Том 335, № 5 (2024)
Статьи
Отбор скважин-кандидатов при обработке призабойной зоны пласта методами машинного обучения
Аннотация
Актуальность данной работы связана с тем, что в настоящее время на месторождениях нефти широко применяются различные технологии по увеличению нефтеотдачи и интенсификации притока, такие как обработка призабойной зоны соляной кислотой. В связи с массовым применением данной технологии на передний план выходят проблемные вопросы, в том числе связанные с выбором правильных на данный момент времени скважин-кандидатов для проведения обработки призабойной зоны.
Цель данной работы заключается в оптимизации поиска скважин-кандидатов для проведения обработки призабойной зоны. В работе исследуется возможность использования моделей машинного обучения для предсказания ответа, будет ли скважина являться правильным кандидатом для проведения обработки призабойной зоны.
Объектом исследования являются модели машинного обучения библиотеки sklearn.
Методы. Для решения задачи предсказания, является ли скважина кандидатом для проведения обработки призабойной зоны, использовалось три модели машинного обучения библиотеки sklearn: RandomForestClassifier (далее модель обучающего леса), DecisionTreeClassifier (далее модель обучающего дерева), LinearRegression (далее модель линейной регрессии). Для оценки качества построенных моделей использовались следующие метрики той же библиотеки: F1-score, AUC-ROC-score.
Результаты. Наилучший результат при обучении показала модель обучающего леса. На метрике F1-score данная модель, примененная на тестовой выборке, показала сходимость 99,5 %, а на метрике AUC-ROC-score точность составила 99,9 %. Полученная точность указывает на корректность использования модели обучающего леса для решения задачи определения правильных скважин-кандидатов.
Заключение. Получена модель машинного обучения, дающая предсказание, будет ли скважина являться правильным кандидатом для проведения обработки призабойной зоны, с точностью 99,5 %.
7-16
Синтезированный метод оценивания состояния режимных параметров энергосистем для программных комплексов реального времени
Аннотация
Актуальность. В диспетчерских управлениях энергосистемами используются программные комплексы реального времени, где модуль оценивания состояния является ключевым, так как на основании результатов оценённых режимных параметров, полученных из этого модуля, определяются более ёмкие режимные параметры, отвечающие за устойчивость и надёжность работы энергосистем. В настоящее время для оценивания параметров применяются телеизмерения и синхронизированные векторные измерения, поэтому развитие методов оценивания состояния является актуальной задачей.
Цель. Разработка и апробация синтезированного метода оценивания режимных параметров, позволяющего повысить точность оценивания параметров и качество решения задач, связанных с повышением устойчивости и надёжности работы энергорайонов энергосистем, для использования в программных комплексах реального времени.
Методы. Предлагаемый метод базируется на математическом аппарате метода Гаусса–Ньютона и расширенном фильтре Калмана при совместном использовании массивов телеизмерений оперативно-информационного комплекса и синхронизированных векторных измерений системы мониторинга переходных режимов.
Результаты. Разработан и апробирован синтезированный метод оценивания режимных параметров энергосистем в нормальном и послеаварийном режимах.
Выводы. На основании анализа результатов экспериментов подтверждено, что по сравнению со стандартным методом оценивания состояния, предложенный синтезированный метод повышает точность оценивания таких режимных параметров, как напряжение и переток активной мощности в нормальном и послеаварийном режимах, обеспечивая повышенную точность при определении максимально-допустимого перетока активной мощности и объёмов управляющих воздействий. Разработанное программное обеспечение позволяет внедрить метод в модуль оценивания состояния программных комплексов реального времени. Определены перспективные направления развития методов оценивания состояния при возникновении динамических процессов в энергорайонах энергосистем.
17-29
Растепление многолетнемерзлых пород при эксплуатации геотермальных скважин в Восточной Сибири
Аннотация
Актуальность исследования обеспечивается широко известными тезисами об энергетической безопасности и переходе на альтернативные источники энергии, снижении выбросов в окружающую среду и энергосбережении в различных отраслях за счет использования геотермальной энергии. Отдельный интерес представляет исследование тепловых режимов месторождений геотермальных источников энергии, расположенных в зонах распространения многолетнемерзлых пород. Работа геотермальных скважин в многолетнемерзлых породах связана не только с опасностью обвалов приустьевой зоны, но и с разрушением конструкций скважин с выводом их из эксплуатации на длительные промежутки времени.
Цель: численный анализ процессов теплопереноса в зоне размещения геотермальных скважин с учетом реальных характеристик типичного геологического разреза для прогнозирования растепления многолетнемерзлых пород в Восточной Сибири.
Объект: типичная конструкция геотермальной скважины, основные элементы которой (колонны, кондуктор и направления) выполнены из цемента.
Методы: простой итерационный цикл совместно с методами двух «дробных шагов» по схеме расщепления и метода прогонки для решения задачи методом конечных разностей. В узловых точках, принадлежащих к нескольким областям, теплофизические характеристики рассчитывались как среднеарифметические. Адекватность результатов численного анализа подтверждается варьированием сеточных параметров, балансом энергии на границах области расчета и сопоставлением результатов исследований с литературными данными.
Результаты. Выполнен анализ процессов теплопереноса при эксплуатации геотермальных скважин в Восточной Сибири с учетом изменяющихся по глубине реальных характеристик многолетнемерзлых пород. Выявлено, что радиусы растепления многолетнемерзлых пород для условий Восточной Сибири составляют 12–17 м. Показана целесообразность учета зависимости теплофизических характеристик пород/грунтов в соответствии с параметрами геологического разреза при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов, использующих геотермальную энергию.
