С использованием современного инструментального физико-химического анализа установлены общие композиционные и структурные показатели нескольких образцов нефтей многопластового месторождения Цаган-Элс. Молекулярная масс-спектрометрия обессмоленных нефтей позволила определить групповые концентрации и молекулярно-массовые распределения углеводородов, относящихся к 30 различным структурным типам, в каждом из исследованных образцов. Все отмеченные параметры этих впервые исследованных нефтей сравнены с аналогичными характеристиками других, ранее изученныех нефтей.

Исследованы состав и свойств нафтеновых нефтей Барсуковского и Русского месторождений. Установлено, что нефти являются малосернистыми, малосмолистыми, малопарафинистыми, нафтеновыми по углеводородному составу. Определен индивидуальный углеводородный состав бензиновых фракций НК-200 оС. Изучены товарно-технические характеристики дизельных дистиллятов.

В монографии обобщены результаты детального изучения состава высокосернистого природного асфальтита жильного типа и продуктов его термического превращения при автоклавной конверсии в сверхкритической воде, акватермолизе в проточном реакторе при 175-575С, флэш-пиролизе асфальтита, асфальтенов, масел, смол при 400 и 650С. Исследования проведены с использованием анализа элементного и компонентного состава, спектрофотометрии, ИК- и ЭПР-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, газожидкостной хроматографии, хроматомасс-спектрометрии. Изложенные материалы расширяют представления о строении смолисто-асфальтеновых и масляных компонентов нефтей и природных битумов, путях катагенетического преобразования органического вещества осадочных пород при воздействии природных и техногенных факторов и являются научной основой для совершенствования и разработки способов переработки природных битумов. Книга представляет интерес для научных работников, аспирантов и студентов, проводящих исследования в области химии и геохимии нефти и природных битумов, их добычи и переработки.

Показана возможность получения более глубокой информации о составе и структуре компонентов масел тяжелых высоковязких нефтей путем их предварительного разделения на узкие фракции по молекулярной массе с использованием гель-хроматографии. По результатам анализа полученных фракций комплексом методов исследования, включающих определение содержания химических элементов, ИК-, ЯМР 1Н- и ГХ/МС-спектрометрию, они существенно отличаются элементным составом, содержанием функциональных групп, соотношением ароматических и алифатических структурных фрагментов в их молекулах. А также групповым и молекулярным составом идентифицированных типов соединений.

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.

Установлен индивидуальный состав биореликтовых насыщенных углеводородов, содержащихся в типичных мезозойских нефтях Восточно-Гобийского и Тамсагского нефтеносных районов Монголии. Обсуждены вероятные биологические источники изученных нефтей и пути формирования их углеводородного состава.

В работе представлены данные о распределении и структурно-групповом составе азотсодержащих оснований и серосодержащих соединений в тяжелых высокопарафинистых нефтях. Установлено, что парафинистость и смолистость нефти не влияет на качественный состав гетероатомных соединений. Показано, что c увеличением парафинистости нефти в составе этих соединений повышается доля структур с развитым алкильным замещением.

Результаты анализа сепарированных нефтей м\р Белый Тигр показывают, что за 25 лет разработки этого месторождения состав и физико-химические свойства сепарированной нефти не претерпели существенных изменений. Пластовые нефти, в основном нефти в трещиноватом фундаменте, изменили свои свойства за счёт снижения в них доли растворённого газа.

В работе представлены результаты исследования термических превращений масел нефтей двух различных типов. Углеводородный состав масел проанализирован методом ХМС. Показаны изменения в групповом углеводородном составе масел в результате их термолиза.

Приведены результаты структурно-группового анализа высокомолекулярных гетероатомных соединений, присутствующих в большом числе мезозойских нефтей месторождений Восточно-Гобийской и Тамсагской нефтеносных провинций Монголии. Найдено, что вместо общий "метанизации" состава нефти, обычно наблюдающейся с увеличением возраста и глубины залегания продуктивных пород, в этих нефтях сокращаются при этом средние размеры молекул смол и среднее содержание в смолах молекул, включающих конденсированные полиареновые ядра и крупные алифатические фрагменты.

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.

