Том 335, № 12 (2024)

Актуальность. Плунжерные установки, в частности штанговые и бесштанговые плунжерные установки с наземным и погружным приводом, получили широкое распространение в нефтяной промышленности при добыче высоковязкой эмульсии из малодебитных скважин. Основное преимущество таких установок заключается в возможности работы в условиях высоковязких эмульсий при значениях вязкости до 200–300 сПз. Однако существуют особенности эксплуатации плунжерных установок, приводящие к некоторым осложнениям. Наиболее распространенное осложнение – всокое значение устьевого давления, при котором наблюдаются повышенные динамические нагрузки на узлы насоса и привода. Качественное и точное определение значения устьевого давления в зависимости от параметров скважины и установки поспособствует более эффективному проектированию, эксплуатации и оцениванию надежности плунжерных установок. Известные исследования и методики определения устьевого давления имеют ограничения, связанные с однофакторностью влияния некоторого параметра на значения устьевого давления. Такой подход не дает возможности учесть единовременное влияние нескольких параметров. Цель: разработка методики расчета, позволяющей учесть комплексное влияние параметров работы скважины на значение устьевого давления и динамических нагрузок на штанги плунжерных установок. Объекты: фонд скважин, оборудованных установками скважинных штанговых насосов. Методы: статистический и регрессионный анализ фонда скважин, оборудованных установками скважинных штанговых насосов, разработка нейронной сети. Результаты. Проведено исследование фонда скважин, оборудованных установками скважинных штанговых насосов, технологический режим которых предоставлен одной из компаний Приволжского федерального округа, в качестве примера на основании указанного фонда установлены факторы, влияющие на значение устьевого давления, и разработана методика по его прогнозированию. Предложен метод для отбраковки данных с широким разбросом значений при проведении анализа факторов, влияющих на устьевое давление, заключающийся в исключении значений вязкости жидкости, не ложащихся на «горбовую» характеристику функции «вязкость жидкости –обводненность». Разработана методика расчета, базирующаяся на регрессионных зависимостях и нейронной сети, позволяющая более точно спрогнозировать значение нагрузок на штанги насоса.

Актуальность. Улучшение низкотемпературных свойств дизельных топлив достигается с помощью различных методов депарафинизации и изомеризации, приводящих практически к полной потере н-алканов и, соответственно, к ухудшению детонационных свойств топлив. Представляет интерес частичная депарафинизация дизельных топлив, позволяющая сохранять большую часть н-алканов. Объекты. Дизельное топливо утяжеленного фракционного состава, улучшение низкотемпературных свойств которого проводится с помощью его частичной депарафинизации методом центрифугирования с добавлением к топливу алюминиевой пудры. Методика. Депарафинизацию исходного дизельного топлива проводили на рефрижераторной центрифуге SL/8R Centrifuge, обеспечивающей скорость вращения ротора до 9500 об/мин в интервале температур от 40 до минус 10 °C. При низких температурах относительно высокоплавкие компоненты парафина выделялись в виде осадка в пробирках ротора. Эффективность депарафинизации исходного дизельного топлива оценивали по выходу депарафинированного дизельного топлива и по показателям его качества – температуре помутнения, показателю преломления, предельной температуре фильтруемости и температуре застывания. Методом газожидкостной хроматографии определяли распределение н-алканов в продуктах депарафинизации относительно исходного топлива. Цель. Целью работы является повышение эффективности процесса депарафинизации дизельного топлива центрифугированием с добавлением в сырье алюминиевой пудры в качестве утяжелителя парафина. Результаты и выводы. Определены оптимальные параметры депарафинизации дизельного топлива, обеспечивающие получение летнего дизельного топлива марки «С» соответствующего EN 590. Максимальный выход депарафинированного дизельного топлива при оптимальных параметрах процесса достигает 78,6 мас. %. Депарафинированное дизельное топливо имеет температуру помутнения минус 5 °С, его предельная температура фильтруемости минус 6 °С и температура застывания минус 15 °С.

