zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2024-90-1-26-33zldm-2095Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISИсследование распределения микроэлементов в углеводородных группах нефтиStudy of the distribution of microelements in oil hydrocarbon groupsПанюковаД. И.PanyukovaD. I.

Дарья Игоревна Панюкова

119334, Москва, ул. Косыгина, д. 19

Daria I. Panyukova

19, Kosygina ul., Moscow, 119334

ОсиповК.OssipovK.

Константин Осипов

141700, Московская область, г. Долгопрудный, Научный переулок, д. 4

Konstantin Ossipov

4, Nauchny per., Moscow obl., Dolgoprudny, 141700

МарютинаТ. А.MaryutinaT. A.

Татьяна Анатольевна Марютина

119334, Москва, ул. Косыгина, д. 19

Tatiana A. Maryutina

19, Kosygina ul., Moscow, 119334

Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наукРоссияVernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of RASRussian FederationООО «Страта Солюшенс»РоссияLLC Strata SolutionsRussian Federation2024220120249012633Copyright © Панюкова Д.И., Осипов К., Марютина Т.А., 20242024Панюкова Д.И., Осипов К., Марютина Т.А.Panyukova D.I., Ossipov K., Maryutina T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/2095

Информация о расширенном микроэлементном составе нефти различных классов имеет практическую значимость и представляет интерес как для научных исследований, так и для разработки технологических процессов ее переработки. С точки зрения геохимии данные об особенностях количественного распределения микроэлементов в составе нефти предоставляют возможность выявлять ее генетические различия для нефтепоисковых задач. В нефтехимической отрасли результаты определения микроэлементного состава позволяют оценить состав нефти на стадии добычи и контролировать качество получаемой продукции на разных стадиях ее переработки. В настоящей работе на примере двух образцов товарной нефти российского происхождения, различающихся по физико-химическим свойствам (тяжелая высоковязкая и битуминозная сверхвязкая), исследовано распределение микроэлементов в углеводородных группах (SARA-группах). Методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой определено содержание микроэлементов в образцах нефти, составляющих их мальтенах и асфальтенах, а также парафино-нафтеновых углеводородах, ароматических углеводородах и смолах, выделенных из мальтеновой части методом жидкостной адсорбционной хроматографии в соответствии с общепринятой исследовательской методикой, разработанной АО ВНИИ НП. Выявлено, что большинство определяемых элементов содержится в образцах нефти на уровнях более 1,0 мкг/г, 0,1 – 1,0 мкг/г и менее 0,1 мкг/г. Содержания остальных элементов находятся ниже пределов обнаружения (0,3 – 9 нг/г). На основании полученных результатов анализа установлено, что обе исследуемые нефти обогащены микроэлементами и относятся к «ванадиевому» типу. Основные тенденции распределения микроэлементов в углеводородных группах указывают на их концентрирование в составе полярных поликонденсированных структур (смол и асфальтенов).

Data on the expanded oil microelement composition (for various oil types) is of practical importance and interest both for scientific research and for the development of technological processes of oil refining. From a geochemical point of view, the data on the features of the quantitative distribution of microelements in oil provide an opportunity to identify the genetic differences in view of oil exploration goals. Data on the microelement composition of oils provide assessing the oil composition at the stage of production and monitoring the quality of petroleum products at different stages of oil refining. Analysis of the distribution of microelements in oil hydrocarbon groups (so called SARA-groups) was carried out in the case study of two samples of commercial oils of Russian origin that differ in the physicochemical properties (heavy HI-VIS and bituminous extremely high viscosity index oil). The content of microelements was determined by inductively coupled plasma mass spectrometry in oil samples, and both in their maltenes and asphaltenes, as well as in paraffin-naphthenic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons and resins isolated from the maltene part using open-column liquid adsorption chromatography in accordance with the method developed at the Joint-Stock Company VNII NP. It is shown that the majority of microelements are present in the oil samples in three concentration ranges: more than 1.0 μg/g, 0.1 – 1.0 μg/g, and less than 0.1 μg/g. The concentrations of other elements lie below the detection limits (0.3 – 9 ng/g). Both oils under study turned out to be enriched with microelements and can be classified as «vanadium» type oils. The main trends in the distribution of microelements in hydrocarbon groups indicate to their concentrating in polar poly condensed structures (resins and asphaltenes).