30-38
Характеристика сточных вод промышленной зоны г. Усолья-Сибирского и их влияние на гидрохимический состав р. Ангары в периоды с разной техногенной нагрузкой
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена напряженной экологической ситуацией в зоне воздействия крупного промышленного комплекса г. Усолья-Сибирского на р. Ангаре, поиском источников и путей поступления загрязняющих веществ в разные по техногенной нагрузке периоды, необходимым для оценки и прогноза происходящих изменений в водной экосистеме.
Цель: изучить химический состав сточных вод промышленной зоны г. Усолья-Сибирского в разные по техногенной нагрузке периоды и оценить их воздействие на гидрохимические показатели воды р. Ангары.
Объекты: сточные воды промышленной зоны г. Усолья-Сибирского и воды р. Ангары в импактном районе в период с высокой техногенной нагрузкой (2010 г.) и в период ее снижения (2020 г.).
Методы. Химический состав сточных и природных вод определен в ЦКП «Изотопно-геохимических исследований» Института Геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН (г. Иркутск, Россия). Измерение концентраций главных ионов в водах проведено с использованием комплекса общепринятых в гидрохимии методов (атомно-абсорбционная и атомно-эмиссионная пламенная спектрометрия, спектрофотометрия, потенциометрия, титриметрия), концентрации Hg – с помощью метода атомно-абсорбционной спектрометрии, концентрации других микроэлементов – с помощью метода масс-спектрометрии (ISP MS).
Результаты. Обнаружены значительные изменения химического состава сточных вод промышленной зоны в разные по техногенной нагрузке периоды, отражающие преобразования источников загрязнения в ходе работ по ликвидации техногенных объектов территории. За десятилетний период особо значимые изменения выражены в существенном снижении концентраций Hg, Al, Cs, Ti, Cr, Cl– и Na+ и увеличении концентраций Mn в сточных водах промышленной зоны, что, в свою очередь, находит отражение в динамике гидрохимического состава вод р. Ангары в импактном районе. В 2010 г. наблюдалось закономерное последовательное снижение концентраций большинства элементов по мере удаления вод р. Ангары от техногенных источников. В то время как в 2020 г. их пространственное распределение противоположно: при значительном снижении концентраций большинства исследуемых элементов на участке реки в 50 м ниже промышленных сбросов обнаружено их увеличение на более удаленных мониторинговых станциях (1,5 и 5 км), где концентрации Mn, Cu, Cd и Tl достигают наибольших величин. Несмотря на значительные изменения химического состава сточных вод в разные по техногенной нагрузке периоды, воды р. Ангары на всех мониторинговых станциях в зоне воздействия промышленного комплекса г. Усолья-Сибирского относятся к загрязненным.
39-58
Приближенное решение задачи оптимального резервирования сложной технологической системы измельчения руды
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения надежности и эффективности функционирования технологической системы измельчения руды путем поэлементного оптимального нагруженного резервирования ее элементов.
Цель: обоснование необходимости повышения эффективности функционирования технологической системы измельчения руды путем оптимального резервирования и приближенное решение следующих задач: 1) максимизировать эффективность функционирования сложной системы измельчения руды путем поэлементного нагруженного резервирования пpи ограничении, наложенном на технико-экономический показатель системы; 2) минимизировать технико-экономический показатель системы измельчения руды пpи заданном значении показателя эффективности ее функционирования.
Объект: технологическая система измельчения руды, рассмотренная как система со многими работоспособными состояниями (multi-state system), элементы которой обладают лишь двумя возможными состояниями. Рассматриваемая система зарезервирована способом поэлементного нагруженного резервирования.
Методы: метод оценки эффективности функционирования систем со многими состояниями, метод неопределенных множителей Лагранжа.
Результат. Получено приближенное значение показателя эффективности функционирования технологической системы измельчения руды со многими работоспособными состояниями, элементы которой обладают лишь двумя возможными состояниями. Рассмотрены задачи оптимального резервирования сложной технологической системы измельчения руды. Получены приближенные решения указанных задач методом неопределенных множителей Лагранжа, которые могут быть использованы при ориентировочных расчетах на этапе проектирования сложных технологических систем измельчения руды. Рассмотрена также задача оптимального резервирования, когда из m элементов сложной системы измельчения руды можно зарезервировать только n элементов. Учитывая определенные допущения для эффективности функционирования системы, зарезервированной способом поэлементного нагруженного резервирования, получено приближенное решение этой задачи.
59-65
Сорбция тяжелых металлов лигнинсодержащими осадками целлюлозно-бумажной промышленности
Аннотация
Актуальность. В настоящее время особенно остро стоит проблема загрязнения почв тяжелыми металлами, которые аккумулируются в организме животных и растений, вызывая различные токсические эффекты. Несмотря на существование различных методов рекультивации нарушенных земель, как правило, их применение неэффективно или дорогостояще, особенно когда речь идет об аномально высоких концентрациях тяжелых металлов. Таким образом, крайне актуальной задачей является поиск эффективных и недорогих способов рекультивации земель, загрязненных высокими концентрациями тяжелых металлов. Статья посвящена изучению возможности использования смеси, полученной из накопленных отходов лигнинсодержащих осадков целлюлозно-бумажной промышленности ОАО «Байкальский ЦБК» в качестве сорбента.
