На примере тяжелых, высоковязких нефтей месторождений Усинское и Ляохэ изучены основные тенденции изменения их состава и свойств при термолизе в лабораторных условиях. Эксперименты проводились в автоклаве периодического действия в интервале температур 200-350 °С с добавлением воды и внесением минеральной добавки для изучения характера влияния нефтеносной породы. Продукты термолиза представлены газами, нерастворимыми продуктами карбонизации, преобразованной нефтью. Обнаружено, что в жидких продуктах термолиза содержание азота, серы отличается от такового для исходных нефтей, повышается содержание асфальтенов, уменьшается доля смол и масел. В составе продуктов акватермолиза возрастает доля азотистых оснований, ароматических и кислородсодержащих структурных фрагментов, появляются амиды. Существенно изменяются удельный показатель поглощения нефтей и их фракций при длине волны 500 нм, а также индивидуальный состав алканов и нафталинов. Тенденции изменения основных параметров состава при акватермолизе усинской нефти и нефти месторождения Ляохэ прямо противоположны. Влияние минеральной добавки на результаты термолиза проявляется только на уровне выхода жидких продуктов, их элементного, группового и функционального (по данным ИК-спектров) составов и незаметно на уровне структурно-группового и индивидуального составов идентифицированных в маслах соединений.

На примере нефтей Усинского месторождения и месторождения Ляохе изучены основные тенденции изменения состава тяжелых, высоковязких нефтей при тепловом воздействии в присутствии воды. Эксперименты по лабораторному моделированию проводили в интервале температур 200-350 °С с добавлением минеральной добавки для изучения характера влияния нефтеносной породы. Изменение группового состава по сравнению с исходными нефтями характеризуется увеличением содержания асфальтенов и уменьшением содержания спирто-бензольных смол. По данным ПК-спектроскопии в составе продуктов термолиза возрастает доля пиридиновых оснований, сульфоксидов, амидов, карбонилсодержащих соединений ароматических структур. Лабораторный термолиз в среде водяного пара приводит также к заметному изменению состава н-алканов в масляной фракции нефти.

Проведен обзор закономерностей изменений физико-химических свойств тяжелых высоковязких нефтей Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Приведены данные статистического анализа свойств тяжелых высоковязких нефтей (ТВВН) в зависимости от литологической характеристики нефтевмещающих пород. Установлено уменьшение плотности (р) и вязкости (м) нефтей с увеличением глубины залегания. Показано, что максимальное значение ρ и м ТВВН наблюдается в нефтевмещающих породах нижней перми, а минимальное - в отложениях девона. По физико-химическим свойствам тяжелые высоковязкие нефти в среднем являются сернистыми, высокосмолистыми, среднеасфальтенистыми, со средним содержанием фракции н.к. 300 °С и малопарафинистыми.

Изучен углеводородный состав тяжелой, высокосмолистой, высокопарафинистой, малосернистой нефти месторождения Камышлджа (Западный Туркменистан). Показано, что около трети масляных компонентов нефти составляют н-алканы и другие соединения, содержащие в молекулах длинные неразветвленные алифатические фрагменты (моно-метилалканы, алкилмоно- и алкилбицикланы, алкилбензолы). Суммарные групповые концентрации нафтенов в нефти снижаются более чем в 15 раз, а концентрации моноаренов - на два порядка с увеличением числа колец в их молекулах от 0 до 5. Среди углеводородов, не образующих клатратов с карбамидом, идентифицированы соединения, содержащие до пяти циклов в молекулах. Из нафтеноароматических углеводородов, как правило, преобладают соединения с четырьмя-пятью циклами в молекулах. Ряды алканов, моно-, би- и трицикланов, а также алкилбензолов в нефти простираются в широких интервалах от С11 - С14 до С47 - C48. Ряды остальных идентифицированных в нефти углеводородов ограничены не более, чем 13 низкомолекулярными членами.

