Показаны изменения свойств и химической структуры высокомолекулярных гетероатомных соединений (смол, асфальтенов) в результате обработки тяжелых нефтей Зуунбаянского (Монголия) и Усинского (Россия) месторождений. Для определения структурно-групповых параметров молекул смол и асфальтенов исходных нефтей и выделенных из продуктов их термолиза использованных данных элементного анализа, определения молекулярной массы, ПМР-спектроскопии. Показано изменение выхода газовых, жидких и твердых продуктов в зависимости от температуры и времени процесса термолиза. Предложена модель термического превращения высокомолекулярных компонентов нефти, рассчитаны константы скоростей реакций термолиза нефти (k) и энергии активации (Е). Установлены конкурирующие направления превращения нефтяных компонентов при различных температурах.

С использованием методов экстракции, адсорбционной хроматографии показано, что в составе макромолекул асфальтенов усинской нефти присутствуют относительно низкомолекулярные соединения, представленные нормальными и разветвленными алканами, моно- и полициклическими нафтенами, моно-, би-, три-, тетра_ и пентациклическими ароматическими углеводородами, их фенил- и нафтенопроизводными, бензо-, дибензо- и нафтобензотиофенами, карбазолами и бензокабазолами, этиловыми эфирами высших жирных кислот, дибензофуранами и флуоренонами, а также кислотами, амидами и сульфоксидами.

Исследованы распространение и состав низкомолекулярных гетероатомных компонентов в нефтях Западной Сибири, различающихся содержанием смолисто-асфальтеновых веществ. Смолистые нефти содержат больше низкомолекулярных соединений серы и азота, чем малосмолистые. Качественный состав этих соединений не зависит от смолистости нефтей. Различия наблюдаются и в распределении отдельных структур.

На примере нефтей Усинского месторождения показано, что под действием водяного пара в тяжелой нефти увеличивается содержание полярных высокомолекулярных соединений серы и низкомолекулярных слабоосновных соединений азота. Композиции, используемые для увеличения нефтеотдачи продуктивных пластов, на распределение и качественный состав отдельных типов соединений серы и азота в добываемых тяжелых нефтях не влияют.

В лабораторных условиях на модельных почвенных системах исследована биодеградация смол и асфальтенов аборигенной почвенной микрофлорой. Показано, что высокомолекулярные гетероатомные компоненты нефти не являются токсичными и доступны для микробного окисления, в ходе которого численность микроорганизмов возрастает в 2-4 раза, а ферментативная активность - в 1,5-2 раза. За 180 суток эксперимента утилизация смол сотавила 41,5 %, асфальтенов - 35,0 %. Анализ остаточных продуктов биодеструкции показал заметное изменение состава высокомолекулярных гетероатомных компонентов под действием почвенной микрофлоры. Микробное окисление смол и асфальтенов протекает преимущественно с отщеплением периферийных парафиновых структур; ароматическое ядро окисляется менее антенсивно.

Исследована структура асфальтенов тяжелой нефти по схеме, исключающей стадию их термической деструкции и предполагающей разделение асфальтенов на высокомолекулярных компоненты, "низкомолекулярные асфальтены" и мальтены. Определен элементный состав выделенных компонентов. Методом хроматомасс-спектрометрии изучжен состав полициклических ароматических углеводородов и гетероатомных соединений мальтенов, входивших в состав асфальтенов.

С использованием комплекса методов выделения, разделения и анализа получены данные о химической природе смол и асфальтенов высоковязкой нефти и природного битума. Установлено, что высокомолекулярные компоненты нетрадиционных источников углеводородного сырья имеют сходные фракционный и качественный составы. Совокупность полученных результатов позволяет полагать, что для переработки исследованных объектов могут быть использованы единые технологические схемы.

В работе приведены данные о составе фрагментов в молекулах смол нефти Усинского месторождения, содержащих сульфидные и эфирные группы. Установлено, что смолы являются одним из источников нормальных и разветвленных алканов, алкилциклопентанов и алкилциклогексанов, фенилалканов, моно-, би-, три- и тетраалкилбензолов, алкилнафталинов, алкилфенантиренов, адкилбензо- и дибензотиофенов, алифатических эфиров и спиртов, которые образуются за счет деструкции алифатических фрагментов, связанных в молекулах смол через эфирные и сульфидные мостики.

Представлены результаты элементного анализа, определения молекулярных масс, данные ИК- и ЯМР1 Н-спектроскопии смолисто-асфальтеновых компонентов и хроматомасс-спектрометрического исследования масел сборной западно-сибирской нефти и жидких продуктов ее обработки порошками железа и меди, модифицированными ионами никеля и кобальта. Проведен структурно-групповой анализ и описаны структурные фрагменты средних молекул асфальтенов и смол. Установлены изменения структурных параметров их молекул в условиях обработки и состава углеводородных и гетероатомных соединений масел. Показано, что в процессе предварительного облагораживания нефтяного сырья в состве смолисто-асфальтеновых компонентов снижается содержание гетероатомов, а в состве масел - содержание гетероатомов и ароматических углеводородов.

