Модификация закона Бугера–Ламберта–Бера для ИК-анализа высоковязкой нефти

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования заключается в развитии методов анализа высоковязкой нефти, доля которой в мировых запасах и добыче непрерывно растет. Точный экспресс-анализ состава такой нефти необходим для оптимизации её добычи, транспорта и подбора химических присадок, повышающих подвижность. Однако применение классического закона Бугера–Ламберта–Бера (БЛБ) затруднено из-за сильного рассеяния излучения и нелинейности оптического отклика, обусловленных сложной многокомпонентной структурой высоковязкой нефти. ЦЕЛЬ. Разработать модифицированную модель закона БЛБ, учитывающую влияние реологических свойств и рассеяния света на асфальтеново-смолистых агрегатах. Предложить новую модель, связывающую эффективный коэффициент поглощения со структурными параметрами нефти. Обосновать эффективность ультразвуковой (УЗ) обработки как метода пробоподготовки для повышения однородности нефтяной среды. МЕТОДЫ. При решении поставленных задач применялось теоретическое моделирование и механизмы УЗ обработки, и её влияние на оптические свойства. РЕЗУЛЬТАТЫ. Показано, что учет реологических свойств и рассеяния излучения необходим для адекватного описания прохождения инфракрасного (ИК) луча через высоковязкую нефть. Предложенная модификация закона БЛБ включает дополнительные члены, учитывающие оптическую плотность от рассеяния на частицах. Обоснована эффективность УЗ обработки: ультразвук снижает вязкость и неоднородность нефти, увеличивая пропускание ИК-излучения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Интеграция реологических факторов в закон БЛБ и применение УЗ пробоподготовки значительно повысят точность ИК-анализа высоковязкой нефти. Это позволит более надежно определять функциональный состав высоковязких нефтей для решения задач повышения нефтеотдачи, оптимизации процессов и безопасности трубопроводного транспорта. УЗ обработка обеспечивает безреагентное снижение вязкости и рассеяния, что делает её перспективным методом пробоподготовки для экспресс-анализа.

1. Semenova T., Sokolov I. Theoretical Substantiation of Risk Assessment Directions in the Development of Fields with Hard-to-Recover Hydrocarbon Reserves // Resources. 2025. Vol. 14, N4. 64.

2. Дмитриев А.В., Шагеев А.Ф., Гильмутдинова Р.И. Оценка параметров внутрискважинного реактора для добычи высоковязкой нефти // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2025. Т. 27. № 2. С. 187-196.

3. Гарифуллин М.Ш., Слободина Ю.Н., Бикзинуров А.Р., и др. Исследование содержания непредельных углеводородов в трансформаторных маслах с помощью ИК спектроскопии // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2023. Т. 25. №. 5. С. 3-19.

4. Филатов В.М., Растворова И.И., Журба Е.Д. Обзор радиоэлектронных волновых методов и приборов диагностики и мониторинга нефти // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2025. Т. 336. № 12. С. 164–181.

5. Большов М.А., Курицын Ю.А., Лигер В.В., и др. Перестраиваемые диодные лазеры для аналитики и диагностики // Журнал аналитической химии. 2023. T. 78. №. 10. С. 867-882.

6. Муллакаев М.С., Муллакаев Р.М., Есипов И.Б. Ультразвуковое регулирование вязкоупругих свойств нефтяных дисперсных систем // Акустический журнал. 2023. T. 69. №. 3. С. 322-329.

7. Raupov I., Burkhanov R., Lutfullin A., et al. Experience in the application of hydrocarbon optical studies in oil field development // Energies. 2022. Vol. 15, N10. 3626.

8. Santos F.D., Vianna S.G., Cunha P.H., et al. Characterization of crude oils with a portable NIR spectrometer // Microchemical Journal. 2022. Vol. 181. 107696.

9. Xu S., Xu Z., Zheng J., et al. Where does the crude oil originate? The role of near infrared spectroscopy in accurate source detection // Memetic Computing. 2024. Vol. 16, N3. pp. 429-443.