В книге представлена основная информация о содержаниях микроэлементов (МЭ) в нефтях, гудронах и битумах месторождений России и других стран, а также о взаимосвязи этих содержаний с составом и свойствами нефтей, о соотношениях между концентрациями МЭ во всех типах каустобиолитов. Выявлены типоморфные МЭ в нефтях. Предложены принципы количественной оценки и обобщены экспериментальные данные распределения МЭ в продуктах переработки нефтей и гудронов, а также результаты термодинамического моделирования образования соединений МЭ при сжигании, газификации высококипящих фракций продуктов переработки. Показаны влияние соединений МЭ на процессы гидроконверсии нефтесодержащего сырья, принципы получения и применения наноразмерных катализаоров НРК с одновременным производством товарных соединений V, Ni и дргухи ценных МЭ, содержащихся в нефтях и гудронах. Представлены основные принципы снижения до допустимых уровней поступления в окружающую среду соединений потенциально токсичных МЭ, образующиеся при сжигании продуктов переработки нефтесодержащего сырья. Для научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов университетов, специализирующихся в областях химии нефти, технологиях нефтепереработки и производства редких элементов.

Изучены состав и распределение насыщенных и ароматических углеводородов в нефтях Нижнесаксонского и Модасс бассйнов (Германия) и Балтийской синеклизы. Показано, что в нефтях Северной Германии концентрации Pr и Ph выше, чем концентрации С17 и С18, среди алкилбензолов преобладают ортоалкилтолуолы, среди алкилнафталинов и алкилфенантренов - диметилзамещенные изомеры. Нефти Прибалтики отличаются высоким содержанием н-алкилбензолов, равными концентрациями ди- и триметилнафталинов, повышенным содержанием триметилфенантренов. Показано, что по геохимическим параметрам зрелости, рассчитанным по составу насыщенных и биароматических углеводородов, наиболее преобразованными являются нефти Прибалтики и юга Германии.

Исследование нефтей показало, что на состав и распределение в них насыщенных и ароматических УВ влияет не только тип исходного ОВ, но и фациальные условия его накопления. Для большей части исследованных нейтей характерен сапропелевый тип исохдного ОВ, отлагавшегося в соленых мелководно-морских либо озерных условиях. Нефти Приколтогорской, Фестивальной, Квартовой и Куль-Еганской площадей отличаются повышенным вкладом в состав исходного ОВ наземной растительности. Образование нефтей Куль-Еганской, Квартовой и Фестивальной площадей происходило в пресноводных прибрежно-морских или озерных условиях, а Приколтогорской - в аллювиальных дельтовых.

Установлены средние композиционные и структурные характеристики ряда нефтей северных регионов Германии и Прибалтики, а также содержащихся в них и ряда ранее детально не анализировавшихся высокомолекулярных гетероатомных соединений (смол). Показано, что, несмотря на принадлежность всех изученных нефтей к одним и тем же химическим типам, определяемым по углеводородному составу объектов, их смолитсые компоненты значительно разнятся как по содержанию в нефтях, так и по структурным особенностям углеродных скелетов молекул.

Изучен состав низкомолекулярных азотсодержащих оснований в нефтях и рассеянном органичесок веществе пород верхнеюрского комплекса Западной Сибири. Установлено, что качественный состав этих соединений одинаков. Азотистые основания всех исследованных образцов представлены хинолинами, бензо- и дибензохинолинами, азапиренами, тиофенохинолинами и бензотиофенохинолинами. Преобладают азаарены, в составе которых доминируют алкибензохинолины. Для органического вещества пород характерно более высокое относительное содержание менее алкилированных структур.

Исследовано влияние дисперсных материалов на основе технического углерода на рост и ферментативную активность аборигенной почвенной микрофлоры в процессе биодеградации нефтяного загрязнения. В присутствии дисперсных углеродных материалов показано увеличение на 20-30% активности ферментов группы каталазы, дегидрогеназы и полифенолоксидазы, повышение в 2-5 раз численности основных физиологических групп микрофлоры в фазу экспоненциального роста, увеличение на 20-28% степени деструкции нефти, усиление изменений структурно-группового состава нефтяного загрязнения.

Показано изменение выхода газа, жидких продуктов и кокса в зависимости от условий крекинга природных битумов Ашальчинского и Кармальского месторождений (Татарстан). Установлены изменения вещественного и фракционного составов продуктов крекинга в зависимости от условий процесса. Выявлены характерные отличия состава жидких продуктов крекинга, полученных в стационарных проточных условиях.

