Проведены исследования пластовых флюидов месторождения Тамсагбулаг (Монголия) для разработки комплексного физико-химического метода интенсификации добычи нефти и увеличения нефтеотдачи с применением микроорганизмов. Пластовые условия месторождения способствуют формированию разнообразного биоценоза, представленного микроорганизмами родов Arthrobacter, Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium. Микрофлора положительно реагирует на внесение нефтевытесняющей композиции в концентрации 5 % в качестве источника азотного питания. Пластовая микрофлора обладает углеводородокисляющей активностью со степенью биодеструкции вязкой нефти 8.15 с накоплением продуктов метаболизма, снижающих поверхностное натяжение от 70 до 42 мН/м. Хроматографический и ИК-спектрометрический анализы подтвердили глубокие деструктивные изменения углеводородов вязких нефтей. При этом коэффициент окисленности (С=О) увеличился в 16 раз. При моделировании вытеснения вязкой нефти с применением комплексного метода получен относительный прирост коэффициента нефтевытеснения 14,4 %.

Исследована зависимость численности и активности пластовой микрофлоры от химического состава и вязкости нефтей, позволяющая решать задачи повышения эффективности технологий и увеличения нефтеодачи в условиях добычи трудноизвлекаемых видов нефтей с аномальными свойствами (вязкие, тяжелые, парафинистые, смолистые). Для изучения особенностей влияния химического состава нефти на численность, распространение и активность пластовой микрофлоры использованы данные о микробиологических свойствах пластовых вод 16 нефтяных месторождений различных нефтегазносных бассейнов России, Монголии, Китая и Вьетнама. Данные о физико-химических свойствах нефтей этих месторождений получены из базы данных, созданной в Институте химии нефти СО РАН по физико-химическим свойствам нефтей мира. Установлено, что пластовые воды месторождений вязких нефтей харктеризуются значительной чиленность гетеротрофных и сульфатвосстанавливающих бактерий, а пластовые воды месторождений нефти с высоким содержанием парафинов - численностью денитрифицирующих бактерий.

Исследованы микробиологические и физико-химические характеристики нефтяных месторождений Монголии - Зуунбаян, Цаган-Элс с пластовой температурой 27-30С и Тамсагбулаг - 55-75С. Определена численность углеводородокисляющей, сульфатредуцирующей и денитрифицирующей физиологических групп пластового биоценоза. В процессе окисления вязких нефтей Монголии изолированной углеводородокисляющей микрофлорой степень биодеструкции увеличивается от 1,6 до 8,15, накапливаются продукты метаболизма, снижающие поверхностное натяжение от 70 до 42 мN/м. Хроматографический и ИК-спектрометрический анализы показали глубокие деструктивные изменения углеводородов нефтей Монголии в процесссе биодеструкции.

Исследовано влияние высоковязкой нефти месторождения Цагаан Элс (Монголия) на оксигеназную активность аборигенной почвенной микрофлоры. Показано, что после адаптации микроорганизмов к углеводородам их численность возрастает на два порядка, а ферментативная активность увеличивается в 2-3 раза. За 180 сут. эксперимента утилизация вязкой нефти составляет 78%. Анализ нефти после биодеградации показал, что в ней содержится большое количество кислородсодержащих соединений - промежуточных продуктов окисления при микробиологической ассимиляции нефтяных углеводородов. В составе исследуемой высоковязкой нефти все углеводороды затронуты биохимическим окислением почвенными микроорганизмами.

В лабораторных условиях исследовано влияние высоковязкой нефти Усинского месторождения на оксигеназную активность аборигенной почвенной микрофлоры. После периода адаптации, микроорганизмы приспосабливаются к углеводородам высоковязкой нефти и скорость биохимического окисления возрастает. За 60 суток эксперимента утилизация нефти составила 50 %. Анализ остаточных углеводородов нефти методом ИК-спектрометрии показал появление полос поглощения в области 1070, 1165, 1730, 1270, 3300 см-1, что указывает на присутствие большого количества кислородсодержащих соединений и свидетельствует о процессах окисления углеводородов нефти. Хроматомасс-спектрометрический анализ подтвердил интенсивность биодеструкции: утилизация насыщенных ациклических УВ составила 77.5 %, циклических - 99.2 %, алкилбензолов - 99 %, биоароматических - 97-99 %, триароматических - 96 % и полиароматических - 97 %.

Исследовано влияние высоковязкой нефти Ашальчинского месторождения на оксигеназную активность аборигенной почвенной микрофлоры. После периода адаптации (10 сут) общая численность гетеротрофных микроорганизмов возрастает от (0,6-0,7)*10-6 до (890-990)*10-6 КОЕ/г; при этом происходит снижение биоразнообразия и в 3-4 раза возрастает активность почвенных ферментов. За 180 сут. эксперимента общая утилизация нефти в среднем составила 85,0% от ее исходного количества. При этом все нефтяные фракции подверглись окислению: общая деструкция масел (алканы, изоалканы, нафтены, арены) сотавила в среднем 86,9%. Установлено, что биохимическая трансформация высокомолекулярных гетероорганических соединений (ВМГС) нефти протекает одновременно с минерализацией более легких фракций. Утилизация смол и асфальтенов в среднем составила 86,8 и 55,1%, соответственно. Доказано, что в процессе окисления ВМГС происходит уменьшение их молекулярной массы за счет деградации алкильных заместителей, а также за счет частичного разрушения ароматических и нафтеновых циклов.

