ЯМР релаксометрия флюидов в порах коллектора

малые поры-нет воды, большие поры – свободная вода; в середине – реальная смесь

Связанная вода Свободная вода

ЯМР релаксометрия дает сведения о характере смачивания коллекторов.

ЯМР релаксометрия дает сведения о формировании В/Н эмульсий внутри пористых коллекторов

Функции распределения времен поперечной ЯМР – релаксации на различных участках модели водосодержащего нефтяного пласта.

ЯМР релаксометрия позволяет получать и томографические изображения распределения флюидов в поровом пространстве коллекторов

Прибор ЯМР – каротажа фирмы Schlumberger – перешли от огромных магнитов к магнитам маленьких размеров.

12. Какие методы используют для исследования процессов взаимной диффузии компонентов нефтяных флюидов в условиях невесомости? Чем вызвана необходимость осуществления подобных исследований?

Цели исследований природных флюидов при разработке месторождения

Знание фазового состояния, состава и физико-химических свойств необходимо

для того чтобы определить:

• Имеющиеся запасы нефти и газа
• Возможные объемы добычи
• Возможные сроки эксплуатации месторождения
• Оптимальные стратегии управления разработкой

13. С чем была связана необходимость развития методов «петроинформатики»?

14. Опишите основные принципы методов молекулярного моделирования (молекулярной динамики) и области применения этих методов в нефтегазовом производстве.

15.Опишите основные типы природных нанообъектов, содержащихся в нефтегазовых средах.

16. В чем выражается «природная нанодисперсность» жидкостей? При моделировании каких производственных процессов необходим учет наличия «природной нанодисперсности» нефтегазовых сред?

17. Какие свойства природных нефтей могут зависеть от наличия наночастиц механических примесей?

18. Что такое «наножидкости»? Какие свойства наножидкостей представляют интерес с точки зрения практических применений? Опишите области применения технологических наножидкостей в нефтегазовом производстве.

19. Опишите разновидности «наноуглерода». Какие из этих нанообъектов наиболее часто встречаются в нефтегазовых средах?

20. Что такое диамандоиды? Опишите особенности их структуры, способы получения и возможности практического использования.

Несмотря на присутствие водородных атомов, диамондоиды также часто рассматривают как один из типов «природного наноуглерода». Простейшие диамондоиды назвали адамантан. Этот термин был выбран в связи с наличием у молекул адамантана (как и у молекул других диамондоидов) алмазоподобной пространственной структуры (каркаса). Уникальной особенностью каркаса диамондоидов является присутствие наноразмерных полостей («клеток», «ловушек») внутри которых могут захватываться и удерживаться другие молекулы. К настоящему времени известно свыше 20 000 молекулярных структур, относящихся к алмазоподобному типу, характерному для диамондоидов – производные адамантана (C10H16), диамантана (С14Н20), триамантана (C18H24) и пр. Список их применения весьма широк от антивирусных лекарственных препаратов, ракетных топлив, эффективных взрывчатых веществ до создания нанороботов и молекулярных машин.Биохимические эксперименты обнаружили, что некоторые производные диамондоидов обладают значительной антивирусной активностью. Более того, одна из производныхадамантана оказалась ценным лекарственным средством для лечения болезни Паркинсона. В 1950-х годах удалось синтезировать простейшие диамондоиды (адамантан и диамантан), однако попытки синтеза более высоких представителей гомологического ряда (с потенциально более ценными потребительскими свойствами) до сих пор не увенчались успехом.В конце 2002 года было доказано, что коммерчески значимые количества природных диамондоидов могут быть получены из нефтегазового сырья или из некоторых продуктов нефтепереработки. Соответствующие технологии, защищенные несколькими патентами США уже позволяют производить адамантаны и диамантаны в килограммовых объемах при сравнительно небольших затратах. Высшие диамондоиды (не поддающиеся химическому синтезу) уже научились выделять из природных нефтей в количествах, исчисляемых десятками граммов. Выделены и кристаллизованы разнообразные сложные молекулы (С22 и выше) с многочисленными алмазоподобными полостями углеродного каркаса.Первичной стадией выделения диамондоидов часто являются известные методы SARA-анализа природных нефтейВлияние диамондоидов на процессы добычи нефтегазового сырья ранее считали несущественным, в связи с их малыми концентрациями. В последние годы установлено, однако, что на многих месторождениях диамондоиды способны образовывать взвешенные коллоиды и твердые органические осадки как самостоятельно, так и во взаимодействии с парафинами, смолами и асфальтенами.

21. Что такое наноалмазы? Опишите особенности их структуры, способы получения и возможности практического использования.