Сборник включает в себя доклады, которые были обсуждены на IX Международной конференции «Химия нефти и газа» (Томск, Россия, 22–25 сентября 2015 г.). В представленных материалах изложены различные аспекты теории образования нефти. Затрагиваются методические вопросы исследования нефтей и родственных природных объектов. Приводятся данные о надмолекулярной структуре нефтяных систем, о составе и свойствах углеводородных и гетероорганических компонентов нефтей и рассеянного органического вещества пород различных нефтегазоносных провинций. Большое внимание уделено изучению углеводородных флюидов с точки зрения геохимии. Значительная часть работ посвящена созданию физико-химических, микробиологических и комплексных методов увеличения нефтеотдачи, газо- и конденсатоотдачи для месторождений с трудно извлекаемыми запасами, современных технологий подготовки и транспорта нефти, водонефтяных эмульсий и газа, перспективных для освоения нефтегазовых месторождений Арктического региона. Приводятся результаты лабораторных исследований, промысловых испытаний и промышленного использования новых физико- химических технологий увеличения нефтеотдачи месторождений с трудно извлекаемыми запасами, в том числе залежей высоковязких нефтей, влияние методов увеличения нефтеотдачи на состав извлекаемой нефти. В докладах отражено современное состояние научно-исследовательских и опытно-промышленных работ в области рационального использования углеводородного сырья. Большое внимание уделено нетрадиционным подходам, обеспечивающим повышение глубины переработки нефти и природных углеводородных газов, а также рассматриваются вопросы получения ценных продуктов и материалов из альтернативных источников – природных битумов, горючих сланцев, битуминозных песков, бурых углей. Затронут широкий круг актуальных задач в области обеспечения экологической безопасности функционирования нефтегазового комплекса. Опубликованные материалы представляют несомненный интерес для научных сотрудников и специалистов инженерно-технического профиля, работающих в области химии, геохимии, добычи, транспорта и переработки нефти и газа, а также для преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений соответствующего профиля.

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.

Эксперты считают, что в среднесрочной перспективе Западно-Сибирский нефтегазоносный бассейн будет главным резервом нефтедобычи. В силу этого исследование основных свойств высоковязких нефтей бассейна не только актуально, но и имеет высокое практическое значение. В частности, анализ закономерностей изменения вязкости нефтей в зависимости от глубины залегания, проведенный авторами при поддержке гранта РФФИ "Обь" (проект № 05-05-98009), показал уменьшение вязкости с увеличением глубины залегания. По физико-химическим свойствам высоковязкие нефти в среднем являются тяжелыми, сернистыми, высокосмолистыми, высокоасфальтенистыми с низким содержанием парафинов и фракции н.к. 200 оС. По возрасту пород высоковязкие нефти в основном являются мезозойскими.

Книга включает в себя доклады, которые были представлены на VIII Международной конференции «Химия нефти и газа» (Томск, Россия, 24–28 сентября 2012 г.). В представленных докладах затрагиваются методические вопросы исследования нефтей и родственных природных объектов. Изложена информация о структуре и свойствах смолисто-асфальтеновых компонентов нефтей, о механизмах фазообразования в нефтяных дисперсных системах. Приводятся данные о молекулярном и изотопном составе углеводородных и гетероорганических соединений нефтей и рассеянного органического вещества пород различных нефтегазоносных провинций. Большое внимание уделено процессам катагенетического преобразования и биотрансформации нефтей и органического вещества осадочных пород. Рассмотрены различные аспекты решения проблемы повышения нефтеотдачи пластов, вопросы регулирования коллоидно-химических и реологических свойств вязких парафинистых нефтей Монголии и России и роль асфальтенов в этих процессах. Приводятся данные о формировании водо-нефтяных эмульсий и системе сбора обводненной продукции.Значительная часть работ посвящена перспективным физико-химическим технологиям подготовки и транспорта нефти, водонефтяных эмульсий и газа, моделированию дисперсии жидкости в пористой среде при покомпонентной закачке композиций для повышения нефтеотдачи. В докладах отражено современное состояние научно-исследовательских и опытно-промышленных работ в области каталитических методов переработки углеводородного сырья. Большое внимание уделено применению новых нетермических методов активации превращенийуглеводородов (плазмохимия, механохимия), обеспечивающих повышение глубины переработки нефти и природных углеводородных газов. Также рассматриваются вопросы получения ценных продуктов и материалов из природных битумов и битуминозных песков. Затронут широкий круг актуальных задач в области обеспечения экологической безопасности функционирования нефтегазового комплекса. Опубликованные материалы представляют несомненный интерес для научных сотрудников и специалистов инженерно-технического профиля, работающих в области геохимии, добычи, транспорта и переработки нефти и газа, а также для преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений соответствующих профилей.