Актуальность. Сохраняющаяся зависимость от сжигания углеродсодержащего топлива для энергетики и промышленности приводит к необходимости разработки различных категорий технологий сокращения выбросов углекислого газа. Цель. Разработка технологий улавливания, хранения углерода для всех этапов превращения и переработки топлива, обеспечивающих низкоуглеродный цикл производства электрической и тепловой энергии, а также промышленных и социальных объектов. Методы. Химическая, физическая адсорбция и абсорбция. Результаты и выводы. Для крупных производителей промышленности и энергетики, для малых потребителей энергии нужно руководствоваться принципами экологичности и экономичности при осуществлении производственного процесса, а для повышения процента удаления углекислого газа осуществлять технологии декарбонизации на всех этапах процесса производства электро- и тепловой энергии. Для категории удаления СО₂ на стадии предварительной конверсии топлива разработаны и апробированы композиции адсорбентов с использованием преимущественно экологичных и недорогих природных материалов на основе бентонита. Улавливающая способность разработанных адсорбентов составляет 85–98 %. Для категории удаления СО₂ на стадии использования топлива представлена гибридная энергосистема, включающая микрогазовую турбину с рекуперацией тепла, высокотемпературный топливный элемент и другие аппараты и связывающие их материальные потоки. Опытно-промышленный образец гибридной энергосистемы мощностью 30 кВт будет производить тепловую, электроэнергию, пар, горячую воду. В таком варианте гибридная система может работать как автономный источник энергии для небольших социальных и коммерческих объектов, представляя пилотный этап инженерно-конструкторского воплощения результатов гибридной системы промышленного уровня. Для категории удаления углекислого газа на стадии выделения СО₂ из смеси дымовых газов после конверсии топлива был предложен блок удаления СО₂ из дымовых газов абсорбционным методом. Лучшей абсорбционной способностью обладают растворы 15 % моноэтаноламина, 15 % раствор аммиака, 6 % раствор гидроксида натрия. Предлагается оснастить гибридную энергосистему блоком улавливания CO₂ для полной декарбонизации газовых выбросов на основе технологии замкнутого цикла. Предлагаемая технология улавливания и хранения углекислого газа на стадии постконверсии топлива характеризуется простотой воплощения и экономической доступностью.

Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности добычи нефти из горизонтальных скважин в условиях сложных геолого-технических факторов. Использование более точных численных моделей, включающих учет химических реакций и моделирование сложных систем трещин, позволяет оптимизировать процессы интенсификации притока к скважинам и существенно повысить их экономическую и технологическую эффективность. Это имеет важное значение для разработки месторождений с низкопроницаемыми коллекторами и сложными условиями эксплуатации. В данной работе рассматривается численное моделирование методов интенсификации притока к скважине с использованием различных подходов. Для моделирования соляно-кислотного воздействия был применен подход, основанный на изменении коэффициента продуктивности скважины, а также подход, который заключался в использовании химической реакции в гидродинамической модели. Критерием качественного прогнозирования технологических показателей разработки являлись фактические данные по одной из скважин месторождения­аналога рассматриваемого объекта. В результате расчетов на примере реального месторождения в условиях протяженных горизонтальных скважин получены приросты дополнительной добычи нефти при различных подходах моделирования процесса соляно-кислотной обработки. Моделирование многостадийного гидроразрыва пласта выполнено с применением планарных и дискретных моделей трещин, и было зафиксировано лишь незначительное расхождение в результатах гидродинамического моделирования между этими подходами. Цель. Оценка эффективности различных способов численного моделирования методов интенсификации притока к скважинам, включая соляно-кислотную обработку и многостадийный гидравлический разрыв пласта, для оптимизации добычи нефти в условиях протяженных горизонтальных скважин. Методы. В исследовании использовались численные модели для оценки эффективности методов интенсификации притока к скважинам с акцентом на изменение коэффициента продуктивности, проведен учет химических реакций и анализ чувствительности к параметрам обработки. Результаты и выводы. Выявлено, что использование отрицательных скин-факторов значительно увеличивает добычу нефти по сравнению с моделями, учитывающими только химические реакции. Проведен анализ чувствительности к объему и концентрации кислоты, что позволило определить оптимальные параметры для повышения эффективности соляно-кислотной обработки. Оба подхода к моделированию многостадийного гидроразрыва пласта показали сопоставимые результаты. Применение многостадийного гидроразрыва пласта продемонстрировало прирост добычи нефти на 25 тыс. тонн за три года, что делает его более эффективным методом по сравнению с соляно-кислотной обработкой.