Цель: изучение и оценка эффективности использования в качестве сорбента тяжелых металлов смеси, в состав которой входят вымороженные лигнинсодержащие осадки ОАО «Байкальский ЦБК».
Методы. Для оценки сорбционной эффективности полученного сорбента из вымороженных осадков шлам-лигнина были взяты образцы аномально загрязненных почв промплощадки бывшего аккумуляторного завода «Востсибэлемент», расположенного в МО «г. Свирск» Иркутской области. Для определения поверхностной структуры полученного сорбента на наличие микро-, мезо- и макропор проводилась съемка его поверхности на двухлучевой системе JEOL. Для установления типов связей сорбента с извлекаемыми металлами использовался метод ИК-спектроскопии.
Результаты. Исследования показали, что полученный сорбент из вымороженных лигнинсодержащих осадков ОАО «Байкальский ЦБК» имеет пористую структуру с преобладанием мезопор, сорбирующих ионы тяжелых металлов, при этом большое количество микропор способствует возникновению процессов химической сорбции. Полученные ИК-спектры указывают на возможность химической сорбции свинца в результате реакции замещения атома водорода в различных гидроксильных группировках сорбента группы ароматических или карбоксильных структур. При этом полученный сорбент по своим сорбционным свойствам не уступает товарным природным сорбентам – бентонитовой глине и низовому торфу. Проведенные исследования позволяют сделать положительное заключение о возможности применения разработанной смеси в качестве сорбента для иммобилизации тяжелых металлов при рекультивации земель, которые загрязнены высокими содержаниями тяжелых металлов, в том числе свинцом.
66-74
Рекомендации по проведению промысловых геофизических исследований профиля притока в горизонтальных скважинах с многостадийным ГРП
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена необходимостью корректного планирования и повышения результативности промысловых геофизических исследований на горизонтальных скважинах с многостадийным гидроразрывом пласта. Широкое распространение горизонтальных скважин с многостадийным гидроразрывом пласта требует развития технологий исследования работы трещин гидроразрыва пласта в задачах оптимизации технологий заканчивания, гидроразрыва пласта и мониторинга разработки месторождений. Инструментальные способы исследования притока флюида, к числу которых относятся промысловые геофизические исследования, в условиях горизонтальных скважин с множественными трещинами гидроразрыва пласта обнаруживают ряд недостатков, значительно снижающих их достоверность.
Цели: повышение качества промысловых геофизических исследований на горизонтальных скважинах с множественными трещинами гидроразрыва пласта за счет разработки критериев применения технологий проведения исследований.
Методы: анализ результатов промыслово-геофизических методов исследования горизонтальных скважин, обобщение опыта исследований действующих горизонтальных скважин с множественными трещинами гидроразрыва пласта в ПАО «НК «Роснефть».
Результаты. Разработана экспертная система принятия решений в виде матрицы, которая представляет собой критерии применения методов промысловых геофизических исследований в горизонтальных скважинах с множественными трещинами гидроразрыва пласта. Эта матрица позволяет в зависимости от параметров скважины (конструкция скважины, число и расположение портов гидроразрыва пласта, состав скважинного флюида) и сценарных условий (тип решаемой задачи, локализация притока, характеристики геофизических приборов) оценить вероятность доставки приборов в скважину разными средствами, информативность методов промысловых геофизических исследований, качество решения поставленной задачи. На стадии опытно-промышленных работ матрица была адаптирована к условиям низкодебитных горизонтальных скважин. Также в работе был рассмотрен опыт применения на низкодебитных скважинах пакерного расходомера и спектральной шумометрии.
75-84
Характеристики и условия воспламенения влажных угольных частиц при высокотемпературном нагреве
Аннотация
Актуальность. На сегодняшний день всё большее внимание мирового сообщества уделяется проблемам экологии и глобального потепления. Возникают объективные предпосылки для более активного внедрения в цикл производства тепловой и электрической энергии возобновляемых источников энергии и энергоносителей. Но нетрадиционные источники энергии, такие как ветрогенераторы и солнечные панели, имеют ряд существенных недостатков, главный из которых – стабильность работы возобновляемых источников энергии существенно зависит от погодных условий и времени суток. По этой причине уже сейчас правительствами многих государств обсуждают новые программы развития энергетического сектора экономики на основе масштабного строительства атомных и тепловых электрических станций. Решить эту глобальную проблему можно при переходе на более широкое использование угля как энергоносителя. Угольные ТЭС обеспечивают стабильное производство тепловой и электрической энергии, в отличие от возобновляемых источников энергии. Но уголь является «грязным» топливом – при его сжигании образуются значительные объемы антропогенных выбросов, таких как диоксида углерода, а также оксиды серы и азота.
Цель: экспериментальные исследования условий и характеристик воспламенения (времен термической подготовки) увлажненного угля нескольких достаточно распространенных и широкого используемых марок и количество оксида азота в их продуктах сгорания.
Объект: уголь увлажненный четырех марок (тощий, длиннопламенный, антрацит и бурый).
Метод. Для установления основных характеристик и условий процесса зажигания и горения угольного топлива в условиях высокотемпературного нагрева использовался специальный экспериментальный стенд.
Результаты исследования обосновывают возможность использования в теплоэнергетике в качестве основного топлива увлажненных углей четырех марок. Установлено секвестирование оксида азота в продуктах сгорания последних в малой окрестности частицы увлажненного угля по сравнению с сухим углем, в условиях высоких температур. Также в экспериментальных исследованиях установлено незначительное (увеличение не более 11 %) влияние дополнительной влаги на времена термической подготовки одиночных угольных частиц для четырех исследуемых марок угля.
