Установлена возможность использования материала осадков очистки природных вот от железа (отходов станций водоподготовки) для извлечения нефти из водных сред. На примере осадков обезжелезивания артезианской воды водозабора Томского Академгородка показана высокая адсорбционная способность названных материалов по нефти. Исследована нефтепоглощающая способность исходных осадков; подобраны условия их термической обработки изучена способность термически активированных осадков извлекать нефть их водных сред.

В работе исследуются нелинейные процессы, сопровождающие диффузию кислорода з адсорбционного слоя в глубь сплава в условиях воздействия импульсного электронного потока высокой мощности на основе математической модели. учитывающей неравновесную активацию и плавление. Модель включает уравнение теплопроводности, диффузии и кинетики с соответствующими импульсной электронно-лучевой обработке начальными и граничными условиями. Приводятся оценки кинетических параметров. Рассчитываются распределение температуры и концентрации кислорода по пространству и времени при различных значениях плотности потока и длительности импульса; определяется глубина зоны прогрева и диффузии, проводится сравнение результатов с учетом активации и без нее.

Методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии проведено сравнительное исследование эволюции структуры субмикрокристаллического (СМК) молибдена в процессе свободного отжига и в условиях диффузии никеля с поверхности Изучена кинетика и определены значения энергии активации инициированной диффузией никеля рекристаллизации СМК-молибдена в интервале температур 1123-1223 К. Обсуждаются возможные причины снижения температуры инициированной диффузией никеля рекристаллизации СМК-молибдена по сравнению с мелкозернистым. На основе полученных результатов проведена оценка коэффициентов зернограничной диффузии никеля в СМК-молибдене.

Исследовано влияние постоянного магнитного поля на реологические и парамагнитные свойства ряда парафинистых нефтей (ПН). Для высокопарафинистых нефтей (ВПН) с повышенным содержанием нейтральных смол при воздействии магнитного поля отмечено увеличение вязкости и энергии активации вязкого течения и их снижение для высокопарафинистых нефтей с повышенным содержанием кислых смол. Процессы образования ассоциатов, протекающие в нефтяных дисперсных системах после магнитного воздействия и определяющие изменение реологических свойств нефти, зависят от содержания парафиновых углеводородов, смол и асфальтенов. Изменение при магнитной обработке степени ассоциации молекул, которое сопровождается скачкообразным изменением энергии активации вязкого течения, свидетельствует о происходящих в нефтяной системе структурных преобразованиях. Воздействие магнитного поля смещает ассоциативно-диссоциативное равновесие в нефтяной дисперсной системе, приводит к различным релаксационным эффектам.

Проведены электронно-микроскопические исследования структурно-фазового и напряженно-деформированного состояния материала из горячекованых заготовок. Обнаружено, что скалярная плотность дислокаций в ферритных зернах и в ферритных прослойках перлита стали из поковки, растрескавшейся после проведения технологических операций, в полтора раза больше, чем в кондиционном материале. Металл в этом состоянии имеет повышенное содержание сульфидов пластинчатой морфологии. В нем в 1,5 - 2 раза выше допустимого объемна доля перлита, превалирует пластинчатый перлит, а локальные дальнодействующие напряжения соизмеримы с пределом текучести. Установлено, что причиной формирования неблагоприятного структурно-фазового состояния является повышенное содержание углерода. что привело к перегреву метала, как при обработке давлением, так и при финишной термической обработке.

Методом электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микро- и нанотвердости исследованы особенности взаимосвязи тонкой структуры с изменением прочностных свойств наноструктурных и нанокомпозитных покрытий Ti-Si-B-N с высоким содержанием примесей кислорода и углерода. Показано, что в условиях низкотемпературного (T= 200С) нанесения покрытий формируется двухуровневая зеренная структура с фрагментацией зерен размером 0,1 - 0,3 мкм на субзерна размером 15-20 нм и наличием текстуры (200). С увеличением содержания кремния формируются бестекстурные покрытия с размером зерна кристаллической фазы менее 15 нм и высокой аморфной составляющей либо покрытия с аморфно-кристаллической структурой. При температурах нанесения покрытий 400-450 С наблюдается нанокомпозитная структура с размером зерна d= 10 - 15 нм и отсутствием текстуры. Для всех изученных составов и условий получения обнаруживается кристаллическая фаза Ti1-хSхN с параметром решетки a=(0,416 - 0,420) нм. При оптимальных составах и условиях синтеза значения твердости превышают 40-50 ГПа. высказано предположение о возможности достижения сверхтвердости при многофазных зернограничных прослойках толщиной более 1 нм.

