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.

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.

Проведен анализ продуктов термокрекинга высокосернистого битума Мордово-Кармальского месторождения, содержащего 3,7 % мас. серы, 6,7 % мас. фракции н.к.-200 оС. Крекинг битума при температуре 450 оС в течение 120 мин позволяет получить дополнительно 8,1 % фракции н.к.-360 оС, при этом наблюдаются максимальные выходы газа и кокса - суммарно более 20 % мас. Исследовано влияние микросфер энергетической золы на направленность превращений компонентов битума. Крекинг битума в присутствии 10 % микросфер приводит к увеличению выхода фракции н.к.-360 оС на 10 %, при этом выход побочных продуктов (газа и кокса) суммарно составил всего 4 % мас. Результаты структурно-группового анализа смол и асфальтенов продуктов крекинга битума свидетельствуют о значительной деструкции молекул смол и асфальтенов в присутствии микрпосфер. Средняя молекулярная масса асфальтенов снижается на 703 а.е.м., количество блоков в молекуле - с 4 до 3, в 3 раза уменьшается количество нафтеновых колец, что приводит к увеличению фактора ароматичности, уменьшаются количество алифатических фрагментов и длина заместителей. Средняя молекула асфальтенов становится более компактной, преобладают ароматические структурные фрагменты.

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.

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.

В сборнике представлены статьи, подготовленные Бугульминским научно-исследовательским центром по добыче природных битумов и высоковязких нефтей Урало-Поволжья ВНИИнефти. Раскрыты вопросы геологического строения и условия залегания природных битумов Урало-Поволжья, показаны перспективы ввода в разработку месторождений, рассмотрены особенности скважинной разработки месторождений природных битумов с применением термических методов воздействия на пласт. Затронуты новые методы, в частности прогрев пласта токами промышленной частоты. Рассмотрены особенности строительства и эксплуатации битумных скважин. Большое внимание уделено работам в области техники и технологии добычи природного битума, исследования скважин при термических методах разработки. Освещены вопросы переработки природных битумов, опыт применения битумоносных пород в дорожном строительстве.

Проведен акватермолиз битума месторождения Баян-Эрхэт (Монголия) в докритических и сверхкритических условиях. Показаны различия вещественного состава жидких продуктов в зависимости от условий термолиза. Рассчитаны структурно-групповые параметры средних молекул смол и асфальтенов исходого битума и продуктов его акватермолиза. Установлены закономерности изменения структур высокомолекулярных соединений (смол и асфальтенов) битума в протекающих процессах.

Проведен термолиз кармальского и ашальчинского природных битумов при температуре 450С. Показано, что в процессе термолиза содержание смол снижается, а масел (углеводородов) - возрастает. Методом хроматомасс-спектрометрии проанализирован углеводородный состав масел. Термолиз кармальского природного битума приводит к увеличению содержания как насыщенных, так и алкил- и нафтенозамещнных моно-, би- и трициклических аренов. Термолиз же ашальчинского природного битума ведет к снижению содержания цикланов, алкил- и нафтенобензолов, нафтенозамещенных нафталинов и фенантренов, возрастанию содержания алканов, алкилзамещенных нафталинов и фенантренов.

Показано, что в структуре смол природного битума Ашальчинского месторождения (Татарстан) присутствуют фрагменты, связанные эфирными и сульфидными мостиками. Состав таких фрагментов изучен с использованием методов химической деструкции, жидкостно-адсорбционной хроматографии и ашальчинского битума связаны нормальные и разветвленные алканы, алкилциклопентаны и алкилциклогексаны, фенилалканы с различным положением фенильного заместителя, моно-, би-, три- и тетраалкилбензолы, алкилзамещенные нафталины и фенантрены, бензо- и дибензотиофены, алифатические кислоты и эфиры, циклические спирты и бициклические терпеноидные сульфиды. При этом связь насыщенных и ароматических углеводородов, дибензотиофенов, сульфидов и алифатических кислот осуществляется посредством эфирных и сульфидных мостиков. Алифатические эфиры связаны только сульфидными мостиками, а циклические спирты - только эфирными мостиками. Среди идентифицированных соединений преобладают насыщенные углеводороды, в основном нормальные алканы. Присутствие в их составе углеводородов С20 и выше свидетельствует о наличии в структуре смолистых веществ ашальчинского битума длинных алифатических цепей. В ряду ароматических углеводородов доминируют н-алкилбензолы, нафталины и фенанитрены, а в ряду гетероатомных соединений - алкилдибензотиофены.

