Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Запасы высоковязкой и сверхвязкой нефти составляют около 60-70% от общих доказанных запасов во всем мире. Из-за высокой вязкости и плотности высоко- и сверхвязкой нефти ее разработка и добыча намного сложнее, чем в случае традиционных запасов. Для эффективной разработки, как правило, необходимо использовать термические методы воздействия, которые снижают вязкость нефти и облегчают ее подвижность в пласте. Закачка пара - наиболее широко используемый термический метод добычи высоко- и сверхвязкой нефти. Однако во время его применения было выявлено множество проблем, таких как низкая эффективность, высокое потребление энергии и пресной воды для генерации пара, проблемы с окружающей средой из-за сжигания угля или газа. Кроме того, в большинстве случаев вязкость добытой нефти недостаточно низкая, что увеличивает трудности и затраты, связанные с ее транспортировкой и переработкой. Для преодоления этих практических сложностей, с которыми сталкивается нефтяная промышленность, многообещающим решением является использование катализаторов для инициирования процесса каталитического акватермолиза, с помощью которого достигается высокий уровень облагораживания высоковязкой и сверхвязкой нефти непосредственно в пласте во время закачки пара. Этот подход поможет улучшить свойства высоко- и сверхвязкой нефти, чтобы облегчить ее транспортировку и снизить себестоимость добычи. С другой стороны, использование катализаторов позволит уменьшить объем нагнетания пара, что снизит потребление энергии и пресной воды. Это также поможет снизить выбросы углекислого газа. Целью данного проекта является разработка новых технологических подходов к каталитическому облагораживанию in-situ высоко- и сверхвязкой нефти. Данный проект имеет план работ на четыре года. В настоящем году (первый год), для лучшего понимания механизма акватермолиза тяжелой нефти были выбраны различные серосодержащие модельные соединения различной структуры для моделирования механизма превращения серосодержащих углеводородных соединений компонентов тяжелой нефти (смолы и асфальтены) в условиях паротепловой обработки. Эксперименты по паротепловому воздействию проводились в присутствие и отсутствие катализаторов с использованием реактора высокой температуры и давления. Путем анализа продуктов реакции мы выяснили степень термической конверсии этих серосодержащих соединений и то, как они превращаются в процессе гидрообессеривания. Причем преобразование выбранных серосодержащих углеводородных соединений алифатической связью C-S происходит проще, чем для связи C-S c ароматическим кольцом. Использование диспергированного в нефти катализатора на основе никеля может повысить эффективность термического преобразования этих серосодержащих углеводородных соединений. Основным каталитическим механизмом является то, что эти катализаторы на основе никеля хорошо распределяются в нефтяной среде и могут быть преобразованы на месте в активные фазы NiS, NiS2 и Ni3S2, которые играют роль в интенсификации термического превращения модельных соединений. Кроме того, для моделирования механизма акватермолиза, механизма каталитического акватермолиза и разработки катализаторов был выполнен квантово-химический расчет с использованием метода теории функционала плотности (DFT) с учетом всех возможных способов разрыва гетероатомных связей в модельных соединениях, а также их реакций с молекулой воды, то есть реакции гидролиза. В частности, в качестве функционалов плотности использовались гибридные функционалы B3LYP, wB97X и M06-2X. Установлено, что безбарьерный разрыв связей C-S возможен (с плавным изменением энергии при переходе к продуктам расщепления) либо с образованием радикальных промежуточных продуктов (гомолитический разрыв), либо с образованием ионных фрагментов (гетеролитический разрыв). Эти промежуточные радикалы и ионы при дальнейшей стабилизации и превращении приводят к более стабильным конечным продуктам. Расщепление гетероатомных связей в интервале температур 400–500 K происходит за относительно короткие промежутки времени. Мы подтверждаем, что гидролиз не является кинетически предпочтительным процессом среди возможных путей реакции в процессе акватермолиза модельных серосодержащих углеводородов. Последовательность реакций, включая гетеролитический разрыв связи C - S с образованием различных ионных фрагментов для разных модельных соединений, имеет существенно более низкий кинетический барьер на лимитирующей стадии. Установлено, что гомогенные катализаторы