Том 335, № 6 (2024)
Статьи
Технологии улучшения очистки ствола скважины
Аннотация
Актуальность. Основным технологическим процессом при сооружении нефтяных и газовых скважин является эффективная очистка ствола скважины, особенно при бурении горизонтальных и наклонных скважин. В статье рассматриваются вопросы технологии бурения ствола скважины по традиционной методике в сочетании с полимерглинистыми растворами на водной и углеводородной основе, а также улучшения выносных свойств бурового раствора с учетом плотности, производительности бурового насоса, реологических параметров жидкости, геометрии кольцевого пространства скважины, формы и концентрации частиц бурового шлама. Недостаточная очистка забоя скважины вызывает нежелательные явления, приводящие к различным осложнениям. Объектом исследования является технология транспортировки шлама по стволу скважины на поверхность. Приведены основные формулы, характеризующие работу сменных гидромониторных насадок. От степени турбулентности потока зависит качество очистки ствола скважины.
Цель: разработка технических решений, способствующих повышению качества очистки ствола скважины.
Методы. Экспериментальными работами установлены оптимальные геометрические параметры гидравлических насадок для двухъярусного антивибрационного долота и конструкция буровых труб с винтовыми ребрами.
Результаты и выводы. Разработано двухъярусное антивибрационное долото со сменными гидромониторными насадками и бурильные трубы с винтовыми ребрами. Внедрение этих разработок в практику буровых работ позволит улучшить качество очистки ствола скважины за счет создания турбулентного режима течения бурового раствора.
7-13
Инженерно-геофизические исследования методом электротомографии при поиске подземных вод в Бодайбинском районе Иркутской области
Аннотация
Актуальность исследования заключается в потребности поиска подземных вод технического назначения под строительство водозаборной скважины для водоснабжения вахтового поселка горно-обогатительного комбината «Светловский» в Бодайбинском районе Иркутской области. Электротомография является распространенным методом исследования верхней части разреза и широко применяется при поиске полезных ископаемых, геологическом картировании, инженерных изысканиях, а также гидрологических и экологических исследованиях. Применение метода электротомографии в рамках представленного исследования позволит обосновать места заложения поисковых гидрогеологических скважин.
Цель: оценка геолого-гидрогеологических условий района работ на перспективу добычи подземных вод технического водоснабжения для нужд вахтового поселка.
Объекты: коренные породы, характеризующиеся высокими значениями удельного электрического сопротивления и являющиеся водоупорами; проницаемые зоны пониженного сопротивления, которые являются водовмещающими породами.
Методы: наземные геофизические исследования методом электротомографии; двумерная инверсия данных электротомографии и их интерпретация с учетом инженерно-геологических данных бурения и комплекса геофизических исследований скважин. В результате выполненных инженерных гидрогеологических изысканий с использованием наземных геофизических исследований методом электротомографии было установлено, что водоносный комплекс трещиноватых пород имняхской свиты протерозойского комплекса отложений (PR2-3im) представлен трещиноватыми известняками от серых до голубоватых с прослоями мусковитовых сланцев. Анализ результатов исследований показал, что мощность вскрытых отложений составляет до 50 м, уровень подземных вод эксплуатационного горизонта вскрывается на глубинах от 21 до 28 м. Их перекрывает комплекс слабопроницаемых отложений мощностью от 5 до 11 м, представленных переслаиванием плотных известняков серого цвета и черных метапесчаников.
14-25
Методика определения местоположения утечек и несанкционированных врезок на нефтепроводах
Аннотация
Актуальность. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов является одним из наиболее эффективных и экономически выгодных видов транспорта в современном мире. Несмотря на это, данный вид транспорта может быть экологически опасен в случае возникновения утечек, вызванных, например, коррозией, нарушением правил эксплуатации, несанкционированными врезками. Неоперативные локализация и ликвидация утечек и несанкционированных отборов зачастую являются не только причиной значительных финансовых потерь, но и аварий и загрязнения местности разной степени тяжести и масштаба. В наши дни вопрос определения произошедшей утечки и ее местоположения за минимальное время остается открытым. В связи с этим разработка новых и совершенствование существующих методов обнаружения утечек и врезок в трубопроводы является актуальной задачей в наши дни.
Цель: исследование влияния сдвига полного напора, происходящего при учете изменения мощности насосных агрегатов вследствие утечки продукта, на точность локализации утечки или несанкционированной врезки, а также усовершенствование существующих методов определения координаты утечки при помощи учета изменения напора, развиваемого нефтеперекачивающей станцией.
Методы: моделирование возникновения утечки или несанкционированной врезки с различным процентом потерь продукта, построение линий гидравлического уклона с утечками различной интенсивности в различных координатах, сравнительный анализ результатов, полученных при рассмотрении существующих методик и методики, предложенной авторами.
Результаты. Смоделированы утечки в различных координатах, и определена возможность работы предложенного метода поиска координаты утечек, также рассчитаны погрешности при определении места утечки или врезки, зависящие от перепадов мощности насосов при истечении продукта из нефтепровода. Предложена формула локализации утечек или врезок, учитывающая изменение мощности насосных агрегатов и, как следствие, полного напора.
