Уделено внимание решению проблем, связанных с разработкой месторождений на поздней стадии. Представлены новые технологии Института химии нефти СО РАН, рассказывается о гелеобразующих полимерных композициях, описаны их свойства и приведены результаты применения. Описаны возможности новых комплексных технологий увеличения нефтеотдачи, сочетающих базовое воздействие на пласт закачкой воды или водяного пара с физико-химическими методами. Показаны перспективы применения физико-химических методов без паротеплового воздействия. На конкретных примерах рассматривается эффективность применения химических интеллектуальных систем.

В монографии приведены результаты комплексного обоснования Ереминско-Чонского скопления нефти в преображенском резервуаре - крупнейшего объекта по подготовке запасов и добыче углеводородного сырья в Восточной Сибири, расположенного вблизи нефтепровода ВСТО. Рассмотрены тектонические условия формирования скопления нефти; охарактеризованы состав, строение, условия формирования и постседиментационные преобразования пород преображенского и отчасти ербогаченского карбонатных горизонтов вендского возраста, являющихся вместилищем скопления нефти; приведены методика и результаты оценки качества коллекторов резервуара и вмещающих его флюидоупоров; раскрыты условия формирования и сохранения скопления нефти; освещена модель скопления нефти, а также результаты оценки его запасов и прогноза дебитов нефти. Монография продолжает серию работ по комплексному обоснованию крупнейших объектов по подготовке запасов и добыче углеводородного сырья на Востоке страны. В ней учтены интересы как молодых ученых и специалистов, так и геологов - производственников и научных сотрудников, занимающихся прогнозированием нефтегазоносности отложений и объектов поисково-оценочных работ на Сибирской платформе.

В монографии представлены результаты анализа и обобщения экспериментальных исследований особенностей физико-химических свойств и сверхвязких нефтей пермских отложений Республики Татарстан и методов извлечения их из пласта, проведенных в ТатНИПИнефть. Проведен краткий обзор работ по реологическому изучению и попыток организации добычи природных битумов в XVIII-XIX веках. Дан анализ результатов опытно-промышленных работ на Сугушлинской, Мордово-Кармальской и Ашальчинской залежах шешминского горизонта уфимских отложений. Представлена новая классификация углеводородов, более полно учитывающая рекомендации Нефтяного конгресса и показатели из проекта "Методические рекомендации по применению "Классификации запасов и прогнозных ресурсов нефти и горючих газов", а также существующие налоговые стимуляторы федерального и регионального законодательств. Рассмотрены особенности определения фильтрационно-емкостных свойств коллекторов СВВН. Сформулированы направления совершенствования скважинных методов добычи сверхвязких нефтей. Издание предназначено для широкого круга ученых и специалистов, связанных с проблемами освоения залежей сверхвязких, сверхтяжелых нефтей. Книга представляет интерес также для студентов и аспирантов нефтяных вузов.

Изложены методические вопросы и результаты анализа воздействий загрязнения атмосферы на лесоболотные комплексы таежной зоны Западной Сибири на примере выбросов экологически опасных химических веществ при сжигании попутного газа в факелах, установленных на территории нефтегазовых месторождений. Анализ проведен с использованием комплексного подхода, основанного на сочетании санитарно-гигиенического и ландшафтно-геохимического методов. Дана количественная оценка размера площади ландшафтных выделов, загрязненных выбросами в атмосферу сажи и диоксида азота, в зависимости от объема сжигаемого газа и от порогового уровня загрязнения атмосферы. Исследования проводились с использованием данных о загрязнении воздуха, полученных на основе экологических паспортов нефтяных месторождений на территории нефтедобычи.

Деструкция геоматериалов и геосред, а также деформация и разрушение как пластичных, так и хрупких материалов и сред экспериментально и теоретически изучены на основе общей методологии нелинейных динамических систем. Представление процесса деструкции (неупругая деформация, накопление повреждений, разрушение) нагружаемых твердых тел и сред как пространственно-временной эволюции нелинейной динамической системы позволяет анализировать их деформацию и разрушение в рамках единой концепции. Характерной особенностью таких пространственно-временных иерархий являются коллективные явления и процессы самоорганизации. Представлены экспериментальные и теоретические результаты по изучению особенностей эволюции нагружаемых твердых тел и сред. Показано самоподобие процесса разрушения хрупких и пластичных материалов на разных масштабах. Найдены скейлинговые показатели. Установлен универсальный критерий фрактальной делимости нагруженных материалов и сред. Представлены результаты численного м моделирования развития неупругой деформации и разрушения твердых тел и сред как иерархически организованных систем.