85-94
Интегральная фитотоксичность нефтезагрязненного чернозема после ремедиации биочаром и бактериальным препаратом
Аннотация
Актуальность. Загрязнение почв нефтью оказывает значительное влияние на их плодородие и продуктивность при выращивании сельскохозяйственных культур. При ремедиации почвы недостаточное внимание уделяют оценке их фитотоксичности согласно показателям интенсивности начального роста и развития растений. Приведены результаты исследования оценки фитотоксичности чернозема обыкновенного на примере ячменя озимого (Hordeum vulgare L.) после ремедиации биочаром и бактериальным препаратом, содержащим штаммы Bacillus и Paenibacillus.
Цель: оценить интегральную фитотоксичность чернозема обыкновенного после ремедиации биочаром и бактериальным препаратом, содержащим штаммы Bacillus и Paenibacillus.
Объекты: чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый, в модельных условиях загрязненный нефтью на 5 % от массы почвы. Для ремедиации почвы от нефтяного загрязнения вносили биочар и бактериальный препарат со штаммами Bacillus и Paenibacillus в различных сочетаниях: самостоятельное внесение ремедиантов, совместное внесение, инокуляция Bacillus и Paenibacillus на биочаре. Период инкубации почвы с биочаром и бактериальным препаратом длится 30 суток.
Методы. Остаточное содержание нефти определяли методом экстракции четыреххлористым углеродом с детекцией на инфракрасном анализаторе. Фитотоксичность почвы после ремедиации оценивали по показателям интенсивности начального роста и развития ячменя озимого (Hordeum vulgare L.): всхожесть, скорость прорастания, энергия прорастания, дружность прорастания, длина побега, длина корня, фитомасса побега, фитомасса корня. В результате определения этих показателей рассчитывали комплексный интегральный показатель фитотоксичности почвы.
Результаты. Совместное применение биочара c бактериальным препаратом в нефтезагрязненной почве приводит к наиболее эффективному снижению содержания нефти, чем при самостоятельном внесении и инокуляции бактериального препарата на биочаре в рекомендуемой и 100 кратной дозе с эффективностью 33 и 58 % соответственно. На основании анализа фитотоксичности установлена наибольшая чувствительность показателей интенсивности начального роста ячменя: всхожесть, дружность и скорость прорастания. При самостоятельном внесении биочара и бактериального препарата наиболее информативные показатели – фитомасса побегов, всхожесть и дружность прорастания, при совместном внесении биочара и бактериального препарата – энергия прорастания, длина побега и фитомасса побегов, при инокуляции бактериального препарата на биочаре – длина корней, фитомасса побегов и корней. Исследование фитотоксичности нефтезагрязненного чернозема после ремедиации позволило установить экологическую эффективность и целесообразность применения самостоятельно биочара и биочара, инокулированного штаммами Bacillus и Paenibacillus.
95-106
Оценка влияния различных факторов на изменение углеродоемкости экономик стран мира
Аннотация
Актуальность. При своевременном перестроении экономики в углеродно-нейтральную сторону негативное антропогенное воздействие можно будет ослабить. Целесообразно будет провести комплексный анализ воздействия различных факторов на климатическую политику страны. Более того, исследование опыта развитых государств даст возможность применить их достижения в области климатической политики в России, усовершенствовав и модернизировав политику исходя из национальной особенности экономики.
Цель исследования заключается в оценке степени влияния эколого-климатических и макроэкономических факторов на изменение углеродоемкости экономик стран мира.
Объектом исследования являются параметры климатической политики стран мира в области регулирования выбросов углекислого газа, предметом исследования – взаимосвязи эколого-климатических и макроэкономических факторов с углеродоемкостью экономик стран мира.
Методы: эконометрический метод анализа панельных данных.
Научная новизна. Подтверждена гипотеза отрицательного влияния одного из основных инструментов климатической политики стран мира (цены на углерод) на углеродоемкость экономики.
Результаты. Обоснован набор факторов, которые влияют на углеродоемкость стран мира, дополненный таким показателем, как цена на углерод, который является одним из главных показателей развития климатической политики в стране. Все факторы были разделены на две группы (макроэкономические и эколого-климатические), и сформирована база данных для 23 стран. С использованием метода панельных данных построено уравнение зависимости углеродоемкости экономик стран от макроэкономических и эколого-климатических факторов и проверена гипотеза отрицательного влияния цены на углерод на углеродоемкость ВВП стран мира. Оценка различных спецификаций моделей позволила подтвердить данную гипотезу, что свидетельствует о важности развития климатической политики внутри каждой страны и целесообразности введения новых инструментов по регулированию эмиссии углекислого газа. Также было определено, что ВВП, как общий показатель развития всей экономики, имеет наибольшее влияние на сокращение углеродоемкости. При этом для сокращения отношения выбросов углекислого газа к валовому внутреннему продукту необходимо проводить политику замещения ископаемых на низкоуглеродные источники энергии, но только с учётом сырьевых возможностей страны и отраслевой специфики экономики.
107-117
Прогнозирование дебита горизонтальных скважин с применением модели машинного обучения
Аннотация
Актуальность исследования связана с необходимостью точно и быстро прогнозировать дебиты горизонтальных скважин. Это позволит оптимизировать составление графиков бурения, программ увеличения нефтеотдачи, стратегии разработки месторождения, а также сделать экономическую модель более точной и предсказуемой. В настоящее время для прогнозирования дебитов скважин используются аналитические расчеты и численные методы моделирования. Данные методы имеют ограничения как по точности, так и по времени. Для решений данной задачи предлагается использовать машинное обучение, которое за счет своей точности, адаптивности и скорости позволяет исключить недостатки ранее перечисленных методов.