нефтьгрупповой углеводородный составжидкостная адсорбционная хроматографиямикроэлементный анализраспределение элементовмасс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой.oilhydrocarbon group-type compositionliquid adsorption chromatographymicroelemental analysisdistribution of elementsinductively coupled plasma mass spectrometry.ReferencesMuhammad I., Tijjani N., Dioha I. J., et al. SARA separation and determination of concentration levels of some heavy metals in organic fractions of Nigerian crude oil / Chem. Mater. Res. 2013. Vol. 3. N 4. P. 7 – 14.Muhammad I., Tijjani N., Dioha I. J., et al. SARA separation and determination of concentration levels of some heavy metals in organic fractions of Nigerian crude oil / Chem. Mater. Res. 2013. Vol. 3. N 4. P. 7 – 14.Duyck C., Miekeley N., Porto da Silveira C. L., et al. The determination of trace elements in crude oil and its heavy fractions by atomic spectrometry / Spectrochim. Acta, Part B. 2007. Vol. 62. N 9. P. 939 – 951. DOI: 10.1016/j.sab.2007.04.013Duyck C., Miekeley N., Porto da Silveira C. L., et al. The determination of trace elements in crude oil and its heavy fractions by atomic spectrometry / Spectrochim. Acta, Part B. 2007. Vol. 62. N 9. P. 939 – 951. DOI: 10.1016/j.sab.2007.04.013Рябов В. Д. Химия нефти и газа: учебное пособие. — М.: ИНФРА-М, 2023. — 311 с. DOI: 10.12737/1017513Ryabov V. D. Chemistry of oil and gas: textbook. — Moscow: INFRA-M, 2023. — 311 p. [in Russian]. DOI: 10.12737/1017513Speight J. G. Handbook of heavy oil properties and analysis. — Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2023. — 496 p.Speight J. G. Handbook of heavy oil properties and analysis. — Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2023. — 496 p.Pereira J. S. F., Moraes D. P., Antes F. G., et al. Determination of metals and metalloids in light and heavy crude oil by ICP-MS after digestion by microwave-induced combustion / Microchem. J. 2010. Vol. 96. N 1. P. 4 – 11. DOI: 10.1016/j.microc.2009.12.016Pereira J. S. F., Moraes D. P., Antes F. G., et al. Determination of metals and metalloids in light and heavy crude oil by ICP-MS after digestion by microwave-induced combustion / Microchem. J. 2010. Vol. 96. N 1. P. 4 – 11. DOI: 10.1016/j.microc.2009.12.016Нукенов Д. Н., Пунанова С. А., Агафонова З. Г. Металлы в нефтях, их концентрация и методы извлечения. — М.: ГЕОС, 2001. — 77 с.Nukenov D. N., Punanova S. A., Agafonova Z. G. Metals in oils, their concentration and extraction methods. — Moscow: GEOS, 2001. — 77 p. [in Russian].Савонина Е. Ю., Катасонова О. Н., Марютина Т. А. Экстракционное концентрирование кислоторастворимых форм редкоземельных элементов из нефтей волго-уральской нефтегазоносной провинции во вращающихся спиральных колонках / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. ¹ 12. С. 5 – 10. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-12-5-10Savonina E. Yu., Katasonova O. N., Maryutina T. A. Extraction concentrating of the acid-soluble forms of rare earth elements from oils of the Volga-Ural oil and gas province using rotating coiled columns / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2021. Vol. 87. N 12. P. 5 – 10 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-12-5-10Gab-Allah M. A., Goda E. S., Shehata A. B., Gamal H. Critical Review on the Analytical Methods for the Determination of Sulfur and Trace Elements in Crude Oil / Crit. Rev. Anal. Chem. 2020. Vol. 50. N 2. P. 161 – 178. DOI: 10.1080/10408347.2019.1599278Gab-Allah M. A., Goda E. S., Shehata A. B., Gamal H. Critical Review on the Analytical Methods for the Determination of Sulfur and Trace Elements in Crude Oil / Crit. Rev. Anal. Chem. 2020. Vol. 50. N 2. P. 161 – 178. DOI: 10.1080/10408347.2019.1599278Гребнева-Балюк О. Н., Кубракова И. В., Тютюнник О. А. и др. Многоэлементный анализ нефти методами АЭС-ИСП и МС-ИСП с использованием микроволновой пробоподготовки / Журн. аналит. химии. 