Коллоидные суспензии и ассоциативные наноколлоиды в нефти

    Специалисты-нефтяники могут возразить, что важность изучения коллоидов асфальтенов в природных нефтях (как на микро, так и на нано масштабах) уже далеко не новость. Действительно, это осознали уже несколько десятилетий назад, впервые по отношению к природным битумам [18,19]. Среди большого числа дальнейших публикаций можно выделить две важные вехи. Это книга с материалами Международного симпозиума по изучению коллоидов нефти [20] и книга на русском языке о нефтяных дисперсных системах [21].
    Однако ни ранние, ни современные коллоидные модели нефти не учитывают возможность самоассоциации асфальтенов в большое число четко различающихся (нано)коллоидных структур, описывемых единой, сложно-структурированной фазовой диаграммой с множеством хорошо определенных критических линий/границ.
  
     В большинстве моделей [22] асфальтены определяют как твердые квазисферические коллоидные частицы диаметром 2-10 нм, которые могут коагулировать/флоккулировать образуя все более и более крупные ассоциаты, вплоть до потери седиментационной устойчивости и выпадения в осадок.
   Очевидно, в таких моделях нет места для сколь-нибудь сложных фазовых диаграмм. «Критическая граница» осаждения не описывает никакие фазовые превращения, а характеризует лишь потерю устойчивости системы.
 

    Лишь одна определенная критическая граница на фазовой диаграмме появляется в тех моделях, где коллоидные частицы асфальтенов не изначально присутствуют в нефти, а формируются из молекулярного раствора при определенных условиях. Ранее, такое превращение ошибочно отождествляли с процессом мицеллообразования. «Критические границы мицеллообразования» асфальтенов определяли многие исследователи [23], но в настоящее время выяснено, что за структурные изменения асфальтенов при этих условиях должны отвечать другие процессы, отличные от классического мицеллообразования [24].
        Изучению единственной «критической границы мицеллообразования» было посвящено большое число исследований, но, по-видимому, до сих пор никто серьезно не задумывался о том, что приписывание асфальтенам свойств мицеллярных коллоидов относило их к новому классу дисперсных систем, для которого принципиально характерно многообразие критических границ. А именно, дисперсные системы, состоящие из диспергированных в жидкой фазе твердых частиц, являются «коллоидными суспензиями» [25], тогда как системы, в которых дисперсная фаза формируется по обратимому процессу типа мицеллообразования, представляют собой «ассоциативные коллоиды» [25].

    Ассоциативные, или «мицеллярные» коллоиды, как правило, имеют богатое фазовое разнообразие: от простейших изотропных «мицеллярных» фаз до сложноорганизованных супрамолекулярных наноструктур [26].
    В качестве примера, на слайде показана фазовая диаграмма в координатах температура-концентрация (Т-С) для неионогенного ПАВ - монододецилового эфира пентаэтиленгликоля (С12Е5) в воде [27]. Существенно, что на фазовой диаграмме появляются замкнутые фазовые области (замкнутые контуры), соответствующие осуществлению так называемых возвратных фазовых переходов [28]. Для дальнейшего обсуждения важно, что замкнутые контуры на фазовой диаграмме свидетельствуют о наличии в системе полиморфизма [29]; образование этих областей на фазовой диаграмме происходит с участием перехода расслаивания (фазовый переход второго рода), что характерно для наличия в ассоциатах направленных нековалентных (например, водородных) связей [30].

        Наши исследования показали, что несмотря на слабость теоретической базы, в настоящее время имеется достаточный объем экспериментальных данных, позволяющих отнести асфальтены к классу "ассоциативных наноколлоидов". характеризуемых вполне определенной фазовой диаграммой.
      Соответственно, выявление критических границ подобной диаграммы должно обеспечить возможность разработки новых нефтегазовых нанотехнологий, ориентированных на контроль эксплуатационных свойств нефтяных флюидов путем направленного изменения фазового состояния  наноколлоидов нефти.