на основе ионов переходных металлов (Fe, Co, Ni, Cu и др.) значительно снижают кинетические барьеры гидролиза органических сульфидов и в еще большей степени снижают кинетические барьеры их гетеролитического термолиза. Разработанная методология моделирования реакций акватермолиза органических сульфидов не только предоставляет важную информацию о том, как стимулировать реакцию акватермолиза во время закачки пара, но также обеспечивает ценную теоретическую основу для расчета термохимических и кинетических параметров при разработке катализаторов для других химических превращений, возникающих при паротермической обработке нефтяных пластов, например для соединений со связью С-О и C-N. При расчетах использовались различные базисные наборы волновых функций для выбора уровня теории, оптимального с точки зрения времени расчета и точности результатов. Метод углубленного анализа геометрической конфигурации и распределения заряда был проведен для установления природы активности катализатора, а модель поляризуемого континуума была применена для учета влияния окружающей среды при расчете термохимических и кинетических параметров. Мы обнаружили, что функционалы wB97X и M06-2X наиболее удачно подходят для квантово-химического моделирования структур с участием переходных металлов, что обеспечивает должную точность термохимических и кинетических расчетов, а также учет нековалентных взаимодействий между атомными структурами. Установлено, что метод функционала плотности и базисного набора волновых функций является оптимальным сочетанием точности расчета и временных затрат. Получены основные характеристики каталитического действия ионов d-металлов (Fe, Ni, Mo, Co и Cu) в реакциях акватермолиза. Константа скорости акватермолиза в присутствии ионов меди (II) на несколько порядков превышает константу скорости процесса с другими катализаторами. Каталитическая активность железа (II), кобальта (II) и никеля (II) примерно одного порядка величины, тогда как каталитическая активность молибдена (VI) в форме оксомолибденового комплекса на несколько порядков ниже. Все исследованные каталитические системы представляют практический интерес для возможного использования в процессах паротепловой обработки нефтяных пластов с высоким содержанием серосодержащих углеводородов. Согласно квантово-химическим расчетам, в результате реакции обмена неорганического соединения переходного металла (Fe, Ni, Mo, Co, Zr, Cu и Mn) с органической солью соответствующего металла были получены различные нефтедиспергируемые катализаторы. Варьируя состав лиганда, можно контролировать термическую стабильность катализатора и его растворимость в углеводородной среде. Был разработан систематический метод для определения характеристик этих диспергированных в нефти катализаторов, включая использование XRD, ICP, TG-DSC, FT-IR, TG-FTIR, SEM-EDX, XPS, DLS и TEM. На полученных образцах катализатора определена температура разложения, что позволяет подбирать состав катализатора для различных пластовых условий. Для оценки активности синтезированных диспергируемых в нефти катализаторов были проведены автоклавные эксперименты по паротепловому воздействию (in-situ) при различных условиях. Мы также разработали систематический метод оценки характеристик облагораживания нефти, включающий анализ вязкости и плотности, анализ SARA-состава, элементный анализ, FTIR и 13C ЯМР анализ, HPLC и GC-MS для анализа ароматических углеводородов, MALDI-TOF для средней молекулярной массы смол и асфальтенов и др. Было обнаружено, что прекурсор катализатора на основе переходных металлов железа и никеля в соотношении 85:15 обладает очень хорошим каталитическим действием. В оптимальных условиях его использование позволяет снизить содержание асфальтенов практически до нуля. Общее содержание смол и асфальтенов снижено с 31,9 вес.% до 17,4 вес.%. Катализатор начинает проявлять высокую каталитическую эффективность только при 250 °C. Таллат никеля оказался очень многообещающим катализатором из-за его высокого каталитического действия. Результаты EPR-ENDOR показывают, что введение некоторых катализаторов не изменяет центральную часть спектра (так называемое «дальнее» протонное окружение), но изменяет внешний вид «крыльев» спектра. Такая модификация объясняется корректированием иерархической надмолекулярной структуры асфальтенов - уменьшением количества асфальтенов континентального типа, образующихся в результате разрыва наиболее слабых углерод-серных связей в мостиковых структурах. Однако для некоторых случаев мы обнаружили, что значение, равное отношению интегральной интенсивности линий свободных радикалов / VO, служит хорошим маркером для оценки количества парамагнитных центров в образцах, которое увеличивается с добавлением катализаторов. Это может указывать на то, что введение катализатора не только эффективно способствует образованию свободных радикалов, как и другие методы воздействия (например, повышение температуры), но также стабилизирует их концентрацию, предотвращая их рекомбинацию. Для понимания каталитического механизма этих нефтедиспергируемых катализаторов, было исследовано их превращение in-situ. Обнаружено, что трансформация катализаторов in-situ очень важна для их высокой каталитической эффективности. Превращение диспергированных катализаторов in-situ должно начинаться при низкой температуре (как можно более низкой) для достижения высокой каталитической активности. Кроме того, простой процесс разложения способствует высокой каталитической активности. В процессе разложения катализаторы превращаются (in situ) в наночастицы оксидов или сульфидов металлов (в основном), такие как NiO, Cu2O, CuO, NiS, Ni3S2, Cu2S и т. д. (для катализаторов на основе Ni и Cu). Активные фазы способствуют расщеплению воды с образованием водорода. Наконец, образующийся водород реагирует с соединениями серы с образованием H2S путем гидрообессеривания и участвует в гидрировании и удалении образующихся свободных радикалов. Эти активные фазы могут действовать как электрокатализаторы для водной реакции расщепления и в то же время способствуют изомеризации, алкилированию, гидрированию и раскрытию цикла, что помогает увеличить выход облагороженной нефти. Для катализаторов на основе Fe, Fe2O3 может образовываться и позже восстанавливаться до Fe3O4 или металлического железа в результате взаимодействия оксида железа с парами воды, образующимися при гидрировании. Выделившийся водород участвует в реакциях гидрирования и гидрокрекинга. При 250 ° C обнаружен пирротин (Fe1 - xS), что подтверждает удаление серы из нефти за счет ее взаимодействия с оксидами железа. Повышение температуры до 300 ° C приводит к уменьшению содержания оксидов железа (магнетита и др.), а также к увеличению доли сульфида железа (пирротина). Сульфиды переходных металлов могут повышать каталитическую активность в процессах деструктивного гидрирования смол и асфальтенов в составе высоковязкой нефти. При использовании двух каталитических металлов в составе катализатора образуются смешанные оксиды-сульфиды металлов. Например, ферриты шпинели MFe2O4 (где M = Ni или Cu) образуются вместе с отдельными оксидами. Для смешанного катализатора на основе никеля образуются три фазы: магнетит FeO⋅Fe2O3, феррит-шпинель NiFe2O4 и суперпарамагнитная мелкодисперсная фаза оксидов железа и оксидов никеля. Эти оксиды могут позже превратиться в сульфиды. Для математического расчета и численного моделирования процесса закачки катализатора необходимо хорошо понимать их свойства. Исследована статическая и динамическая адсорбция катализаторов (один из лучших катализаторов - таллат никеля) на карбонатном керне. Статическая и динамическая адсорбция таллата никеля оказалась очень низкой – 0.3 и 0.22 мг / г соответственно. Это благоприятно для применения в условиях месторождения. Эксперименты по десорбции показали, что вода плохо вытесняет раствор катализатора, катализатор остается в основном в органической фазе. Диспергируемые в нефти катализаторы обладают удовлетворительной растворимостью в полярных и неполярных органических растворителях, таких как керосин, растворитель, толуол, н-гексан, этиловый спирт, ацетон, а также их смеси. Вязкость и плотность раствора катализатора составляет 12 сП и 870 кг / м3, соответственно. Обнаружена зависимость краевого угла смачивания и межфазного натяжения от давления и температуры для данной системы. Разработана математическая модель течения многокомпонентной жидкости, одной из компонент которой является катализатор, в цифровой модели порового пространства, насыщенного нефтью, с учетом динамической адсорбции катализатора на поверхности твердой фазы. Математическая модель учитывает такие параметры, как (1) коэффициент диффузии, (2) константы адсорбции и десорбции, (3) краевой угол смачивания, (4) вязкости и плотности флюидов, (5) константа насыщения частиц катализатора, а также (6) скорость нагнетания или перепад давления. Процессы адсорбции подчиняются кинетике Ленгмюра или Генри. Математическая модель была разработана для двухмерных и трехмерных поровых структур. Проведена адаптация программного кода для больших сеток, содержащих более 1 млн узлов. Выполнено распараллеливание алгоритма на ядрах многопоточного процессора (технология OpenMP, 128 потоков). Построена кинетическая модель на основе результатов in-situ облагораживания нефти в реакторе в условиях акватермолиза без катализаторов. Разработана методика построения гидродинамической модели, представляющей механизмы процесса акватермолиза в реакторе. Сюда входят: 1) общие этапы рабочего процесса, 2) основные параметры для представления фазовых переходов жидкости, 3) реакции и их кинетические модели, 4) параметр адаптации и 5) проверка модели посредством оценки массового баланса. Для гидродинамического моделирования использовалась программа CMG STARS. В процессе разработки гидродинамической модели, представляющей механизм акватермолиза в реакторе, были достигнуты следующие результаты: 1) создание общего рабочего процесса для его гидродинамического моделирования; 2) определение 11 химических реакций массового превращения жидкостей; 3) определение кинетической модели процесса акватермолиза и описание методики расчета скоростей реакций и кинетических констант уравнения Аррениуса для каждой реакции; 4) построение модели жидкости и гидродинамической модели; она включает 14 элементов, среди чистых компонентов и псевдокомпонент; 5) метод адаптации модели успешно выполнен с использованием предэкспоненциального множителя уравнения Аррениуса для каждой реакции. Кроме того, проверка правильности модели была достигнута за счет хорошего согласия материального баланса с экспериментальными результатами. В целом, запланированная на текущий год работа успешно завершена, получены хорошие результаты, что дает надежную основу и знания для исследований в следующем году. Кроме того, была проведена школа молодых ученых «Каталитическое облагораживание тяжелой нефти» с участием более 10 ведущих международных экспертов, что поможет в ближайшей перспективе подготовить больше высококвалифицированных молодых ученых по данной тематике. В настоящем году в журналах, индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science, было опубликовано 13 статей, что превосходит запланированные 8 статей. 5 статей были опубликованы в журналах первого квартиля (Q1) по базе данных Web of Science. Мы ожидаем более плодотворных результатов в 2022 году.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Целью проекта является разработка новых технологических подходов для каталитического внутрипластового облагораживания тяжелых и сверхтяжелых нефтей. Данный проект рассчитан на 4 года. В этом году впервые выполнено численное моделирование переноса нефтедисперсных катализаторов в нефтенасыщенных пористых средах с учетом параметров вытеснения, полученных в ходе работ первого года: краевого угла смачивания, вязкости и плотности нефти и воды, межфазное натяжение, периодические и непроницаемые внешние граничные условия, перепад давления/скорость потока. Создана трехмерная масштабная гидродинамическая модель для прогнозирования закачки нефтерастворимого катализатора с целью оценки его распределения и влияния параметров, связанных с взаимодействием породы и флюида в пористой среде. Для оценки неопределенности кинетики адсорбции катализатора в реальных пористых средах рассматривались два варианта: полная адсорбция и полная адсорбция с частичной десорбцией. Эффекты межфазного натяжения и краевого угла, полученные экспериментально, интегрированы в гидродинамическую модель. Построены карты распределения катализатора в призабойной зоне скважины и изменения межфазного натяжения и вязкости при различных скоростях закачки раствора катализатора. Проанализированы оптимальная скорость закачки и перепад давления при закачке растворителя-катализатора и время вытеснения. На основе результатов квантово-химических расчетов первого года проекта были разработаны подходы к определению термохимических и кинетических параметров элементарных стадий, рассчитаны эффективность и селективность каталитических композиций для снижения рассчитанных активационных барьеров и кинетические константы реакции. Проведен анализ результатов квантово-химических расчетов и разработана общая методика исследования процессов расщепления гетероатомных связей в тяжелых нефтяных фракциях. В условиях акватермолиза эти типы каталитических форм могут служить как источником ионов металлов при термохимической деструкции исходной структуры, так и молекулярным катализатором с активными центрами на атомах металла. Каталитическая активность ионов переходных металлов Cu2+, Co2+, Ni2+ и Fe2+ была систематически исследована по различным параметрам, включая анализ изоповерхностей естественных связывающих орбиталей, образующих ВЗМО и НСМО, возмущения валентных углов и сорбцию модельных соединений и продуктов их окисления на поверхности оксида кобальта (II), оксида кобальта (III), оксида железа (II), оксида железа (III), а также на поверхности смешанных оксидов. Предложены водорастворимые катализаторы на основе Fe, Ni, Mo и Co ввиду их способности ускорения реакций гидрирования и десульфурации в условиях акватермолиза. Для изменения растворимости и температуры разложения в качестве лигандов использовали ацетат, формиат и оксалат. Для сравнения были изучены нитраты, гидроксиды металлов и молибдаты аммония. Синтезированы амфифильные катализаторы с высокой поверхностной активностью на основе алкилбензолсульфокислоты (АБСК), которая растворяется в водной и нефтяной фазах. Водорастворимые катализаторы на основе никеля показали лучший каталитический эффект. При 200°С катализаторы интенсифицировали деструктивное гидрирование смолисто-асфальтеновых веществ (САВ) с образованием низкомолекулярных предельных и ароматических углеводородов и снижением вязкости. Исследованы стационарные спектры ЭПР тяжелой нефти, САВ до и после паротепловой обработки. Параметры спектров ЭПР ванадилпорфириновых комплексов существенно не изменяются, однако введение водно-дисперсионных катализаторов приводит к значительному увеличению количества стабильных свободных радикалов в асфальтенах. Механизм внутрипластового преобразования вододисперсных катализаторов был изучен для лучшего понимания каталитического механизма с использованием FTIR, XRD, XPS, SEM, мессбауэровской спектроскопии, а также ЭПР и ENDOR. Катализаторы in situ трансформировались в наночастицы оксидов или сульфидов металлов, которые способствуют процессам гидрообессеривания и участвуют в гидрировании и удалении образовавшихся свободных радикалов. В случае амфифильных каталитических комплексов на основе АБСК этого не наблюдалось. В случае железосодержащего вододиспергируемого катализатора в зависимости от лигандов и температуры могут образовываться Fe3O4, FeS, α-Fe2O3 и FeS2. В целом, водо- и нефтерастворимые катализаторы имеют сходные каталитически активные фазы при каталитическом облагораживании тяжелой нефти. Разработаны кинетические модели для прогнозирования распределения SARA фракций и образования газов в процессе акватермолиза с нефтерастворимыми катализаторами и без них. Предложенная кинетическая модель некаталитического акватермолиза тяжелой нефти показала, что идет реакция превращения асфальтенов в смолы, ароматические соединения и насыщенные углеводороды и параллельно асфальтенов в ароматические соединения и смол – в насыщенные. Расчетные кинетические параметры были подтверждены анализом чувствительности для получения оптимальных значений. Результаты каталитической кинетической модели с использованием нефтерастворимого катализатора показали, что расчетные кинетические параметры адекватны предлагаемой реакционной системе и обеспечивают минимальную разницу между экспериментальными и расчетными данными при средних абсолютных ошибках менее 4%. Для получения корректных данных гидродинамического моделирования были измерены теплоемкость и теплопроводность образцов пород, тяжелой нефти и пластовой воды. Измеряли растворимость катализаторов, плотность, вязкость и поверхностные свойства полученных растворов. Методом 4D микротомографии исследовано распределение катализатора в поровом пространстве карбонатного коллектора. Растворы катализатора насыщают наиболее распространенные в образце эквивалентные диаметры пор 0,1–0,3 мм. После вытеснения деионизированной водой для водонасыщенного керна наблюдалось остаточное содержание раствора катализатора 25–35 %; а для нефтенасыщенного керна – 16–21 %. На основе полученных экспериментальных данных и предложенных кинетических моделей процессов каталитического и некаталитического акватермолиза построены флюидная и гидродинамическая модели механизмов каталитического акватермолиза в пласте. В CMG STARS созданы две гидродинамические модели автоклавного реактора, представляющие механизмы облагораживания нефти водо- и нефтерастворимыми катализаторами. Сетка гидродинамической модели, представляющая автоклавный реактор, построена с использованием модели 0-D. Соответствующие стехиометрические коэффициенты рассчитывали на основе уравнений массового баланса. Модель включает нефть и раствор катализатора, а влияние катализаторов представлено изменениями фракций и вязкости из экспериментально полученных выходных данных. Дополнительно в гидродинамическую модель была интегрирована компонента, соответствующая газофазной смеси продуктов каталитических реакций акватермолиза. Результаты моделирования разработанной гидродинамической модели подтверждают установленные кинетические модели каталитического акватермолиза на основе экспериментов в автоклавных реакторах. В целом, запланированные на второй год работы успешно завершены, а запланированные результаты - получены. Были опубликованы 16 статей в международных рецензируемых журналах, из них 12 статей опубликованы в журналах первого квартиля (Q1 в базах Web of Science и Scopus). Подана заявка на патент на новую композицию катализатора и технологию ее применения для внутрипластового облагораживания высоковязкой нефти. Проведена научная школа для молодых ученых «Каталитическое облагораживание тяжелой нефти-II» с участием международных экспертов. Полученные результаты дают хорошую базу для продолжения работы в следующем году.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Данный проект, главной целью которого является разработка новых технологических подходов для каталитического внутрипластового облагораживания тяжелых и сверхтяжелых нефтей, рассчитан на 4 года. В этом году (третий год) на основании данных предыдущих двух лет реализации проекта по использованию нефтедиспергируемых и водорастворимых катализаторов и их каталитической активности в процессах акватермолиза тяжелой нефти, были проведены эксперименты по исследованию влияния соединений-доноров водорода на степень облагораживания тяжелых сверхвязких нефтей в условиях паротепловой обработки, в том числе установлении синергетического эффекта их влияния в совокупности с катализаторами на протекание процессов. По результатам проведенных экспериментов в реакторах-автоклавах при различных термобарических условиях, времени воздействия, с применением катализаторов и доноров водорода в различных концентрациях установлены закономерности протекания процесса акватермолиза высоковязкой и битуминозной нефти. В качестве соединений-доноров водорода и разбавителей для снижения вязкости рассмотрены индивидуальные соединения циклогексан, метилциклогексан, тетралин, декалин, муравьиная кислота, толуол, и многокомпонентные системы дизельная фракция, легкая нефть, тяжелая нафта, газовый конденсат. Присутствие данных реагентов в процессах паротеплового воздействия (ПТВ) улучшает качество тяжелой нефти, снижая её вязкость и увеличивая содержание легких углеводородных фракций, поскольку используемые органические растворители выступают и в качестве разбавителей тяжелой высоковязкой нефти, и некоторые из них являются донорами водорода при термическом разложении тяжелых компонентов нефти и способствуют гидрированию образующихся в ходе акватермолиза фрагментов, препятствуя процессам их агрегации и полимеризации. Так, гидротермальное облагораживание исходной битуминозной нефти в присутствии доноров водорода привело к максимальному снижению ее вязкости при 300°С в присутствии донора водорода - тетралина (3% масс.). В результате интенсификации процесса ПТВ с использованием доноров водорода относительно исходной нефти содержание асфальтенов снижается на 42.6%, смол – на 62.0%, а легкие фракции обогащаются продуктами отрыва периферийных алкильных фрагментов на 15.3%. Совместное применение доноров водорода с водорастворимыми (на примере сульфата и нитрата никеля) и нефтедиспергируемыми (на примере стеарата и таллата никеля) катализаторами при ПТВ на тяжелую нефть приводит к дополнительному увеличению в ее составе светлых фракций за счет интенсификации расщепления нафтеновых колец и мостиковых связей в высокомолекулярных соединениях, с последующим гидрированием образовавшихся свободных радикалов водородом. Полученные экспериментальные данные подтверждаются разработанными кинетическими моделями для прогнозирования распределения SARA-фракций и образования газов в процессе каталитического акватермолиза в присутствии доноров водорода. Предложенные кинетические модели показывают, что синергический эффект от совместного применения донора водорода и нефтедиспергируемого катализатора приводит к изменению селективности конверсии асфальтенов и смол в сторону низкомолекулярных соединений, что связано с увеличением количества водорода в реакционной системе. Установлено, что применение катализатора при ПТВ на тяжелую нефть увеличивает скорость протекания реакций акватермолиза, в то время как совместное применение катализатора и донора водорода влияет не только на увеличение скорости реакций, но и способствует сдерживанию реакций поликонденсации. Определены статическая и динамическая адсорбция, а также десорбция систем с водорастворимыми катализаторами (на примере сульфата никеля и нитрата никеля) в условиях, приближенных к пластовым. Проведен сравнительный анализ распределения нефте- и водорастворимых катализаторов в керне, насыщенном водой и нефтью на основе микротомографических изображений, полученных в экспериментах с 4D компьютерной томографией. Для нефтедиспергируемых катализаторов по сравнению с водорастворимыми остаточное содержание катализатора в породе выше и доходит до 40-60%, что связано с гетерогенностью поровой структуры карбонатного коллектора и удержанием в породе вместе с остаточной нефтью. Разработана математическая модель трехфазного течения в поровом пространстве в системе «катализатор-вода-нефть», учитывающая основные параметры многофазного течения: вязкость и плотность флюидов, межфазное натяжение, краевой угол смачивания, скорость подачи воды с растворенным в ней катализатором; построена карта адсорбируемого количества катализатора в координатах «число капиллярности – вязкость нефти», выявлены отличительные признаки режимов динамической адсорбции при многофазных течениях. На основании результатов квантово-химических расчетов сформирована общая методология моделирования каталитических систем на основе комплексов d-металлов с лигандами карбоновых кислот различной длины, включающая в себя как рассмотрение коллективных динамических процессов в смеси, так и отдельных стадий реакций, в присутствии и отсутствии соединений – доноров водорода в реакционной системе. Для выявления механизма влияния доноров водорода на степень облагораживания тяжелой сверхвязкой нефти в процессах каталитического и некаталитического акватермолиза, а также установления характерных особенностей применений водо- и нефтедиспергируемых катализаторов, исходные нефти и продукты экспериментов были изучены с использованием ИК-Фурье- и ЭПР- и мессбауэровской спектроскопии, рентгеновской дифрактометрии, сканирующей электронной микроскопии. По данным XRD в результате взаимодействия с серосодержащими соединениями нефти в присутствии водяного пара, а также в результате термического разложения нефте- и вододиспергируемых катализаторов происходит образование сульфидов и оксидов металлов различной стехиометрии, которые непосредственно интенсифицируют облагораживание тяжелой нефти. Получаемые in-situ полисульфиды исследуемых металлов способствуют протеканию процессов гидрообессеривания и акватермолиза нефти. На основе исследований спектров ЭПР образцов тяжелой нефти и выделенных из нее смол и асфальтенов до и после ПТВ с добавлением катализаторов и доноров водорода установлено, что каталитическое ПТВ в присутствии или отсутствии доноров водорода в исследуемых условиях не влияет на их структуру в асфальтенах и смолах. При этом ширина линии углерод-центрированного стабильного свободного радикала в нефти изменяется в зависимости от применяемого донора водорода, что свидетельствует об изменении вращательной подвижности электронной спиновой системы. На основе полученных экспериментальных данных и рассчитанных кинетических моделей процессов каталитического акватермолиза в присутствии доноров водорода, построены флюидная и гидродинамическая модели механизмов каталитического акватермолиза с участием доноров водорода в пласте, согласно которым также установлено, что акватермолиз сверхвязкой нефти в присутствии донора водорода приводит к снижению содержания высокомолекулярных соединений в составе получаемой нефти, а применение донора водорода совместно с катализатором увеличивает скорость конверсии. Таким образом, запланированные на третий год работы успешно завершены, а заявленные ожидаемые результаты - достигнуты. Опубликованы 12 статей в международных рецензируемых журналах, из них 7 статей - в журналах первого квартиля (Q1), а также международная монография, первая по тематике внутрипластового облагораживания тяжелых нефтей. Подано две заявки на патенты: на способ оценки статической адсорбции каталитических элементов из композиций на породах-коллекторах и на реагент для повышения извлечения трудноизвлекаемой нефти. Проведена научная школа для молодых ученых «Каталитическое облагораживание тяжелой нефти-III» с участием международных экспертов. Полученные результаты дают хорошую базу для успешного завершения работ по проекту в следующем году.