26-36
Настройка PVT-моделей. Моделирование нагнетательного фонда скважин. Настройка моделей системы сбора и трубопроводов и системы поддержания пластового давления
Аннотация
Актуальность исследования заключается в возможности обеспечить более точную и эффективную оценку и управление процессом добычи углеводородов при помощи программных продуктов для интегрированного моделирования месторождений. Однако такой подход требует анализа качества исходных данных, а также выбора корректного подхода к созданию моделей. Последовательная и систематическая работа позволяет с высокой точностью воспроизвести действительную ситуацию для того, чтобы использовать полученные результаты в дальнейшей работе. Интегрированная модель месторождения является совершенно новым подходом к разработке месторождения, когда текущая работа строится не от существующих решений, а от потенциала. Прогнозирование поведения пласта, скважин и инфраструктуры, системы сбора и системы поддержания пластового давления позволяет комплексно оценивать возможности получения максимального дебита нефти и газа с минимизацией возможных потерь.
Цель: формирование и анализ подхода к настройке PVT-моделей флюидов, моделей нагнетательного фонда скважин, системы сбора и транспорта и системы поддержания пластового давления путем адаптации параметров к фактическим данным.
Методы: настройка и адаптация моделей нагнетательных скважин; настройка и адаптация моделей системы сбора и трубопроводов; подход к работе с системой поддержания пластового давления.
Результаты. Полученные результаты позволяют адаптируют компоненты интегрированной модели с точностью свыше 95%, что делает возможным симулирование режима работы месторождения. В результате анализа были выявлены критерии настройки, а также представлен минимальный необходимый набор параметров для качественной адаптации моделей. Также доказана эффективность и точность прогнозных расчетов на настроенных моделях посредством сравнения фактических данных о режимах работы с синтетическими. На основании проделанной работы можно сделать вывод о том, что использование интегрированной модели демонстрирует нам высокое схождение с реальными данными, что позволяет оптимально подходить к режиму разработки месторождения.
37-45
Совершенствование технологий утилизации отходов нефтепродуктов
Аннотация
Актуальность. В настоящее время особое значение приобретает рациональное и экономное использование нефтепродуктов. Это относится, в том числе, и ко всем известным видам масел. Отработанные масла, попадающие в окружающую природную среду, лишь частично обезвреживаются в результате естественных процессов. Большая их часть является источником загрязнения почв, водных объектов и атмосферного воздуха, приводя к нарушению воспроизводства птиц, рыб, млекопитающих, оказывая вредное воздействие на человека. Таким образом, повсеместная проблема сбора и утилизации отработанных нефтепродуктов является актуальной, рентабельной и наукоемкой областью, так как при правильной организации процесса регенерации стоимость восстановленных масел на 40–70 % ниже стоимости свежих масел при практически одинаковом их качестве.
Цель. Цель работы заключается в совершенствовании технологии утилизации отработанных нефтепродуктов в условиях северных территорий для достижения эко- и энергоэффективности. Отработанные масла после этапа регенерации могут использоваться по прямому назначению – возвращаться в системы смазки оборудования, это до 70–80 % от исходного количества образующегося отработанного масла. Оставшееся, «невосстановленное», в количестве 20–30 % – сжигаться в виде водотопливной смеси на предприятиях, оборудованных котлами на жидком топливе. Имеющихся в литературных источниках сведений недостаточно для создания эффективной системы утилизации отработанных масел и других нефтепродуктов особенно в условиях циркумполярных территорий. Требуется дифференцированный подход к проблеме с учетом особенностей климата, удаленности арктических территорий от транспортных инфраструктур с обязательным соблюдением регламентов защиты окружающей среды.
Методы. Кавитационная технология (эффекты кавитации) и метод глубоко обучения LSTM (Long Short-Term Memory) для обработки отходов углеводородов на примере индустриального масла W30 и, соответственно, моделирование миграции поллютантов от промышленных объектов в открытых природных водных источниках.
Результаты и выводы. Полученные результаты говорят о том, что комплексное использование сырья – это результат наиболее полного, экономически и экологически оправданного использования всех полезных компонентов, содержащихся в сырье, а также в отходах производства. Любые углеводородные отходы можно рассматривать в качестве вторичных материальных ресурсов, которые допустимо использовать в хозяйственных целях, частично или полностью замещая традиционные виды материально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, главной ценностью которых является их постоянная воспроизводимость в производственном секторе.
46-54
Модели и методы глубокого обучения для решения задач дистанционного мониторинга лесных ресурсов
Аннотация
Актуальность. Обусловлена необходимостью высокоточного анализа данных дистанционного мониторинга лесных ресурсов Земли, проводимого с использованием космических аппаратов и (или) беспилотных летательных аппаратов.
Цель. Анализ современного состояния исследований в области дистанционного мониторинга лесов с использованием космических аппаратов и беспилотных летательных аппаратов и формулировка направлений перспективного развития этой области; разработка и исследование новых моделей глубокого обучения для анализа снимков высокого и сверхвысокого разрешения хвойных лесов. Объекты. Аппаратные средства, модели, методы и информационные системы и технологии для оперативного анализа данных дистанционного мониторинга лесных ресурсов, полученных в виде снимков высокого и сверхвысокого разрешения.
Методы. Модели и методы глубокого обучения для классификации деревьев на снимках; методология проведения оперативного дистанционного мониторинга лесов; методы обучения, валидации и исследования сверточных нейронных сетей.
