В монографии проведен анализ и классификация методов, технологий и оптимизационных решений для повышения эффективности функционирования и нефтепромысловых систем с трудноизвлекаемыми запасами и осложненными условиями эксплуатации.

Сравниваются результаты двух методик ИК-спектрометрического определения суммарного содержания нефтепродуктов в почве. Методами гравиметрии и ИК-спектрометрии поэтапно исследованы стадии извлечения нефтепродуктов из почвы в соответствии со стандартными методиками, что позволило определить влияние мицеллярных образований в нефтяных дисперсных системах на количество извлекаемых нефтяных углеводородов.

Исследованы смеси растворов нефтяного парафина и нефти с высоким содержанием смолистоасфальтеновых компонентов. Выявлено, что при введении в 6 % раствор нефтяного парафина в гексане 0,02-0,4 % мас. нефти происходит высаживание асфальтенов. Показано влияние концентрации нефти и ультразвуковой обработки на распределение по размерам асфальтеновых частиц.

В статье рассмотрены методические особенности приложения методов ЭПР и ЯМР 1Н к нефтяным системам, которые также важны при исследовании твердых компонентов: каустобиолитов, в особенности пород, содержащих признаки нефтяных систем. Приведены основные особенности коллоидной структуры нефтяных систем, которые окажутся полезными и при рассмотрении твердых веществ - материалов вмещающих пород и продуктивных толщ.

В составе асфальтенов нефти месторождения Джафарлы, полученной из глубоко погруженных карбонатных отложений эоцена и верхнего мела, с помощью ИК- и ПМР-спектроскопии с применением сдвигающего реагента Eu (fod)3 впервые идентифицированы компоненты, в молекулах которых структурные блоки сшиты простыми эфирными связями. Вследствие термодеструкции высокомолекулярных соединений в ходе высокотемпературной вакуумной перегонки нефти асфальтены значительно обедняются эфирным кислородом и одновременно алициклическими структурами. Аналогичные изменения структурных параметров наблюдаются при экстракционном удалении из асфальтенов большей части соединений эфирного типа. Эти результаты косвенно свидетельствуют о преимущественно полициклановом или полицикланоареновом строении углеродных скелетов в молекулах обнаруженных высокомолекулярных простых эфиров.

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.

Проведен термолиз сырой нефти при температуре 350оС в течение 1 ч без и в присутствии алюмосиликатов в изотермическом режиме. Проанализирован состав газообразных и жидких продуктов термолиза. По сравнению с исходной нефтью при термическом и термокаталитическом воздейстивии в жидких продуктах реакции снижается количество смол и асфальтенов и возрастает содержание масел. Изучен индивидуальный состав насыщенных (алканов, стеранов, терпанов) и алкилароматических (соединений ряда бензола, нафталина, фенантрена) углеводородов. Показано, что термическое воздействие приводит к увеличению содержания более термически устойчивых м- и n-изомеров алкилтолуолов и алкилфенантренов. Рассчитаны геохимические параметры по составу алкилзамещенных бензолов, нафталинов и фенантренов.

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 связи с истощением мировых запасов легокизвлекаемого углеводородного сырья внимание многих исследователей в последние годы обращено к разработке месторождений высоковязких нефтей и природных битумов. Высоковязкие, высокозастывающие нефти представляют собой раствор твердых парафинов, асфальтенов, смол в жидких углеводородах. Высокое содержание асфальтосмолопарафиновых компонентов (АСПК) в нефтях является причиной проблем, связанных с их добычей, транспортировкой по трубопроводу, хранением и переработкой. Поиску путей решения этих проблем посвящено множество работ отечественных и зарубежных исследователей. Эти исследования направлены, главным образом, на изучение состава и структуры высокомолекулярных парафинов (восков), смол и асфальтенов, изучению их взаимодействий между собой при образовании асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), выявлению причин образования и поиску способов их разрушения. Проведены исследования особенностей и закономерностей в углеводородном составе нефтей с различным содержанием АСПК.

Изучен состав структурных фрагментов молекул смол и асфальтенов тяжелой нефти Усинского месторождения, содержащих связи С - S сульфидов, и серосодержащих соединений ее масляных компонентов. Состав серосодержащих фрагментов асфальтенов исследован отдельно для их низко- и высокомолекулярной фракции, а также окклюдироанных мальтенов. Установлено, что в составе фрагментов смолисто-асфальтеновых веществ, связанных через сульфидные мостики, присутствуют алканы, нафтены, моно- и полициклические ароматические углеводороды, дибензотиофены, одноосновные алифатеческие кислоты. Серосодержащие структуры масляных компонентов представлены алкилзамещенными тиофенами, бензо-, дибензо-, бензонафтотиофенами и бициклическими сульфидами. При термической переработке нефти происходит разрушение молекул смол и асфальтенов по сульфидным мостикам с переходом отдельных фрагментов в состав дистиллятов, что следует учитфвать при их облагораживании.

Изучены термические превращения нефтяных компонентов тяжелой нефти метанового типа и выделенных из нее масел (углеводородный концентрат), смести масел и смол (мальтены), смеси масел и асфальтенов для оценки влияния смол и асфальтенов на направленность превращений углеводородов. Термолиз образцов проводили при 450 оС в течение 2 часов в изотермическом режиме. Получены данные по материальному балансу процесса, проанализирован состав газообразных и жидких продуктов термолиза. Газообразные продукты термолиза состоят из водорода, углекислого газа и углеводородов С1-С5. Показано, что процесс термолиза всех образцов сопровождается новообразованием смол и асфальтенов. Анализируя динамику изменения углеводородного состава жидких продуктов термолиза, показано, что смолы в большей степени, чем асфальтены влияют на направленность протекания реакций крекинга углеводородов.