Цель: создание модели машинного обучения для количественной оценки дебита газовых скважин на основе геологических свойств на различных временных шагах.
Объект: фонд горизонтальных скважин газоконденсатного месторождения Западной Сибири.
Методы: математическое моделирование, машинное обучение и статистические методы.
Результаты. Проведено 300 итераций гидродинамического моделирования в симуляторе. Собран исходный набор данных со следующими параметрами: временной шаг, пористость, проницаемость, исходная водонасыщенность, толщина пласта, давление в зоне забоя на различных расстояниях от ствола скважины, дебит газа. Созданы модели машинного обучения на основе алгоритмов случайного леса и градиентного бустинга с различными соотношениями тестовой выборки к тренировочной. Модели машинного обучения позволяли точно прогнозировать дебит газа горизонтальной скважины. Градиентный бустинг показал лучшие результаты прогнозирования по сравнению со случайным лесом: квадрат средней квадратичной ошибки равен 8440 ст. м3/сут., средняя абсолютная процентная ошибка равна 3,95 %, коэффициент детерминации (R2)=0,991.
118-130
Цифровой графический мониторинг энергетического состояния нефтяных залежей
Аннотация
Актуальность работы обусловлена тем, что контроль энергетического состояния залежей является неотъемлемой составляющей общей системы мониторинга разработки месторождений углеводородов. Традиционным способом контроля энергетического состояния залежей является построение карт изобар, при этом в качестве исходных данных используются материалы гидродинамических исследований скважин при неустановившихся режимах. В существующих технико-экономических условиях следует считать невозможной даже условно одновременную остановку всего фонда скважин для фактических определений пластового давления. Данного недостатка лишены косвенные методы определения пластового давления. В этой связи представляется актуальным сопоставление непосредственного и косвенных методов определения пластового давления при использовании их данных для анализа энергетического состояния залежей углеводородов.
Цель: сравнительная оценка непосредственного и косвенных методов определения пластового давления при анализе энергетического состояния залежей (при построении карт изобар).
Объект: турнейско-фаменские карбонатные залежи нефти месторождений Пермского края.
Методы: гидродинамические исследования скважин, анализ истории добычи по скважинам (модуль Topaze (Kappa Workstation)), методы машинного обучения (модульный сервис Data Stream Analytics (DSA)), картопостроение, корреляционный анализ.
Результаты. Разновременность гидродинамических исследований скважин не позволяет выполнить достоверную оценку текущего энергетического состояния залежей, в отличие от косвенных методов определения пластового давления, практическая реализация которых позволяет получать искомую величину на любую дату. Однако при условно одинаковой высокой прогностической способности косвенных методов приоритетными следует считать рассматриваемые методы машинного обучения, что обусловлено такими их преимущественными характеристиками, как низкая продолжительность вычислительных операций, минимальный набор исходных данных, интегрированный сервис картопостроения.
131-141
Оценка экологической опасности золоторудного месторождения Улюк-Бар (Южный Урал)
Аннотация
Актуальность. В связи с превышением предельно допустимых концентраций тяжелых металлов и металлоидов в поверхностных водах Авзянского золоторудного района определяются возможные источники токсичных элементов, что актуально для борьбы с загрязнением в рудных районах.
Цель: оценка экологической опасности золоторудного месторождения Улюк-Бар на основе данных химического и минералогического состава вмещающих горных пород и подвижности в них токсичных элементов.
Материалы и методы. Химический состав пород определен рентгенофлуоресцентным и атомно-эмиссионным с индуктивно связанной плазмой методами, а также с использованием методов классической аналитической химии. Минералогический состав пород определен рентгенофазовым анализом, состав минералов и содержание в них элементов-примесей – сканирующей электронной микроскопией. Предварительная оценка экологического состояния месторождения осуществлена по показателю потенциальной токсичности элементов и показателю потенциальной экологической опасности минералов. Прогноз состава дренажных вод и подвижности элементов был проведен с использованием пероксидного эксперимента и данных атомно-абсорбционного анализа, конечных кислотно-щелочных условий – путем расчета кислотонейтрализующего и кислотопродуцирующего потенциалов.
Результаты и обсуждение. Выявлены высокие и очень высокие показатели потенциальной токсичности и опасности. Главную потенциальную опасность представляют мышьяк, хром, кобальт, никель, медь, палладий, сурьма и др. Установлена высокая подвижность магния, кальция, хрома, сурьмы, рубидия, бария, стронция и серы, многие из которых представляют реальную экологическую опасность. Кремний, алюминий, титан, натрий, калий, железо, марганец, фосфор, медь, цинк, никель, мышьяк, лантан, церий, иттрий, ванадий, кобальт, ниобий, цирконий и молибден в породах являются неподвижными или малоподвижными. Сульфиды принимают основное участие в загрязнении токсичными элементами. Породы месторождения характеризуются высоким кислотонейтрализующим потенциалом. Среда дренажных вод определяется как нейтрально-щелочная.
