве объектов исследования использованы модельные нефтяные системы с содержанием основного азота 1, 2 и 3 % масс. 

Решаемая научная проблема. Изучение агрегативной устойчивости и группового состава нефти в присутствии азотистых оснований, на примере хинолина.

Методы исследования. Элементный состав исходной нефти и асфальтенов определялся на анализаторе Vario EL Cube CHNS путем прямого сжигания при температуре 1200 °C, последующего хроматографического разделения продуктов сгорания и идентификации с помощью детектора теплопроводности. Предел обнаружения элемента составляет 0,01 % масс.

Для определения структурных групп в составе асфальтенов использовались данные по средним молекулярным массам, элементному составу и спектрам ЯМР 1Н.

Молекулярные массы асфальтенов определялись криоскопически в нафталине. Концентрация образца в нафталине находилась в диапазоне 0,5-0,7% масс. Относительная погрешность определения молекулярных масс не превышала 5,0%.

Агрегативную устойчивость асфальтенов изучали методом спектрофотометрии на приборе Perkin Elmer Lambda 950.

Для синтеза асфальтенов с различным содержанием азотистых структур проводился термолиз нефти и модельных растворов с хинолином. Термолиз модельных нефтяных систем проводили при 380-400 °C в течение 4 ч. Условия термолиза были выбраны на основании предварительных исследований. При термолизе ниже 380 °C выход асфальтенов низкий. При термолизе выше 400 °C начинается активное образование кокса из асфальтенов.

Модельные асфальтеноподобные основания получены при термолизе исходной нефти и модельных нефтяных систем с различным содержанием Nbas (хинолина) при температуре 400 °С в течение 4 ч. Данные по групповому составу показывают, что средняя молекулярная масса синтетических асфальтенов из продуктов термолиза составляет 615-771 а.е.м. Изменение молекулярной массы не находится в прямой зависимости от состава термолизованной нефтяной системы. Асфальтены, полученные при термолизе модельных нефтяных систем с содержанием азота 1 и 2 % масс. имеют наибольшее содержание Nbas. Вероятно, увеличение концентрации хинолина в нефти препятствует термическим превращениям нефтяных компонентов. Это приводит к снижению конверсии хинолина и уменьшает встраивание хинолиновых фрагментов в структуру асфальтенов.

Агрегативная устойчивость синтетических асфальтенов полностью коррелирует с содержанием в них Nbas. Так, коллоидная устойчивость синтетических асфальтенов возрастает с увеличением содержания Nbas (рис 2).

Средняя коллоидная стабильность синтетических асфальтеноподобных веществ в несколько раз выше, чем у асфальтенов из модельных нефтяных систем. Это подтверждается и тем, что процесс седиментации синтетических асфальтенов длится более 7200 с (плато отсутствует). При этом осаждение асфальтенов из модельных нефтяных систем происходит в два раза быстрее. Таким образом, установлено, что асфальтены из термически преобразованного углеводородного сырья обладают значительно более высокой агрегативной устойчивостью. Также показано, что коллоидная стабильность асфальтенов возрастает с увеличением содержания Nbas в их молекулярной структуре.

Заключение. Проведена оценка влияния хинолина как компонента дисперсионной среды на состав масла, структуру и агрегативную устойчивость асфальтенов. Установлено, что содержание асфальтенов в нефти снижается на 3 % масс. при увеличении концентрации Nbas в нефтяной системе до 3 % масс. Это связано с разбавлением нефтяной системы и участием хинолина в формировании надмолекулярных структур асфальтенов. 
Содержание Nbas в асфальтенах увеличивается на 0,3-1,3% масс. с увеличением содержания хинолина в нефтяных системах. Установлено, что хинолин встраивается в надмолекулярную структуру асфальтенов и изменяет их структурно-групповой состав: увеличивает среднюю молекулярную массу на 650 а.е.м. и ароматичность на 2 %. Предположительно, хинолин стабилизирует небольшие первичные асфальтеновые агрегаты, состоящие из наиболее полярных и высокомолекулярных соединений с "островной" структурой. Агрегативная устойчивость асфальтенов снижается в 1,5-6 раз с увеличением их средней молекулярной массы и повышением содержания Nbas в их составе.
В рамках работы методом термолиза модельных нефтяных систем получены синтетические модельные асфальтеноподобные вещества с различным содержанием основного азота.
Установлено, что коллоидная стабильность синтетических асфальтеноподобных веществ в несколько раз выше, чем у асфальтенов из модельных нефтяных систем. Асфальтены из термически превращенного углеводородного сырья обладают значительно более высокой агрегативной устойчивостью. Коллоидная стабильность асфальтенов возрастает с увеличением в молекулярной структуре фрагментов, содержащих Nbas в ароматических кольцах.