В настоящем пособии представлены принципиально новые математические модели, созданные на базе современных математических теорий. Изложены принципы построения перколяционных моделей процессов переноса в неоднородных пористых средах и способы преодоления неопределенности путем создания моделей нечеткого выбора. Дан целый ряд примеров применения указанных моделей для решения актуальных задач нефтегазовой и подземной гидромеханики, а также проблем разработки месторождений углеводородного сырья и его транспорта. Для студентов, обучающихся по направлению 130500 (650700) «Нефтегазовое дело» (специальности: 090600 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», 090700 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ», 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин»), а также целого ряда смежных специальностей – 070600 «Физические процессы нефтегазового производства», 080400 «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых», 080500 «Геология нефти и газа», 320700 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», 010200 «Прикладная математика», магистрантов и аспирантов, преподавателей, широкого круга инженеров и научных работников. Издание подготовлено на кафедре нефтегазовой и подземной гидромеханики РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина на базе курсов лекций, читаемых авторами в последние годы.

Представлены классификации залежей углеводородов двухфазного типа и методы их разработки. Для оценки коэффициентов конечной нефтеотдачи на естественных режимах получены уравнения регрессии по различаемым в осях канонических переменных группам залежей. Приведены результаты лабораторных экспериментов по вертикальному вытеснению нефти разными рабочими агентами: дымовым газом, водой и равновесным конденсатсодержащим газом из двухслойной модели низкопроницаемого карбонатного пласта. Детально исследован процесс вытеснения нефти газом в диапазоне давлений, несколько меньших давления насыщения. Проведена идентификация относительных фазовых проницаемостей по численной модели фильтрации многокомпонентных смесей и показано их использование при проектировании разработки нефтегазоконденсатного месторождения. Рассмотрен ряд задач, направленных на совершенствование методической основы контроля разработки нефтегазоконденсатных объектов и учета случайной и слоистой неоднородности газовых залежей, в том числе в условиях проявления водонапорного режима. Для научных работников и специалистов в области проектирования и анализа разработки месторождений нефти и газа, может быть полезна аспирантам и студентам нефтегазовых вузов.

Актуальность прогноза напряженного состояния коллекторов и флюидоупоров (глинистых покрышек) характерна не только для Западной Сибири. Это обусловлено тем, что и во многих других нефтегазоносных бассейнах встречаются залежи углеводородов, обладающие аномально высоким пластовым давлением (АВПД), существенно осложняющим поисково-разведочное и эксплуатационное бурение. Ввиду того, что научно обоснованный прогноз АВПД повсеместно остается нерешенной проблемой, книга представляет интерес для нефтяной отрасли в целом. Рассмотрены методики и технологии площадного прогноза аномальных давлений, основанные на анализе данных сейсморазведки, геофизических исследований скважин (ГИС) и вертикального сейсмического профилирования (ВСП) в условиях Западной Сибири. Работа базируется на результатах многолетних исследований автора, а также отечественных и зарубежных ученых. Издание будет полезным для геофизиков и геологов нефтегазовой отрасли, занимающихся интерпретацией материалов сейсморазведки, а также для студентов старших курсов и аспирантов геологоразведочных факультетов высших учебных заведений.

Рассмотрены первые методы и приемы обработки и интерпретации материалов объемной сейсморазведки в Западной Сибири, отработанных по методике широкого профиля. Методика представляла собой симбиоз линейной 2Д и трехмерной 3Д съемки. Единой технологии в тот период не существовало. Поэтому авторы были первопроходцами в этой области. Издание будет полезным для геофизиков и геологов нефтегазовой отрасли, занимающихся интерпретацией материалов сейсморазведки, а также для студентов старших курсов и аспирантов геологоразведоных факультетов высших учебных заведений.

Приведен обзор работ авторов с сотрудниками [1-20 и др.], посвященных проблемам природы процессов массопереноса через интерфейсы в твердых телах и биологические мембраны. Сделано заключение, что в основе распространения транспортных потоков лежат структурно-фазовые переходы наноструктурных состояний на границах раздела в гетерогенных средах.