Проведен анализ изменений основных свойств тяжелых нефтей Волго-Уральского, Западно-Сибирского и Тимано-Печорского нефтегазоносных бассейнов в зависимости от уровня теплового потока. Исследована зависимость между уровнем теплового потока и вязкостью нефтей. Показано, что с увеличением уровня теплового потока вязкость тяжелых нефтей уменьшаются. Изучены взаимосвязи химического состава нефтей с изменением уровня теплового потока. Установлено, что на исследуемых территориях с увеличением уровня теплового потока содержание серы, смол и асфальтенов в тяжелых нефтях уменьшается, а содержание парафинов остается практически неизменным. Установлено, что с увеличением уровня теплового потока в среднем возрастает глубина залегания тяжелых нефтей, относительное число их залежей в палеозойских отложениях сокращается, а в мезозойских - возрастает. Показано, что в зонах с высоким уровнем теплового потока тяжелые нефти находятся в пластах с повышенными пластовыми температурой и давлением.

The distribution and composition of nitrogen-organic compounds in heavy pils of Usinsk field produced without applying oil recovery enhancement methods and using steam thermal treatment are studied. The specific feature of crude oil nitrogen compounds undergone the impact of steam is an increase in the content of weak-base components, in a quantity of low-molecular bases including nitrogen compounds. The composition of weak and strong bases of such oil is characterized by an increased fraction of polycyclic naphteno-aromatic structures. Fig. 1, table 4, ref. 8.

Рассмотрены вопросы применения метода геостатистического анализа, основанного на новых информационных технологиях, для исследования распределения высоковязких нефтей в зависимости от изменения физико-химических свойств. Показано, что высоковязкие нефти в среднем являются тяжелыми, сернистыми, высокосмолистыми, высокоасфальтеновыми, с низким содержанием парафинов и легкой фракции.

The analysis of oil reserves distribution in the territory of permafrost of different types showed that the zone of discontinuous spread of permafrost is much richer than the oil-and-gas bearing territories of insular and continuous permafrost propagation. A comparison analysis of the Russia crude oil chemical composition in the zones of continuous, discontinuous fnd insularpermafrost propagation is made. It is shown that in the territory of discontinuous spread of permafrost the content of sulfur, paraffins, resins and asphaltens in average is less, and the content of fractions with boiling temperature 350 oC is higher in comparison with their content in the pеrmafrost territory of insular and continuous types. Fig. 6, table 3, ref. 7.

Показана возможность получения более глубокой информации о составе и структуре компонентов масел тяжелых высоковязких нефтей путем их предварительного разделения на узкие фракции по молекулярной массе с использованием гель-хроматографии. По результатам анализа полученных фракций комплексом методов исследования, включающих определение содержания химических элементов, ИК-, ЯМР 1Н- и ГХ/МС-спектрометрию, они существенно отличаются элементным составом, содержанием функциональных групп, соотношением ароматических и алифатических структурных фрагментов в их молекулах. А также групповым и молекулярным составом идентифицированных типов соединений.

Впервые изучены восемь образцов нефтей, полученных из эксплуатационных скважин четырех месторождений северной части Ульяновской области. Показано высокое содержание сернистых соединений, смолисто-асфальтеновых веществ, твердых углеводородов в изученных нефтях, оценены вклады сернистых соединений в состав отдельных групп нефтяных компонентов. Установлены физико-химические характеристики и средние структурные параметры молекул, содержащихся в масляных, смолистых и асфальтеновых компонентах этих нефтей. Вскрыты существенные структурные различия между этими нефтяными фракциями и характера их изменений под воздействием природных факторов. Отмечены трудности химической типизации изученных нефтей и ряд аномалий в их составе.

