Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Реферат'
О готическом стиле немало написано в научной литературе.Изучением этого направления в мировой культуре занимались такие видные архитекторы как Пьер де...полностью>>
'Урок'
Цель урока: побудить учеников задуматься о призвании человека, о трагизме бесцельного существования, об ответственности за свою судьбу и судьбы тех, ...полностью>>
'Программа'
введен в обязательный минимум специальных дисциплин для студентов нефилологических специальностей в соответствии с Государственным образовательным ст...полностью>>
'Документ'
Огромное значение при этом имеют массовые формы работы. Проведение предметных недель является показателем внеклассной работы. Особое значение при это...полностью>>

Р. Н. Насиров Официальные оппоненты

Главная > Автореферат
Сохрани ссылку в одной из сетей:

УДК 541.515 На правах рукописи

ТЕ ЛЕОНИД АЛЕКСАНДРОВИЧ

Физико-химические исследования парамагнитных отложений Прикаспийской впадины

02.00.04 – Физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Республика Казахстан

Караганда, 2007

Работа выполнена в Атырауском государственном университете

им. Х. Досмухамедова

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Р.Н.Насиров

Официальные оппоненты: доктор химических наук

М.Е.Агельменев

доктор химических наук

Т.Сулейменов

Ведущая организация: АО «Научно-производственный центр

«Фитохимия»

Защита состоится « 31 » мая 2007 года в 1400 час. на заседании Диссертационного совета ОД 14.07.01 при Карагандинском государственном университете им. Е. А. Букетова по адресу: 100028, г. Караганда, ул. Университетская, 28, химический факультет, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КарГУ им. Е. А. Букетова.

Автореферат разослан 25 апреля 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ОД 14.07.01

доктор химических наук

Амерханова Ш.К.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Сейчас является очевидным, что экономическое могущество и энергетическая мощность суверенного Казахстана ближайшие десятилетия будут возрастать, прежде всего, за счет нефтегазового комплекса. Развитие нефтяной промышленности, резкое увеличение добычи нефти всегда связано с повышением эффективности поисков и разведки новых месторождений. Надсолевые и подсолевые отложения Прикаспийской впадины являются высокоперспективным нефтегазоносным районом Республики Казахстан.

Эффективность решения прикладных и фундаментальных задач в области поисков, добычи и нефтепереработки в значительной степени зависит от информации о физико-химических свойствах нефти и вмещающих ее осадочных породах.

В последние годы наряду с традиционными методами прогнозирования нефтегазоносности геологических отложений придается большое значение развитию и совершенствованию прикладных физических и геохимических методов поисков углеводородных залежей, основанных на исследовании особенностей распределения аномалий некоторых физических и химических свойств пород и нефти.

Физико-химические изменения осадочных пород отмечались над многими месторождениями нефти и газа, и неоднократно освещались в литературе. Несмотря на это, до сих пор процессы, происходящие над скоплениями углеводородов и приводящие к аномальному изменению парамагнитных свойств отложений, изучены слабо.

Однако, в последнее время с использованием широкого арсенала современных физико-химических методов исследования пород установлено, что в поверхностных отложениях над нефтегазовыми скоплениями под влиянием миграционного потока углеводородов происходит количественное перераспределение отдельных форм таких химических элементов, как уран, ванадий, железо, марганец. Следовательно, любая возможность введения в известный комплекс параметров, определяющих нефтегазоносность разреза, новых разделительных признаков, позволяющих расчленять породы на продуктивные и непродуктивные, значительно повышает достоверность прогноза. К таким признакам следует отнести осадочные породы с парамагнитными свойствами, которые соседствуют с продуктивными горизонтами.

Настоящая работа посвящена физико-химическому анализу парамагнитных свойств осадочных отложений Прикаспийской впадины, что обеспечивает высокую актуальность представленной диссертации. Актуальность диссертации возрастает и в связи с тем, что предложенные метод определения парамагнитных центров (ПЦ) в нефтях и методология по изучению их природы существенно помогают решить общую проблему определения и извлечения микроэлементов. Анализ содержания ванадия играет существенную роль в вопросах переработки нефти и определения перспективных месторождений для выделения ценного металла.

С развитием научно-технического прогресса методы контроля за разработкой нефтяных месторождений совершенствуются, появляются новые. Если несколько десятков лет назад контроль за выработкой запасов нефти осуществлялся в основном гидродинамическим и геофизическим методами, то в настоящее время используются такие методы, как спектрофотометрический, ЭПР и ЯМР–спектроскопии, основанные на изучении соответственно оптических и магнитных свойств нефти. Использование магнитных свойств нефти на основе ЭПР и ЯМР-спектроскопии позволяет получать дополнительную, а иногда и единственно возможную информацию не только при поисках и оценке месторождений нефти, но также и при решении задач по контролю за разработкой на различных этапах эксплуатации нефтяных месторождений. Поэтому столь важной является задача по использованию парамагнитных свойств нефтей и нефтеносных пород Прикаспия, имеющая отношение к решению проблем поиска, добычи и переработки нефти.