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.

Показано, что термообработка предварительно озонированного природного битума при 340-350°С сопровождается глубоким крекингом компонентов сырья, благодаря инициированию озонидами цепных реакций термодеструкции. Выход топливных дистиллятов НК -350°С из природного битума месторождения Мортук (Казахстан) после его озонирования и отмеченного инициированного крекинга может быть доведен до 60 мас.%, что значительно выше потенциального содержания тех же фракций в сыром битуме (24,2%) и выхода их при обычном термическом крекинге при 450°С (48%). Благодаря пониженной температуре процесса, крекинг, инициированный озонидами, сопровождается значительно меньшим образованием газов и кокса. Дистилляты инициированного крекинга значительно беднее серой и полициклоароматическими углеводородами по сравнению с прямогонными фракциями сырого битума, но, как и продукты иных термодеструктивных процессов, содержат до 14 мас.% олефинов, могут быть нестабильными при хранении и, возможно, нуждаются в дополнительном гидрогенизационном облагораживании.

В книге дан анализ влияния различных геологических и геохимических факторов на размещение зон битумонакопления. Приведены критерии изменения и преобразования нефтяных углеводородов в природные битумы. Рассмотрены вопросы формирования разнообразных скоплений природных битумов в различных геологических условиях. Выделенеы наиболее перспективные битумоносные комплексы в разрезе осадочного чехла в пределах зон битумонакопления. Произведено битумонефтегеологическое районирование территории СССР, описаны зоны битумонакопления и закономерности их размещения.

Изучены особенности протекания процесса озонолиза природного битума месторождения Мортук (Западный Казахстан) в зависимости от природы используемого растворителя (осветительного керосина, толуола) и глубины превращения (общего расхода озона). При проведении реакции в керосине выпадает в осадок, легко отделяемый декантацией, до 32 маc. % от суммы продуктов. Образование твердой фазы при проведении процесса в толуольной среде не наблюдается. Суммарные выходы продуктов в обоих случаях растут с углублением процесса за счет присоединения к исходным молекулам атомов кислорода и при расходе озона в 100 г/кг сырого битума превышают массу последнего на 6-11%. Важный результат процесса – значительное снижение степени ароматичности молекул благодаря деструкции конденсированных полиареновых структур. Адсорбционное разделение растворимых продуктов реакции позволяет получить в виде гексановых элюатов с выходами до 43% (в керосине) или до 52% (в толуоле) масла, глубоко очищенные от полициклоароматических и (при проведении процесса в керосине) гетероатомных соединений. Отделенные от масел полярные продукты превращения могут найти практическое использование как высокоэффективные дешевые деэмульгаторы, структураторы почв.

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.

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.

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.

Изучена химическая природа смолисто-асфальтеновых и масляных компонентов природного битума Ашальчинского месторождения. В структуре молекул асфальтенов установлены фрагменты, связанные через сульфидные мостики, в структуре молекул смол - через эфирные мостики. Показано, что в составе таких фрагментов присутствуют н-алканы, алкилциклогексаны, нафталины, фенантрены, алифатические кислоты и дибензотиофены, имеющие сходное молекулярно-массовое распределение. Среди ароматических углеводородов масляных компонентов идентифицированы фенилалканы, дифенилы, алкилксилолы, алкилтриметилбензолы, нафталины, фенантрены, среди гетероорганических соединений - бензо-, дибензо- и нафтобензотиофены.

Проведена термообработка природных битумов Казахстана в присутствии катализатора микросфер энергетических зол, ди-третбутилпероксида. Установлены измерения вещественного и фракционного составов продуктов крекинга в зависимости от условий процесса. Выявлены характерные различия состава жидких продуктов крекинга в присутствии катализатора и добавки от продуктов крекинга исходного битума.