Результаты и выводы. Аналитический обзор моделей, методов и информационных технологий для оперативного анализа данных дистанционного мониторинга лесных ресурсов; перечень сформулированных направлений перспективного развития методологии и инструментария для оперативного проведения дистанционного мониторинга лесов; разработанные на основе классической модели полносверточной сети U-Net две модели Mo-U-Net и Mo-Res-U-Net. Для обучения, валидации и исследования этих моделей созданы два датасета по снимкам с беспилотного летательного аппарата. Получены результаты исследования моделей при решении задач мультиклассификации хвойных деревьев пихты А. sibirica и кедра P. sibirica, пораженных насекомыми-вредителями. Исследования показали, что в отличие от классической модели U-Net, для всех классов деревьев A. sibirica и P. sibirica, включая промежуточные классы, эти модели дают точность классификации по метрикам IoUс и mIoU выше порогового значения 0,5, это указывает на практическое значение таких моделей для лесной отрасли.
55-74
Синтез алгоритма автоматизированной подстройки параметров процесса сушки пиломатериалов
Аннотация
Актуальность. Процесс сушки пиломатериалов связан с большими рисками получения некачественного продукта. Зачастую проблема может скрываться в нарушении технологического процесса и в неправильной настройке параметров режимов сушки на разных ее этапах. Решением может являться контроль работы и подстройка оптимальных параметров работы сушки для минимизации брака. Процедура автоматизированной подстройки параметров обычно связана с оценкой специалистом качества продукта, по которой следует принять решение по определению параметров с учетом признаков нарушения технологического процесса. В технических и научных изданиях присутствует обобщённая информация о методах подбора параметров для различных ситуаций, которую можно формализовать и включить в алгоритмы подстройки параметров программируемого логического контроллера. В статье освещен алгоритм подбора оптимальных параметров работы сушки с использованием Fuzzy-контроллера.
Цель: создать алгоритм с использованием Fuzzy-контроллера, который позволяет настроить параметры техпроцесса и адаптировать параметры режима к сушильной камере в заданных условиях эксплуатации.
Методы: анализ базы данных о техпроцессах, полученных в течение полутора лет работы системы диспетчеризации основных параметров для 28 полных циклов сушки пиломатериала.
Результаты. Сформирован алгоритм автоматизированной подстройки параметров для трех этапов сушки на основании результатов опроса заказчика и технолога (оператора сушильной камеры) о качестве продукта, позволяющий снизить вероятность получения некачественного продукта, а также стимулировать обслуживающий персонал к корректному формированию паспорта технологического процесса.
Выводы. Включение в цепь управления автоматизированного контура подстройки параметров позволяет минимизировать количество некачественных процессов при начале эксплуатации новой камеры сушки и исключить брак в ходе дальнейших технологических процессов.
75-88
Численный анализ теплопритоков к геотермальному теплообменнику с учетом испарения влаги в его конструкции
Аннотация
Актуальность. Положения о необходимости перехода на альтернативные источники энергии и энергетической безопасности, снижении выбросов в окружающую среду и энергосбережении в различных отраслях во многом могут опираться на использование геотермальной энергии. Отдельной областью в сфере моделирования геотермальных технологий является исследование тепловых режимов геотермальных теплообменников. Необходимость обеспечения надежного теплового контакта между геотермальным теплообменником и окружающей его средой приводит к использованию разнообразных засыпок, в том числе и предварительно увлажненных.
Цель. Исследование влияния интенсификации теплоподвода к геотермальным теплообменникам за счет изменения теплопроводности в результате увлажнения засыпки в элементах его конструкции и наличия фазовых переходов.
Методы. Решение задачи получено методом конечных разностей. Использовалась неявная разностная схема и алгоритм прогонки. Шаг по координате составлял от 1 до 10 мм.
Результаты и выводы. Исследования выполнены для шести месяцев непрерывной работы геотермального теплообменника. При анализе тепловых режимов рассматриваемой системы основное внимание уделялось исследованию интенсификации теплоподвода к геотермальному теплообменнику с учетом влияния испарения влаги в его засыпке, ее характеристик и условий эксплуатации рассматриваемых систем. Установлено, что увеличение влажности песчаной засыпки геотермального теплообменника приводит к росту теплопритоков на 3,2…7,8 %. Выявлено существенное влияние нестационарности процессов переноса на интенсификацию теплообмена в рассматриваемой системе. Показано, что вклад эффекта испарения в теплопритоки к геотермальному теплообменнику составляет около 22 %. Обоснован вывод о том, что при выборе варианта регулирования тепловых режимов геотермальных теплообменников следует преимущественно изменять объемную влажность песчаной засыпки.
89-97
Элементный состав организма диких и домашних животных в районе с проявлениями активной геофагии в Горном Алтае
Аннотация
Актуальность исследования заключается в необходимости изучения элементного состава организма диких и домашних животных в природных средах с разным уровнем содержаний химических элементов.
Цель: выявить особенности элементного состава организма алтайского марала (Cervus elaphus sibiricus Severtzov, 1873), дикого кабана (Sus scrofa scrofa Linnaeus, 1758) и домашней свиньи (Sus scrofa domesticus Erxleben, 1777) на территории Онгудайского района Республики Алтай, в том числе в районе с проявлениями активной геофагии.