Исследовано изменение состава и свойств прямогонных бензиновых фракций нефтей Тамсагбулаг и Зуунбаян месторождений Монголии в процессе облагораживания на Fe-содержащем цеолитном катализаторе. Показано, что при термокаталитическом проевращении прямогонных бензинов снижается содержание нормальных парафинов и повышается концентрация ароматических углеводородов, что приводит к росту октановых чисел получаемых бензинов.

Представлены результаты исследования состава жидких, летучих продуктов и остатка конверсии высокосернистого природного асфальтита потоке сверхкритической воды при 400 оС, 30 МПа без и при добавлении в асфальтит алюминиевой и цинковой стружки (Al и Zn). Продукты исследованы с помощью методов элементного и рентгенодифракционного анализа, ИК-, ЯМР 1Н и масс-спектрометрии и ГХ/МС. Выделение тепла и водорода при окислении металлов сверхкритической водой обеспечило более глубокую конверсию и десульфуризацию асфальтита за счет его термической деструкции и гидрирования. Доля нерастворимого остатка конверсии уменьшилась при добавлении Al и Zn от 44,5 до 11,3 и 26,3 %, соответственно. Степень десульфуризации асфальтита при СКВ конверсии в присутствии Al составила более 70 %, а в присутствии Zn − более 60 %. Установлено, что при добавлении металлов к асфальтиту увеличилось содержание масел в жидких продуктах конверсии. Эти жидкие продукты характеризуются меньшим содержанием карбонилсодержащих веществ и сульфоксидов. Смолы и асфальтены жидких продуктов, полученных при СКВ конверсии в присутствии добавок, содержали больше азота и ароматических фрагментов, но меньше серы, чем полученные при конверсии без добавок. Добавление металлов привело к увеличению в жидких продуктах содержания полициклических ароматических углеводородов и гетероатомных соединений. В частности, в маслах увеличилось содержание таких соединений с общим числом колец от 3 до 6.

Асфальтит Ивановского месторождения Оренбургской области и продукты его экстракционно-хроматографического разделения (асфальтены, бензольные и спирто-бензольные смолы, масла) охарактеризованы с использованием сочетания флэш пиролиза и хромато-масс-спектрометрии. Согласно полученным данным, при 400 С состав летучих продуктов определяется, главным образом, процессом испарения, однако уже при этой температуре наблюдаются признаки термодеструкции изученных образцов. Состав продуктов флэш пиролиза при 650С существенно отличается от продуктов, полученных при 400С. Для всех исходных образцов они характеризуются одинкаовым набором соединений, включающем алканы, алкены, алкадиены, моно- и полициклические циклоалканы, моно-, би- и трициклические ароматические углеводороды, бензо- и дибензотиофены. Практически для всех типов соединений увеличивается доля низкомолекулярных гомологов. Существенно возрастает относительное содержание моноциклических ароматических углеводородов.

С помощью масс-спектрометрии детально изучены групповой состав и молекулярно-массовые распределения углеводородов различных структурных типов в типичных нефтях из отложений верхнего и среднего миоцена на месторождениях Сахалина. Газохроматографически установлен индивидуальный состав алифатических и некоторых низших алкилароматических углеводородов в этих нефтях. Прослежены основные тенденции изменения углеводородного состава изученных миоценовых нефтей с глубиной, показана важная роль термодинамических факторов в формировании состава содержащихся в них аренов.

В работе приведены результаты по исследованию смачиваемости микросфер высокоэнергетической золы. Показано, что они обладают дифильными свойствами, причем высота капиллярного поднятия для нормальных алканов и ароматических углеводородов в два раза выше, чем для воды. Впервые обнаружена уникальная способность сферозолы сорбировать нефти различного состава с образованием твердых, легко отделяемых структурированных фаз без остаточных нефтяных радужных пленок. Показано, что площадь образуемых пятен зависит от плотности нефти. Сделан вывод о перспективности применения сферозолы как нового сорбента при сборе разливов нефти. Высказано предположение о возможности использования данного сорбента в процессах селективного разделения изомерных ароматических и алифатических углеводородов.