Показано, что для ультрадисперсной порошковой системы на основе ZrO2, подвергаемой механической обработке, существует критическое состояние, с достижением которого происходит ее разделение на две подсистемы, отличающиеся по размерам частиц на несколько порядков.

Дан краткий обзор основных идей и выводов нелинейной динамики, на основе которых анализируются возможности «иерархического моделирования». Центральные проблемы при выполнении такого моделирования видятся: 1) в нахождении путей и методов анализа общих свойств решений соответствующих нелинейных динамических уравнений механики сплошных сред в контексте основополагающих идей синергетики; 2) в установлении «генетического кода» организации пространственно-временных иерархий, рождающихся в нагружаемых материалах и средах. Утверждается, что нелинейные уравнения механики сплошных сред с релаксационными определяющими уравнениями (т.е. эволюционными уравнениями) для описания скоростей пластической деформации, накопления повреждений и разрушения, с положительными и отрицательными обратными связями между параметрами являются самодостаточными для выполнения иерархического моделирования. В общем случае это нелинейные уравнения смешанного типа, которые содержат как гиперболические, так и параболические решения. Их потенциальные возможности описывать эволюцию нагружаемых прочных сред по сценарию синергетики колоссальны и практически не изучены.

Выполнено сравнительное исследование структуры, механических и акустических свойств сплава ПТ-3В в крупнокристаллическом и ультрамелкозернистом состояниях. Установлено, что формирование ультрамелкозернистого состояния приводит к повышению механических свойств сплава при комнатной температуре и увеличению ресурса работы ультразвуковых волноводов из этого сплава при многоцикловой нагрузке в условиях повышенной плотности мощности ультразвуковой системы. При этом разрушение волноводов из ультрамелкозернистого сплава происходит при подводимой мощности ультразвука в 1.5 - 2 раза выше, чем из крупнозернистого материала.

Изложены результаты теоретического исследования условий и механизмов локализации макроскопической деформации на различных стадиях пластического течения в среде, в которой пространственное распределение элементарных носителей неупругой деформации имеет вид многоуровневой иерархической системы.??.

Исследованы структура, фазовый состав и удельная поверхность порошковых систем на основе корунда, получаемых методом термического разложения гидроокиси алюминия и методом термического разложения водного раствора азотнокислой соли алюминия в плазме высокочастотного разряда. Показано, что в плазмохимическом порошке Al2O3 происходит резкий фазовый переход в а-форму в узком интервале температур (1150-1200 С), в то время как в глиноземе этот переход происходит в широком интервале температур (600-1200 С). Таким образом, в плазмохимическом порошке он носит "взрывной" характер. Этот переход сопровождается разрушением пенообразных агломератов и увеличением удельной поверхности частиц, а в процессе спекания приводит к рекристаллизации и активации диффузионных процессов массопереноса.

Представлены метод и устройство для измерения рельефа поверхности, предназначенные для изучения процессов пластической деформации на мезо- и макромасштабных уровнях и последующего приложения результатов исследований для неразрушающего контроля материалов. Описана структурная схема автоматизированной системы для измерения рельефа поверхности нагруженных материалов, принцип действия которой основан на прямом методе измерения с помощью цехового профилометра. Даны основные технические характеристики работы автоматизированной системы; анализируются причины возникновения погрешностей измерений. Приведены типичные картины распределения рельефа поверхности образцов, полученные с помощью автоматизированной системы.

Развит подход физической мезомеханики к описанию трибоконтакта как многоуровневой иерархически организованной системы. В основе фрагментации и изнашивания поверхностных слоев материалов в парах трения лежит нескомпенсированность поворотных мод в иерархической системе "пластически деформируемый поворотный слой - аккомодационный переходный слой пластических сдвигов - поворотов - упруго нагруженная подложка". Экспериментальное структурно-трибологическое исследование эволюции трибоконтакта в аустенитной стали 20Х18Н10Т и дискретно-континуальное компьютерное моделирование показали хорошее согласие с развиваемой концепцией физической мезомеханики.