Актуальность. Работа любых систем отопления обусловлена взаимосвязью множества различных физических процессов. В последнее время для отопления помещений значительного объема все чаще предлагается использовать системы отопления на основе газовых инфракрасных излучателей различной конструкции. Подобные системы наиболее актуальны для больших промышленных помещений, так как они способны создавать благоприятные условия жизнедеятельности и труда в локальной рабочей зоне без серьезных затрат на обогрев остальной части помещения. При проектировании сложных систем важным фактором является использование простых соотношений для оценки тенденций средних величин параметров, направленных на достижение необходимого результата. Появляется необходимость задания основных безразмерных критериев, определяющих в рамках теории подобия тот или иной процесс. Цель: формулирование основных соотношений и безразмерных критериев для аналитической инженерной оценки осредненных по объему помещения температуры и динамики ее изменения при отоплении помещения системой на основе газовых инфракрасных излучателей. Объект: система отопления с использованием газового инфракрасного излучателя. Методы: математическое моделирование проведено в рамках 0D математической постановки. Результаты. На основе 0D-подхода формулируются основные соотношения и безразмерные критерии для аналитической оценки температуры и динамики ее изменения при отоплении помещения системой на основе газового инфракрасного излучателя. Приводятся результаты расчетов по полученным соотношениям в сравнении с результатами расчетов по полной 0D-модели, которые верифицированы на результатах 2D-моделирования и экспериментальных измерениях.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью получения информации о химической природе смолисто-асфальтеновых и масляных компонентов мазута нефти Крапивинского месторождения для выбора оптимальных технических решений его рационального использования. Цель: изучить строение макромолекул асфальтенов, структуру смолистых веществ и молекулярный состав масляных компонентов мазута нефти Крапивинского месторождения. Методы: просвечивающая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ, ИК-спектроскопия, ¹Н ЯМР-спектроскопия, структурно-групповой анализ, химическая деструкция, хроматомасс-спектрометрия. Результаты. С использованием комплекса физико-химических методов исследования охарактеризована структура смолисто-асфальтеновых веществ и молекулярный состав масел мазута, полученного в процессе атмосферной перегонки нефти Крапивинского месторождения в лабораторных условиях. Показано, что асфальтены мазута имеют преимущественно аморфную структуру, обусловленную наличием в их макромолекулах развитого алкильного обрамления. Усредненные молекулы асфальтенов состоят из трех структурных блоков, основу которых составляют триареновые ядра, сконденсированные с четырьмя–пятью нафтеновыми циклами. Такие нафтеноароматические образования обрамляют только метильные заместители. Усредненные молекулы смол мазута преимущественно одноблочные. Их структурные блоки более компактны за счет меньшего числа ароматических и нафтеновых колец в нафтеноароматической системе. Особенностью усредненных молекул смол является также наличие в блоках относительно длинных алкильных заместителей. Установлено, что в структуре асфальтенов и смол мазута присутствуют фрагменты, связанные между собой или с нафтеноароматическим ядром их макромолекул сульфидными и эфирными мостиками. В составе обоих типов связанных фрагментов идентифицированы н-алканы, н-алкилциклогексаны и гопаны. Среди фрагментов, связанных через сульфидные мостики, дополнительно идентифицированы н-алкилбензолы, н-алкилметилбензолы и н-алкановые кислоты, среди фрагментов, связанных через эфирные мостики, – этиловые эфиры н-алкановых кислот. Структурной особенностью смол является наличие в составе обоих типов связанных фрагментов фенилалканов с различным положением фенильного заместителя и в составе фрагментов, связанных через сульфидные мостики, – стеранов и фенантренов. В составе масел мазута присутствуют н-алканы, н-алкилциклогексаны, гопаны, стераны, н-алкилбензолы, н-алкилметилбензолы, алкилнафталины и алкилфенантрены.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности энергетического использования ископаемых топлив и возобновляемых ресурсов биомассы за счет их термического облагораживания. Цель: установление взаимосвязи между выходом жидких продуктов СВЧ-пиролиза органического сырья с различной степенью метаморфизма и продолжительностью протекания процесса. Методы: аттестованные методики ГОСТ для определения теплотехнических характеристик и элементного состава органической и минеральной частей органического сырья, метод «передачи–отражения» для измерения мнимой (ε'') и действительной (ε') составляющих комплексной диэлектрической проницаемости, физический эксперимент, газовый анализ, высокоскоростная видеосъемка. Результаты. На основе анализа материального баланса и длительности СВЧ-пиролиза различных видов органического сырья выдвинуто предположение, что разрушение сложных органических соединений приводит к образованию на поверхности образца углеродных частиц, обладающих высокими, относительно исходного сырья, электропроводными свойствами. При наличии большого числа таких частиц в СВЧ-поле могут возникать межчастичные электрические разряды, распространяющиеся вдоль образца, в результате чего наблюдается увеличение скорости нагрева. Для сырья с бо́льшим выходом жидких продуктов растет и количество углеродных частиц, что приводит к увеличению числа разрядов между такими центрами и соразмерному ускорению разогрева материала. Экспериментально показано и теоретически обосновано, что длительность СВЧ-пиролиза органического сырья напрямую зависит от скорости разогрева материала: вследствие увеличения выхода жидких продуктов и последующего увеличения концентрации углеродных центров снижается длительность протекания СВЧ-пиролиза. Полученные результаты могут быть использованы при оценке эффективности СВЧ-пиролиза органического сырья или топливных композиций, состоящих из материалов с различным выходом жидких продуктов.