Анализируется изменение состава и свойств нафтидов (нефти, углеводородных газов и природных битумов) в недрах, а также емкостных и фильтрационных свойств пород. Рассмотрены процессы накопления органического вещества, образования нефти и газа и формирования их залежей. Показаны глобальные закономерности распределения нафтидов. Обоснованы геохимические методы дифференцированного прогнозирования нафтидоностновти, направленные на повышение эффективности поисковых работ и охраны окружающей среды. Для научных сотрудников, работающих в области нефтегазовой геологии и геохимии.

Изучены термические превращения высокосернистых аргентинских асфальтитов при широком варьировании условий их термообработки: конечной температуры нагрева от 350 до 600°С, природы используемого растворителя (вода, декан, тетралин, прямогонный нефтяной дизельный дистиллят), режима проведения процесса (стационарного или проточного), наличия катализатора. Показано, что при должном выборе условий в целевые жидкие продукты термодеструкции могут быть превращены до 80, а в присутствии каталитических добавок гематита - до 90% массы компонентов исходного сырья.

Приведены современные данные о составе, свойствах и методах анализа углеводородов и других компонентов нефти и газа. Рассмотрены химические основы термических и каталитических превращений углеводородов и гетероатомных соединений нефти. Излагаются основные гипотезы неорганического и органического происхождения нефти. Книга предназначена в качестве учебного пособия по курсу "Химия нефти и газа" для подготовки бакалавров, магистров и дипломированных специалистов по направлению 130500 "Нефтегазовое дело". Книга может быть использована для подготовки специалистов по другим направлениям в вузах нефтегазового профиля и может представлять интерес для специалистов, работающих в области химии и технологии переработки нефти и в других областях нефтяной и газовой промышленности.

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.

Методом термогравиметрического анализа исследовано термическое разложение образцов битума зимнего хранения (обогрев водяным паром), который был обработан с целью удаления воды по регламенту и с превышением регламентируемых температуры и времени обработки. Рассмотрено влияние на термолиз механохимически активированной минеральной добавки и добавки-имитатора асфальтенов. Приведены рассчитанные значения энергии активации термического разложения образцов битума.

Проведен математический анализ данных эмульсий высокосмолистых нефтей с различным содержанием деминерализованной и минерализованной водой. Показано, что свойства эмульсий с деминерализованной водой определяются содержанием и составом смол, а на свойства эмульсий с минерализованной водой основное влияние оказывают содержание и состав асфальтенов.

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 сборнике отражены результаты анализа разработки нефтяных месторождений в условиях высокой обводненности продукции, содержащих нефти повышенной вязкости и битумы, методы изучения физических свойств нефти, газа и воды, а также содержащих их коллекторов. Приведена программа освоения природных битумов в СССР. Отражены результаты изучения применения двуокиси углерода при вытеснении нефти.

Сборник посвящен энергетическим и энерготехнологическим аспектам решения проблем повышения степени извлечения нефти из недр и освоения залежей битумов. Рассматриваются пути повышения эффективности термического воздействия на нефтяные пласты и совершенствования технических средств для их осуществления, в частности: - метод и механизм комбинированного воздействия; - энергетические комплексы для этих целей; - энерготехнологические безотходные системы в обеспечении энерго- и ресурсосберегеающих технологий, повышения их экологической чистоты. Сборник включает также результаты исследований вопросов комплексного освоения битумов. Сборник рассчитан на сотрудников научно-исследовательских организаций, а также на инженерно-технических работников, занимающихся вопросами добычи, переработки и рационального использования трудноизвлекаемых нефтей и природных битумов.

В первой части обзора [1] были описаны изменения химической природы и свойства компонентов нефти при озонировании и последующем разрушении продуктов реакции. Озонолиз нефтяного сырья может быть с успехом использован не только для увеличения объемов производства дистиллятных моторных топлив и эффективной переработки тяжелых нефтяных остатков, природных битумов, асфальтов и бурых углей. Во второй части обзора описаны некоторые экспериментально подтвержденные возможности применения процесса озонолиза для других целей.

Представлены статьи профессорско-преподавательского состава вузов и работников промышленных предприятий, посвященные проблемам интенсификации процессов нефтепереработки и нефтехимии, а также вопросам охраны окружающей среды. Предназначен для инженерно-технических работников предприятий, научно-исследовательских институтов нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности, а также для преподавателей, аспирантов и студентов вузов.