Для увеличения нефтеотдачи высоконеоднородных пластов созданы термообратимые полимерные гелеобразующие системы на основе растворов полимеров с нижней критической температурой растворения - простых эфиров целлюлозы. Обратимый фазовый переход растворов - гель происходит за счет тепловой энергии пласта или закачиваемого теплоносителя. Температуру и время гелеобразования можно регулировать добавлением электролитов и неэлектролитов. Представлены лабораторные исследования кинетики гелеобразования, реологических и фильтрационных характеристик в системе эфиры целлюлозы - водная фаза - нефть. Приведены результаты опытно-промышленных испытаний технологий увеличения нефтеотдачи с применением термообратимых полимерных гелей для ограничения водопритока, увеличения охвата пласта при заводнении и паротепловом воздействии. Технологии экономически эффективны и экологически безопасны, срок окупаемости затрат составляет 5-9 мес. В качестве реагентов используются продукты многотоннажного промышленного производства.

Описаны структурная схема и принцип работы автоматизированной системы для оценки распределения рельефа поверхности нагруженных материалов. Принцип действия основан на прямом методе измерения рельефа, которое проводится с помощью цехового профилометра. Представлены основные технические характеристики работы автоматизированной системы; анализируются основные причины возникновения погрешностей измерений. Приведены картины распределения рельефа поверхности образцов, полученные с помощью автоматизированной системы.

Большая длительность (до 7-10 лет) и высокие финансовые затраты современных экспериментальных подходов к формированию энергетических и эксплуатационных свойств материалов для изделий ракетно-космической техники стимулируют более активное использование методов физического моделирования и компьютерных технологий их реализации. В сообщении анализируются перспективы и способов применения этих методов для решения задачи формирования механических характеристик указанных высокоэнергетических материалов. В качестве теоретической базы используются принципы механики структурно-неоднородных сред. Формулируется физическая постановка и дается характеристика объекта исследований.

Сообщение является продолжением работы и посвящено проблеме совершенствования технологии формирования механических характеристик высокоэнергетических наполненных полимерных систем (ВНПС) с использованием активно развивающихся методов физического и математического моделирования, позволяющих установить взаимосвязь рецептурного состава и структурных параметров с реализованными эксплуатационными характеристиками.

Методом атомно-силовой микроскопии исследованы закономерности гофрирования тонких пленок Al на подложке Si с подслоем полистирола при термическом воздействии. Измерение амплитуды и длины волны складок позволило выявить стадийность процесса гофрирования при различных температурах. Показано, что эволюция складок гофра в процессе отжига регулируется периодическим распределением нормальных и касательных напряжений вдоль границы раздела пленка-подслой.

Способы управления деформационно-прочностными характеристиками полимерных композитных материалов на основе рецептурных методов известны давно и широко применяются. В работе обсуждается новое направление формирования таких характеристик с помощью внесения в полимерную матрицу серии микродефектов ("мезодефектов"), позволяющих заменить всплески напряжений вокруг жестких включений, являющихся концентраторами, совокупностью осциллирующих с относительно небольшой амплитудой напряжений, что в итоге значительно улучшает деформационные характеристики композиции.

Исследовано влияние низкотемпературных отжигов на структуру и свойства порошка ZrO2-Y2O3, полученного методом обратного химического осаждения. Показано, что увеличение температуры отжига приводит к уменьшению среднего размера частиц, изначально представляющих собой пористые агломераты с большой удельной поверхностью, до монолитных полидоменных частиц, размеры которых соизмеримы с размерами кристаллитов. Рост зерна в системе ZrO2-Y2O3 при отжиге определяется поверхностной диффузией.

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.