Изучен структурно-групповой состав кетонов нефтей Западной Сибири. Установлена взаимосвязь состава и структуры кетонов и типа углеводородов в нефтях. Показано, что в нефтях метанонафтенового типа преобладают кетоны алифатического строения, в то время, как в нефтях нафтенового типа - кетоны с циклановыми и ароматическими заместителями.

Исследованы качественные и количественные изменения массы и углеводородного состава нефтяных систем при биодеградации в условиях модельных лабораторных экспериментов. Биодеградация образцов нефтей Советского и Стрежевского месторождений (Западная Сибирь) и месторождения Белый Тигр (Вьетнам) осуществлялась природными ассоциациями микроорганизмов, выделенными из пластовых вод и образцов почв, загрязненных нефтью. Анализ изменений углеводородного состава проведен методом хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС). Установлено, что в процессах биодеградации нефти происходит одновременное разрушение всех частей нефтяной системы - как насыщенных углеводородов, так и высокомолекулярных ее фрагментов - смол и асфальтенов.

Выделены широкие фракции карбонилсодержащих соединений из 6 нефтей различных стратиграфических комплексов Западной Сибири. Методом масс-спектрометрии структурно-группового состава и распределения по числу углеродных атомов кетонов в выделенных концентратах показано наличие гомологических рядов кетонов, включающих соединения от 10 до 32 атомов углерода в молекуле. Методом ГЖХ определено, что в нефтях различного типа присутствует ряд алканонов-2 с распределением по молекулярной массе, характерной для каждой нефти. Наблюдается тенденция уменьшения молекулярных масс алканонов-2 при погружении залежи нефти.

Проведен анализ взаимосвязи химического состава и плотности нефтей с уровнем теплового потока Земли на нефтеносных территориях с использованием карты геотермического и нефтегазоносного районирования территории и глобальной базы данных о физико-химических характеристиках нефтей. Показано, что как в глобальном масштабе, так и на территории России плотность и содержание серы, смол и асфальтенов в нефтях уменьшается с увеличением уровня теплового потока, а содержание парафинов увеличивается. Установлено, что на нефтеносных территориях России с высоким уровнем теплового потока располагаются в основном кайнозойские и мезозойские нефти, а в областях с низким уровнем – палеозойские и протерозойские, что, вероятно, обусловлено тектоническими процессами. Наибольшее число уникальных и крупных месторождений нефти и газа располагаются на территориях с высоким уровнем теплового потока.

Исследование нефтей Колтогорского прогиба и прилегающих к нему районов показало, что состав ароматических соединений не зависит от глубины залегания нефти, а определяется условиями накопления исходного нефтематеринского вещества и тектоническим строением территории.

Для увеличения нефтеотдачи и интенсификации разработки залежей тяжелых, высоковязких нефтей с низкой пластовой температурой без паротеплового воздействия предложены "холодные" физико-химические технологии с применением гелей, золей и нефтевытесняющих композиций с регулируемой вязкость. и щелочностью, имеющих низкую температуру замерзания (минус 20 + минус 60 о С). Представлены результаты опытно-промышленных испытаний технологий в 2014-2015 гг. на опытных участках пермокарбоновой залежи Усинского месторождения, разрабатываемых на естественном режиме. Установлены увеличение дебитов по нефти и интенсификация разработки. Технологии показали высокую эффективность и были рекомендованы к промышленному применению. Промышленное испытание новых технологий позволит продлить рентабельную эксплуатацию месторождений, находящихся на поздней стадии разработки, и вовлечь в разработку месторождения с трудно извлекаемыми запасами, в том числе залежи тяжелых, высоковязких нефтей.

