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.

Впервые изучены восемь образцов нефтей, полученных из эксплуатационных скважин четырех месторождений северной части Ульяновской области. Показано высокое содержание сернистых соединений, смолисто-асфальтеновых веществ, твердых углеводородов в изученных нефтях, оценены вклады сернистых соединений в состав отдельных групп нефтяных компонентов. Установлены физико-химические характеристики и средние структурные параметры молекул, содержащихся в масляных, смолистых и асфальтеновых компонентах этих нефтей. Вскрыты существенные структурные различия между этими нефтяными фракциями и характера их изменений под воздействием природных факторов. Отмечены трудности химической типизации изученных нефтей и ряд аномалий в их составе.

С использование современных масс-спектральных и радиоспектрометрических методов установлен структурно-групповой состав мезозойских нефтей Восточно-Гобийского (Дзунбаянского) и Тамсагского нефтеносных районов, а также содержащихся в них углеводородов, смол и асфальтенов. Показаны доминирующая роль алканов, алкилмоноцикланов и алкилмоноаренов среди углеводородов и высокая распространенность алифатических структурных фрагментов в составе высокомолекулярных гетероорганических компонентов нефтей. Эти особенности состава свидетельствуют о том, что описанные нефти практически не были затронуты процессами микробиальной деградации.

Представлены результаты элементного анализа, определения молекулярных масс, данные ИК- и ЯМР1 Н-спектроскопии смолисто-асфальтеновых компонентов и хроматомасс-спектрометрического исследования масел сборной западно-сибирской нефти и жидких продуктов ее обработки порошками железа и меди, модифицированными ионами никеля и кобальта. Проведен структурно-групповой анализ и описаны структурные фрагменты средних молекул асфальтенов и смол. Установлены изменения структурных параметров их молекул в условиях обработки и состава углеводородных и гетероатомных соединений масел. Показано, что в процессе предварительного облагораживания нефтяного сырья в состве смолисто-асфальтеновых компонентов снижается содержание гетероатомов, а в состве масел - содержание гетероатомов и ароматических углеводородов.

Методами хроматомасс-спектрометрии, ИК- и ПМР-спектроскопии, ротационной вискозиметрии исследован состав и вязкостно-температурные свойства парафинистой высокосмолистой нефти, обработанной в ультразвуковом поле. Показано, что ультразвуковая обработка приводит к увеличению в масляной фракции обработанной нефти доли низкомолекулярных н-алканов, снижению вязкости и температуры застывания нефти.

Изучено влияние асфальтенов различной структуры на термический крекинг мальтенов, выделенных из природных битумов Ашальчинского и Мордово-Кармальского месторождений. Асфальтены, выделенные из этих же битумов, разделены на фракции А1 и А2, представляющие собой структуру типа "континент" и "архипелаг" соответственно. Показано, что при термолизе мальтенов обоих битумов в присутствии фракций асфальтенов А1 и А2 образуется дополнительное количество асфальтенов и углеводородов за счет деструкции смол, количество которых уменьшается в продуктах термолиза смесей.

Изучен состав и распределение насыщенных углеводородов (алканов, стеранов, терпанов) нефтей Ульяновской области Волго-Уральского НГБ. Из сырых нефтей выделены фракции восков, в составе которых идентифицированы высокомолекулярные н-алканы с числом атомов углерода С48-С52, алкилциклопентаны С35-С52- и 3-монометилалканы С24-С42. На основании данных по составу н-алканов С10-С36, терпанов С19-С35 и стеранов С21-С30, а также алканов С40+ показано, что изученные нефти генерированы морским органическим веществом в карбонатных отложениях. Нефть Новолабитовского месторождения (1981-1992 м)по составу терпанов и стерановсущественно отличается от остальных изученных нефтей. Эти отличия, вероятно, связаны с иным источником органического вещества.

На ряде месторождений РФ, в том числе Верхне-Салатском в Томской обл., добываются нефти с повышенным содержанием парафинов. Парафинизация промыслового оборудования негативно сказывается на технико-экономических показателях процессов добычи, транспорта и хранения нефти. Сегодня существует весьма большой набор методов депарафинизации оборудования, которое ведется в процессе ремонта скважин. Однако эффективный выбор технологий ликвидации асфальтосмолопарафиновых отложений во многом зависит от особенностей состава нефти и АСПО. Поэтому в статье представлены результаты исследований особенностей осадкообразования и состава парафиновых углеводородов нефтей, добываемых из двух скважин Верхне-Салатского месторождения.

Изучено распределение сернистых и азотистых соединений в нефтях юрского и палеозойского комплексов Западной Сибири. Показаны отличия в количественном содержании и качественном составе гетероорганических соединений в нефтях, различающихся геолого-геохимическими условиями залегания.

