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.

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.

Этот сборник статей посвящен большому юбилею проф. М. Н. Смирновой - 80-летию со дня рождения и является своеобразным символом уважения, признания заслуг и достижений М.Н. Смирновой в нефтегазовой геологии и геофизике. В сборник вошли статьи геологов-нефтяников, геохимиков и геофизиков, тематика работ которых близка к проблематике исследований юбиляра. Сборник характеризуется четко выраженной тематической направленностью и, в сущности, является монографическим. Основная тематика статей сборника связана с анализом роли эндогенных факторов, прежде всего глубинных флюидов и структур, в процессах нефтегазообразования и нефтегазонакопления. Это проявляется и в подходах к рассмотрению проблемы генезиса нефти и газа, включая аспекты глубинного полигенеза и структурно-тектонического контроля формирования и распространения скоплений углеводородов. Особую практическую значимость имеют аспекты, относящиеся к совершенствованию стратегии поисковых работ и разработки нефтегазовых месторождений.

Методом масс-спектрометрии исследован групповой состав и распределение нафтеноароматических углеводородов нефтей Западной Сибири. В значимых концентрациях в нефтях присутствуют нафтеномоноароматические углеводороды, содержащие от 1 до 6 насыщенных циклов с общей формулой CnH2n-z, где z - 8, 10, 12, 14, 16, 18. Во всех нефтях доминируют нафтеномоноарены с одним насыщенным циклом. Отмечено увеличение содержания соединений с 3-6 насыщенными циклами в молекуле с ростом глубины залегания нефтей. Нафтенобиарены, содержащие от 1 до 6 насыщенных циклов, с общей формулойCnH2n-z, где z -14, 16, 18, 22, 24 присутствуют в нефтях в концентрациях от 20.0 до 54.0 мас.% на биароматическую фракцию. Для большинства нефтей характерно преобладание структур с 1 и 2 насыщенными циклами в молекуле. Зависимости цикличности нафтенобиаренов от природы исходного органического вещества не прослеживается. Отсутствие связи степени цикличности от типа ОВ, видимо, обусловлено тем, что поликонденсированные нафтенобиарены в большей степени отражают степень катагенетической преобразованности ОВ.

Проведен термолиз сырой нефти при температуре 350оС в течение 1 ч без и в присутствии алюмосиликатов в изотермическом режиме. Проанализирован состав газообразных и жидких продуктов термолиза. По сравнению с исходной нефтью при термическом и термокаталитическом воздейстивии в жидких продуктах реакции снижается количество смол и асфальтенов и возрастает содержание масел. Изучен индивидуальный состав насыщенных (алканов, стеранов, терпанов) и алкилароматических (соединений ряда бензола, нафталина, фенантрена) углеводородов. Показано, что термическое воздействие приводит к увеличению содержания более термически устойчивых м- и n-изомеров алкилтолуолов и алкилфенантренов. Рассчитаны геохимические параметры по составу алкилзамещенных бензолов, нафталинов и фенантренов.

Исследована окислительная способность биоценоза пластовых вод нефтяной залежи Вахского месторождения, численность которого составляет 420 тыс. клет./см3. При культивировании пластовой микрофлоры в контакте с нефтью, ее численность увеличивается на 1 порядок, при введении раствора композиции, содержащей азотистые компоненты, – на 4 порядка. Стимулируется их деструктивная активность. Хроматографический анализ показал, что максимальные изменения в процессе биодеструкции произошли в содержании моно-, би- и триароматических углеводородов.

Предложено новое определение понятий "кислота" и "основание". Обсуждается единая природа неорганических и органических структур. Даны представления о кислотных и основных центрах и их размещении в структуре слоистых металлосиликатов, алюмосиликатных, цеолитных и алюмоникельмолибденовых гетерогенных катализаторах. С физико-химических позиций рассмотрены механизмы реакций расщепления углеводородов в реакциях крекинга, гидрокрекинга, гидрирования и гидрообессеривания, минуя карбоний-ионный механизм. Книга может быть полезна длдя студентов и аспирантов химических специальностей, а так же для научных сотрудников, занимающихся катализом.

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.

Методом гидротермального синтеза из щелочных алюмокремнегелей получены цеолиты структурного типа ZSM-5, ZSM-8, ZSM-11 и ZSM-12, которые модифицировались цинком методом пропитки. Изучены их кислотные свойства и установлено, что катализаторы отличаются друг от друга распределением и соотношением кислотных центров разного типа. Показана возможность прямой химической переработки этана в ароматические углеводороды на Zn-содержащих цеолитах различного структурного типа. Установлено влияние структуры высококремнеземных цеолитов на активность и селективность приготовленных на их основе Zn-содержащих катализаторов. Показано, что наиболее эффективным ктализатором процесса превращения этана в ароматические углеводороды является цеолит структурного типа ZSM-5, модифицированный цинком.

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.