Заключение. Месторождение Улюк-Бар обладает высокой потенциальной опасностью, которая обусловлена в первую очередь минералогическими и геохимическими особенностями руд и вмещающих их горных пород. Сульфиды представляют основную угрозу в связи с содержанием в них большого количества токсичных металлов и металлоидов. Вместе с тем в неизмененных гипергенными процессами породах месторождения содержится значительное количество карбонатных минералов, что обуславливает высокие кислотонейтрализующие и низкие кислопродуцирующие свойства пород, препятствующие быстрому растворению сульфидных минералов. Проведенное исследование объединяет информацию для выявления экологических проблем, связанных с геолого-геохимическими особенностями месторождения и облегчает выбор подходящей комбинации методов для минимизации экологических рисков и воздействий.
142-157
Микро-ГЭС с регулированием гидроагрегата по цепи якоря гидрогенератора
Аннотация
Актуальность. Приводится сравнительный анализ микро-ГЭС с регулированием гидроагрегата по цепи якоря гидрогенератора по технико-экономической эффективности. Авторы обосновывают возможность применения интеллектуального управления энергетическим балансом инверторных микро-ГЭС с целью увеличения количества вырабатываемой электроэнергии без увеличения установленной мощности гидроагрегата, что позволит повысить их технико-экономические характеристики по сравнению с традиционными микро-ГЭС автобалластного типа. Данный подход позволяет использовать интеллектуальные системы управления, которые могут регулировать выработку электроэнергии в зависимости от пиков потребления электроэнергии. Для этого используются инверторные микро-ГЭС, которые позволяют более эффективно управлять энергопотреблением и накапливать электроэнергию в аккумуляторных батареях. Разработанные алгоритмы управления позволяют оптимизировать работу микро-ГЭС, обеспечивая максимальную эффективность использования ресурсов и снижение затрат на электроэнергию. Применение этих технологий может существенно улучшить экономические показатели микро-ГЭС и сделать их более конкурентоспособными на рынке электроэнергии. Алгоритмы осуществляют управление работой гидроагрегата, гарантируют поставку электроэнергии потребителям и обеспечивают эффективное использование аккумуляторных накопителей электроэнергии в зависимости от энергетических потребностей.
Цель: сравнительный технико-экономический анализ микро-ГЭС с регулированием параметров генерируемого напряжения по цепи якоря гидрогенератора с приводом от нерегулируемой гидротурбины.
Объект: микро-ГЭС деривационного типа с силовыми преобразователями и накопителями электроэнергии.
Методы: компьютерное моделирование.
Результаты. Предложена классификация деривационных микро-ГЭС с управлением гидроагрегатом по цепи якоря гидрогенератора, показаны технико-экономические возможности различных способов их построения, определены наиболее перспективные технические решения инверторных микро-ГЭС, оптимизированы их энергетические балансы и алгоритмы управления энергетическим оборудованием.
158-171
Оценка тенденций эрозии и аккреции на побережье Куанг Нама на фоне изменчивости климата
Аннотация
Актуальность. Перед лицом нынешних тенденций изменения климата береговая эрозия чаще происходит на прибрежных землях. Эта проблема не только наносит ущерб домам и сооружениям, но и влияет на жизнь прибрежных жителей. Береговая линия Куанг Нама составляет 125 км и является районом, подвергшимся серьезной эрозии под воздействием гидродинамических факторов, наряду с экстремальными погодными явлениями, влияющими на жизнь людей и ухудшающими местную экономику.
Цель. Используются изображения дистанционного зондирования за 2016–2022 гг. для анализа изменений береговой линии путем интеграции методов (Digital Shoreline Analysis System–DSA) с ГИС, дистанционным зондированием и использованием значений индекса MNDWI для выделения береговых линий.
Методы: метод выделения береговой линии в сочетании с ГИС для расчета изменения береговой линии в сочетании со статистикой штормов для оценки изменения береговой линии.
Результаты показывают, что на всей исследуемой территории эрозия преобладает над осаждением, эрозия сосредоточена в основном в районах Ан Банг, Северный Куа Дай, Дуй Хай и Там Тянь в пределах 3,9–9,2 м/год, в то время как осаждение сосредоточено в основном в районах к югу от Куа Дай и Там Хоа (недалеко от устья реки Чыонг Джанг). Кроме того, результаты анализа изменений береговой линии в районе Куанг Нам в сочетании с данными о штормах, воздействующих на этот район, также показывают положительную корреляцию. Результаты исследований могут предоставить полезную информацию местным органам власти для выработки решений по планированию прибрежных районов и управлению ими.
172-181
Обзор современных методов сушки углей с оценкой их эффективности
Аннотация
Актуальность исследования продиктована необходимостью анализа современного состояния тематики сушки угля для выявления наиболее эффективных способов с точки зрения временных и энергетических затрат, а также экологической безопасности и улучшения качеств топлива. Как показывает практика, сушка – это один из самых важных этапов подготовки угля к сжиганию, она способствует повышению термической эффективности, снижению выбросов и загрязнения окружающей среды, увеличению энергетической мощности и улучшению стабильности сгорания. Среди основных способов сушки угля можно выделить cушку с испарением: А) ротационная сушка; Б) сушка в кипящем слое; В) иммерсионная сушка горячим маслом; Г) сушка в микроволновой печи, а также сушку без испарения: А) гидротермальное обезвоживание; Б) механическое/термическое обезвоживание; В) экстракция растворителем. При этом каждый из данных методов постоянно развивается, и требуется оценка влияния динамики этих изменений на ключевые характеристики процесса сушки.
Цель: обзор и анализ современных способов сушки угля, наиболее эффективных с точки зрения временных и энергетических затрат.
Объектом исследования является влажный материал – уголь, подверженный различным способам сушки.