С использованием современных масс-спектральных и радиоспектрометрических методов установлен структурно-групповой состав мезозойских нефтей Восточно-Гобийского (Дзунбаянского) и Тамсагского нефтеносных районов, а также содержащихся в них углеводородов, смол и асфальтенов. Показаны доминирующая роль алканов, алкилмоноцикланов и алкилмоноаренов среди углеводородов и высокая распространенность алифатических структурных фрагментов в составе высокомолекулярных гетероорганических компонентов нефтей. Эти особенности состава свидетельствуют о том, что описанные нефти практически не были затронуты процессами микробиальной деградации.

Исследованы изменения в химическом составе основных групп соединений: алканов, аренов, смол, нафтенов, при механической обработке мазута парафинистых нефтей. Общее содержание алканов в мазуте парафинистой нефти повышается примерно на 16 %, высокопарафинистой - на 22 %, доля соединений с числом атомов углерода от С11 до С16 в составе н-алканов увеличивается. Общее содержание аренов уменьшается. Смолы и полиарены могут принимать участие в процессах перераспределения водорода, метальных и других радикалов по соединениям основных групп мазута. Общей тенденцией является уменьшение содержания более высокомолекулярных компонентов и преимущественный распад соединений более сложного разветвленного строения. Механическая активация мазута и получение низкомолекулярных компонентов может быть перспективным направлением его нетопливного использования в маломасштабных локальных производствах.

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.

Проведена депарафингоация сжиженным газом высокопарафинистой нефти (9,3 % мае.) и компаундов, полученных введением в масляную фракцию различных количеств смол и асфальтенов. Количество парафинов в компаундах выдерживалось постоянным. Показано, что с увеличением концентрации смол в компаундах количество осадка уменьшается. При возрастании концентрации асфальтенов в компаунде с 0,3 % до 3,0 % мае. происходит увеличение количество осадка. После депарафинизации н-алканы выше Qg выпадают в осадок. Асфальтены содержащиеся в компаундах полностью переходят в осадок.

Изучен структурно-групповой состав кетонов нефтей Западной Сибири. Установлена взаимосвязь состава и структуры кетонов и типа углеводородов в нефтях. Показано, что в нефтях метанонафтенового типа преобладают кетоны алифатического строения, в то время, как в нефтях нафтенового типа - кетоны с циклановыми и ароматическими заместителями.

В работе представлены результаты исследования количественного содержания и состава металло-порфиринов и сернистых соединений в сравнении с молекулярным составом алканов в 17 нефтях 14 месторождений, территориально расположенных в пределах Томской и Новосибирской областей. Показано, что нефти палеозойского комплекса юго-востока Западной Сибири характеризуются широкими вариациями в количественном содержании тиофенов, сульфидов, меркаптанов и металлопорфиринов. Выявлена взаимосвязь между отдельными параметрами состава всех исследованных групп соединений. Приведены сравнительные данные по характеру распределения гетероорганических соединений в нефтях Нюрольской впадины и прилегающего к ней Калгачского выступа, Усть-Тымской впадины и Пудинского мегавала.

Выделены широкие фракции карбонилсодержащих соединений из 6 нефтей различных стратиграфических комплексов Западной Сибири. Методом масс-спектрометрии структурно-группового состава и распределения по числу углеродных атомов кетонов в выделенных концентратах показано наличие гомологических рядов кетонов, включающих соединения от 10 до 32 атомов углерода в молекуле. Методом ГЖХ определено, что в нефтях различного типа присутствует ряд алканонов-2 с распределением по молекулярной массе, характерной для каждой нефти. Наблюдается тенденция уменьшения молекулярных масс алканонов-2 при погружении залежи нефти.

Установлены молекулярно-массовые распределения (ММР) членов 24 изобарно-гомологических рядов ароматических углеводородов (УВ) в нефтях из нижнемелового горизонта на Дзунбаянском и из юрского — на Тамсагбулагском месторождениях. Определены концентрации индивидуальных биаренов С10-С14 и триаренов С14—C17 в тех же нефтях, вскрыты основные закономерности в изомерном составе этих УВ, показана его связь с термодинамической устойчивостью соединений.

Изучены особенности содержания и состава гетероатомных соединений в нефтях отложений юрского комплекса юго-востока Западной Сибири. Показано, что высокий окислительно-восстановительный потенциал в бассейне седиментации способствует генерации нефтей с низким содержанием азот-, кислород- и серосодержащих соединений. Рассмотрено влияние возрастания термической зрелости на содержание этих соединений в нефтях, сформированных за счет органического вещества, отлагавшегося в различных окислительно-восстановительных условиях.

Представлены результаты исследований по распределению и составу низкомолекулярных азот- и серосодержащих соединений в нефтях средне- и нижнеюрского комплексов Западной Сибири. Показано, что качественный состав низкомолекулярных гетероатомных компонентов не зависит от геолого-геохимических условий залегания нефтей и является типичным для нефтей Западной Сибири.