2021. Т. 76. № 3. С. 218 – 226. DOI: 10.31857/S004445022103004XGrebneva-Balyuk O. N., Kubrakova I. V., Tyutyunnik O. A., et al. Multielement Analysis of Oil by ICP – AES and ICP – MS with Microwave-Assisted Sample Preparation / J. Anal. Chem. 2021. Vol. 76. N 3. P. 306 – 314. DOI: 10.1134/S1061934821030047Пунанова С. А., Самойлова А. В. Прогноз фазового состояния залежей углеводородов в ловушках комбинированного строения / Актуальные проблемы нефти и газа. 2021. Т. 33. ¹ 2. С. 15 – 27. DOI: 10.29222/ipng.2078-5712.2021-33.art2Punanova S. A., Samoilova A. V. Prediction of the phase stat of hydrocarbon deposits in traps of a combined structure / Akt. Probl. Neft. Gaz. 2021. Vol. 33. N 2. P. 15 – 27 [in Russian].Chikwe T., Onojake M. Geochemical Investigation of Trace Metals in Crude Oils from Some Producing Oil Fields in Niger Delta, Nigeria / Iran. J. Oil Gas Sci. Technol. 2021. Vol. 10. N 3. P. 39 – 48. DOI: 10.22050/ijogst.2021.135210Chikwe T., Onojake M. Geochemical Investigation of Trace Metals in Crude Oils from Some Producing Oil Fields in Niger Delta, Nigeria / Iran. J. Oil Gas Sci. Technol. 2021. Vol. 10. N 3. P. 39 – 48. DOI: 10.22050/ijogst.2021.135210Chauhan G. A., de Klerk A. Dissolution Methods for the Quantification of Metals in Oil Sands Bitumen / Energy Fuels. 2020. Vol. 34. N 3. P. 2870 – 2879. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.9b04065Chauhan G. A., de Klerk A. Dissolution Methods for the Quantification of Metals in Oil Sands Bitumen / Energy Fuels. 2020. Vol. 34. N 3. P. 2870 – 2879. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.9b04065Михайлова А. Н., Каюкова Г. П., Вахин А. В., Гареев Б. И. Микроэлементный состав нефтяных экстрактов и асфальтенов из пород высокоуглеродистых доманиковых отложений Татарстана / Нефтехимия. 2022. Т. 62. ¹ 2. С. 216 – 230. DOI: 10.31857/S0028242122020046Mikhailova A. N., Kayukova G. P., Vakhin A. V., Gareev B. I. Microelemental Composition of Petroleum Extracts and Asphaltenes from Rocks of High-Carbon Domanik Sediments of Tatarstan / Pet. Chem. 2022. Vol. 62. N 4. P. 383 – 396. DOI: 10.1134/S0965544122040016López L., Lo Mónaco S. Geochemical implications of trace elements and sulfur in the saturate, aromatic and resin fractions of crude oil from the Mara and Mara Oeste fields, Venezuela / Fuel. 2004. Vol. 83. N 3. P. 365 – 374. DOI: 10.1016/j.fuel.2003.06.001López L., Lo Mónaco S. Geochemical implications of trace elements and sulfur in the saturate, aromatic and resin fractions of crude oil from the Mara and Mara Oeste fields, Venezuela / Fuel. 2004. Vol. 83. N 3. P. 365 – 374. DOI: 10.1016/j.fuel.2003.06.001Панюкова Д. И., Магомедов Р. Н., Савонина Е. Ю., Марютина Т. А. Влияние состава и молекулярной структуры асфальтенов на свойства тяжелого нефтяного сырья на примере тяжелой нефти Ашальчинского месторождения и двух образцов гудронов / Нефтехимия. 2021. Т. 61. ¹ 3. С. 328 – 336. DOI: 10.31857/S0028242121030047Panyukova D. I., Magomedov R. N., Savonina E. Yu., Maryutina T. A. Effects of the composition and molecular structure of asphaltenes on the properties of heavy petroleum feedstock represented by heavy oil from the Ashalchinskoye field and two vacuum residue samples / Pet. Chem. 2021. Vol. 61. N 4. P. 438 – 445. DOI: 10.1134/S0965544121050108Wang Q., Zhang W., Wang C., et al. Microstructure of Heavy Oil Components and Mechanism of Influence on Viscosity of Heavy Oil / ACS Omega. 2023. Vol. 8. N 12. P. 10980 – 10990. DOI: 10.1021/acsomega.2c07713Wang Q., Zhang W., Wang C., et al. Microstructure of Heavy Oil Components and Mechanism of Influence on Viscosity of Heavy Oil / ACS Omega. 2023. Vol. 8. N 12. P. 10980 – 10990. DOI: 10.1021/acsomega.2c07713Осипов К., Мокочунина Т. В., Панюкова Д. И. и др. Влияние солености воды на эффективность диспергентов нефти / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 9. С. 16 – 22. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-9-16-22Ossipov K., Mokochunina T. V., Panyukova D. I., et al. The effect of water salinity on the effectiveness of oil dispersants / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2022. Vol. 88. N 9. P. 16 – 22 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-9-16-22Калгин Ю. И., Строкин А. С., Тюков Е. Б. Испытание дорожных битумов и асфальтобетонных смесей: лаб. практикум. — Воронеж: Воронежский ГТУ, 2021. — 93 с.Kalgin Yu. I., Strokin A. S., Tyukov E. B. Testing of road bitumen and asphalt concrete mixtures: laboratory workshop. — Voronezh: Voronezh State Technical University, 2021. — 93 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.