background image

 

142

Большая  концентрация  азота  в  асфальтенах  объясняется  большим  количеством 

азотсодержащих  гетероциклов  типа  пиррола  в  порфированых  структурах, 
встроенных в карбоидные пластины асфальтена. 

Карбоидные  пластины  совместно  с  порфиринами  могут  иметь  на  своих  краях 

алкановые  цепочки  и  гетероатомные  молекулы  вместе  с  молекулами  воды,  которые 
удерживают  соседние  пластины,  как  в  горизонтальном,  так  и  в  вертикальном 
положении, чем и обеспечивается пластичность асфальтенов. 

Различными  физическими  методами  определялись  размеры  асфальтеновых 

пластин  и  их  упаковка [28]. Средний  размер  ароматической  пластины  асфальтена 
на  основе  данных  рентгеноструктурного  анализа  (РСА)  составляет 1,4-1,7 нм. 
Методами  РСА  и  электронной  микроскопии  было  установлено,  что  асфальтены 
имеют  кристаллоподобную  структуру  с  несовершенной  гексагонально-плоскостной 
упаковкой  атомов  С.  Количество  слоев  в  пачках  в  среднем  равно  пяти  и  ассоциаты 
имеют  плоское  строение.  Электронной  микроскопией  были  обнаружены  пластины 
со средним поперечным размером до 1-3 мкм. 

Автор  считает,  что  асфальтеновый  ассоциат – это  сэндвичевая  структура, 

состоящая  из  карбоидных  и  порфириновых  пластин,  содержащих  атомы  металлов  и 
сопровождающих их гетероатомных молекул и молекул воды. 

В  асфальтенах  присутствует  достаточно  большое  количество  гетероатомов, 

таких  как N, O, S и  атомов  некоторых  металлов,  которые  имеют  на  свой 
поверхности собственные квадруполи. 

При  смешении  (попадании)  мелкодисперсных  частиц  (капель)  воды  в 

асфальтены, 

происходит 

квадруполь-квадрупольное 

взаимодействие 

атома 

кислорода  молекулы  воды  с  атомами N, S и  О  в  составе  молекул,  входящих  в 
состав  асфальтенов,  а  также  входящих  атомов  металлов  ванадия,  никеля,  железа. 
Это  взаимодействие  приводит  к  существенному  увеличению  вязкости  флюида 
особенно  при  понижении  давления  в  трубе,  по  которой  производится  откачка 
нефти из скважины вплоть до образования плотных пробок. 

11.14. О парамагнитных центрах в конденсированной ароматике. 

Считается,  что  асфальтены  имеют  большое  количество  свободных  радикалов  и 

что  они  принадлежат  конденсированным  ареновым  структурам.  Чем  больше 
ароматичности, тем больше число парамагнитных центров. 

Отмечается [28], что  устойчивость  надмолекулярных  образований  обусловлена 

присутствием  свободных  радикалов  в  асфальтенах.  Асфальтены  обладают 
достаточно  высокой  парамагнитностью - 10

1 8

-10

1 9

  спин/г,  что  характерно  для 

высоко-конденсированных  ареновых  колец.  Заключаем,  что  таких  центров  ни  в 
асфальтенах, ни в конденсированных ареновых структурах просто нет! 

Рассмотрим  природу  образования  парамагнитных  центров  в  ароматических 

кольцах.  В  главае 3, на  рис. 7 и  схемах 1-5 была  приведена  схема  строения 
кристалла атома углерода. Опираясь на механизм формирования кристаллов атомов 
элементов  и,  в  частности,  атома  углерода  (см.  табл. 4) видно,  что  тетраэдрический 
кристалл  атома  С  имеет  четыре  валентных  диполя,  которые  представлены  одним 
атомом  трития,  двумя  атомами  дейтерия  и  одним  атомом  водорода.  Валентный 
диполь,  состоящий  из  атома  водорода,  имеет  наименьшую  энергию,  диполи, 
представленные  атомами  дейтерия,  обладают  большей  энергией,  и  самую  большую 
энергию  имеет  валентный  диполь,  представленный  атомом  трития.  Из  этого 
следует,  что  под  действием  внешних  сил,  воздействующих  на  атом  С,  первым 
будет разрушен диполь атома Н, вторым – диполь атома дейтерия и так далее. 

Ранее  нами  было  предложено  строение  молекулы  бензола.  Эта  молекула 

состоит  из  трех  пар  сдвоенных  атомов  С.  Представим,  что  имеем  два 
тетраэдрических  кристалла  атома  углерода  С

1

  и  С

2

,  и  будем  их  изображать  в  виде 

прямоугольников: