Введение к работе
Актуальность проблемы. Кислород является вторым по распространенности (после серы) из гетероатомов, входящих в состав нефтей и нефтепродуктов. Его содержание в нефтях обычно находится в пределах 0,1-1,0 %, достигая в отдельных образцах 3,0 %, а в нефтях из молодых, слабо погруженных залежей, в природных битумах и асфальтах - даже 7,0 %. Кислородорганические соединения (КОС) нефти представлены кислотами, фенолами, кетонами, эфирами, лактонами и фурановыми соединениями.
Интерес исследователей к этим соединениям не случаен. С одной стороны КОС, являясь составной частью смолисто-асфальтеновых веществ (CAB) нефтей, во многом определяют поведение нефтяной системы в процессах добычи, транспортировки и переработки нефти. С другой стороны, поскольку КОС входят в состав липидов практически всех растительных и животных организмов, играющих главную роль в формировании нефти, в том числе ее углеводородной (УВ) части, данные о их составе и содержании могут нести важную информацию как об исходном нефтематеринском веществе, так и служить индикаторами процессов образования и превращения нефтей. Поэтому изучение состава и содержания этих соединений способствует пониманию генезиса и трансформации нефти.
Имеющаяся к настоящему времени информация о составе КОС западносибирских нефтей касается в основном наиболее полярных соединений - кислот и фенолов. Практически отсутствуют сведения о содержании общего кислорода, входящего в состав органических соединений, составе и содержании слабополярных КОС в нефтях. Мало внимания уделяется выявлению взаимосвязей между КОС и другими свойствами нефтей, факторов, способствующих их накоплению и трансформации в геологических условиях. Все это определяет значительный научный и практический интерес к изучению состава и распределения КОС в нефтях Западной Сибири и актуальность наших исследований.
Цель работы заключалась в изучении индивидуального и группового состава нефтяных КОС, выявлении закономерностей распределения КОС в нефтях юрских отложений Западной Сибири, их связей с составом, свойствами и условиями залегания нефтей.
Основные задачи исследования:
разработать метод концентрирования слабополярных карбонильных соединений, присутствующих в нефтях;
получить новые данные о групповом и индивидуальном составе карбонильных соединений нефтей Западной Сибири;
изучить функциональный состав и содержание КОС в нефтях юрских отложений Западной Сибири;
выявить взаимосвязи между содержанием отдельных групп нефтяных КОС и химическим типом и физико-химическими свойствами нефтей, глубиной залегания и возрастом вмещающих отложений, тектонической приуроченностью залежей.
Научная новизна. Разработан способ, позволяющий в ходе одного определения раздельно сконцентрировать полярные и слабополярные карбонильные соединения, дополняющий методологическую базу анализа нефтей и нефтепродуктов.
Существенно расширены знания о составе и химическом строении КОС нефти: впервые в нефтях Западной Сибири обнаружено присутствие алифатических карбонильных соединений, а именно, изопреноидного Сі8 кетона и гомологического ряда н-алкан-2-онов, а также ароматических карбонильных соединений - флуоренонов, бензофлуоренонов, дибензо- и/или нафтофлуоренонов.
Впервые на основе комплексного изучения широкого круга нефтей юго-востока Западной Сибири, залегающих в коллекторах юрского нефтегазоносного комплекса, выявлена взаимосвязь между содержанием КОС и физико-химическими свойствами нефтей. Проведено разделение нефтей на группы по распределению КОС.
Практическая значимость работы.
Разработанный способ концентрирования карбонильных соединений может найти применение в практике исследований в организациях нефтехимического, геохимического, углехимического и природоохранного профиля.
Установленные закономерности количественного распределения и состава КОС юрских нефтей юго-востока Западной Сибири, отличающихся различными геолого-геохимическими и физико-химическими характеристиками, могут использоваться для прогнозирования качества нефтей новых месторождений, а также для предварительной оценки содержания КОС в нефтях на основе их товарных свойств (плотности и содержании CAB).
На защиту выносятся:
- методика концентрирования нефтяных карбонильных соединений
двухступенчатой хроматографией с использованием в качестве сорбентов силикагеля и
силикагеля, модифицированного кремнекислым калием;
комплекс новых данных о распределении, составе и строении КОС 60 нефтей юрских отложений, включающий в себя полную информацию о содержании кислорода, кислот, фенолов и кетонов, дополненный впервые полученными сведениями об индивидуальном и групповом составе кетонов в нефтях юго-востока Западной Сибири;
закономерности изменения содержания различных типов КОС в нефтях по площади южной части Западносибирской НГП, а также в зависимости от стратиграфической и тектонической приуроченности залежей, физико-химических свойств и типа нефтей.
Реализация работы. Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Института химии нефти СО РАН в рамках тем «Изучение закономерностей в составе мезопалеозойских нефтей и других каустобиолитов», ГР № 01.960.0 07572; «Разработка научных основ прогноза состава и свойств углеводородного сырья Сибири по данным о природе нефтей и родственных объектов, глубокой переработки тяжелого нефтяного сырья и нефтяных попутных газов с применением новых методов инициирования химических реакций», ГР № 0120.0 404459.
Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции «Химический анализ веществ и материалов» (Москва, 2000), VI Международной конференции «Новые идеи в геологии нефти и газа. К созданию общей теории нефтегазоносности недр» (Москва, 2002), Международной конференции «Нефтегазовому образованию в Сибири 50 лет»
(Томск, 2002), Международной конференции «Химия нефти и газа» (Томск, 2000, 2003, 2006, 2009).
По материалам работы опубликованы: 4 статьи в российских рецензируемых научных журналах, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендуемых перечнем ВАК, материалы 7 докладов на конференциях различного уровня, 1 патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка использованных источников из 123 наименований. Полный объем диссертации составляет 93 страницы, включая 25 рисунков и 19 таблиц.