Методы: поиск работ по заявленной тематике с проверкой указания основных параметров сушки: время, энергозатрат и др. На основе полученных данных проведено сравнение различных способов сушки, рекомендованы оптимальные с точки зрения указанных параметров методы. В результате исследования были рассмотрены современные методы сушки угля, дана оценка их эффективности. Было установлено, что наиболее эффективными с точки зрения энергозатрат методами сушки угля являются: ротационная сушка, иммерсионная сушка горячим маслом, механическое/термическое обезвоживание и экстракция растворителем. Также были рассмотрены особенности каждого метода сушки.
182-193
Технология плазменного разрядного синтеза нитрит-ионов для очистки сточных вод от водорастворимых соединений реакционного азота
Аннотация
В настоящее время критическая ситуация по содержанию водорастворимых соединений азота наблюдается в водоемах большинства стран. В мировой практике принято считать, что наиболее перспективным методом удаления соединений азота из сточных вод является анаммокс-технология, основанная на биохимическом процессе окисления аммония нитритом в бескислородных условиях. В общем виде в ходе бактериального анаммокса происходит рекомбинация нитрит-иона и иона аммония, в результате которой они превращаются в молекулярный азот. Однако анаммокс-бактерии отличаются низкой скоростью роста и требуют специфических условий выращивания. В качестве альтернативы бактериальной анаммокс-технологии предложена технология плазменного СВЧ-разрядного синтеза нитрит-ионов NO2– из воздуха, осуществляемого в плазме СВЧ-разряда в плазмотроне магнетронного типа для очистки сточных вод от водорастворимых соединений реакционного азота. Уникальные возможности неравновесной низкотемпературной плазмы, как среды для протекания химических реакций, и, в частности, плазмы СВЧ-разряда, являются основой новых перспективных технологий. В условиях турбулентности СВЧ-разряда ионизированные молекулы азота N2+ и кислорода О2–, приблизившись друг к другу, взаимодействуют, запуская лавинообразный каскад реакций с образованием двух молекул монооксида азота NО, что является пусковым для перехода из электронно-ударной стадии плазмохимических реакций в стадию лавинообразного фотолитического синтеза оксидов азота NОх. Исходя из результатов изучения концентрации конечных продуктов плазмохимических реакций в зоне СВЧ-разряда, преобладающее значение имеет синтез нитрит-ионов NO2–. Проведены экспериментальные исследования воздействия полученного на выходе плазмотрона потока нитрит-ионов NO2– на модельный раствор гидрата аммиака (NH4OH) в концентрации 150 мг/л. Наиболее оптимальным явилось время воздействия ионизированного газа на модельный раствор в течение 5 минут, эффективность удаления ионов аммония при этом составила 99,83 %. Таким образом, технология плазменного СВЧ-разрядного синтеза нитрит-ионов NO2– может являться альтернативой биологической анаммокс-технологии и отличается простотой технической реализации.
194-201
Компьютерное моделирование технологических параметров и методов предотвращения образования гидратов
Аннотация
Актуальность. Как и множество месторождений Западной и Восточной Сибири, месторождения о. Сахалин (рассматриваемое Восточно-Луговское газовое месторождение) столкнулись с проблемой образования газовых гидратов во внутрискважинном оборудовании и наземных сетях сбора и подготовки к транспорту. Гидратообразования закупоривают скважины, шлейфы и газопроводы, снижая площадь их рабочего сечения, что ведёт к снижению дебита или полной остановке работы оборудования. Также нарушается работа клапанов, измерительных приборов, сепараторов и штуцеров. Всё это приводит к значительным экономическим потерям и снижает эффективность ведения процесса разработки и эксплуатации месторождения. Наибольшему влиянию подвержены месторождения, находящиеся на поздних стадиях эксплуатации, ввиду невозможности обеспечения безгидратного режима работы скважин. С точки зрения рациональности ведения процесса разработки выгоднее предотвратить образование гидратов, нежели бороться с уже образовавшимися отложениями. Стоит также отметить целесообразность переноса места локализации отложения гидратов из скважины на поверхность, где бороться с данным осложнением гораздо проще и экономически эффективнее, чем в скважине. Этого можно добиться, воздействуя на параметры процесса образования отложения, из которых на состав газа влиять невозможно. Смещение равновесных условий образования гидратов за счёт повышения минерализации также неэффективно, поскольку возрастает риск отложения солей и коррозии. Так, возможным остаётся регулирование термобарических параметров путём изменения технологического режима работы скважины, теплоизоляции или покрытие внутренней части насосно-компрессорных труб материалами, а также скважинными электронагревателями, исключающими возможность образования отложения.
Цель: обоснование технологии повышения эффективности эксплуатации добывающих скважин в условиях гидратообразования.
Объекты: газовые скважины, работающие в условиях гидратообразования, а также связи и зависимости режимных параметров работы скважины и других технологических параметров на потенциальную возможность образования гидратов.
Методы: анализ геолого-физических условий и состояния разработки Восточно-Луговского газового месторождения; компьютерное и математическое моделирование работы скважин на месторождении в условиях образования гидратов; анализ способов предотвращения образования гидратов и выбор технологического решения.