Впервые обнаружены легкие ациклические регулярные изопреноидные углеводороды (ЛАРИ) состава С14-С18 в современных осадках. Распределение ЛАРИ в осадках гиперсоленого озера Карачи (Западная Сибирь) варьирует по простиранию и остается постоянным в осадочном разрезе. В эксперименте бактериальная переработка осадочного ОВ приводит к деградации УВ с повышением доли ЛАРИ. Обсуждаются возможные источники, условия и пути их образования в осадках. В составе ЛАРИ выявлен параметр, изо-С16/(Pr + Ph), наиболее чувствительный к изменению условий осадконакопления и характеризующий стпень преобразованности РОВ осадочных отложений. В озере обнаружена восстановительная обстановка, осадочное ОВ в которой глубоко переработано бактериями и имеет высокие коэффициенты созревания, сопоставимые с таковыми для незрелых, "биогенных", нефтей.

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.

Исследовано окисление изопропилбензола в присутствии нанопорошков Co, Cu, Fe и Ni, полученных методом электровзрыва проводника. Показано, что скорость окисления и состав образующихся продуктов зависят от природы нанопорошка и энергии адсорбции кислорода на металле.

Представлены результаты анализа ИК спектров растворов нефти Усинского месторождения в хлорсодержащих и ароматических углеводородах в области 3700-3200 см-1. Полосы поглощения растворов нефти отличаются по форме контура и по положению максимумов, что обусловлено влиянием растворителей. С увеличением доли растворителя с высоким потенциалом обменного взаимодействия (хлороформ, толуол) происходит разрыв отдельных водородных связей с дальнейшей их рекомбинацией или образованием новых связей.

Изучен процесс неокислительной конверсии метана в ароматические углеводороды на цеолитах, модифицированных Mo и Ni. Методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения исследована структура и состав Ni-Mo/ZSM-5-катализаторов. Было показано, что в системе имеется два типа частиц: кластеры молибдена (размером 1 нм) во внутренних каналих цеолита, частицы карбида Mo и Ni-Mo на поверхности цеолита. На частицах Ni-Mo наблюдался рост нанотрубок. Изучено влияние добавки никеля к 4,0% Mo/ZSM-5-катализатору.

Методом гидротермальной кристаллизации щелочных алюмокремнегелей получены элементоалюмосиликаты, содержащие в своей структуре Fe, Ga, Zr или In. Исследована каталитическая активность синтезированных образцов в процессе ароматизации низших алканов С3-С4 и показано, что исходное газообразное сырье на всех катализаторах превращается практически полностью, а наибольшее количество ароматических углеводородов образуется на Zr- и Ga-алюмосиликатах.

Изучена кинетика процесса превращения компонентов природного газа в ароматические углеводороды на модифицированных цеолитных катализаторах. Установлено влияние промотирующих добавок на активность и селективность катализаторов в данном процессе. Показано, что наиболее активным является катализатор на основе высококремнеземного цеолита типа ZSM-5 с силикатным модулем 40 и добавками 4,0% молибдена и 0,5% галлия. Приведены результаты кинетических исследований.

Найдено применение отходам обезжелезивания подземных вод - оксигидроксиду железа в качестве катализатора процесса окисления углеводородов нефти. Показано, что прокаливание оксигидроксида железа позволяет увеличить скорость окисления изопропилбензола в присутствии оксигироксида железа. Лучшие результаты получены для образцов оксигидроксида железа, прокаленного при 250С. Обнаружено, что активность катализатора в процессе окисления со временем уменьшается. Попытка регенерации катализатора повторным прокаливанием не принесла успеха.

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.

В книге проанализированы свойства углеводородов, определяющие их поведение в водных и геологических средах, источники поступления веществ-загрязнителей в природные воды, горные породы и почвы. Определены и систематизированы особенности нефтепродуктового загрязнения геологической среды и подземных вод. Установлено, что основное загрязнение природных вод нефтепродуктами связано с систематическими потерями при транспортировке, хранении и переработке на территории России, которые больше чем на порядок превышают объем потерь, связанных с катастрофическими разрывами трубопроводов, авариями танкеров и т. п. Для геологов, гидрогеологов, гидрологов, геохимиков, экологов.

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.

Представлены результаты исследований по всем основным направлениям промысловой обработки продукции скважин, включая сепарацию газа и сокращение потерь легких углеводородов, подготовку высоковязкой битумной нефти и гидродинамические основы процессов коалесценции капель без применения электрического поля, технологии сброса и очистки пластовых вод в условиях дожимных насосных станций. Впервые рассмотрено распределение легких углеводородов пластовой нефти между жидкой и газовой фазами во всех основных узлах системы нефтегазосбора, определены величины потерь легких фракций, рассмотрен комплекс технологических схем и процессов, внедрение которых позволяет резко сократить потери с высокой эффективностью. Сборник предназначен для научных и инженерно-технических работников нефтяной промышленности, НИИ и вузов, аспирантов и студентов.

Изучено влияние ингибирующей присадки на кинетику осадкообразования высокопафинистой нефти. Показано, что максимальная скорость осадкооброазования приходится на первые минуты процесса. Ингибирующая присадка способствует значительному снижению скорости осадкообразования нефти за счет удерживания в объеме твердых парафиновых углеводородов. Исследовано влияние ингибирующей присадки на групповой состав осадков и состав парафиновых углеводородов.