Объекты: органы и ткани диких и домашних животных.
Методы: масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой; атомно-эмиссионная спектрометрия; ионная хроматография, аналитический электронный микроскоп с энергодисперсионным спектрометром.
Результаты. Определены медианные значения концентраций химических элементов в организмах алтайского марала, дикого кабана и домашней свиньи. Наибольшие значения в составе макроэлементов у всех животных показали Cl, S и K, среди редкоземельных элементов – La, Ce, Nd, Pr, Sc и Y. Среди особенностей элементного состава изученных животных выявлены повышенная аккумуляция Ba, I, Hg и Pb в организме алтайского марала; редких щелочей, а также редкоземельных элементов легкой подгруппы – в организме кабана; Sn, Au, Ir и редкоземельных элементов тяжелой подгруппы – в организме свиньи домашней. Относительно результатов зарубежных авторов, зафиксированы существенно повышенные концентрации Hg в почках марала и W в бронхах алтайского кабана, в сравнении с аналогичными животными в странах Европы, а также аномальные содержания Pb в головном мозге домашней свиньи. Сделаны предположения о факторах, влияющих на формирование элементного состава организма животных. Для марала и кабана это факторы питания (в том числе геофагия) и особенности накопления элементов в костной ткани; для домашней свиньи – фактор кормов и особенности местной металлогении, включая состав природных вод.
98-109
Математическая модель накопителя энергии автономной фотоэлектрической станции
Аннотация
Актуальность. Одним из приоритетных направлений развития современной энергетики является активное использование технологий возобновляемых источников энергии, лидирующее положение среди которых по объемам ввода генерирующих мощностей и областям практического применения занимает фотоэнергетика. В последние годы фотоэлектрические станции все чаще находят применение в составе систем автономного электроснабжения, чему в немалой степени способствует значительное снижение стоимости их компонентов, обусловленное совершенствованием технологий. Автономные системы электроснабжения могут значительно различаться по мощности, условиям эксплуатации, требованиям к бесперебойности электроснабжения и многим другим факторам, что определяет высокую важность задачи выбора состава основного электрооборудования, обеспечивающего оптимальные технико-экономические показатели проектируемой энергетической системы. Для обоснованного выбора состава оборудования автономной фотоэлектростанции требуются имитационные модели всех ее основных компонентов, адекватно отображающие их рабочие характеристики в реальных условиях эксплуатации. Важным компонентом автономных фотоэлектрических станций является накопитель энергии, включающий аккумуляторную батарею и солнечный контроллер, обеспечивающий управление энергетическим балансом электростанции. Настройки солнечного контроллера во многом определяют эксплуатационные режимы фотоэлектростанции, от которых преимущественно зависит срок службы аккумуляторных батарей. С учетом того, что затраты на накопитель энергии составляют существенную долю затрат от общих финансовых вложений в проектируемую электростанцию, проблема достоверной оценки срока службы аккумуляторных батарей является весьма актуальной.
Цель: разработка математической модели накопителя энергии для проектирования и оптимизации состава оборудования автономных фотоэлектрических станций.
Методы: математическое и компьютерное моделирование с использованием программного комплекса MatLab/Simulink.
Результаты. Разработана математическая модель аккумуляторной батареи, построенная на основе модифицированной модели Шеферда и кинетической модели. Модель является универсальной и может использоваться для моделирования статических и динамических характеристик аккумуляторных батарей разных типов. Для идентификации параметров модели достаточно только данных технической спецификации, предоставляемой производителем. В состав общей модели накопителя включена модель срока жизни аккумуляторной батареи, позволяющая динамически корректировать величину доступной максимальной емкости батареи в процессе эксплуатации.
110-122
Накопление мышьяка в ортштейнах spolic technosols в районе крупного медеплавильного комбината Среднего Урала
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения поведения мышьяка в почвах как одного из основных загрязнителей депонирующих сред в районах горнометаллургической отрасли. В последние десятилетия выбросы мышьяка в окружающую среду достигли огромных масштабов, поэтому данный элемент привлекает внимание исследователей всего мира. Но несмотря на все стороннюю изученность данной проблемы остаются некоторые аспекты, которые необходимо уточнить, чтобы понять геохимию мышьяка. В данной работе рассматриваются spolic technosols с критически высоким содержанием мышьяка в профиле почвы с чередующимся водно-застойными режимами и сухими условиями. Как одни из главных почвообразующих элементов, ортштейны содержат значительное количество соединений железа и марганца, способны к адсорбционным процессам и вовлечению элементов в процесс конкрециообразования.
Целью работы является установление влияния ортштейнов на аккумуляцию мышьяка в почве, подверженной интенсивной техногенной нагрузке.
Объектом исследования являются ортштейны spolic technosols в зоне работы медеплавильного комбината и фоновых не подверженных загрязнению почв.
Методы. Определение мышьяка проводилось методом инверсионной вольтамперометрии. Морфологическое описание и структуризация ортштейнов проводились с помощью сканирующей электронной микроскопии с помощью установки «Thermo Fisher Phenom XL G2 Desktop SEM».