Результаты. Проблема образования гидратов широко распространена на газовых месторождениях. Гидраты могут частично или полностью перекрывать рабочее сечение добывающих скважин, снижая или полностью прекращая добычу, вследствие чего добывающие скважины простаивают в среднем 18 часов в месяц, что влечёт за собой экономические потери и мешает стабильной работе скважины. Показано, что ввиду специфики работы скважин Восточно-Луговского газового месторождения изменение технологического режима на безгидратный на данный момент невозможно. По результатам моделирования работы скважины основные потери температуры происходят за счёт отвода тепла через насосно-компрессорные трубы. Из способов предотвращения образования гидратов рассмотрены: теплоизоляция насосно-компрессорных труб, частичное силикатно-эмалевое покрытие, применение греющего кабеля и использование метанола. По результатам оценки экономической и технологической эффективности выбрана технология греющего кабеля с установкой турбодетандера для компенсации затрат на электроэнергию, а также спуск второго ряда насосно-компрессорных труб до глубины потенциального образования гидратов с целью повышения эффективности нагрева и проведения закачки теплоносителя или ингибитора непосредственно в интервал образования гидратов.
202-218
Альтернативный метод получения квазимонодсперсной водомасляной эмульсии
Аннотация
Актуальность. Разрушение нефтяной эмульсии является одной из наиболее существенных проблем в системах подготовки нефти, поскольку содержащиеся в скважинной жидкости примеси создают достаточно прочные адсорбционные оболочки дисперсной фазы, оболочки стабилизируют эмульсию и препятствуют её разложению. В настоящее время разработаны различные методы разрушения эмульсий. Одним из наиболее популярных из них является использование химических деэмульгаторов, которые имеют ряд недостатков. Другим методом разрушения эмульсий является использование физического воздействия, например, акустического. Акустическое воздействие на каплю с частотой, близкой к резонансной частоте капли, интенсифицирует разрушение эмульсии, при этом собственная частота колебаний капли эмульсии зависит от поверхностного натяжения и плотности дисперсной фазы, а также от радиуса капли. Метод, предлагаемый авторами, заключается в приближении эмульсии к её монодисперсной версии с последующим воздействием на неё акустическими волнами в узком диапазоне частот, при этом диапазон частот согласован с размерами капли дисперсной фазы полученной эмульсии. Поскольку в натурных экспериментах получить модисперсную эмульсию невозможно, авторы предлагают называть такую версию эмульсии квазимонодисперной, то есть близкой к монодисперсной эмульсии. В работе рассматривается один из вариантов получения квазимонодиспресной эмульсии.
Цель: описание метода получения квазимонодисперсной среды с целью разрушения эмульсии резонансной частотой, соответствующей радиусу глобулы квазимонодсперсной среды.
Объект: водомасляная эмульсия.
Методы: термодинамические потенциалы, физико-химическая гидродинамика, дифференциальные уравнения.
Результаты. Получена дифференциальная функция распределения скоростей по координатам и времени, показывающая, что эмульсия является более устойчивой при её мелкой дисперсности. Оценено время оседание дисперсной фазы в эмульсии. Получена формула, позволяющая определить минимальный радиус капли в эмульсии при фиксированном давлении и температуре. Получена формула, позволяющая определить энергию Гиббса системы. Авторам работы удалось свести уравнения в частных производных Навье–Стокса к системе обыкновенных дифференциальных уравнений и получить компоненты скоростей и давление при известной скорости вращения диска, определить механический момент сопротивления диска.
219-232
Теллуро-висмутовая минерализация в рудах Малеевского колчеданного месторождения (Восточный Казахстан)
Аннотация
Как известно, Рудный Алтай является классической провинцией колчеданных месторождений, большая часть которых сформирована в палеоостроводужных геодинамических обстановках. Колчеданные руды имеют сложный и разнообразный химический состав, включающий в себя широкий спектр примесных элементов, среди которых до сих пор остаются слабоизученными металлоид теллур и метал висмут. На основании вышеизложенного, в колчеданных рудах Малеевского месторождения, приуроченного к Зыряновскому узлу Рудного Алтая, нами была исследована теллуро-висмутовая минерализация.
Актуальность исследования обусловлена дефицитом информации о характере распределения и формах нахождения данного вида редких полезных ископаемых в рудах колчеданных месторождений Рудного Алтая. Полученные данные настоящего исследования позволят обеспечить более комплексную переработку и использование минерально-сырьевых ресурсов.
Цель: дать характеристику вещественному составу руд; выявить особенности развития теллуро-висмутовой минерализации и определить условия ее формирования; оценить перспективы на попутную добычу и извлечение теллура с висмутом из руд колчеданных месторождений Рудного Алтая.
Объектом исследования является теллуро-висмутовая минерализация колчеданных руд месторождения.
Методы: петрографический, минераграфический и минералогический анализы, сканирующая электронная микроскопия в сочетании с рентгеноспектральным микроанализом и рамановская спектроскопия.
Результаты. В рудах выявлено многообразие теллуро-висмутовой минерализации, фиксирующейся в качестве самостоятельных минералов, представленных сульфосолями, теллуридами, оксидами и самородными формами выделения. Впервые для данных руд обнаружены такие минералы, как плюмботеллурит PbTeO3, цервеллеит Ag4TeS, ксилингоит Pb3Bi2S6 и неидентифицированный минерал с обобщенной формулой PbAg2Te. Минералы теллуро-висмутового состава по отношению к главным рудным минералам характеризуются более поздней кристаллизацией в Ag-Te-Bi-сульфидную ассоциацию рудной стадии при температуре 280…150 °С. На основании полученных данных спрогнозированы перспективы добычи теллура и висмута из руд месторождений, аналогичных по вещественному составу с Малеевским месторождением и приуроченных к одноименному Зыряновскому рудному узлу.
233-250