В монографии рассмотрены особенности физико-химических свойств и пространственного размещения трудноизвлекаемых нефтей, рассматривыемых как прирост добычи нефти в будущем в связи с исчерпанием легкодоступных запасов. К трудноизвлекаемым относятся нефти с аномальными физико-химическими свойствами (тяжелые, вязкие, смолистые, парафинистые) и нефти с осложненными условиями залегания, с аномальным газосодержанием и высоким содержанием сернистого газа. Полученные данные могут быть использованы для разработки новых эффективных технологий добычи, транспорта и переработки нефтей. Монография будет полезна для специалистов, занятых в области разведки, добычи, транспортировки и переработки нефтяного сырья, а также для аспирантов и студентов, обучающихся по соответствующим специальностям.

Методами хроматомасс-спектрометрии, ИК- и ПМР-спектроскопии, ротационной вискозиметрии исследован состав и вязкостно-температурные свойства парафинистой высокосмолистой нефти, обработанной в ультразвуковом поле. Показано, что ультразвуковая обработка приводит к увеличению в масляной фракции обработанной нефти доли низкомолекулярных н-алканов, снижению вязкости и температуры застывания нефти.

В книге помещены СБОРНИКИ Всесоюзной конференции по проблемам комплексного освоения природных битумов и высоковязких нефтей (Казань, 3-7 июня 1991 г.). Освещены современные достижения в создании научных основ технологии и средств разработки месторождении природных ьитумов (ПБ) и высоковязких нефтей (ВВН). Значительное внимание уделено особенностям химического состава ПБ и ВВН, вопросам комплексной переработки этих природных образований с целью получения различных нефтепродуктов, включая широкий ассортимент ценных малотоннажных химических продуктов. Представлены данные по изменению состава и свойств битумоидов, а также получаемых из них продуктов в зависимости от применяемых методов воздействия на пласт. Отражены вопросы геологии, геохимии, экономики и экологии. Книга представляет интерес для широкого круга исследователей в области нефтехимии, энергетики, геологии, геохимии, металлургии, экологии, инженерно-технических работников нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и других специалистов. Подготовлено к печати в соответствии с решением конференции. В сборник включены материалы докладов пленарных и секционных заседаний. Ряд авторов по различным причинам не представили тексты докладов, поэтому в данный сборник включены лишь тезисы их докладов. В основном тексты статей даны в авторской редакции.

В краткой доступной форме изложены основные сведения по нефтепереработке. Представлена историческая справка, рассмотрены состав нефти и ее подготовка к переработке. Дано описание основных процессов, охарактеризованы получаемые при этом продукты и их использование при выработке товарного ассортимента. Большое внимание уделено современным требованиям к качеству горючесмазочных материалов, методам их анализа, а также экологическим проблемам. Для специалистов, занимающихся переработкой нефти и впервые знакомящихся с этой отраслью промышленности. Будет также полезна студентам, аспирантам, инженерно-техническим работникам и преподавателям технических вузов.

Исследовано влияние магнитного поля на структурно-реологические свойства нефтей с различным содержанием смол, асфальтенов и парафиновых углеводородов. Показано, что после магнитной обработки происходит существенное изменение парамагнитных, антиоксидантных и вязкостных характеристик парафинистых и высоковязких нефтей. Количественный показатель центров ингибирования возрастает с увеличением содержания в нефтях спиртобензольных смол. Период полного восстановления парамагнитных и антиоксидантных свойств совпадает со временем восстановления реологических характеристик нефти.

Изучены химический состав высоковязкой нефти Монголии и влияние нефтевытесняющих композиций на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) на распределение углеводородов (УВ) в процессе термостатирования системы нефть-композиция (нефть-вода) в лабораторных условиях. Показано, что присутствие композиции в системе приводит к перераспределению и изменению состава УВ нефтяной фазы и увеличению содержания нефтяных компонентов в водной фазе, особенно заметному при использовании ПАВ; в нефти увеличивается доля легких алканов С10-С15, в водной фазе преобладают алканы и циклогексаны С16-С25.