Проведено исследование динамики накопления электрически активных радиационных дефектов при ионном легировании эпитаксиальных пленок Cd2Hg1-xTe с различным распределением состава материала в области внедрения имплантанта. Образцы эпитаксиальных пленок облучались ионами бора при комнатной температуре в непрерывном режиме в диапазоне доз, энергий, плотности тока ионов. Обнаружено, что натуральный логарифм скорости введения электрически активных радиационных дефектов линейным образом зависит от состава материала эпитаксиальной пленки в области среднего проецированного пробега имплантируемых ионов. Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что динамика накопления электрически активных радиационных дефектов определяется составом материала эпитаксиальной пленки в области внедрения имплантируемых ионов.

В рамках псевдопотенциального подхода изучена атомная и электронная структура четырех структурных реконструкций поверхности GaAs(001) - (4x2), оканчивающейся галлием. Рассчитаны полные, поверхностные и локальные плотности электронных состояний, зонные спектры, относительные поверхностные энергии рассматриваемых структур.

Рассмотрены вопросы модификации нефтяных битумов полимерными материалами. Модификаторами могут быть полимеры, содержащие кристаллическую фазу. На основе адсорбционной модели взаимодействия полимера с дисперсной фазой битума получено соотношение для определения нижней концентрации структурообразования полимера в полимербитумной композиции. Показано, что суммарное максимальное содержание в композиции полимера и дисперсной фазы битума не должно превышать 25 %.

В развитие предыдущих работ авторов рассмотрена проблема зарождения пластического сдвига в деформируемом твердом теле на основе многоуровневого подхода физической мезомеханики. развит метод стохастических возбудимых клеточных автоматов, позволяющий учитывать самоорганизацию конфигурационных возмущений различных масштабов в системе "поверхностны слой - его интерфейс с подложкой". Показано, что любой пластический сдвиг может зарождаться только в зонах растягивающих нормальных напряжений. которые формируют в кристалле неупругие конфигурационные возмущения как предвестник пластического сдвига.

В последнее время резко меняется структура сырья, поступающего на нефтеперерабатывающие заводы. В нем увеличивается доля тяжелых нефтей с повышенным содержанием гетероатомных соединений. Выбор оптимальных условий переработки такого сырья зависит от объема и глубины информации о составе и строении его компонентов.

Рассмотрена возможность описания неоднородных тел в рамках формализма калибровочных теорий, представляющего универсальный метод современной физики. Показано, что на основе лагранжиана неоднородного упругого тела данный метод позволяет получить динамические уравнения Эйлера-Лагранжа, которые могут быть использованы для построения различных динамических моделей деформирования неоднородного твердого тела с дефектами. Следуя известной в механике сплошных сред классификации. проанализированы классы неоднородных материалов, которые могут быть описаны на основе динамических уравнений калибровочной модели.

Изложены теоретические основы математического моделирования пластовых систем и описаны методы решения уравнений фильтрации с помощью вычислительных машин. Даны рекомендации по конструированию математических и компьютерных моделей, их анализ и примеры программных систем. Для инженерно-технических работников нефтяной промышленности, научно-исследовательских организаций и высших учебных заведений, занимающихся анализом и проектированием разработки нефтяных месторождений, а также для студентов вузов.

Впервые с единых методологических позиций современной физико-химической термодинамики изложены методы описания равновесия пар - жидкость, пар - жидкость - твердое тело и выпадения парафинов в системах, содержащих значительное количество неуглеводородных компонентов. Приведены методы расчета и алгоритмы, позволяющие моделировать фазовое состояние систем природных углеводородов в процессе разработки и эксплуатации залежей. Для научных работников, занимающихся разработкой и эксплуатацией нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

В работе численно исследована модель возбуждения химической реакции в прогретом слое твердого вещества внешним источником энергии с учетом накопления повреждения в реакционной зоне. Модель основана на термодинамическом подходе к описанию связанных физико-химических процессов и учитывает в уравнении баланса внутренней энергии (в форме уравнения теплопроводности) энергетический вклад от экзотермической реакции и вследствие разрыва связей при разрушении. Выявлены разные режимы протекания процессов в прогретом слое. Построены зависимости характеристик процесса (времени начала превращения, ширины зоны прогрева и реакции) от параметров модели.

Методами теории функционала электронной плотности исследованы электронная структура и магнитные свойства возможных типов контактов на границе раздела (001) между сплавами Гейслера составов XYZ и X2YZ (NiMnSb и Co2MnSi) и полупроводниками III-V групп (InP и GaAs). Показано, что в обоих случаях максимальная спиновая поляризация достигается на контактах Ni/P(As) или Co/As. Исследовано влияние структурных дефектов на поверхности и границах раздела на спиновую поляризацию на уровне Ферми. Проведен анализ природы состояний на границе раздела сплав Гейслера-полупроводник и электронных факторов, способствующих потере или сохранению полуметаллического поведения на рассмотренных контактах. Расчеты локальных магнитных моментов показали, что магнитные свойства контактных атомов не изменяются значительно на границах раздела вследствие частичной компенсации их координации за счет атомов полупроводника. Увеличение степени спиновой поляризации может быть достигнуто за счет легирования на подрешетке Х-элемента.