Проблема освоения нефтяных ресурсов включает вопросы повышения эффективности выработки трудноизвлекаемых и совершенствования разработки активных запасов, особенностей применения новейших методов контроля и регулирования разработки месторождения, в том числе на поздней стадии, а также внедрения вторичных и третичных методов увеличения нефтеотдачи (МУН). Значительные запасы высоковязких нефтей и природных битумов с их уникальными свойствами выдвигают проблему эффективного комплексного использования такого сырья в число актуальных и важнейших проблем настоящего времени. В данном сборнике сгруппированы доклады, представленные на конференцию, которые отражают результаты экспериментальных и теоретических работ по трем основным направлениям изучения этой сложной проблемы: добыча трудноизвлекаемых нефтей (истощенные и обводненные пласты, тяжелые нефти; низкопроницаемые, карбонатные и глинистые коллекторы); освоение залежей высоковязких нефтей и природных битумов; переработка высоковязких нефтей и природных битумов, новые технологии, подготовка, методы исследования, состав. В материалах сборника освещены фундаментальные исследования и технологические решения процессов разработки месторождений, увеличения нефтеотдачи, создание техники и средств, экономические и экологические проблемы, исследования состава классификации и терминологии нафтидов и новых методов анализа нефтяных компонентов. Отражены вопросы получения практически полезных продуктов, включая малотоннажные нефтехимикаты, предложены схемы подготовки и переработки тяжелых нефтей и нефтяных остатков. Сборник представляет интерес для широкого круга исследователей в области нефтехимии, энергетики, геологии, геохимии, металлургии, экологии и инженерно-технических работников нефтедобывающей промышленности и других специалистов. Доклады даны в авторской редакции.

В монографии представлены результаты анализа и обобщения экспериментальных исследований особенностей физико-химических свойств и сверхвязких нефтей пермских отложений Республики Татарстан и методов извлечения их из пласта, проведенных в ТатНИПИнефть. Проведен краткий обзор работ по реологическому изучению и попыток организации добычи природных битумов в XVIII-XIX веках. Дан анализ результатов опытно-промышленных работ на Сугушлинской, Мордово-Кармальской и Ашальчинской залежах шешминского горизонта уфимских отложений. Представлена новая классификация углеводородов, более полно учитывающая рекомендации Нефтяного конгресса и показатели из проекта "Методические рекомендации по применению "Классификации запасов и прогнозных ресурсов нефти и горючих газов", а также существующие налоговые стимуляторы федерального и регионального законодательств. Рассмотрены особенности определения фильтрационно-емкостных свойств коллекторов СВВН. Сформулированы направления совершенствования скважинных методов добычи сверхвязких нефтей. Издание предназначено для широкого круга ученых и специалистов, связанных с проблемами освоения залежей сверхвязких, сверхтяжелых нефтей. Книга представляет интерес также для студентов и аспирантов нефтяных вузов.

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.

В сборнике представлены доклады и тезисы докладов Международной научно-практической конференции "Нефтегазопереработка - 2013", проводимой в рамках XXI Международной специализированной выставки "Газ. Нефть. Технологии - 2013" и посвященной 95-летию со дня рожения известного нефтепереработчика Дмитрия Федоровича Варфоломеева, внесшего значительный вклад в развитие нефтеперерабатывающих предприятий Башкортостана: Уфимского ордена Ленина НПЗ (ныне ОАО "Уфимский НПЗ"), Уфимского НПЗ им XXII съезда КПСС (ныне ОАО "Уфанефтехим") и Башкирского научно-исследовательского института по переработке нефти - БашНИИ НА (ныне ГУП "Институт нефтехимпереработки РБ"). Представленные в сборнике материалы отражают результаты исследований и промышленной апробации разработок научно-исследовательских и академических институтов, НПО, ВУЗов, предприятий нефте- и газоперерабатывающей промышленности России и стран ближнего зарубежья в области различных аспектов нефте- и газопереработки: технологий, оборудования, качества продукции, катализаторов, промышленной экологии, математического моделирования и расчета технологических процессов, исследования нефтей и нефтепродуктов, промышленной безопасности, проектирования, автоматизации процессов и т. д.