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.

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.

Исследована структура асфальтенов тяжелой нефти по схеме, исключающей стадию их термической деструкции и предполагающей разделение асфальтенов на высокомолекулярных компоненты, "низкомолекулярные асфальтены" и мальтены. Определен элементный состав выделенных компонентов. Методом хроматомасс-спектрометрии изучжен состав полициклических ароматических углеводородов и гетероатомных соединений мальтенов, входивших в состав асфальтенов.

С позиции соответствия реальным характеристикам критически рассмотрены существующие способы структурно-группового анализа высококипящих компонентов нефти с применением результатов радиоспектроскопии. Описан новый, теоретически обоснованный подход к структурно-групповому анализу исходя из тех же данных, базирующийся на учете накопленных сведений о составе и строении компонентов нефти и других каустобиолитов и исключающий использование формальных допущений, не соответствующих природе изучаемых объектов.

В работе представлены результаты определения различных спектральных характеристик тяжелых нефтей, природных битумов и фракций их экстракционно-хроматографического и гель-хроматографического разделения. Выявлена взаимосвязь удельного показателя поглощения растворов изученных образцов со спектральными характеристиками, отражающими относительное содержание ароматических, полициклических ароматических и алифатических структурных фрагментов в их составе.

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 сборник включены статьи, посвященные методическим вопросам исследования химического состава нефтей и их компонентов различными инструментальными методами. Подробно рассмотрены новые и усовершенствованные методики исследования компонентов нефтей с помощью масс-спектрометрии, ЯМР-, ИК- и люминесцентной спектроскопии, нейтронно-активационного, атомно-адсорбционного и рентген-эмиссионного анализов. Обсуждаются возможности применения математической статистики при исследовании сложных смесей органических соединений. Описаны разработанные методики определения микроэлементов и гетероатомов. Книга рассчитана на специалистов, работающих в области исследования природных смесей, а также химии и переработки нефти.

Изложены результаты интегрального структурного анализа асфальтеновых, смолистых и суммы остальных ("масляных") компонентов нефтей, добытых из олигоценовых отложений на месторож¬дении Белый Тигр и из коллекторов фундамента на месторождении Дракон. Вскрыты характерные различия в структурно-групповом составе "масел", смол и асфальтенов из каждой изученной нефти. Найдено, что некоторые параметры структуры смолистых веществ могут оказаться полезными для дифференциации нефтей, залегающих в рассматриваемом регионе в разных глубинных условиях.

В лабораторных условиях на модельных почвенных системах исследована биодеградация смол и асфальтенов аборигенной почвенной микрофлорой. Показано, что высокомолекулярные гетероатомные компоненты нефти не являются токсичными и доступны для микробного окисления, в ходе которого численность микроорганизмов возрастает в 2-4 раза, а ферментативная активность - в 1,5-2 раза. За 180 суток эксперимента утилизация смол сотавила 41,5 %, асфальтенов - 35,0 %. Анализ остаточных продуктов биодеструкции показал заметное изменение состава высокомолекулярных гетероатомных компонентов под действием почвенной микрофлоры. Микробное окисление смол и асфальтенов протекает преимущественно с отщеплением периферийных парафиновых структур; ароматическое ядро окисляется менее антенсивно.

В работе представлены экспериментальные данные изучения поведения водонефтяной эмульсии в условиях механического воздействия. Показано, что кварц существенно интенсифицируются процессы деструкции углеводородов нефти. Установлено, что механообработка эмульсии приводит к увеличению содержания смол и асфальтенов в нефти. Увеличение длительности механообработки эмульсии в присутствии кварца приводит к снижению содержания твердых парафинов в нефти.

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.

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.

Проведено моделирование процесса осадкообразования в нефти. Установлено, что образование осадка зависит от количества твердых парафинов, смол и асфальтенов, а так же от структурных особенностей молекул смол и асфальтенов. Наличие длинных боковых цепей снижает способность асфальтенов к самоассоциации. В безасфальтеновых нефтях в отстуствии твердых парафинов количество осадка растет с увеличением концентрации смол,а в высокопарафинистых уменьшается. В нефтях, в которых отсутствуют смолы или они содержатся в очень малых количествах, с увеличением концентрации асфальтенов отстутствии твердых парафинов количество образующегося осадка снижается, а при высокой концентрации парафинов увеличивается.

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.

Учебное пособие является дополнением и развитием традиционных учебников по разработке нефтяных месторождений. В нем рассмотрены вопросы классификации нефтей и методов их добычи, представлены опыт и современные технологии скважинной, открытой и шахтной систем разработки залежей тяжелых нефтей и природных битумов, методы контроля и пути решения экологических проблем, возникающих при этом, даны экономические аспекты комплексного освоения углеводородного сырья. Издание предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки магистров 131000 "Нефтегазовое дело", аспирантов. Книга может быть полезна инженерно-техническим работникам нефтегазовой промышленности.

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.

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.

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.