Связь работы с планом государственных научных программ

Диссертационная работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой научно-исследовательских работ МОН РК Ф.0352 "Исследование парамагнетизма пород и углеводородов при поиске месторождений нефти и газа" (2006 – 2008 г.г.).

Целью работы являлось изучение физико-химических характеристик парамагнитных отложений Прикаспийской впадины и установление на их основе парамагнитных критериев для выявления залежей нефти и газа, а также применение стабильных комплексных соединений иона ванадила для контроля за разработкой залежей нефти.

Научная новизна

Впервые показаны возможности комплексного использования рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) и рентгеноструктурного анализа, ЯМР, ЭПР, ИК-спектроскопии в геохимических исследованиях, основу которых составляют изучение физико-химических характеристик горных пород-коллекторов и пластов нефтей по площади и разрезу месторождений нефти Прикаспийской впадины. В результате такого подхода установлено, что помимо парамагнитной формы марганца для выявления залежей нефти и газа в геологических разрезах нефтегазовых скважин могут быть использованы аномальные изменения органических свободных радикалов (СР) и ванадия (IV), содержащихся в породах. На основе определения количества ПЦ в нефтях разработан новый физико-химический способ контроля за разработкой залежей углеводородов.

Практическая ценность работы

Предложен новый способ прогнозирования нефтегазоносности, основанный на определении количества ПЦ – ионов Mn2+, V4+ и СР в породе кернов и шламов, а на основании определения концентраций соединений ванадия и СР в нефтях предложен способ контроля за разработкой залежей нефти как на этапе разведки, так и в процессе их эксплуатации.

В период разведки результаты таких исследований могут быть использованы для выявления корреляции горизонтов и пластов с геофизическими данными исследования скважин, для установления наличия или отсутствия гидродинамической связи между продуктивными пластами, а также для обнаружения тектонических нарушений.

В процессе эксплуатации основу способа контроля составляет тот факт, что в процессе эксплуатации месторождения ПЦ могут служить естественными индикаторами местоположения нефтей в поровом объеме залежи в течение всего срока эксплуатации залежи, а концентрация ПЦ не зависит от способа эксплуатации скважин – диаметра штуцера, применения насосов и т.д.

Для решения перечисленных проблем разработана лабораторная методика определения ванадия и СР непосредственно в нефтях, взятых из добывающей скважины, при температуре жидкого азота в сочетании с малогабаритными спектрометрами ЭПР в полевых условиях (предварительный патент РК, №15051). Преимуществами метода ЭПР-спектроскопии для исследования пластовых флюидов на атомном уровне являются необходимость отбора малых (до 1-30 мл) проб флюидов, недеструктивность анализируемых проб и экспрессность измерений при высокой достоверности результатов исследований в сравнении с традиционными методами.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

  • результаты разработки единой методики по экспресс-анализу содержания и природы парамагнитных соединений нефти и нефтеносных пород;

  • результаты изучения взаимосвязи физико-химических характеристик нефтей Прикаспийской впадины с их парамагнетизмом;

  • результаты исследования химического и минералогического состава нефтеносных пород и нефтей в геологических разрезах нефтегазовых скважин методами ЭПР, ЯМР, ИК-спектроскопии, рентгеноструктурного и рентгенофлуоресцентного анализа;

  • результаты установления связи между аномальным содержанием ПЦ в породах и залежью углеводородов с применением комплекса физико-химических методов;

  • результаты установления закономерности распределения парамагнитных свойств нефтей по разрезу и площади многопластовых месторождений надсолевых отложений;

  • результаты применения физико-химического способа контроля за разработкой залежей нефти как на этапе разведки, так и в процессе их эксплуатации, основанного на определении количества ПЦ – соединений четырехвалентного ванадия и СР в нефтях.

Личный вклад автора

Отбор и подготовка проб кернов, шламов и нефтей для исследования и проведение экспериментальных исследований, интерпретация и обобщение результатов, их теоретическое обоснование на основе литературных данных.

Достоверность полученных автором результатов определяется применением различных современных физико-химических методов (РФА, ЭПР, ЯМР-спектроскопии, ИК-спектроскопии, рентгенофазовый анализ, определение массовой доли битума), интерпретацией полученного экспериментального материала с позиции современных представлений в области поиска, разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, а также малыми ошибками эксперимента (4-5% с доверительным интервалом 95%).

Апробация работы

Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международных конференциях и симпозиумах: II, V Международные научно-практические конференции «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии» (Астрахань, Россия, 2003, 2006); EUROMAR (Magnetic Resonance for the Future) (York, England, 2006); 5th Asia-Pasific EPR/ESR Symposium (Novosibirsk, Russia, 2006); 6th European Federation of EPR Groups Meeting (Madrid, Spain, 2006); 53 Всероссийская научно-практическая конференция химиков с международным участием (Санкт-Петербург, Россия, 2007г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано в соавторстве 13 печатных работ, в том числе 5 статей и 8 тезисов докладов на международных конференциях, получено 2 предпатента РК.

Объем и структура работы

Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста, включает 44 рисунка, 39 таблиц и состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников литературы, включающего 143 наименования.

Основное содержание работы

Во введении представлено современное состояние решаемой научной проблемы, обоснована актуальность и научная новизна исследования, сформулирована цель работы и показана ее практическая ценность.

1 Состояние исследованности физико-химических характеристик парамагнитных отложений Прикаспийской впадины

Приведен уровень изученности таких сложных природных объектов, как нефть и вмещающие ее осадочные породы комплексом современных инструментальных методов исследования.

Обобщены литературные данные о парамагнитных свойствах нефтей и нефтеносных пород.

Однако, обилие исследовательского материала в большей мере выдвигает новые вопросы, что позволяет решать уже имеющиеся. По сравнению с нефтеносными отложениями СНГ и зарубежных стран парамагнетизм нефтей и вмещающих их осадочных отложений Прикаспийской впадины до сих пор остается мало изученным. Кроме того, в литературе практически отсутствуют систематические работы по физико-химическим анализам парамагнитных отложений Прикаспийской впадины и по использованию парамагнитных свойств для решения конкретных задач нефтегазопоисковой геохимии и нефтепромысловой геологии. Это связано, вероятно, с отсутствием единой методики экспресс-анализа микроколичеств и природы парамагнитных соединений нефти и нефтеносных пород.

2 Взаимосвязь между парамагнитными свойствами и физико-химическими характеристиками нефтей

2.1 Парамагнетизм сырых нефтей Прикаспийской впадины

Раздел посвящен экспериментальному изучению природы стабильных СР в нефтях Прикаспийской впадины. Описана разработанная в диссертации методика изучения химической структуры стабильных СР в сырых нефтях, базирующаяся на применение спектроскопии электронного парамагнитного резонанса и химического метода.

Исходя из полиароматической структуры асфальтенов - основного источника СР, можно предположить следующие типы стабильных парамагнитных центров: углеродцентрированные радикалы (типа трифенилметила), анионрадикалы, катион-радикалы, радикалы феноксильного типа и т.д.

В настоящий момент можно говорить только об определенной вероятности того или иного типа. На наш взгляд, вероятность первых двух типов должна быть меньше ввиду отношения радикалов и анион-радикалов к кислороду. Можно предположить, что более реальными моделями СР являются окисленные формы асфальтенов: катион-радикалы, радикалы феноксильного типа. В качестве окислителей могут выступать ионы тяжелых металлов и кислород.

2.2 Некоторые результаты определения ванадия в нефтях Прикаспийской впадины разными физико-химическими методами

В этой главе развита методика определения парамагнитной формы ванадия (IV) в нефтях методом ЭПР.

Предложено проводить определение содержания ванадия (IV) c помощью метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) при температуре жидкого азота (-1960С) (предварительный патент РК № 16208).

По рекомендации американских авторов спектры ЭПР ванадия принято измерять при температуре –900С, при которой нефть затвердевает и интенсивность измеряемого сигнала не зависит от вязкости нефти. Способ характеризуется высокой точностью анализа при определении содержания ванадия, но имеет также недостатки, к которым относится значительный расход азота и использование специальной температурной приставки, что не позволяет использовать ЭПР – радиоспектрометр в качестве портативного устройства в полевых условиях.

Определялось содержание ванадия методом ЭПР при температуре жидкого азота с помощью кварцевого Дьюара.

Здесь необходимо учитывать характер кривых насыщения сигнала ЭПР V4+ в зависимости от мощности Р сверхвысокой частоты (СВЧ) прибора, и проводить измерения в области линейной зависимости интенсивности сигнала от .

В данной главе представлены результаты определения содержания ванадия в нефтях Прикаспийской впадины по предлагаемому способу при температуре жидкого азота (-1960С) и по методике американских авторов при температуре –900С.