Проведен анализ взаимосвязи химического состава и плотности нефтей с уровнем теплового потока Земли на нефтеносных территориях с использованием карты геотермического и нефтегазоносного районирования территории и глобальной базы данных о физико-химических характеристиках нефтей. Показано, что как в глобальном масштабе, так и на территории России плотность и содержание серы, смол и асфальтенов в нефтях уменьшается с увеличением уровня теплового потока, а содержание парафинов увеличивается. Установлено, что на нефтеносных территориях России с высоким уровнем теплового потока располагаются в основном кайнозойские и мезозойские нефти, а в областях с низким уровнем – палеозойские и протерозойские, что, вероятно, обусловлено тектоническими процессами. Наибольшее число уникальных и крупных месторождений нефти и газа располагаются на территориях с высоким уровнем теплового потока.

Приведены данные о молекулярном составе алканов, содержании углеводородов, смолисто-асфальтеновых соединений, металлопорфиринов и перилена в нефтях из вымского и малышевского горизонтов среднеюрского нефтегазоносного комплекса Западной Сибири. Показана направленность изменения отдельных параметров состава по площади и особенности в составе нефтей различных районов.

Представлены результаты масс-спектрометрического определения полного группового состава и молекулярно-массового распределения углеводородов 30 различных структурных типов в нижнемеловых нефтях Восточно-Гобийской и Тамсагской нефтеносных провинций Монголии. Определены углеводородные типы нефтей по трем существующим способам классификации, установлены причины различия в типах нефтей, определяемых этим способом.

Показано, что, учитывая выявленные ранее закономерности молекулярно-массового распределения углеводородов различных классов в нефтях, можно определять полный групповой углеводородный состав природных углеводородных систем с помощью низковольтного масс-спектрометрического анализа масел, получаемых обессмоливанием нефтей, и измерять групповые концентрации в них углеводородов тридцати структурных типов. Обсуждаются результаты такого анализа более чем сорока разнотипных нефтей и природных битумов различных месторождений и нефтеносных провинций Евразии. Получаемые масс-спектральные данные положены в основу нового подхода к химической типизации нефтей, при котором, в отличие от большинства прежних, традиционных способов классификации характеризуется углеводородный состав изучаемого объекта в целом, а не способов классификации характеризуется углеводородный состав изучаемого объекта в целом, а не его отдельной, как правило, небольшой части.

Изучена закономерность распределения и трансформации углеводородов нефти после вытеснения из модели пласта комплексным методом с применением нефтевытесняющей композиции, содержащей карбамид, и природных источников фермента уреазы (амидогидролаза ЕС 3.5.1.5). В зависимости от времени и концентрации определена каталитическая активность природных источников уреазы в процессах гидролиза карбамида. Подобраны оптимальные соотношения фермент/субстрат и время проведения гидролиза для достижения максимальной щелочной реакции с рН 9.0-10. Хроматографический анализ газообразных продуктов гидролиза карбамида при температуре 25-30 оС показал, что в одинаковых условиях эксперимента уреаза свекольной массы проявляет более высокую ферментативную активность по сравнению с соевой мукой. Исследовано влияние газообразных продуктов гидролиза карбамида на реологические свойства вязкой смолистой нефти Усинского месторождения и вязкой парафинистой нефти месторождения Тамсагбулаг (Монголия). Установлено, что состав газообразных продуктов гидролиза не влияет на реологические свойства нефтей. На примере вязкой нефти Усинского месторождения проведено модельное вытеснение комплекным методом при температуре 25 оС, с применением уреазы свекольной массы и соевой муки. Дополнительный объем нефти в контрольном варианте с применением раствора нефтевытесняющей композиции составил (16+_2.2) % мас. Дополнительное вытеснение нефти в контрольном варианте осуществляется за счет моющих свойств композиции, содержащей ПАВ, в опытных - за счет моющих свойств композии и газообразных продуктов ферментативного гидролиза карбамида, формирующих внутри пласта нефтевытесняющую систему. Хромато-масс-спектрометрический анализ исходной нефти и вытесненной разработанным методом подтвердил идентичность состава углеводородов, включающих н-алаканы, гетероорганические и ароматические структуры, в том числе стераны и гопаны.

В работе приведены данные о составе фрагментов в молекулах смол нефти Усинского месторождения, содержащих сульфидные и эфирные группы. Установлено, что смолы являются одним из источников нормальных и разветвленных алканов, алкилциклопентанов и алкилциклогексанов, фенилалканов, моно-, би-, три- и тетраалкилбензолов, алкилнафталинов, алкилфенантиренов, адкилбензо- и дибензотиофенов, алифатических эфиров и спиртов, которые образуются за счет деструкции алифатических фрагментов, связанных в молекулах смол через эфирные и сульфидные мостики.

Проведен хемолиз эфирных и сульфидных связей в молекулах высоко- и низкомолекулярных асфальтенов тяжелой нефти месторождения Усинское и изучен состав жидких продуктов деструкции. Установлено, что с ядром молекул обеих фракций асфальтенов сульфидными и эферными мостиками связаны алканы, циклоалканы, ароматические углеводороды и гетероорганические соединения. Высокомолекулярные асфальтены усинской нефти характеризуются более высокой долей "серосвязанных" структурных элементов. Соединения, связанные эфирными группами, вносят существенный вклад в структуру низкомолекулярных асфальтенов.