Представлены результаты теоретического исследования электрон-фононного взаимодействия в состоянии квантовой ямы, образованном монослойным покрытием Na на Cu (111). Расчеты показали, что константа электрон-фононной связи в этом состоянии уменьшается незначительно (1%) в сравнении со значением для чистой поверхности меда. Соответствующий электрон-фононный вклад во врем жизни состоянии квантовой ямы увеличивается в 1.5 раза по отношению к чистой поверхности Cu (111).

Представлены результаты исследования структуры поверхностного слоя стали Гадфильда (Г13), образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. Изучены особенности деформирования материала под поверхностью трения в зависимости от условий испытания - низкой скорости скольжения и малом давлении, значение которого много меньше предела текучести стали Г13. Методами оптической сканирующей и дифракционной электронной микроскопии исследован фазовый состав и дефектная субструктура на поверхности трения. Показано, что вблизи поверхности трения образуется тонкий, сильно деформированный слой нанокристаллического строения, переходящий в слой с поликристаллической структурой, содержащей двойники деформации и дислокации. Нанокристаллическая структура и присутствие оксидов в поверхностном слое и зоне трения свидетельствуют о высокой температуре и больших пластических деформациях, ответственных за формирование данного слоя. Сделано предположение о том, что деформирование материала, наблюдающееся на большой глубине от поверхности, обусловлен генерированием упругих волн при трении.

Рассмотрены вопросы, связанные с технологической и технико-экономической оценки применяемых мероприятий по повышению эффективности разработки нефтяных месторождений. Изложены некоторые методы математического моделирования и численных исследований, применяемых при проектировании и регулировании процесса разработки. Представлены работы, в которых освещены результаты расчетов и экспериментальных исследований физико-химического состояния углеводородных систем. Показана возможность существенного увеличения конечного коэффициента нефтеотдачи и улучшения технико-экономических показателей и разработки. Рассмотрены варианты разработки, отличающиеся характером освоения нагнетательных скважин. Затронуты проблемы освоения и исследования скважин. Показаны особенности применения автоматизированной проектирующей системы. Даны рекомендации по совершенствованию методов оценки эффективности разработки малопродуктивных месторождений. Выводы и рекомендации авторов направлены на развитие методологии изучения процессов, происходящих в нефтяном пласте, и способствуют научно-техническому прогрессу в отрасли.

Методами электронной микроскопии высокого разрешения, спектроскопии характеристического рентгеновского излучения и ЭПР исследованы микроструктура и состав MoZSM-5 катализаторов с содержанием молибдена 4.0 мае. %. Показано, что в ходе неокислительной конверсии метана при 750°С в цеолите стабилизируются два вида молибденсодержащих частиц: частицы карбида молибдена с размерами 2-10 нм, находящиеся на поверхности цеолита, и кластеры (размеры менее 1 нм) внутри его каналов. По данным ЭПР обнаруженные кластеры содержат окисленную форму молибдена Мо5+. Поверхностные частицы Мо2С дезактивируются на начальном этапе реакции, что связано с конденсацией на их поверхности углерода в форме графита. Центрами активации метана являются, преимущественно, кластеры окисленного молибдена, локализованные в открытых молекулярных порах цеолита. Дезактивация катализатора происходит после накопления кокса на поверхности и в порах цеолита после 420 мин его работы.

На основе исследований авторов и анализа литературных данных экспериментально обнаружен и теоретически обоснован мезоскопический эффект «шахматного» распределения нормальных и касательных напряжений на интерфейсе разнородных сред в полях внешних воздействий. Данный мезоэффект возникает при сопряжении самых различных сред независимо от их агрегатного состояния (твердое тело — жидкость — газ) и обусловливает развитие нелинейных волновых процессов массопереноса различного типа. Делается заключение о важной роли обнаруженного эффекта в многочисленных явлениях природы, различных областях науки и техники.