В работе предложены общая модель и единый математический формализм описания неупругой деформации и разрушения различных твердых тел, как хрупких, так и пластичных, как процесса их эволюции в полях действующих сил. Нагружаемые твердые тела и среды описываются как нелинейные динамические системы. Одна из главных задач настоящей работы состоит в том, чтобы показать, что численные решения уравнений механики деформируемого твердого тела демонстрируют фундаментальные свойства нелинейных динамических систем — самоорганизованную критичность и наличие двух стадий эволюционного процесса (сравнительно медленной квазистационарной стадии и сверхбыстрой катастрофической — режима с обострением), если задача деформирования и разрушения прочной среды сформулирована как задача ее эволюции в полях действующих сил. Модель тестируется с помощью моделирования разрушения квазихрупких композитов при их осевом сжатии. Приведены также расчеты современных тектонических течений и сейсмического процесса в Центральной Азии, включая Байкальскую рифтовую зону и Алтае-Саянскую складчатую область. Показано, что численные решения всех рассматриваемых задач неупругого деформирования и разрушения нагружаемых сред демонстрируют свойство самоорганизованной критичности, включая особенности медленной динамики и пространственно-временную миграцию деформационной активности, а также развитие разрушения в две стадии — квазиравновесной стадии сравнительно медленного накопления средой повреждений и сверхбыстрого катастрофического режима. Расчетные сейсмические события выражают закон Гутенберга–Рихтера (закон повторяемости сейсмических событий).

Рассмотрены экспериментальные и теоретические основы учета кривизны в многоуровневом подходе к компьютерному моделированию поведения границ раздела как самостоятельных планарных подсистем в нагруженном поликристалле. На базе гибридного дискретно-континуального метода возбудимых клеточных автоматов, использующего синергетические принципы дискретных переключений и законы механики сплошных сред, проведены комплексные исследования динамики потоков вещества и энергии вдоль межзеренных границ. Показано, что эти потоки имеют ротационно-волновую природу и зависят от условия нагружения межзеренной границы.

С использованием различных структурообразующих добавок и без них синтезированы высококремнеземные цеолиты структурного типа ZSM-5, на основе которых приготовлены Мо-содержащие каталитические системы. Исследованы их физико-химические свойства и активность в процессе неокислительной конверсии метана. Установлена высокая ароматизирующая активность и стабильность катализатора Мо/ZSM-5, полученного на основе цеолита, синтезированного с гексаметилендиамином.

Представлены результаты структурно-группового анализа асфальтенов, смол и углеводородов жидких продуктов, полученных при термолизе витринитов разной степени метаморфизма. С увеличением степени преобразования витринитов молекулярная масса компонентов уменьшается: среди кольчатых соединений преобладают ароматические структуры, длина алкильных заместителей уменьшается. Молекулы асфальтенов состоят преимущественно из двублочных структур, смолы и масла же имеют в основном одноблочную организацию, во всех случаях алкильные заместители ароматических колец имеют длину С1-С4.

В настоящее время применение аэрокосмических методов и технологий является перспективным направлением в решении множества задач нефтегазовой отрасли, в том числе может быть использовано для экологического мониторинга мест добычи, транспортировки и переработки углеводородов, оценки последствий и снижения риска воздействия на компоненты окружающей природной среды. Аэрокосмические методы позволяют выявлять и катографировать неблагоприятные воздействия, оценивать восстановительную динамику нарушенных территорий. Целью данной работы является расчет количественной характеристики состояния и динамики восстановления растительного покрова на нефтедобывающих территориях Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО), выполненный на основе определения коэффициентов энтропии и нормализованного вегетационного индекса с использованием космических снимков (КС) Landsat в геоинформационных пакетах ERDAS Imagine, ArcGIS и ArcView.

Различными физико-химическими методами, включая дифференциальный термический анализ, термогравиметрию, газовую хромотографию, оптическую и электронную микроскопию, изучено поведение наноразмерного порошка алюминия при смешении с пластифицированным нитроэфирами полимером. Определены перспективные способы предварительной химической обработки, обеспечивающие сохранность свойств порошка при длительном хранении и неизменность его свойств в составах энергетических материалов.

Созданы каталитические системы для процесса окисления кумола на основе активированных серебром углеродных нанотрубок. Показано, что серебро находится на поверхности углеродных нанотрубок в нанокристаллическом состоянии и имеет размеры 15-20 нм. Сделан вывод, что использование полученных каталитических систем в процессе окисления кумола молекулярным кислородом позволило существенно снизить температуру процесса и повысить селективность.

В работе представлено обобщение метода построения регулярных сеток на трехмерную область на основе уравнений механики деформируемого твердого тела, описывающих деформацию конечного объема. Представлены расчеты разрушения керамических композитов с включениями на основе разработанной модели квазихрупкой среды с учетом накопления повреждений.