Представлены результаты анализов добываемой нефти и пластовой воды из скважин на участках опытно-промышленных испытаний технологий на основе потокоотклоняющих и нефтевытесняющих композиций, разработанных в Институте химии нефти СО РАН.

С применением методов ИК-спектрометрии и хромато-масс-спектрометрии исследованы процессы биоокисления углеводородов нефти и определены наиболее значимые биоиндикаторы. характеризующие активность биодеструктивных процессов в условиях глубинных скважин Вахского месторождения.

Исследована окислительная способность биоценоза пластовых вод нефтяной залежи Вахского месторождения, численность которого составляет 420 тыс. клет./см3. При культивировании пластовой микрофлоры в контакте с нефтью, ее численность увеличивается на 1 порядок, при введении раствора композиции, содержащей азотистые компоненты, – на 4 порядка. Стимулируется их деструктивная активность. Хроматографический анализ показал, что максимальные изменения в процессе биодеструкции произошли в содержании моно-, би- и триароматических углеводородов.

В лабораторных условиях исследовано положительное влиние полиэтиленовых фотолюминесцентных пленок на оксигеназную активность аборигенной микрофлоры нефтезагрязненных почв в концентрации 50 г/кг. В опытных вариантах в конце эксперимента утилизация нефти составила 30-35 г/кг почвы, в контрольных вариантах 8-13 г/кг. Анализ остаточных углеводородов нефти методом ИК-спектрометрии, при использовании фотолюминесцентных пленок, показал появление полос поглощения (п.п.) в области 1710 см минус первой степени и 1600 см минус первой степени, а также увеличение спектральных коэффициентов С1, С2, А1, А2 в 1.5-3 и уменьшение С3, А3 в 15.5-2.5 раза, что указывает на интенсивные процессы окисления нефти.Хроматогрфический анализ подтвердил интенсивность биодеструкции насыщенных ациклических углеводородов. В опытных образцах полностью элиминировали легкие углеводороды С9-С14, на 70-80 % уменьшилась концентрация углеводородов с большим молекулярным весом С15-С28. При этом коэффициент биодеструкции нефти, определяемый по отношению суммы изоалканов (пристан+фитан) к сумме н-алканов (С17+С18), с применение фотолюминесцентных пленок увеличивается в 5-6 раз.

Исследованы пластовые флюиды месторождения Белый Тигр (Вьетнам) с целью разработки комплексного физико-химического и микробиологического метода увеличения нефтеотдачи. Пластовые условия месторождения способствуют формированию многочисленного и разнообразного биоценоза, представленного микроорганизмами родов Pseudomonas, Bacillus, Arthrobacter, Micrococcus, Nocardia, Brevibacterium, Flavobacterium, Micrococcus и др. Указанная микрофлора положительно реагирует на внесение нефтевытесняющей композиции в концентрации до 5% в качестве источника азотного питания. Активное размножение микрофлоры сопровождается окислением насыщенных углеводородов нефти месторождения Белый Тигр: снижается доля С10-С15 и С21-С26, доля изопреноидых углеводородов пристала и фитана увеличивается, изопреноидный коэффициент возрастает от 0.54 в исходной нефти до 1.65 после биодеградации. При моделировании вытеснения вязкой нефти с применением моющей композиции и углеводородокисляющей микрофлоры получен прирост коэффициента нефтевытесне-ния 12-14%, вклад микрофлоры оценен в 4-6%.

Для разработки научных основ рекультивации нефтешлама проведены экспериментальные исследования по биодеструкции углеводородов вязкой нефти месторождения Цаган-Элс (Монголия), загрязняющих нефтешлам в концентрации 72 г/кг. В оптимальных условиях исследована ферментативная активность естественного биоценоза. Биодеструкция вязкой нефти за 30 суток культивирования активизированной микрофлорой составила 67 %, без активизации - 18 %. Проведен ИК-спектрометрический анализ остаточной нефти, экстрагированной из контрольных и опытных образцов нефтешлама, рассчитаны значения спектральных коэффициентов, подтверждающие активность деструктивных процессов. Хроматомасс- спектрометрический анализ нефти, экстрагированной из нефтешлама после 30 суток биодеструкции, показал снижение содержания н-алканов в среднем на 86 %, нафталинов - на 82 %, циклогексанов - на 46 %, фенантренов - на 57 %, флуорентена м пирена - на 64 %, дибензантрацена и хризена - на 45 %. Биодеструкции подвергались стераны и гопаны. Широкий спектр поллютантов и разнообразие форм техногенных преобразований в составе нефтезагрязняющих отходов ставят задачу выявления показателей, обладающих индикаторными свойствами.