Результаты. В ходе исследования морфологических особенностей ортштейнов выявлены различия в почвах, подверженных большей техногенной нагрузке. Внутри ортштейнов во всех исследуемых почвах мышьяк не обнаружен. Также концентрации мышьяка в общей массе ортштейнов составляет до 40–50 % от массы почвы. Данный факт свидетельствует об аккумуляции мышьяка путем поверхностной адсорбции и о выступлении ортштейнов в качестве геохимического барьера. Полученные в ходе работы данные могут способствовать поиску способов очистки почв, загрязненных мышьяком, а также дают понять основные процессы поведения данного элемента в почвообразовании.
123-134
Углеродные матрицы, допированные Sr, для использования в качестве электродов в радиоизотопных источниках электрической энергии
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена необходимостью создания новых безопасных источников энергии, способных удовлетворить нужды производства и медицины там, где применение традиционных источников энергии невозможно или нерентабельно. К числу таких источников могут быть отнесены радиоизотопные источники питания, в которых выработка энергии обеспечивается за счет естественного распада радионуклидов. Важнейшими составляющими источников тока типа суперконденсаторов являются электродные материалы, характеристики которых определяют электрофизические показатели радиоизотопных источников. В данной работе предложен способ синтеза углеродной матрицы, допированной Sr, для использования в качестве электродов радиоизотопных источников питания.
Цель: разработка, освоение и оптимизация метода синтеза электродов радиоизотопных источников питания на основе углеродных материалов, допированных радиоизотопом Sr-90.
Объекты: углеродный материал, допированный имитатором радиоизотопа Sr-90 (Sr стабильный). Углеродные матрицы получены карбонизацией резорцин-формальдегидной смолы, допированной солью стабильного стронция.
Методы: сканирующая электронная микроскопия, низкотемпературная адсорбция-десорбция азота, циклическая вольтамперометрия, гальваностатический заряд-разряд, импедансная микроскопия.
Результаты. Проведен синтез углеродной матрицы, допированной стабильным изотопом стронция, методом полукарбонизации с последующей физической активацией углекислым газом. Исследованы структура, пористость и электрохимические характеристики материала. Установлено, что физическая активация положительно сказывается на развитии удельной площади поверхности и мезопористости образцов синтезированной матрицы, вследствие чего улучшаются ее электрохимические характеристики. Метод физической активации предложен в качестве наиболее предпочтительного для синтеза углеродной матрицы, допированной изотопами стронция, для применения в качестве электродов радиоизотопных источников питания.
135-142
Результаты изучения разреза «Южная Рассольная» такатинской свиты на территории Полюдово-Колчимского антиклинория Западно-Уральской зоны складчатости (Красновишерский район Пермского края)
Аннотация
Актуальность. Заключается в связанности с такатинской свитой пород-коллекторов алмазов, ранее открытых, и наличии перспектив обнаружения новых месторождений в Западно-Уральской зоне внешней складчатости.
Цель: реконструировать условия осадконакопления и состав пород, источник сноса терригенных пород такатинской свиты по результатам изучения разреза «Южная Рассольная».
Объекты: терригенные породы такатинской свиты в разрезе «Южная Рассольная» (россыпное месторождение алмазов «Южная Рассольная») в Красновишерском районе Пермского края.
Методы: литолого-фациальный анализ, петрографическое изучение шлифов в проходящем свете с использованием методов скрещенных николей, определение содержания породообразующих оксидов рентгенофлуоресцентным методом на спектрометре S8 Tiger (Bruker), анализ породообразующих элементов на стеклообразных дисках. Определение примесных и микропримесных элементов (с содержанием <5 %) проведено с использованием аттестованной методики изучения элементов методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой согласно методике СТО ТГУ 048-2012. Анализ выполнен методом ICP-MS на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500cx (Agilent Technologies Inc., США) с использованием внутреннего (In Internal standard, Inorganic Ventures, США) и внешнего стандарта СГД-2А (ГСО 8670-2005).
Результаты. Проведены литолого-фациальные, минералогические, петрографические, литогеохимические исследования такатинских терригенных отложений в разрезе «Южная Рассольная» в районе Полюдово-Колчимского антиклинория Западно-Уральской зоны складчатости, позволившие уточнить источники вещества и условия седиментации. Формирования отложений происходили в переходной обстановке осадконакопления. Снизу вверх наблюдается трансгрессивная последовательность. Терригенные породы такатинской свиты имеют в своем составе породы первого и второго циклов седиментации. Обрезались как за счет разрушения первично-магматических (кислого и основного составов) и метаморфических пород, так и за счет осадочных пород. Совокупность вещественных характеристик терригенных пород такатинской свиты, с учетом опубликованных данных, позволила предположить, что седиментация пород происходила на пассивной континентальной окраине, при поступлении обломочного материала за счет размыва внутренних приподнятых блоков фундамента Восточно-Европейской платформы, активизация которых произошла в эмсское время при проявлении общелитосферной складчатости. При этом водные потоки, несущие продукты выветривания с Восточно-Европейской платформы, эродировали осадочные породы рифея, венда, ордовика и силура, чьи обломки мы наблюдаем в небольшом количестве при описании шлифов.