Изучены распределение и состав азот- и сероорганических соединений в тяжелых нефтях пермо-карбоновой залежи Усинского месторождения. Показано, что исследованные нефти характеризуются высоким содержанием серы и азота. Особенностью усинских нефтей является повышенное количество низкомолекулярных азотсодержащих оснований, среди которых значительную долю составляют азоткислородсодержащие компоненты. В составе низкомолекулярных азотистых оснований увеличено относительное содержание полициклических ароматических структур. Низкомолекулярные сернистые соединения представлены, главным образом, сульфидами и тиофенами, с преобладанием последних. Среди гетероциклических ароматических сернистых соединений доминируют дибензотиофены.

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.

Сборник включает в себя доклады, которые были обсуждены на IX Международной конференции «Химия нефти и газа» (Томск, Россия, 22–25 сентября 2015 г.). В представленных материалах изложены различные аспекты теории образования нефти. Затрагиваются методические вопросы исследования нефтей и родственных природных объектов. Приводятся данные о надмолекулярной структуре нефтяных систем, о составе и свойствах углеводородных и гетероорганических компонентов нефтей и рассеянного органического вещества пород различных нефтегазоносных провинций. Большое внимание уделено изучению углеводородных флюидов с точки зрения геохимии. Значительная часть работ посвящена созданию физико-химических, микробиологических и комплексных методов увеличения нефтеотдачи, газо- и конденсатоотдачи для месторождений с трудно извлекаемыми запасами, современных технологий подготовки и транспорта нефти, водонефтяных эмульсий и газа, перспективных для освоения нефтегазовых месторождений Арктического региона. Приводятся результаты лабораторных исследований, промысловых испытаний и промышленного использования новых физико- химических технологий увеличения нефтеотдачи месторождений с трудно извлекаемыми запасами, в том числе залежей высоковязких нефтей, влияние методов увеличения нефтеотдачи на состав извлекаемой нефти. В докладах отражено современное состояние научно-исследовательских и опытно-промышленных работ в области рационального использования углеводородного сырья. Большое внимание уделено нетрадиционным подходам, обеспечивающим повышение глубины переработки нефти и природных углеводородных газов, а также рассматриваются вопросы получения ценных продуктов и материалов из альтернативных источников – природных битумов, горючих сланцев, битуминозных песков, бурых углей. 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 химии, геохимии, добычи, транспорта и переработки нефти и газа, а также для преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений соответствующего профиля.

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.

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.

Исследованы качественные и количественные изменения массы и углеводородного состава нефтяных систем при биодеградации в условиях модельных лабораторных экспериментов. Биодеградация образцов нефтей Советского и Стрежевского месторождений (Западная Сибирь) и месторождения Белый Тигр (Вьетнам) осуществлялась природными ассоциациями микроорганизмов, выделенными из пластовых вод и образцов почв, загрязненных нефтью. Анализ изменений углеводородного состава проведен методом хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС). Установлено, что в процессах биодеградации нефти происходит одновременное разрушение всех частей нефтяной системы - как насыщенных углеводородов, так и высокомолекулярных ее фрагментов - смол и асфальтенов.

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.

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.

В монографии представлена база данных о физико-химических свойствах нефтей из различных нефтеносных бассейнов мира, созданная на основе ГИС-технологий и включающая более 13 тыс. записей. Предложена обобщенная классификация нефтей по набору основных физических характеристик и показателей химического состава. Изучены и описаны основные закономерности изменения физико-химических характеристик нефтей в зависимости от их географического размещения, глубины залегания и возраста пород, а также от уровня теплового потока. Исследована цикличность изменения физико-химических характеристик нефтей в различных стратиграфических подразделениях и показана их связь с трансгрессиями Мирового океана. Рассмотрены вопросы оценки показателей нефтей в зависимости от их районирования. Книга предназначена для специалистов в области нефтяной геологии и геохимии и химии нефти, аспирантов и студентов, обучающихся по соответствующим специальностям.

Большой интерес нефтяников вызывают исследования химического состава нефти, который оказывает существенное влияние на глубину переработки сырья, на ассортимент и качество выпускаемой нефтехимической продукции. Повышенное содержание серы вызывает при переработке интенсивную коррозию аппаратуры и приводит к ухудшению экологической обстановки. Известны также и проблемы транспортировки и переработки нефти с повышенным содержанием парафинов, смол, асфальтенов и др. Данные о химическом составе нефти из различных регионов представляют интерес и с точки зрения проблемы ее генезиса.