Приведенные сравнительные данные согласуются между собой, и это позволяет рекомендовать использование жидкого азота в качестве хладагента при массовых лабораторных определениях содержания ванадия в нефтях и нефтепродуктах методом ЭПР-спектроскопии (таблица 1).

Таблица 1 - Результаты определения ванадия в области линейной зависимости IV от на месторождении Юго-Восточное Камышитовое

Номер скважины

Содержание ванадия , г/т

–900С

–1960С

1

25,0

25,0

2

68,6

40,0

3

10,3

10,6

4

16,8

16,5

5

15,5

15,7

14

36,7

34,7

16

71,0

68,3

19

24,6

24,1

21

11,2

10,5

110

71,1

70,8

111

34,3

35,0

115

14,5

14,1

117

10,9

10,2

123

10,2

10,3

120

11,6

10,6

Научно-практическим результатом предлагаемого способа в отличие от метода американских авторов является снижение расхода азота, а дополнительное преимущество способа заключается в удешевлении процесса, так как исключается применение дорогостоящей температурной приставки.

2.3 Комплексное изучение физико-химических характеристик конденсата и нефтей методами ЯМР, ИК и ЭПР–спектроскопии

Был разработан экспрессный и высокоточный метод анализа физико-химических характеристик конденсата и нефтей.

В данном разделе приводятся практические результаты использования возможностей ЯМР, ЭПР и ИК-спектроскопии в изучении структурно-группового состава конденсатов и нефтей и ванадиеносности исследуемых нефтей Прикаспийского региона.

На сегодняшний день более информативным методом исследования нефти является спектроскопия ЯМР 13С, которая превратилась в стандартный метод, доступный в химической лаборатории. Если принять во внимание, что химик-органик, в первую очередь, интересуется строением углеродного скелета, то станет ясным, что с помощью ЯМР 13С можно получать значительно более полную информацию о структуре органической молекулы, чем из протонного спектра.

Так, интересный результат был получен методом ЯМР13С при изучении стабильного конденсата Астраханского нефтегазоперерабатывающего завода (АНЗ). Анализ спектра данного стабильного конденсата показал, в основном, наличие четырех сигналов, соответствующих сигналам нормального октана (рисунок 1).

а

б

Рисунок 1 - Результаты исследования методом ЯМР 13С стабильного конденсата Астраханского нефтеперерабатывающего завода: а – спектр ЯМР стабильного конденсата Астраханского нефтегазоперерабатывающего завода;

б – теоретический спектр ЯМР н-октана

Данный вывод подтверждается построением теоретического спектра н-октана, полученного на основе аддитивных закономерностей в поведении химических сдвигов атомов углерода в спектрах ЯМР 13С (рисунок 1).

Разнообразие углеводородного состава и значительный вклад алканов разветвленного строения также подтверждается данными исследования образцов нефти методом инфракрасной спектроскопии (ИК).

Таким образом, метод ЯМР в совокупности с другими спектроскопическими методами (ЭПР-, ИК- и УФ-) позволяет прогнозировать свойства нефти и конденсатов с целью получения из них высокооктановых моторных топлив, детально изучить структурно-группового и индивидуального состава исследуемых нефтегазовых месторождений.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Эпр-спектроскопические исследования биологических отложений Каспийского региона 02. 00. 04 Физическая химия

    Автореферат
    Защита состоится « 2 » октября 2009 года в 1400 час. на заседании Диссертационного совета ОД 14.07.01 при Карагандинском государственном университете имени Е.
  2. В истории таджикской литературы

    Автореферат
    Защита состоится «14» октября 2010 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 047.004.01 по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора наук при Институте языка и литературы им.
  3. Дидактические идеи ученых естествоиспытателей ближнего и среднего востока IX xvii вв. И их внедрения в процессе обучения математике (на примере Республики Таджикистан)

    Автореферат
    Защита состоится « » 201 г. в « » часов на заседании Диссертационного совета ДМ 737.016.01 по присуждению ученой степени доктора педагогических наук в Курган-Тюбинском государственном университете имени Носира Хусрава по адресу: 735140,
  4. Мохаммад Насири Аналитическая история раннего ислама

    Документ
    Некоторые исследователи считают, что слово тарих отнюдь не арабского происхождения2. Однако гораздо весомее мнение тех, кто считает, что слово тарих происходит от арабского корня араха (уараха) и имеет значение «определение времени»3.
  5. Газневидо-сельджукидские отношения в ХI-XII вв

    Автореферат
    Защита диссертации состоится «15» сентября 2011 г. в 1330 часов на заседании диссертационного совета Д 737.004.02. по защите докторских и кандидатских диссертаций при Таджикском национальном университете по адресу: 734075, г.

Другие похожие документы..