143-159
Кора выветривания доюрского комплекса Калинового месторождения углеводородов Томской области: особенности состава и строения
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена возможностью прироста ресурсов углеводородов в образованиях доюрского фундамента Западной Сибири, отложения которого продуктивны и рассматриваются как перспективные объекты для открытия месторождений углеводородов. Коры выветривания, развитые по породам палеозойского фундамента в пределах Томской области, характеризуются сложным вещественным составом и строением, представляют собой продукт суммарного взаимодействия множества факторов – первичных седиментогенных и эпигенетических процессов, трещинного флюидного метасоматоза.
Цель. Установить особенности минералогического состава и строения палеозойских образований коры выветривания, развитой на Калиновом нефтегазоконденсатном месторождении.
Методы. Кристаллооптический, рентгеноструктурный, сканирующая электронная микроскопия.
Результаты и выводы. Детально изучены состав и строение пород зоны контакта мезозойских отложений и палеозойского фундамента в разрезе одной из скважин Калинового нефтегазоконденсатного месторождения. Фактический материал для исследований представлен керном и шлифами отложений коры выветривания. Основными компонентами, слагающими породы, являются минералы группы кремнезема (кварц, халцедон и опал) и глинистые минералы при подчиненной роли карбонатов (сидерита). В зависимости от содержания минералов и органических остатков (радиолярий и спикул губок) выделены литотипы пород, указывающие на их формирование в бассейновых условиях. Протолитами измененных пород являлись кремнисто-глинисто-карбонатные породы, кремнеаргиллиты, радиоляриты, которые в результате стадиальных и вторичных гидротермально-метасоматических процессов преобразованы в глинисто-кремнистые породы. В последних при интенсивном развитии постстадиальных изменений могут проявляться хорошие коллекторские свойства. В этом случае пустотное пространство представлено биопустотами и микрокавернами, микропорами и раскрытыми трещинами.
160-174
Диагностика технического состояния скважин, пересекающих пресноводные горизонты, методом активной термометрии
Аннотация
Актуальность. В последнее время в повестке нефтегазовых компаний важная роль уделяется ESG (Environment, Social, Governance) принципам – это активно развивающийся глобальный тренд в современной бизнес-среде. Одним из его ключевых аспектов является ответственное отношение к окружающей среде, повышение приоритета решения экологических проблем, возникающих при добыче углеводородов. Значимой экологической проблемой является, в частности, загрязнение пресноводных горизонтов в процессе добычи нефти вследствие их некачественной изоляции при цементировании скважин. При этом в пространстве скважины за обсадной колонной возникает переток скважинной жидкости к пресноводным горизонтам, оказывающий негативное влияние на экологическую обстановку в данном регионе. В этой связи контроль за техническим состоянием скважин, пересекающих пресноводные горизонты, является важной и актуальной задачей.
Объект: эксплуатационная скважина, пересекающая пресноводный горизонт, в которой проводятся геофизические исследования методом активной термометрии – осуществляется локальный нагрев участка обсадной колонны и исследуется динамика температурного поля в ней.
Цель: выявление качественных закономерностей и получение количественных оценок влияния потока жидкости в пространстве за обсадной колонной (заколонном пространстве) на температурное поле в обсадной колонне в процессе ее индукционного нагрева.
Методы. Численное математическое моделирование тепловых и гидродинамических процессов в скважине с использованием программного комплекса Ansys Fluent.
Результаты. Изучено влияние плоскопараллельного горизонтального потока жидкости пресноводного горизонта, обтекающего скважину, на азимутальное распределение температуры обсадной колонны в процессе индукционного нагрева. Показано, что в случае негерметичности цементного кольца в интервале пресноводного горизонта отмечается неоднородность азимутального распределения температуры колонны, достигающая по величине нескольких градусов Кельвина (К). Выполнено моделирование индукционного нагрева в скважине при наличии заколонного перетока жидкости к вышележащему интервалу пресноводного горизонта. Показано, что признаком, указывающим на переток, является возникновение области температурного возмущения по вертикали над интервалом индукционного нагрева протяженностью более 1 м. В целом результаты выполненных исследований показывают информативность метода активной термометрии применительно к диагностике технического состояния скважин, пересекающих пресноводные горизонты.
175-188
Наножидкостное заводнение как метод повышения нефтеотдачи: механизм, преимущества
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена тем фактом, что с помощью современных методов увеличения нефтеотдачи можно извлечь не более 34 % нефти от начальных извлекаемых запасов, в связи с чем требуется модернизация технологий третичного воздействия на пласт. В качестве одного из возможных путей развития данной сферы возможно использование наночастиц с целью увеличения коэффициента извлечения нефти за счет вытеснения остаточной и трудноизвлекаемой нефти. Технологии с применением наночастиц имеют ряд значительных преимуществ по сравнению с уже традиционными полимерным, щелочным, поверхностно-активным заводнениями. Наножидкостное заводнение позволяет увеличить коэффициент извлечения нефти. В данной работе рассматриваются механизмы действия наночастиц, способствующие извлечению нефти, взаимосвязь эффективности заводнения от температуры пласта, рН, минерализации вод и смачиваемости поверхности породы-коллектора для выявления ограничений применимости наножидкостей, возможности их модифицирования, с целью улучшения свойств и устранения недостатков наножидкостного заводнения. Подробно рассмотрено влияние химической природы наночастиц, их размера, поверхностного заряда, изоэлектрической точки и концентрации на горную породу, пластовые флюиды и эффективность извлечение углеводородов. Также сакцентировано внимание на последних современных направлениях развития технологии наножидкостного заводнения.