Проведен обзор закономерностей изменений физико-химических свойств тяжелых высоковязких нефтей Волго-Уральской нефтегазоносной провинции. Приведены данные статистического анализа свойств тяжелых высоковязких нефтей (ТВВН) в зависимости от литологической характеристики нефтевмещающих пород. Установлено уменьшение плотности (р) и вязкости (м) нефтей с увеличением глубины залегания. Показано, что максимальное значение ρ и м ТВВН наблюдается в нефтевмещающих породах нижней перми, а минимальное - в отложениях девона. По физико-химическим свойствам тяжелые высоковязкие нефти в среднем являются сернистыми, высокосмолистыми, среднеасфальтенистыми, со средним содержанием фракции н.к. 300 °С и малопарафинистыми.

Рассмотрены методические вопросы комплексного анализа пространственных и количественных изменений физико-химических свойств трудноизвлекаемых нефтей. Целью комплексного анализа свойств тяжелой, вязкой, высокосмолистой, малопарафинистой и высокопарафинистой нефтей является установление географических закономерностей их распределения, зависимости изменения их физико-химических свойств от глубины залегания, возраста нефтевмещающих пород, литологических характеристик коллекторов и термобарических условий их залегания. Пространственный анализ осуществлен на основе использования средств геоинформационных систем (ГИС) и ГИС-технологий. Приведены результаты сравнительного анализа пространственных изменений физико-химических свойств вязких нефтей континентов, стран и нефтегазоносных бассейнов.

Проведен анализ распределения трудноизвлекаемых нефтей (тяжелых, вязких, парафинистых и высокосмолистых) по объему запасов. Изучены особенности физико-химических свойств этих видов нефтей. Показано, что тяжелые, вязкие и высокосмолистые нефти по физико-химическим свойствам являются в среднем тяжелыми и сверхтяжелыми, сверхвязкими, отличаются от перечисленных тем, что они относятся к нефтям средней плотности и повышенной вязкости и являются высокопарафинистыми, с самым низким содержанием серы, смол и асфальтенов. Выявленные закономерности могут быть использованы при решении практических задач нефтяной отрасли.

В книге помещены СБОРНИКИ Всесоюзной конференции по проблемам комплексного освоения природных битумов и высоковязких нефтей (Казань, 3-7 июня 1991 г.). Освещены современные достижения в создании научных основ технологии и средств разработки месторождении природных ьитумов (ПБ) и высоковязких нефтей (ВВН). Значительное внимание уделено особенностям химического состава ПБ и ВВН, вопросам комплексной переработки этих природных образований с целью получения различных нефтепродуктов, включая широкий ассортимент ценных малотоннажных химических продуктов. Представлены данные по изменению состава и свойств битумоидов, а также получаемых из них продуктов в зависимости от применяемых методов воздействия на пласт. Отражены вопросы геологии, геохимии, экономики и экологии. Книга представляет интерес для широкого круга исследователей в области нефтехимии, энергетики, геологии, геохимии, металлургии, экологии, инженерно-технических работников нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и других специалистов. Подготовлено к печати в соответствии с решением конференции. В сборник включены материалы докладов пленарных и секционных заседаний. Ряд авторов по различным причинам не представили тексты докладов, поэтому в данный сборник включены лишь тезисы их докладов. В основном тексты статей даны в авторской редакции.

Исследованы превращения высокомолекулярных гетероатомных соединений (смол, асфальтенов) мазута нефти Усинского местороения (Республика Ком) в процессе термического крекинга при температурах 350-450 оС в присутствии инициирующих добавок - ферросфер энергетических зол. Определены структурно-групповые параметры молекул смол и асфальтенов исходного мазута и продуктов термолиза с использованием данных элеметного состава, мол. массы, ПМР-спектроскопии.

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.

Рассмотрены особенности добычи тяжелых и высоковязких нефтей и методы увеличения нефтеотдачи залежей, содержащих такие нефти. Впервые показано, что неравновесные свойства, характерные для высоковязких и тяжелых нефтей, оказывают существенное влияние на показатели разработки и эксплуатации месторождений. Описаны методы определения этих свойств по результатам лабораторных и промысловых исследований, а также гидродинамические методы исследования скважин, добывающих тяжелые нефти. Для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием разработки месторождений тяжелых и высоковязких нефтей и их добыче.

Рассмотрен ресурсный потенциал тяжелых ванадиевоносных нефтей Российской Федерации. На территории России основная часть ресурсов тяжелых и ванадиевонсных нефтей приурочена к месторождениям Волго-Уральского, Западно-Сибирского и Тимано-Печерского нефтегазоносных бассейнов. Значительный потенциал тяжелых нефтей осваивается в нашей стране недостаточно, а возможность извлечения ценных попутных компонентов из них, ванадия в частности, практически пренебрегается, что является крайне актуальной задачей в настоящее время при вынужденном переходе к широкомасштабному освоению ресурсов тяжелых нефтей. Известно, что добыча и извлечение ванадия из тяжелых нефтей и применение его в различных производствах является перспективным направлением добычи и переработки нефти и могло бы дать существенную прибыль нефтедобытчикам.

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.

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.