В работе представлены данные о распределении и структурно-групповом составе азотсодержащих оснований и серосодержащих соединений в тяжелых высокопарафинистых нефтях. Установлено, что парафинистость и смолистость нефти не влияет на качественный состав гетероатомных соединений. Показано, что c увеличением парафинистости нефти в составе этих соединений повышается доля структур с развитым алкильным замещением.

Предложена схема двухступенчатой жидкостной хроматографии для выделения и концентрирования биароматических углеводородов из сырой нефти на Al2O3 и в тонком слое на силикагеле, позволяющая получить концентрат с содержанием основных компонентов не менее 95-97 %. Показана эффективность разделения концентрата методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на обращенно-фазовом сорбенте для получения фракций алкилнафталинов, бифенилов, бифенилалканов, нафтенонафталинов. Приведен состав ВЭЖХ-фракций, определенный методом газо-жидкостной хроматографии, масс- и хромато-масс-спектрометрии.

В монографии, посвященной теоретическим и прикладным аспектам нефтегазопоисковой геохимии, рассмотрены результаты современных исследований по геохимии углеводородов нефти и рассеянного органического вещества. Особое внимание уделено закономерностям распределения легких и высокомолекулярных углеводородов-биомаркеров (стеранов, терпанов и др.), адамантанов и диамантанов в продуктах мягкого термолиза керогена, асфальтенов и смол пород и нефтей. Дана критическая оценка показателей и способов диагностики нефтематеринских толщ для различных нефтегазоносных провинций и бассейнов. Приводятся новые данные по прямым геохимическим методам поисков нефтяных месторождений. Рассмотрены некоторые вопросы генезиса углеводородов в кристаллическом фундаменте. Книга рассчитана на широкий круг специалистов, работающих в области нефтегазопоисковой геологии, геохимии, нефтехимии, а также преподавателей ВУЗов, аспирантов и студентов.

Рассмотрены закономерности пространственного распределения вязких парафинистых нефтей по нефтегазоносным бассейнам России и Казахстана, обладающим наибольшими ресурсами подобной нефти на территории Евразии. Проведен сравнительный анализ физико-химических и реологических свойств исследуемой нефти на основе информации из базы данных физико-химических свойств нефти ИХН СО РАН, необходимый для совершенствования геохимических методов поиска месторождений, определения оптимальных технологий добычи и транспортировки такого сырья.

Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии исследованы особенности экстракции сернистых и ароматических соединений из нефтяного сырья.

Приведены современные данные о составе, свойствах и методах анализа углеводородов и других компонентов нефти и газа. Рассмотрены химические основы термических и каталитических превращений углеводородов и гетероатомных соединений нефти. Излагаются основные гипотезы неорганического и органического происхождения нефти. Книга предназначена в качестве учебного пособия по курсу "Химия нефти и газа" для подготовки бакалавров, магистров и дипломированных специалистов по направлению 130500 "Нефтегазовое дело". Книга может быть использована для подготовки специалистов по другим направлениям в вузах нефтегазового профиля и может представлять интерес для специалистов, работающих в области химии и технологии переработки нефти и в других областях нефтяной и газовой промышленности.

Приведены результаты структурно-группового анализа высокомолекулярных гетероатомных соединений, присутствующих в большом числе мезозойских нефтей месторождений Восточно-Гобийской и Тамсагской нефтеносных провинций Монголии. Найдено, что вместо общий "метанизации" состава нефти, обычно наблюдающейся с увеличением возраста и глубины залегания продуктивных пород, в этих нефтях сокращаются при этом средние размеры молекул смол и среднее содержание в смолах молекул, включающих конденсированные полиареновые ядра и крупные алифатические фрагменты.

Определены важнейшие композиционные и структурно-групповые характеристики смол и асфальтенов из 13 тяжелых нефтей различных нефтеносных регионов и четырех природных битумов месторождений Казахстана. Установлено, что величины большинства найденных параметров не выходят за пределы интервалов, найденных ранее для смол и асфальтенов из обычных (легких и средних) нефтей. Сходны и общие тенденции изменения состава и структуры смол и асфальтенов в зависимости от условий залегания объекта. Интервалы колебаний всех композиционных и структурных параметров смол и асфальтенов перекрываются между собой. Известные закономерные различия между этими группами компонентов нефтей проявляются лишь при сравнении средних значений параметров. Высокая способность смол и асфальтенов к межмолекулярной диссоциации с образованием комплекса, полимолекулярных агрегатов, «пачечных» частиц и мицелл придает нефтям и битумам свойства полидисперсных динамически равновесных систем, состояние которых значительно меняется под влиянием внешних факторов.