Цель: всесторонний анализ наножидкостного заводнения как метода повышения нефтеотдачи.
Объекты: химические методы повышения нефтеотдачи, наножидкостное заводнение.
Методы: анализ актуальных публикаций по теме исследования.
Результаты. Сформированы факторы, влияющие на эффективность применения наножидкостей в качестве метода повышения нефтеотдачи и механизмы воздействия наночастиц на нефтяные пласты, выделены перспективные направления развития технологии наночастиц.
189-202
Влияние газа, возникающего при разложении газового гидрата, на фильтрационные свойства донных отложений арктического шельфа. Лабораторное моделирование
Аннотация
Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью изучения механизма фильтрации газа (метана), возникающего в процессе разложения газогидратных образований, в толще донных отложений. Данный процесс проявляется в массированных выбросах пузырькового метана на обширных мелководных участках арктического шельфа России и потенциально может привести к изменению баланса атмосферного метана – важнейшего парникового газа.
Целью настоящей работы было в рамках задачи о транспорте газа в донных отложениях количественно исследовать влияние свободного и связанного газа в порах на нелинейность фильтрационных течений.
Методы. Исследования проводились с использованием модельных образцов с фильтрационными свойствами, близкими к свойствам донных пород Восточно-Сибирского Арктического шельфа. В ходе испытаний в насыщенный модельный образец закачивалось определённое количество газа, после чего производилось измерение его эффективной проницаемости в процессе медленного спада градиента порового давления. Полученная кривая интерпретировалась в рамках модели порогового градиента.
Результаты. Были получены кривые зависимости величины порогового градиента от газонасыщенности для нескольких образцов. Установлено, что пороговый градиент линейно растёт с увеличением доли газа в поровом пространстве. Уже при доле газа порядка 0,02 эта величина в опытах достигает 0,01 МПа/м, что соответствует гидростатическому градиенту давления в воде. Это может говорить о том, что области среды даже с небольшой газонасыщенностью могут быть непроницаемыми для конвективных потоков флюида. Эту возможность необходимо учитывать при создании моделей транспорта пузырькового газа через толщу пород донных отложений. Кроме того, существование газонасыщенных зон с пороговыми градиентами может существенно повлиять на вид вертикального профиля порового давления и привести к переоценке глубины зоны стабильности газового гидрата.
203-213
Влияние геометрии струйного эжектора на подачу насосной установки, предупреждающей асфальтосмолопарафиновые отложения
Аннотация
Актуальность. Добыча нефти установками электроприводных центробежных насосов является на сегодняшний день одним из ведущих способов механизированной добычи нефти. Механизированная эксплуатация скважин, вскрывающих запасы трудноизвлекаемой нефти, в значительной степени осложняется высокой вязкостью пластовой нефти, отложением в стволе скважины асфальтенов, смолистых веществ, парафинов. Это приводит к увеличению гидравлических сопротивлений вследствие снижения проходного сечения труб и других узлов насосного оборудования, к снижению производительности скважин и эффективности насосной добычи. В этой связи актуальной задачей является разработка и совершенствование способов и устройств предотвращения отложений асфальтенов, смолистых веществ, парафинов в скважинах.
Объект: скважинная дозирующая насосная установка для непрерывной подачи реагента (ингибитора отложения парафинов) в скважину, представляющая собой комбинацию из двух технических устройств – насоса, дозирующего реагент, и струйного насоса.
Цель: анализ влияния конструктивных параметров дозирующей насосной установки на эффективность ее работы (расход реагента, коэффициент кавитации жидкости в струйном насосе).
Методы: математическое моделирование работы скважинной дозирующей установки для подачи реагента, основанное на применении законов сохранения массы и количества движения, а также закона Бернулли для движущегося потока в струйном насосе.
Результаты. На основе результатов моделирования установлен характер влияния конструктивных параметров разработанной установки на расход реагента. Установлено, что максимальный расход реагента достигается при диаметре камеры смешения порядка 0,022 м, увеличение диаметра относительно указанной величины приводит к снижению степени местного понижения давления, снижение диаметра камеры смешения – к падению расхода вследствие увеличения скорости потока в камере и возрастания гидравлических сопротивлений. Установлено, что увеличение подачи установки электроприводных центробежных насосов в рассмотренном диапазоне 100–200 м3 в сутки практически не оказывает влияния на расход реагента при значении диаметра камеры смешения более 0,03 м. Установлено, что при значениях длины конфузора, превышающих 0,21 м, коэффициент кавитации вне зависимости от диаметра камеры смешения превышает единицу, что говорит о плавном и равномерном снижении давления в корпусе устройства. В целом показано, что регулированием конструктивных параметров скважинной дозирующей установки можно обеспечить требуемый расход реагента при известной подаче установки электроприводных центробежных насосов (дебите скважины).