В 1980-е гг. в нашей стране было обнаружено, что при динамическом нагружении углеродсодержащих материалов могут образовываться алмазоподобные структуры, получившие название ультрадисперсных алмазов. В настоящее время всё чаще применяется термин «наноалмазы».Условия образования наноалмазов могут быть реализованы при детонации взрывчатых веществ с значительным отрицательным кислородным балансом, например смесей тротила с гексогеном. Наноалмазы, получаемые методом детонации из углерода взрывчатых веществ, отличаются чрезвычайно узким распределением частиц по размерам.Основная масса частиц имеет размер около 4 нанометров. В одной такой частице около 10 тысяч атомов углерода. Таким образом, наноалмазы являются наиболее крупными представителями наноуглерода. Напомним, что в молекулах их близких родственников, диамондоидов, количество атомов углерода не превышает нескольких десятков.В природных средах наноалмазы, как правило, не присутствуют. Иногда их находят в метеоритах. Однако высокие температуры и давления, необходимые для образования наноалмалов, могут быть реализованы при ударах небесных тел о поверхность Земли в присутствии углеродсодержащих материалов (органика, торф, уголь и пр.). Так, наноалмазы были обнаружены в лесной подстилке в зоне падения Тунгусского метеорита.

В промышленности наноалмазы могут использоваться в качестве добавки, которая кардинально меняет свойства материала. Например, если добавлять наноалмазы в смазочное масло, трение исчезает, оно не фиксируется современными приборами. При этом, на тонну масла нужен всего один килограмм частиц. Если добавить исходный материал – алмазы с графитом – в резины, из которых делаются шины для больших грузовиков, то их износостойкость увеличивается (шины можно менять ни каждые 40 тыс. км, а каждые 100 тыс. км.) При этом наноалмазов при смешивании нужно мизерное количество по сравнению с объемом вещества.

22. Что такое фуллерены? Опишите особенности их структуры, способы получения и возможности практического использования.

В 1985 г. Г.Крото и Р.Смолли изучали масс-спектры паров графита, полученных под ударом лазерного пучка, и обнаружили, что в спектрах есть два сигнала, интенсивность которых намного выше, чем всех остальных. Сигналы соответствовали массам 720 и 840, что указывало на существование крупных агрегатов из углеродных атомов – С60 и С70. Масс-спектры позволяют установить лишь молекулярную массу частицы, но была предложена структура многогранника, собранного из пяти- и шестиугольников.

Название «фуллерен» было дано в честь известного американского архитектора Бакминстера Фуллера, предложившего строить ажурные куполообразные конструкции сочетанием пяти- и шестиугольников.

Получить фуллерен в заметных количествах удалось Д.Хаффману и В.Кретчмеру, которые провели испарение графита с помощью электрической дуги в атмосфере гелия. Сажа, образующаяся в этом процессе, была проэкстрагирована бензолом. Из раствора выделили соединения, имеющие состав С60 и С70; второе соединение образуется в количествах, приблизительно в шесть раз меньших, чем первое, и потому основная масса исследований проводится с С60. Содержание фуллеренов в образующейся саже достигает 44%. Существуют схемы синтеза фуллерена способами органической химии, но они пока не реализованы.

Фуллерен отличается прежде всего тем, что это индивидуальные конечные молекулы, имеющие замкнутую форму. Фуллерен в отличие от известных ранее трех форм углерода растворим в органических растворителях (бензол, гексан, сероуглерод). Из растворов фуллерен кристаллизуется в виде мелких темно-коричневых кристаллов.

В каждом шестиугольном цикле имеются три фиксированные кратные связи и три простые связи. Кратные связи располагаются на линии соприкосновения двух шестиугольников, простые – пяти- и шестиугольника. Все вершины каркаса и, стало быть, атомы углерода эквивалентны, поскольку каждая вершина находится в точке, где сходятся один пяти- и два шестиугольника.

Еще одна необычная структурная особенность фуллерена заключается в том, что его молекула имеет внутреннюю полость, диаметр которой приблизительно 5 . Внешний диаметр самой молекулы 7,1 . Фуллерен – исключительно устойчивое соединение. В кристаллическом виде он не реагирует с кислородом воздуха, устойчив к действию кислот и щелочей, не плавится до температуры 360 °С.

Способ введения атома металла во внутреннюю полость фуллерена практически не отличается от способа получения самого фуллерена. Графит перед испарением пропитывают солями металлов. В продуктах реакции обнаружены соединения состава С60La, С60Y, С60U.

Родственные соединения и аналоги фуллерена пока немногочисленны. Самый известный аналог – С70 – был получен практически одновременно с С60. Получение его в чистом виде связано с большими трудностями, и потому он изучен меньше. По форме он близок к эллипсоиду.

Одним из основных свойств фуллеренов является построение атомарных слоев в местах увеличенных нагрузок, таких как трения или электрохимических реакций. На основе подобных молекул появились автомобильные присадки и интеллектуальные смазки. Уникальность полученного материала заключается в том, что при обработке наиболее изнашиваемых узлов автомобиля значительно увеличивается период работы оборудования. Это происходит благодаря тому, что во время работы узлов агрегата возникают различные физические воздействия, а фуллерены стремятся сохранять первоначальные формы поверхности, тем самым защищая себя от деформации, а обработанный узел – от износа.

Фуллерены в медицине применяются и в наши дни. Наиболее часто эти компоненты используют как пищевые добавки, антиоксиданты, косметические и профилактические средства, гомеопатические препараты и прочие лекарственные препараты.

Молекулярные кристаллы фуллеренов — полупроводники, однако в начале 1991 г. было установлено, что легирование твёрдого С60небольшим количеством щелочного металла приводит к образованию материала с металлической проводимостью, который при низких температурах переходит в сверхпроводник.