Приведены и описаны основные показатели эффективности вытеснения нефти из пористой среды водой и растворами композиций химических реагентов, изложены основные факторы, влияющие на нефтеотдачу. Рассмотрены методы интенсификации притока жидкости, применяемые для коллекторов Западной Сибири. Все методы извлечения остаточных запасов нефти могут пприменяться в виде различных модификаций. Они сопровождаются сложнейшими физико-химическими, газодинамическими, гравитационно-сейсмическими процессами, что требуют широких всесторонних исследований этих методов и их промысловых испытаний перед их промышленным применением. Учебное пособие предназначено для студентов направления 130500, 130300 "Нефтегазовое дело", "Прикладная геология", специальности 130503, 130304 "Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений", "Геология нефти и газа".

Описана история развития нефтяной и газовой промышленности в России и СССР, а также роль "Товарищества братьев Нобель", В. Г. Шухова и др. в становлении и развитии нефтяной отрасли. Освещены вопросы поиска и разведки нефтяных и газовых месторождений, способы бурения скважин, в том числе горизонтальных и боковых горизонтальных стволов. Излагаются основные вопросы, связанные с добычей, сбором и транспортом нефти и газа. Рассмотрены тепловые методы, в том числе новые, для разработки месторождений с вязкими и высоковязкими нефтями. Уделено внимание вопросам ухудшения проницаемости призабойных зон пласта и новым методам их увеличения. Для научных и инженерно-технических работников нефтяной и газовой промышленности, аспирантов и студентов. Курс лекций читается на нефтяном факультете УдГУ, г. Ижевск.

Приведены классификация процессов и сопоставление различных технологий переработки тяжелой нефти: от термических до термокаталитических и гидрогенизационных процессов. Рассмотрены важные вопросы совместимости и стабильности тяжелых видов нефтяного сырья, особое внимание уделено асфальтенам и их роли в образовании кокса. Выполнен анализ основных факторов, влияющих на сложную цепь реакций, равновесие фаз, массоперенос, диффузию в частицы катализатора. Отдельные главы посвящены моделированию процесса газификации и термических процессов висбрекинга и коксования. Для каждого процесса приведены экспериментальные данные, даны практические рекомендации по реализации моделей, определению ключевых параметров и их влиянию на выбор технологии и типа реактора. Результаты моделирования процессов и реакторов подтверждены сравнительными экспериментальными и фактическими данными.

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.

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.

Рассмотрены методические вопросы комплексного анализа пространственных и количественных изменений физико-химических свойств трудноизвлекаемых нефтей. Целью комплексного анализа свойств тяжелой, вязкой, высокосмолистой, малопарафинистой и высокопарафинистой нефтей является установление географических закономерностей их распределения, зависимости изменения их физико-химических свойств от глубины залегания, возраста нефтевмещающих пород, литологических характеристик коллекторов и термобарических условий их залегания. Пространственный анализ осуществлен на основе использования средств геоинформационных систем (ГИС) и ГИС-технологий. Приведены результаты сравнительного анализа пространственных изменений физико-химических свойств вязких нефтей континентов, стран и нефтегазоносных бассейнов.

Проведен анализ распределения трудноизвлекаемых нефтей (тяжелых, вязких, парафинистых и высокосмолистых) по объему запасов. Изучены особенности физико-химических свойств этих видов нефтей. Показано, что тяжелые, вязкие и высокосмолистые нефти по физико-химическим свойствам являются в среднем тяжелыми и сверхтяжелыми, сверхвязкими, отличаются от перечисленных тем, что они относятся к нефтям средней плотности и повышенной вязкости и являются высокопарафинистыми, с самым низким содержанием серы, смол и асфальтенов. Выявленные закономерности могут быть использованы при решении практических задач нефтяной отрасли.

Асфальтены, выделенные из Усинской нефти, методом дробного осаждения разделены на отдельные фракции. Проведен термолиз исходных асфальтенов и их фракций. По данным исследования элементного и группового состава продуктов термолиза и определения молекулярных масс рассчитано сдержание сульфидной, тиациклановой и ароматической типов серы в молекулах исходных асфальтенов и их фракций. Показано, что количество алкилсульфидного функционального типа серы зависит от ММ асфальтенов и влияет на выход продуктов термолиза.

В работе исследован процесс биодеструкция разных концентраций высоковязкой нефти месторождения Тамсагбулаг с применением композиции на основе поверхностно-актвных веществ (ПАВ). Показано, что после периода адаптации, микроорганизмы приспосабливаются к углеводородам высоковязкой нефти и их численность возрастает на 3-4 порядка, ферментативная активность увеличивается в 4-6 раз. За 60 суток эксперимента утилизация нефти составила от 50 до 85 % в зависимости от первоначальной концентрации. Биодеструкция насыщенных углеводородов прошла на 80-95 %. Деструкции подверглись не только н - алканы, но и ароматические соединения.

Для условий нефтегазовых месторождений Западной Сибири научно обоснованы и разработаны методика, новые водогазоизолирующие композиции и физико-химические методы воздействия на прискважинную зону пласта, а также комплекс высокоэффективных технологий ограничения водогазопритоков в нефтяные скважины и интенсификации притоков и добычи нефти в условиях двухфазной фильтрации. Для инженерно-технических работников, занятых разведкой месторождений и эксплуатацией нефтегазовых скважин.

Для рекультивации нефтешламов разработан состав моющей композиции на основе биоразлагаемых поверхностно-активных веществ и щелочной буферной системы. Специально подобранное соотношение компонентов является оптимальным в результате синергического эффекта их взаимодействия. Отмытые нефтешламы и грунты не требуют дополнительной очистки и могут быть переработаны в строительные материалы или использованы для подсыпки кустовых площадок и дорог. Заграязненный водный раствор после отмыва нефтешлама подвергается микробиологической очистке коммерческим биопрепаратом. Биодеструкции насыщенных углеводородов в отработанном растворе составляет более 90 %. После биодеструкции, вода применяется в рецикле для отмыва новой порции нефтешлама и других хозяйственных нужд.

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.

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.

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.

Рассмотрен ресурсный потенциал тяжелых ванадиевоносных нефтей Российской Федерации. На территории России основная часть ресурсов тяжелых и ванадиевонсных нефтей приурочена к месторождениям Волго-Уральского, Западно-Сибирского и Тимано-Печерского нефтегазоносных бассейнов. Значительный потенциал тяжелых нефтей осваивается в нашей стране недостаточно, а возможность извлечения ценных попутных компонентов из них, ванадия в частности, практически пренебрегается, что является крайне актуальной задачей в настоящее время при вынужденном переходе к широкомасштабному освоению ресурсов тяжелых нефтей. Известно, что добыча и извлечение ванадия из тяжелых нефтей и применение его в различных производствах является перспективным направлением добычи и переработки нефти и могло бы дать существенную прибыль нефтедобытчикам.

В лабораторных условиях на модельных почвенных системах исследована микробиологическая деструкция сол и асфальтенов аборигенной почвенной микрофлорой. Показано, что высокомолекулярные гетероатомные компоненты нефти доступны для окисления почвенными микроорганизмами, за 180 сут эксперимента утилизация смол составила 41.5 мас. %, асфальтенов - 35.0 мас. %. Анализ остаточных продуктов биодеструкции показал заметное изменение состава высокомолекулряных гетероатомных компонентов. Биодеструкция смол и асфальтенов протекает преимущественно с "отщеплением" периферийных парафиновых структур, ароматическое ядро преобразуется менее существенно.