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.

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.

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.

Наиболее действенным способом добычи высоковязкой нефти остается метод паротеплового воздействия на залежь. Однако при закачке пара возникает проблема низкого охвата пласта паром, из-за чего эффективность такого воздействия на поздней стадии разработки снижается. Повысить эффективность паротеплового воздействия можно путем его сочетания с физико-химическими методами, с применением гелеобразующих и нефтевытесняющих композиций. В обзоре представлены результаты лабораторных исследований и промысловых испытаний на месторождениях России и Китая новых физико-химических технологий, разработанных в ИХН СО РАН для увеличения нефтеотдачи залежей высоковязких нефтей.

В работе рассмотрен комплексный подход к анализу данных на основе нечеткого и статистического моделирования, включающий в себя восстановление данных с помощью нечеткой системы на основе эволюционной стратегии и факторного анализа с вращением направленный на выявление структурных особенностей месторождений нефти. Описываются основные методы комплексного анализа. Приведены результаты экспериментальных исследований для определения влияния состава и условий залегания нефтей на численность, распространение и активность пластовой микрофлоры.

Для увеличения нефтеотдачи и интенсификации разработки залежей высоковязких нефтей с низкой пластовой температурой без паротеплового воздействия предложены "холодные" физико-химические технологии с применением гелей, золей и нефтевытесняющих композиций с регулируемой вязкостью и щелочностью. Представлены результаты опытно-промышленных испытаний технологий в 2014 г. на опытных участках пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения, разрабатываемых на естественном режиме. Получены значимые эффекты по увеличению дебита нефти и интенсификации разработки. Сделан вывод о перспективе промышленного использования технологий.

Энергия пласта или закачиваемого теплоносителя использована для создания непосредственно в пласте химических интеллектуальных систем - термотропных наноструктурированных гелей, золей и нефтевытесняющих композиций ПАВ, в течение длительного времени сохраняющих в пласте комплекс свойств, оптимальный для нефтевытеснения. Представлены результаты промысловых испытаний и промышленного применения физико-химических технологий с использованием термотропных композиций для увеличения нефтеотдачи месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, в том числе залежей высоковязких нефтей. Промысловые испытания новых "холодных" технологий на залежах высоковязкой нефти Усинского месторождения показали их высокую эффективность.

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 физико-химические методы увеличения нефтеотдачи пластов месторождений, разрабатываемых с использованием заводнения и паротеплового воздействия. Проанализированы результаты опытно-промышленных испытаний технологий, в основе которых лежат эти методы, на месторождениях Западной Сибири и Китая. Особое внимание уделено технологиям с применением композиций поверхностно-активных веществ и щелочных буферных растворов, а также термотропным гелеобразующим системам.

В пособии 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 пород коллекторов Западной Сибири. Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 130500 "Нефтегазовое дело", 130300 "Прикладная геология".

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".

В полевых условиях исследовано влияние полиэтиленовых светокорректирующих пленок на рост и оксигеназную активность микрофлоры почв, загрязненных нефтью в концентрации 5%. Изучен стимулирующий эффект пленок на рост численности и повышение оксигеназной активности аборигенной микрофлоры. В конце опыта через 80 сут остаточное содержание нефти понижается на 68-77%. Хроматографический анализ остаточных насыщенных углеводородов показал, что полностью элиминированы легкие углеводороды С9-С14, на 80-90% уменьшилась концентрация углеводородов с большей молекулярной массой. При этом коэффициент биодеструкции углеводородов нефти, определяемый по отношению суммы н-алканов (С17 + С18) к сумме изоалканов (пристан+фитан), увеличивается в 5-6 раз.

Изучен индивидуальный состав алкилзамещенных би- и триароматических углеводородов 5 нефтей многопластового месторождения Тамсагбулаг (Монголия). Установлено, что содержание триаренов возрастает с увеличением глубины залегания продуктивных пластов. Среди триаренов содержание диметилфинантренов во всех нефтях преобладает над содержанием метил- и триметилизомеров. Данные состава би- и триароматических углеводородов были использованы для оценки степени термической зрелости нефтей.

Исследовано взаиимодействие различного количества озона с компонентами тамсагбулагской нефти. Изучено изменение элементного и группового составов, свойств образующихся продуктов. Предположено, что изменение группового состава в результате озонирования связано с образованием кислородсодержащих соединений и укрупнением молекул смолисто-асфальтеновых веществ высокопарафинистой нефти.

Проведены экспериментальные исследования по влиянию нефтяных загрязнений на активность почвенной микрофлоры. Концентрация нефти в почве до 5% стимулирует рост аборигенной микрофлоры. Введение питательного азотистого субстрата в загрязненную почву, увеличивает численность и окислительную активность микроорганизмов. Деструкция насыщенных углеводородов нефти в течение 30 суток составляет при этом 80-90%. Увеличение концентрации нефтезагрязнения почвы до 10%, оказывает угнетающее действие на почвеннй биоценоз. Процессы окисления углводородов незначительны.

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.