214-222
Прогнозирование безаварийной работы добывающих скважин с горизонтальным окончанием в условиях высокого выноса механических примесей на примере Северо-Комсомольского месторождения
Аннотация
Актуальность. По мере выработки запасов легкодоступной нефти и развития технологий добычи нефтегазодобывающие компании постепенно переходят к разработке ранее нерентабельных активов. За последние пять лет в Западной Сибири в эксплуатацию были введены несколько нефтегазоконденсатных месторождений с нефтяными оторочками, разработка которых дополнительно осложняется высокой вязкостью нефти и слабой сцементированностью пород продуктивного пласта. Низкие значения критической депрессии не позволяют добывать нефть без разрушения продуктивного пласта, а поступающие в скважину механические примеси приводят к пересыпанию интервалов перфорации и отказам внутрискважинного оборудования. Использование математического моделирования применительно к работе скважин в условиях выноса механических примесей позволит контролировать процесс добычи и выбирать оптимальный режим работы скважины.
Цель: прогнозирование безаварийной работы добывающей скважины в условиях высокого выноса механических примесей.
Объекты: добывающие нефтяные скважины; предметом исследования является движение твёрдых частиц в стволе добывающей скважины, связи и зависимости процесса образования песчаных пробок от режимных параметров работы скважины.
Методы: теоретические методы исследования – анализ (анализ моделей расчёта критической скорости потока в горизонтальной трубе (расчёт критической скорости в однофазном потоке; расчёт критической скорости в многофазном потоке; расчёт критической скорости на основе баланса сил)) и моделирование (моделирование работы скважины с выносом механических примесей). Совокупность и сочетание данных методов адекватны цели и задачам, объекту и предмету исследования данной работы.
Результаты. Проблема выноса песка характерна не только для месторождений, находящихся на поздних стадиях разработки, но и для месторождений, недавно введённых в эксплуатацию. Пескопроявления являются осложняющим фактором при эксплуатации скважин на Северо-Комсомольском месторождении высоковязкой нефти, расположенном в Западной Сибири. Основным объектом разработки изучаемого месторождения является слабосцементированный песчаный пласт. Добыча нефти на столь сложных участках требует тщательного подхода к выбору системы разработки, к подбору методов борьбы с осложнениями, в том числе и к выбору правильного способа для ограничения пескопроявлений. Тем не менее, независимо от подхода, применяемого для решения проблемы выноса песка, какая-то часть горной породы всё равно будет поступать в скважину. Для предотвращения образования песчаных пробок необходимо понимать характер движения твёрдых частиц вдоль ствола. Оценить, способна ли скважина обеспечивать вынос твёрдых частиц из горизонтального участка, можно с помощью моделирования в специализированных программных продуктах. Моделирование работы скважины с учётом влияния механических примесей позволило решить следующие задачи: 1) определить способность флюида выносить частицы породы из горизонтального участка; 2) определить зоны, в которых есть риск образования песчаных пробок; 3) представить зависимость для расчёта критической скорости для высоковязкой нефти с разной долей обводнённости; 4) оценить, как обводнённость и газовый фактор влияют на работу скважины в условиях высокого выноса механических примесей; 5) рассчитать время образования песчаных пробок.
223-239
Критический экспертный анализ методов идентификации и наблюдателей переменных состояния синхронных электродвигателей с постоянными магнитами
Аннотация
Актуальность. В последние годы в нефтедобывающей отрасли наблюдается тенденция перевода малодебитных нефтяных скважин в режим циклической эксплуатации. Нерегулируемый и разомкнутый регулируемый электроприводы установок электроцентробежных насосов на базе синхронных электродвигателей с постоянными магнитами, как правило, оказываются мало пригодны для задач циклической эксплуатации скважин, поскольку не могут обеспечить плавный пуск и требуемые показатели качества переходных процессов, что ведет к еще большему снижению добычи нефти. Синтез замкнутой системы управления электроприводом погружных установок возможен только с применением алгоритмов косвенной оценки неизмеряемых координат электропривода – методов идентификации переменных состояния, наблюдателей угловой скорости ротора и момента сопротивления на валу. Поскольку установка соответствующих датчиков погружного электродвигателя сопряжена с техническими трудностями, отсутствует необходимость существенной модернизации аппаратных решений существующей системы электрооборудования. На сегодняшний день теория идентификации нелинейных динамических систем широко применяется для получения косвенной оценки неизмеряемых переменных состояния синхронных электродвигателей с постоянными магнитами. Большое количество методов, представленных в научных источниках, требует сравнительного анализа относительно их достоинств и недостатков с целью выбора наилучшего метода идентификации, удовлетворяющего требованиям технологического процесса добычи нефти и учитывающего его специфику и особенности. При этом приоритетны системы идентификации, ориентированные на минимизацию вычислительных мощностей или на работу в реальном времени.
Цель: определение наилучшего в смысле вычислительной сложности и удобства практического использования метода идентификации переменных состояния синхронных электродвигателей с постоянными магнитами, эксплуатирующихся в погружных насосных установках скважинной добычи нефти, на основе сравнительного анализа существующих методов, представленных в российских и зарубежных источниках.
Методы: методы системного анализа и идентификации динамических систем, метод критического экспертного анализа.
Результаты и выводы. Подробно рассмотрены наиболее распространенные методы идентификации и наблюдатели переменных состояния синхронных электродвигателей с постоянными магнитами, дана общая характеристика каждой группе методов, выявлены их достоинства и недостатки. Путем сравнительного критического экспертного анализа установлено, что для задач электропривода погружных установок электроцентробежных насосов в большей степени может быть рекомендован наблюдатель Люенбергера, отличающийся относительно малой вычислительной сложностью и простотой настройки в инженерной практике.
240-256