Радиоспектроскопические методы в изучении и оценке месторождений ВВН и ПБ (на примере месторождений РТ)
М.Р.Гафуров, Д.Ситдиков, Г.В.Мамин, С.Б.Орлинский, Р.В.Юсупов, М.С.Тагиров, М.Х.Салахов, В.Г.Изотов
Институт физики

Институт геологии и нефтегазовых исследований

Казанский федеральный университет, 420008 Казань
Аннотация
Высоковязкие нефти и природные битумы – сложные природные органо-минеральные комплексы, изучение которых требует применения всестороннего исследовательского подхода. В докладе показаны примеры применения классических методов электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и высокополевого импульсного ЭПР для изучения структуры и состава нефтей и битумов. Представлены возможности и ограничения современных аналитических методов исследования, парк приборов, используемых для решения фундаментальных и прикладных задач по количественному и качественному анализу нефтей и нефтепродуктов, изучению их структур.
Основная часть
Миниатюризация, удешевление производства и бурное развитие технической базы расширило возможности широкого применения аналитических методов в нефтегазовых исследованиях таких как рентгенофлуоресцентный анализ (РФА), жидкостная и газовая хроматография (ГХ и ЖХ) особенно в сочетании с масс-спектрометрическими (МС) методами детектирования. Небывалая чувствительность новых РФА спектрометров и спектрометров с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) позволяет обнаруживать ряд элементов в твердых и жидких пробах в концентрациях на уровне нескольких пикограмм на литр [1].

Среди методов, которые позволяют не только детектировать, идентифицировать и количественно оценивать содержание примесей, но и судить об их локализации (структуре и окружении) большое место отводится методам магнитного резонанса: ядерного (ЯМР) и электронного (ЭПР).

В настоящее время метод ЭПР применяется при исследовании углеводородов, включая нефти битумы и продукты переработки. Имеется значительное число публикаций и патентов в этой области (см. список литературы).

Созданы малогабаритные ЭПР-спектрометры, которые позволяют определять характеристики нефти и осуществлять мониторинг технологических процессов, связанных с переработкой и использованием углеводородов. Практическое применение метода ЭПР в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности включает:

• 
  определение содержания свободных радикалов, асфальтенов и ванадия в сырой нефти;
  
• 
  определение начала термической деструкции машинных масел;
  
• 
  анализ выхлопных газов;
  
• 
  контроль процессов коксования;
  
• 
  определение концентрации химических присадок;
  
• 
  определение содержания переходных металлов;
  
• 
  анализ процессов окисления и полимеризации.
  

В анализе сырой нефти главенствующим является определение концентрации свободных радикалов, асфальтенов и комплексов ванадия.

С 2007 года в Казанском федеральном университете функционирует отдел ЭПР спектроскопии Федерального центра коллективного пользования физико-химических измерений. ЭПР исследования проводятся на самом современном сертифицированном спектрометре ELEXSYS680 фирмы BrukerБрукер, работающем на двух частотах: стандартной 9 ГГц (X-диапазон) и высокой – 95 ГГц (W-диапазон). За прошедшие годы проводились исследования широкого круга объектов, в том числе нефти, битума и углеводородов в том числе с использованием импульсных методик и техник двойного электрон-ядерного резонанса.. По заказу частной нефтяной компании (США) проведена поисковая работа по оценке влагосодержания в углеводородах.

Литература

1. 
   См., например, S2 Picofox (РФА) и Bruker ICP-MS Aurora M90, www.bruker.ru
   
2. 
   В.Г.Изотов, Г.В.Мамин, С.Б.Орлинский и др. Возможности ЭПР-спектроскопии W-диапазона при исследовании нефтей, битумов и углей, на примере месторождений республики Татарстан. // Международная научно-практическая конференция "Повышение нефтеотдачи на поздней стадии разработки нефтяных месторождений и комплексное освоение высоковязких нефтей и природных битумов".- Казань, Россия, 4-6 сентября 2007. -С.43-46.
   
3. 
   Н.С.Гарифьянов и Б.М.Козырев Парамагнитный резонанс в антраците и других содержащих углерод веществах // ЖЭТФ. – 1956. – № 2. – С. 272–276.
   
4. 
   А. В.Ильясов Определение содержания ванадия в нефтях и нефтепродуктах методом ЭПР // Химия и технология топлив и масел. 1962. Т. 59. С. 63–67.
   
5. 
   Глава “Crude Oil by EPR” в книге “Crude Oil Emulsions- Composition Stability and Characterization”, edited by M. El-Sayed Abdel-Raouf, ISBN 978-953-51-0220-5, InTech, 230 pages (2012). Режим свободного доступа по адресу https://www.intechopen.com/books/crude-oil-emulsions-composition-stability-and-characterization