10. Yang S.B., Moreira J., Li Z. Predicting crude oil properties using fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and data-driven methods // Digital Chemical Engineering. 2022. Vol. 3. 100031.

11. Moro M.K., de Castro E.V., Romão W., Filgueiras P.R. Data fusion applied in near and mid infrared spectroscopy for crude oil classification // Fuel. 2023. Vol. 340. 127580.

12. Asemani M., Rabbani A.R. Detailed FTIR spectroscopy characterization of crude oil extracted asphaltenes: Curve resolve of overlapping bands // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2020. Vol. 185. 106618.

13. Mokari A., Guo S., Bocklitz T. Exploring the steps of infrared (IR) spectral analysis: Pre-processing, (classical) data modelling, and deep learning // Molecules. 2023. Vol. 28, N19. 6886.

14. Rastvorova I.I., Filatov V.M., Vilkov S.A. Reduction of Optical Density in Highly Viscous Oils through Ultrasonic Treatment within The Infrared Wavelength Range // International Journal of Engineering, Transactions B: Applications. 2026. Vol. 39, N8. pp. 1865-1877.

15. Sargazi M., Hashemi S.H., Kaykhaii M. Modern sample preparation techniques: A brief introduction. Sample preparation techniques for chemical analysis. Ch. 2. Rijeka, Croatia: IntechOpen; 2021.

16. Mayerhöfer T.G., Pahlow S., Popp J. Understanding the Limits of the Bouguer–Beer– Lambert Law // Spectroscopy. 2023. Vol. 38, N8. pp. 29–30.

17. Загнитько А.В., Н.П. Зарецкий Н.П., Меньшиков Л.И., П.Л. Меньшико П.Л. О применимости закона Бугера-Ламберта-Бера для оценки коэффициента поглощения лучей света в облаке диспергированной жидкости // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. №. 11. С. 944-947.

18. Johny J., Amos S., Prabhu R. Optical Fibre-Based Sensors for Oil and Gas Applications // Sensors. 2021. Vol. 21, N18. 6047.

19. Beloglazov I, Morenov V, Leusheva E. Flow modeling of high-viscosity fluids in pipeline infrastructure of oil and gas enterprises // Egyptian Journal of Petroleum. 2021. Vol. 30, N4. pp. 43-51.

20. Fakher S., Ahdaya M., Elturki M., Imqam A. Critical review of asphaltene properties and factors impacting its stability in crude oil // Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2020. Vol. 10. pp. 1183–1200.

21. Shi B., Hong J., Wang Z., et al. Treatment of paraffin deposition behavior in gas condensate wells with chemical inhibitors // Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2024. Vol. 14. pp. 535–553.

22. Lin Q., Deng L., Dong G., et al. aRDG Analysis of Asphaltene Molecular Viscosity and Molecular Interaction Based on Non-Equilibrium Molecular Dynamics Simulation // Materials. 2022. Vol. 15, N24. 8771.

23. Hashem H.H., Kikhavani T., Moradkhani M.A. Experimental study and machine learning modeling of water removal efficiency from crude oil using demulsifier // Scientific Reports. 2024. Vol. 14. 9187.

24. Huang J., Ran X., Sun L., et al. Recent advances in membrane technologies applied in oil–water separation // Discover Nano. 2024. Vol. 19. 66.

25. Lyu L., Zhang J., Xu C. Modeling Study on Oil Particle Filtration Performance of a Composite Coalescing Filter // Frontiers in Energy Research. 2022. Vol. 10. 854913.

26. Romanova Y.N., Maryutina T.A., Musina N.S., Spivakov B.Ya. Application of ultrasonic treatment for demulsification of stable water-in-oil emulsions // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2022. Vol. 209. 109977.

27. Kaivosoja J., Sirviö K., Nuortila C., Niemi S. Effects of Fuel Hydrochloric Acid Contamination on Selected Metals // Journal of Marine Science and Engineering. 2024. Vol. 12, N5. 776.