Проведено изучение влияния присадки бинарного действия в процессе низкотемпературной очистки нефтей сжиженными углеводородными газами при соотношении нефть:сжиженный газ 1:3 и температуре минус 25 оС. Показано, что добавление присадки при очистке нефтей сжиженным газом снижается количество осадка в 1,5-2 раза. Это происходит за счет снижения количества вовлеченных в осадок легких углеводородов. Показано влияние присадки Flexoil на структурные параметры молекул смол и асфальтенов.

В учебном пособии рассмотрены основные теоретические и технологические аспекты переработки нефти. Отражены базовые аспекты теории нефтяных дисперсных систем. Особое внимание обращено на прикладную кинетику и моделирование химических реакторов, а также на анализ и синтез химико-технологических систем. Приведены примеры расчетов технологического оборудования. Учебное пособие ориентировано на студентов, магистрантов и аспирантов, обучающихся в направлении технологии переработки нефти и газа. Может быть полезно широкому кругу инженерно-технических и научных работников, специализирующихся в области нефтепереработки и нефтехимии.

Исследовано влияние высоковязкой нефти Ашальчинского месторождения на оксигеназную активность аборигенной почвенной микрофлоры. После периода адаптации (10 сут) общая численность гетеротрофных микроорганизмов возрастает от (0,6-0,7)*10-6 до (890-990)*10-6 КОЕ/г; при этом происходит снижение биоразнообразия и в 3-4 раза возрастает активность почвенных ферментов. За 180 сут. эксперимента общая утилизация нефти в среднем составила 85,0% от ее исходного количества. При этом все нефтяные фракции подверглись окислению: общая деструкция масел (алканы, изоалканы, нафтены, арены) сотавила в среднем 86,9%. Установлено, что биохимическая трансформация высокомолекулярных гетероорганических соединений (ВМГС) нефти протекает одновременно с минерализацией более легких фракций. Утилизация смол и асфальтенов в среднем составила 86,8 и 55,1%, соответственно. Доказано, что в процессе окисления ВМГС происходит уменьшение их молекулярной массы за счет деградации алкильных заместителей, а также за счет частичного разрушения ароматических и нафтеновых циклов.

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.

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.

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.

Изучены химический состав высоковязкой нефти Монголии и влияние нефтевытесняющих композиций на основе поверхностно-активных веществ (ПАВ) на распределение углеводородов (УВ) в процессе термостатирования системы нефть-композиция (нефть-вода) в лабораторных условиях. Показано, что присутствие композиции в системе приводит к перераспределению и изменению состава УВ нефтяной фазы и увеличению содержания нефтяных компонентов в водной фазе, особенно заметному при использовании ПАВ; в нефти увеличивается доля легких алканов С10-С15, в водной фазе преобладают алканы и циклогексаны С16-С25.

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.

Исследованы микробиологические и физико-химические характеристики нефтяных месторождений Монголии - Зуунбаян, Цаган-Элс с пластовой температурой 27-30С и Тамсагбулаг - 55-75С. Определена численность углеводородокисляющей, сульфатредуцирующей и денитрифицирующей физиологических групп пластового биоценоза. В процессе окисления вязких нефтей Монголии изолированной углеводородокисляющей микрофлорой степень биодеструкции увеличивается от 1,6 до 8,15, накапливаются продукты метаболизма, снижающие поверхностное натяжение от 70 до 42 мN/м. Хроматографический и ИК-спектрометрический анализы показали глубокие деструктивные изменения углеводородов нефтей Монголии в процесссе биодеструкции.

Показана сравнительная степень оценки процессов биодеструкции углеводородов нефти, загрязняющих почву, с применением методов ИК- и ЯМР 1Н-спектроскопии.

В книге освещены процессы формирования и сохранения порового пространства в карбонатных толщах различного состава и генезиса. Освещены новые оригинальные методы оценки сложного строения пустотного пространства; они позволяют выявить морфологию каверн и трещин. Изучены карбонатные коллекторы ряда крупнейших месторождений нефти и газа, построены модели распространения коллекторов в природных резервуарах Прикаспия (Карачаганак, Тенгиз и др.). Проанализирован характер изменения фильтрационно-емкостных и структурных параметров при погружении отложений на большие глубины, обосновано сохранение эффективной ёмкости и трещиноватости на глубинах более 5 км. Разработана оценочно-генетическая классификация карбонатных коллекторов; теоретически обоснованы классификационные схемы условий и факторов, обусловливающих формирование высокоемких коллекторов. Монография иллюстрирована большим числом таблиц, графиков, разрезов скважин и моделями резервуаров. Книга содержит ценную информацию для специалистов в области нефтегазовой геологии, студентов и инженеров.

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.

Даны основные понятия общей геохимии, показано значение геохимических исследований при поисках и разведке нефти и газа. Рассмотрены преобразование органического вещества осадочных пород при литогенезе, геохимия нефтей и природных газов, геохимические методы (газовый, битумный и др.) поисков нефтяных и газовых месторождений, роль геохимических исследований при контроле за разработкой месторождений этих полезных ископаемых. Для студентов вузов, обучающихся по специальности "Геология нефти и газа".