Впервые проведено исследование бинарной смеси пылевых частиц в плазме, находящихся во внешнем электростатическом гармоническом удерживающем поле, а также в поле композиции гравитационной, термофоретической и электростатической сил. Межчастичное взаимодействие описывалось потенциалом Юкавы. Изучено пространственное распределение бинарной смеси частиц в зависимости от концентрационного состава. Показано, что частицы образуют оболочечную структуру, в которой каждая оболочка содержит только свой сорт частиц, при этом частицы меньшего размера формируют внешние оболочки по отношению к частицам большего размера. Установлено, что с увеличением различия частиц по размеру происходит их пространственное разделение вплоть до образования двух отдельных сферических плазменно-пылевых систем. Ключевые слова: пылевая плазма, бинарный кулоновский шар, молекулярная динамика.

Представлены результаты исследования структуры поверхностного слоя стали Гадфильда, образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. Изучены особенности деформирования поверхностного слоя в зависимости от условий испытания — низкая скорость скольжения и малое давление, когда нормальные напряжения на поверхности трения значительно меньше напряжения текучести стали Г13. Методами оптической, сканирующей и дифракционной электронной микроскопии исследована дефектная субструктура в поверхностном слое. Показано, что высокая твердость поверхностного слоя обусловлена сочетанием разномасштабных дефектов. Области металла внутри зерна, разделенные дефектами мезоскопического уровня — плоскостями сдвига и двойниками, характеризуются высокой плотностью дефектов микроскопического уровня — дислокациями и микродвойниками.

Исследован процесс формирования незамкнутых наноразмерных структур из двухслойных алюминиево-медных пленок. Моделирование проводилось на основе метода молекулярной динамики. Межатомные взаимодействия описывались потенциалами, полученными в рамках метода погруженного атома. Изучено поведение незамкнутых наноструктур при тепловом воздействии. Показана возможность преобразования моделируемыми наноструктурами тепловой энергии в энергию механического движения. Рассчитана зависимость частоты колебаний незамкнутой наноструктуры от ее размера и изменения массы колеблющихся краев.

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.

Методом РФЭС исследованы химический состав, структура и свойства промотированной Н3РО4 поликристаллической серебряной фольги. Показано, что поверхность промотированного образца содержит кислород, находящийся в двух основных состояниях с энергией связи 531.1 и 533.0 эВ. Под действием температуры происходит образование кластеров серебра, распределенных в матрице полифосфата. Согласно ТПД-экспериментам, поверхность промотированного катализатора содержит прочносвязанную форму кислорода, десорбирующуюся при температуре ~900 К. В работе высказано предположение, что активными центрами поверхности фосфорпромотированного катализатора являются кластеры серебра, стабилизированные фосфатной матрицей.

Исследованы морфология и химический состав поверхности фосфата серебра. Обнаружено, что качественный и количественный состав образца полностью соответствует составу поверхности промотированного фосфором серебряного катализатора. Показано, что при обработке образца водородом в приповерхностной области происходит образование частиц серебра, окруженных слоем фосфата. В результате образуется сложная каталитическая система, в которой фосфат серебра выступает как в качестве источника активного в реакции компонента - частиц металлического серебра, так и в качестве стабилизирующей основы для этого компонента. Полученная система характеризуется устойчивостью к действию высокой температуры и окислительно-восстановительных реакционных сред.

Представлены результаты расчетов атомной и электронной структуры границ раздела Nb/Al2O3(0001) и Ni/ZrO2(001), полученные в рамках теории функционала плотности. Проведены оценки энергий образования кислородных вакансий в объемных материалах, в поверхностных и интерфейсных слоях для разных окончаний оксидных поверхностей. Обсуждается влияние кислородных вакансий на механизм связи переходных металлов с атомами подложки, определяющий адгезию на границах раздела металл-оксид. Результаты указывают на ослабление Nb(Ni)-O-взаимодействия на границах раздела при наличии поверхностных кислородных вакансий.

Описаны различные методы увеличения нефтеотдачи пластов при заводнении: циклическое заводнение с переменой направления фильтрационных потоков, заводнение с применением полимеров, мицеллярных растворов, щелочей, кислот, поверхностно-активных веществ, двуокиси углерода и др. Даны математические модели процессов, приведены способы контроля за ними и методы оценки их эффективности. Для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием разаработки и разработкой нефтяных месторождений с поддержанием пластового давления.

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.

Обзор посвящен проблеме производства в России высококачественных моторных топлив с помощью процессов безводородной каталитической переработки прямогонных бензиновых фракций на высококремнеземных цеолитах. Дан сравнительный анализ классического риформинга и рассматриваемых нетрадиционных технологий и катализаторов.