Всесторонне рассмотрены как общие вопросы синтеза дисперсных систем и регулирования их коллоидно-химических свойств, так и конкретные примеры получения наиболее распространенных оксидов (SiO2, Fe2O3 и FeOOH, TiO2, ZrO2 A2O3). Отдельный раздел посвящен обзору физико-химических методов исследования состава, структуры и морфологии получаемых продуктов. Наряду с широко используемыми традиционными методами анализа (светорассеяние, седиментация и др.) приведены необходимые сведения о новых современных подходах к изучению ультрадисперсных гетерогенных систем (сканирующая зондовая микроскопия. фотонная корреляционная спектроскопия и т.д.). Текст снабжен большим количеством рисунков, наглядно иллюстрирующих материал, имеются многочисленные ссылки на литературные источники. Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов высших учебных заведений, углубленно изучающих основы нанотехнологий материалов. Может быть полезно для широкого круга научных работников и специалистов-практиков различных отраслей промышленности.

Книга - в настоящее время единственное в мировой литературе издание, в котором излагаются основные теоретические закономерности современной физической химии дисперсных систем и поверхностных явлений. Широта охвата проблемы, новизна материала и мастерское изложение вопросов позволяют использовать книгу и как монографию для научных работников и инженеров, деятельность которых связана с физикохимией поверхностей и многочисленными прикладными направлениями коллоидной химии, адгезией, адсорбцией, флотацией и т. п., и в качестве учебного пособия для преподавателей, аспирантов и студентов вузов.

Научное издание создано на основе личного опыта, связанного с разработкой и внедрением присадок различного функционального назначения для топлив, а также преподаванием курса классического предмета "Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы" и спецглав этого курса для студентов магистрантов факультета "Химическая технология и экология" РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина. В настоящем издании представлены современные представления о присадках, улучшающих качество моторных топлив, и механизме действия присадок различного функционального назначения, с позиций межмолекулярных взаимодействий в топливных дисперсных системах. Монография состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы. В первой главе описаны виды топлив, которые в настоящее время производятся в России и в Странах ЕС, а также современные требования, которые предъявляются к их качеству. Во второй главе представлен ассортимент присадок, используемых для повышения качества современных дизельных и газоконденсатных топлив. Среди них, цетаноповышающие, депрессорные и депрессорно-диспергирующие, противоизносные, антидымные и многофункциональные присадки. В третьей главе рассмотрены закономерности влияния концентрации и химической структуры присадок на их эффективность в дизельных и газоконденсатных топливах. В частности, проанализированы зависимости цетанового числа, предельной температуры фильтруемости, температуры застывания, температуры помутнения, седиментационной устойчивости и смазывающей способности топлив от концентрации в них присадок соответствующего функционального назначения. Кроме того, рассмотрены закономерности получения многофункциональных присадок, позволяющих улучшать качество топлив одновременно по нескольким показателям. В четвертой главе впервые рассмотрен механизм действия присадок различного функционального назначения в дизельных и газоконденсатных топлива, с классический позиций химии дисперсных систем и поверхностных явлейний. Впервые доказано, что механизм стабилизирующего действия присадок является ответственным за их эффективность в топливах. В пятой главе представлен анализ различных присадок, используемых в настоящее время для повышения октановых чисел бензинов. В шестой главе рассмотрены технологические аспекты производства различных присадок к топливам. Представлены принципиальные технологические схемы производства депрессорных, депрессорно-диспергирующих и многофункциональных присадок для дизельных и газоконденсатных топлив, а также принципиальные технологические схемы производства антидетонаторов для бензинов. Седьмая глава посвящена выявлению особенностей применения присадок в топливах.

Представлены рузультаты анализа двух методки ИК-спектрометрического определения суммарного содержания нефтепродуктов в почве, одна из которых предполагает предварительное трехкратное встряхивание пробы с растворителем. Концентрации нефтепродуктов в 5 пробах почвы, определенные по методике с предварительным встряхиванием, оказались меньше, чем концентрации нефтепродуктов, определенные в этих же пробах по методике без встряхивания. Такое поведение нефтяных систем объясняется тем, что новые мицеллы, образующиеся в результате интенсификации гомолитических процессов, сорбируются вместе со совими неполярными внешними оболочками на хроматограической колонке с оксидом алюминия.

Исследовано влияние дисперсного материала на основе технического углерода и моющей композиции ИХН-КА на рост и ферментативную активность аборигенной микрофлоры серой лесной оподзоленной почвы в процессе биодеградации нефтяного загрязнения. В присутствии углеродного материала степень деструкции нефти составила 56%, а при внесении дополнительного азотного питания - 77%. В почве без сорбента и минерального питания деструкция составила 13%.

Исследован состав и реологические свойства выделенных из высокопарафинистых нефтей асфальтосмолопарафинистых отложений при изменении градиента температур нефти и адсорбирующей поверхности. Показано влияние состава нефти и температуры на количество, состав и реологические свойства неятяных осадков.