ИСТИНА

Изучение состава и молекулярной структуры геополимеров, их физического распределения в породах (в частности, сланцевых формаций РФ), взаимодействия с минеральной матрицей и влияния этих факторов на процессы образования нефти и газа.

The goal of the project is to create a methodology for the chemical analysis of organic matter of complex structure (primarily solid geopolymers, such as kerogen and asphaltenes) dispersed in oil and gas source rocks, and to apply this methodology to solve the problems of oil and gas formation. Determining the composition and chemical structure of this substance is a complex task, its solution requires a non-standard approach, at least the complex use of a very extensive arsenal of analytical methods. The complexity of the analytical task is determined by the specifics of the object under study. The scientific problem that the project aims to solve is the study of the composition and molecular structure of geopolymers, their physical distribution in rocks (in particular, shale formations of the Russian Federation), interaction with the mineral matrix and the influence of these factors on the processes of oil and gas formation. Kerogen is an organic substance of sedimentary rocks that is insoluble in common organic solvents and forms oil or gas when heated. There are separate studies devoted to the study of its structure and chemical structure, but there is no precise idea of its characteristics in the rocks of Russia, where oil and gas are formed. The main goal of the project will consist in developing methodology for chemical analysis, including the stages of separation and concentration of various components of kerogen, followed by the study of fractions using highly informative methods of chemical analysis aimed at obtaining key information about the qualitative and quantitative molecular composition of kerogen. An additional task is to assess the possibility of studying the processes of transformation of kerogen and asphaltenes during thermal decomposition during the geological evolution of the reservoir by analyzing the structure of partially and completely transformed kerogen selected from natural formations and obtained because of laboratory modeling of oil and gas generation processes. As a result, an extensive block of data on kerogen and asphaltene samples will be obtained. According to our data, studies similar in scale and depth of analysis of the chemical composition have not been carried out before. The methodological base developed during the implementation of the Project will serve as a significant contribution to the development of analytical chemistry and, undoubtedly, will be in demand in further research in organic geochemistry. Comparison of the results obtained for specific representative samples (isolated kerogen) will be novel for analytical chemistry and will provide not only methodology for studying the structure of complex geopolymers, but also provide approaches to future studies of other similar poorly studied objects of organic nature. The scientific novelty of the research lies in the development of new methods of qualitative and quantitative analysis of kerogen based on the methods of separation and concentration and the use of a set of highly informative methods of chemical molecular analysis. Secondly, the novelty will lie in the comparison of the obtained composition data with geological information in order to ensure the possibility of disseminating the obtained results by area and depth. Within the framework of studies of the oil-source strata of the Russian Federation, there are only a few works devoted to the study of changes in the structure and composition of kerogen. Most often, the study of kerogen is limited to a set of studies common to organic geochemistry, such as pyrolysis and elemental composition. The possibility of combining deep chemical approaches to a geological object and geochemical information itself is quite unique. The developed methodology for chemical analysis of kerogen will provide data on its qualitative and quantitative composition, chemical structure and changes in the course of natural thermal history. Laboratory physicochemical modeling of the transformation of oil and gas source rocks will make it possible to clarify the scientific theory of naphthidogenesis, which in turn will make it possible to predict the products of kerogen cracking more accurately, and therefore the generation of oil and gas in the rocks of the key oil shale formations of the Russian Federation.

В результате будет получен обширный блок данных об образцах керогена и асфальтенов. По нашим данным, ранее подобные по масштабу и глубине анализа химического состава исследования не проводились. Разработанная при выполнении Проекта методическая база будет служить существенным вкладом в развитие аналитической химии и, несомненно, будет востребована в дальнейших исследованиях в органической геохимии. Ожидаемые результаты проекта имеют большое теоретическое и практическое значение для аналитической химии. Они позволят получить более подробную информацию о физико-химических процессах, протекающих в нефтегазоматеринских породах. Даже минимальная дополнительная информация о преобразовании органического вещества, стадийности реакций, изменчивости промежуточных продуктов, в том числе высоковязких высокомолекулярных соединений, таких как асфальтены, позволит уточнить геологические и математические модели формирования залежей нефти и газа, предсказать условия, которые требуются для образования углеводородных соединений в количествах, экономически целесообразных для разработки месторождений. Повышение точности моделирования процессов важно с точки зрения энергетических потребностей Российской Федерации, так как позволит повысить вероятность успеха при поиске новых месторождений и нарастить объём сырьевой базы углеводородных ресурсов, снизить издержки при нефтедобыче и уменьшить негативные эффекты антропогенного воздействия на окружающую среду, особенно в районах Крайнего Севера. В то же время полученные результаты дают возможность установить необходимые технологические условия (давление, температура) для формирования углеводородов внутри пробуренных скважин, вскрывших непреобразованные толщи нефтегазоматеринских пород, и оценить вероятный молекулярный состав флюидов. Полученная в результате выполнения проекта информация потенциально даёт возможность нефте- и газодобывающим компаниям разрабатывать новые технологии стимулирования пород и создания фабрики нефти в пласте. Такие технологии также позволят нарастить сырьевую базу страны и в то же время вернуться к выработанным ранее скважинам, пробуренным через непреобразованные породы для получения новых дебитов нефти и газа. Поскольку объектом изучения проекта является не только твёрдое органическое вещество, из которого формируются нефть и газ, но и продукты преобразования, в том числе высоковязкие и высокомолекулярные, а лабораторное моделирование и расширенный химический анализ дадут информацию об их составе и его изменчивости при повышении температуры и давления, полученные результаты дополнительно позволят объяснить формирование месторождений с трудноизвлекаемыми запасами малоподвижных соединений. Влияние температуры на характеристики высоковязких компонентов даст большой объём информации для подбора методологии разработки указанных месторождений. Таким образом, подробное изучение соединений со сложной структурой и физико-химическое моделирование геологических процессов преобразования органического вещества и не только расширит научные представления о механизмах протекающих процессов и методическую базу для исследований сложных систем, но и даст большой набор возможностей для нефтегазовой промышленности для наращивания сырьевой базы Российской Федерации и повышения эффективности разработки месторождений.

Все члены коллектива более 5 лет работают в области химического анализа и исследований образцов, содержащих углеводородные соединения. Руководитель и ряд членов коллектива имеют большой опыт в разработке методик выделения и определения отдельных химических соединений, в том числе в сложных смесях. Часть коллектива принимала участие в разработке инновационных методик изучения распределения углеводородных соединений в породах высокоуглеродистых формаций, разработке методик подсчёта запасов и ресурсов нефти в породах баженовской свиты и доманиковой высокоуглеродистой формации. У руководителя и основных исполнителей есть опыт руководства и выполнения проектами, сочетающими хромато-масс-спектрометрическое определение и хемометрический способ обработки данных, включая идентификацию проливов среднелетучих углеводородных топлив и типизацию нефтей и нефтепродуктов, что подтверждается более, чем 20 работами, большинство из которых опубликовано в ведущих мировых изданиях первого квартиля. У большинства членов коллектива богатый опыт интерпретации результатов хроматографических анализов нефтей и смесей углеводородных соединений. Исследованы зависимости распределения некоторых групп соединений в зависимости от длительности акватермолиза (в частности, полициклических ароматических УВ, ПАУ) и показана возможность использования ПАУ в качестве маркеров генерации ароматических соединений (1-метилантрацен).