28. Li S., Wu J., Wang Y., et al. Isolation and characterization of thiols in petroleum using Ag+-silica solid phase extraction followed by gas chromatography-mass spectrometry and high-resolution mass spectrometry // Fuel. 2024. Vol. 363. 130946.

29. Wallington T., Pivesso B., Lira A., et al. CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, and CCl4: Infrared spectra, radiative efficiencies, and global warming potentials // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2016. Vol. 174. pp. 56-64.

30. Zhong M., Niu Z., Fan J., et al. Establishing the relationship between heavy oil viscosity and molecular markers using an enhanced neural network model // Scientific Reports. 2025. Vol. 15. 33289.

31. Guan L., Deng H., Yao L., et al. Measurement of mid-infrared spectroscopic parameters of carbon disulfide based on tunable diode laser absorption spectroscopy // Acta Physica Sinica. 2019. Vol. 68, N8. 20182140.

32. Пивоварова Н., Татжиков А. Состав и строение нефтяных дисперсных систем // Нефтегазовые технологии и экологическая безопасность. 2023. №. 4. С. 14-27.

33. Khazaal, S.H., Ibrahim R., Mowea W. Viscosity Reduction and Flow Ability Enhancement of Heavy Crude Oil Using Nano Biomaterial Additive and Microwave Irradiation // Journal of Chemical and Petroleum Engineering. 2025. 26 c.

34. Wu H., Liu T., Xu X., Yang J. Enhanced Viscosity Reduction of Heavy Oil by a Synthesized Extended Anionic Surfactant: Mechanistic Exploration and Performance Evaluation // ACS Omega. – 2025. Vol. 10, N42. pp. 49477–49489.

35. AlizadehShahla S., TaLakshminarayanan A., RayAjay R.S. Application of artificial neural network for prediction of 10 crude oil properties // The Canadian Journal of Chemical Engineering. – 2023. Vol. 101, N11. pp. 6203-6214. DOI: 10.1002/cjce.24938

36. Baimukhametov G., Dengaev A., Safiullina E., et al. Relaxation Process in Crude Oil after Ultrasonic Treatment // International Journal of Engineering, Transactions B: Applications. 2024. Vol. 37, N5. pp. 896-903.

37. Gao J., li C., Xu D., et al. The mechanism of ultrasonic irradiation effect on viscosity variations of heavy crude oil // Ultrasonics Sonochemistry. 2021. Vol. 81, N5. 105842.

38. Марфин Е.А., Галимзянова А.Р., Гатауллин Р.Н., Натфуллин Р.А. Влияние ультразвуковой обработки на реологические свойства парафинистой нефти // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2024. Т. 14. №. 1. С. 74-83.

39. Volkova G., Zubarev D., Kadychagov P. Effect of Ultrasonic Treatment on the Properties and Composition of High-Wax Crude Oil and Its Precipitates // Petroleum Chemistry. 2024. Vol. 64. pp. 540-547.

40. Shiyi Lv., Zhang R., Guo Z., et al. Воздействие ультразвука на вязкость тяжелой нефти // Нефтехимия. 2020. Т. 60. №. 5. С. 607-611.

41. Петров А.Р., Грачева Е.И. Исследование надежности и эффективности электрических аппаратов систем внутрицехового электроснабжения // Электричество. 2025. №. 3. С. 57-65.

42. Петров А.Р., Грачева Е.И., Абдуллазянов Э.Ю. Повышение точности оценки параметров надежности низковольтных коммутационных аппаратов, устанавливаемых в системах внутрицехового электроснабжения с учетом основных воздействующих факторов // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2025. Т. 27. №. 3. С. 38-52.

43. Сафиуллин Б.Р., Козелкова В.О., Кашаев Р.С., Козелков О.В. Очистка нефти от асфальтено-смол и парафинов // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022. Т. 24. №. 5. С. 166-178.

44. Коробов Г.Ю., Парфенов Д.В., Нгуен В.Т. Механизмы образования асфальтосмолопарафиновых отложений и факторы интенсивности их формирования // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. №. 4. С. 103–116.