Показано, что одноуровневые критерии распространения трещины в механике разрушения должны быть дополнены учетом структурных трансформаций в зонах локальной кривизны кристаллической решетки перед вершиной трещины. Развит модифицированный метод возбудимых клеточных автоматов, учитывающий моменты локальных сил в кристаллической решетке с нарушенной трансляционной инвариантностью и позволяющий рассчитывать работу поворотных мод деформации при распространении трещины. Приведены экспериментальные данные, подтверждающие многоуровневые критерии мезомеханики разрушения.

Анализируются эмпирические данные, касающиеся роли таких региональных климаторегулирующих факторов в Западной Сибири, как орографический и арктический, факторы Сибирского максимума (антициклона) и болотных систем. Влияние орографического фактора, обусловленного наличием Уральских гор с запада и Среднесибирского плоскогорья с востока. а также прилегающими реками Обь и Енисей с их поймами, приводит к воздействию на воздушные потоки в нижней тропосфере, вследствие чего в зимние месяцы широтная зональность изотерм приближается к меридиональной. Влияние арктического фактора в Западной Сибири связано преимущественно с Карским морем, ледовое покрытие которого обусловлено режимом атмосферной циркуляции и океанических течений в Северном ледовитом океане. Влияние Сибирского максимума с центром в Горном Алтае, включая Монгольский Алтай, вызвано блокированием зонального переноса в Западной Сибири и даже за ее пределами. В частности, не исключается, что наблюдаемые в последние годы в Карском море тренды к потеплению связаны не только с изменениями океанической циркуляции, но и с влиянием Сибирского максимума, изменяющего меридиональный температурный градиент и режим атмосферной циркуляции в нижней тропосфере. Роль болотных систем зависит от особенностей изменения температурного режима на их территории за счет теплофизических свойств торфяных залежей и гидрологического режима, что определяет уменьшение амплитуды колебаний среднемесячных температур на 7% по сравнению с таковой для прилегающих территорий. Особая роль фактора болотных систем состоит также в регулировании углеродного баланса вследствие стока и эмиссии таких парниковых газов, как углекислый газ и метан. Результаты анализа позволяют обосновать необходимость учета этих факторов при мониторинге и моделировании глобальных и региональных климатических или экосистемных изменений.

Приведено описание лазерной системы дальномерного мониторинга отклонений стенок Усть-Каменогорского шлюза шахтного типа с глубиной камеры более 47 м и результаты восьмилетних наблюдений за отклонениями, которые обусловлены сезонными температурными деформациями и сменными динамическими нагрузками в процессе наполнения - опорожнения камеры. Определена наметившаяся тенденция уменьшения ширины камеры шлюза в одном из верхних поперечных сечений.

Предложена методология мониторинга и оценки состояния природной среды, основанная на функциональной иерархичности биологических систем, разграничены подходы к ресурсной и экологической оценке, определен объект исследования. Показана необходимость функционального зонирования и эколого-хозяйственной типологии как основы регионального мониторинга и нормирования допустимых антропогенных трансформаций. Отмечена важная роль в мониторинге природной среды биоиндикационных методов.

В работе выполнен обзор современного состояния работ по изучению так называемых «медленных движений» — деформационных волн Земли. Высказана и обоснована гипотеза, что все наблюдаемые в твердых телах и геосредах возмущения напряженно-деформированного состояния, распространяющиеся в форме медленных деформационных фронтов, включая фронты пластической деформации в металлах, фронты в геосредах и разломах разных масштабов, имеют общую физическую природу. Нагружаемые твердые тела и геосреды являются активными иерархически организованными многомасштабными средами. Различные динамические процессы на границах блоков, подвижки на разломах разных масштабов приводят к потере устойчивости в среде как нелинейной динамической системе. Кооперативный отклик и параметрическое возбуждение подобной активной среды приводят к формированию в них медленных деформационных фронтов. Таким образом, формирование деформационных автоволн в твердых телах и геосредах есть процесс самоорганизации. В работе предложена математическая модель, которая описывает связанные процессы эволюции напряженно-деформированного состояния и формирования в нагруженной неустойчивой упругопластической среде медленных деформационных автоволн. В качестве примеров приведены расчеты автоволн деформации, возникающих в малых образцах пластичных материалов при их растяжении, смоделированы медленные деформационные фронты в квазихрупкой геосреде при ее нагружении сжатием, а также автоволновые возмущения, движущиеся по разлому.