Актуальность. Установление взаимосвязи между тектоникой и гидрогеологическими условиями является сложной задачей, для решения которой необходимо использовать комплексный подход. В статье рассматриваются геохимические особенности подземных вод, формирующихся на западе Московской области в районе озера Глубокое, приуроченного к так называемой Тростенской впадине. Целью работы является выявление изотопно-химических особенностей подземных вод, обусловленных влиянием новейшей тектонической структуры района. Методы. Мониторинг химического состава природных вод проводился с использованием метода ионной хроматографии на высокоэффективном ионном жидкостном хроматографе LC-20 и методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре Agilent 7700 х. Содержания стабильных изотопов кислорода (δ¹⁷О и δ¹⁸О) и водорода (δD) определялись методом лазерной спектроскопии по затуханию света с кольцевой многоходовой кюветой на анализаторе Picarro L2140i. Результаты и выводы. Проведенные исследования показали, что подземные воды подольско-мячковского водоносного комплекса в области развития Тростенской впадины характеризуются повышенной минерализацией, а также более высоким содержанием гидрокарбонатов и кальция, по сравнению с подземными водами, распространенными в периферийных частях области исследования. В пределах изучаемой структуры зафиксированы более высокие содержания микрокомпонентов (стронций, барий, скандий, рубидий и др.) Также к Тростенской впадине приурочены подземные воды, характеризующиеся более тяжелым изотопным составом (δ¹⁸O, δD, δ¹⁷O). Данные по отношению δ¹⁸O, δ²Н и δ¹⁷O в природных водах получены впервые для изучаемой территории. Вероятно, подземные воды в центральной и северо-западной части области исследования имеют более тяжелый сформированный изотопный состав, обусловленный поступлением вод в постледниковый период. Выявленная площадная неоднородность геохимического состава позволила установить влияние Тростенской впадины на формирование химического и изотопного состава подземных вод.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью точного прогнозирования потребления электроэнергии для повышения эффективности и снижения затрат на промышленных предприятиях, что приводит к повышению конкурентоспособности товаров, производимых предприятием. Традиционные методы прогнозирования часто не учитывают сложные взаимодействия между различными факторами, влияющими на потребление энергии, и не обеспечивают необходимую точность прогнозов. Метод анализа главных компонеНТ открывает многообещающую перспективу – уменьшение объема обрабатываемых данных (размерности) без значительной потери информации, что упрощает прогнозные модели при сохранении их точности. Целью исследования является разработка точной и эффективной модели прогнозирования электропотребления на промышленных предприятиях с использованием метода анализа главных компонеНТ. Эта модель направлена на устранение ограничений, характерных для традиционных подходов к прогнозированию, путем уменьшения размерности данных и повышения точности предсказаний, что в конечном итоге позволяет повысить эффективность потребления электроэнергии и снизить финансовые затраты, в том числе из-за ошибок в прогнозировании. Методы: метод анализа главных компонеНТ, позволивший уменьшить объем обрабатываемх данных (размерность) путем преобразования большого набора коррелированных переменных в меньший набор некоррелированных главных компонент. Исследование включает следующие этапы: импорт данных и факторный анализ, построение корреляционной матрицы, анализ выбранных и накопленных дисперсий для каждого фактора, построение матрицы факторных нагрузок, уменьшение размерности, разработка математической модели с использованием линейной регрессии и установка и валидация прогноза. Результаты. Применение метода главных компонент позволило создать модель прогнозирования электропотребления. Ее применение показало, что первая главная компонента объясняет 69,65 % общей дисперсии, вторая компонента – 17,28 %, т. е. в совокупности они объясняют почти 87 % дисперсии. Разработанная модель обеспечивает хорошее совпадение фактических и прогнозных значений электропотребления в нескольких временных интервалах со средним уровнем ошибки в пределах от +3 до –5 %. Это указывает на пригодность модели для прогнозирования электропотребления, хотя некоторые расхождения указывают на необходимость дальнейшего ее совершенствования.

Актуальность. Определяется необходимостью повышения коэффициента извлечения нефти из карбонатных коллекторов за счет увеличения коэффициентов охвата/вытеснения, а также поиском направлений повышения эффективности системы поддержания пластового давления. Цель: повышение эффективности разработки карбонатных коллекторов с применением системы поддержания пластового давления за счет комплексного подхода к изучению влияния закачиваемой жидкости на пластовые системы, обладающие естественной и техногенной трещиноватостью. Объекты: башкирский (C2bsh) и верейский (C2vr) объекты среднего карбона Дачной структуры Дачного месторождения Республики Татарстан, в тектоническом отношении приуроченные к Ульяновской структуре Южно-Татарского свода. Методы: сейсмические, акустические, радиоактивные, гидродинамические методы, а также методы наземного микросейсмического мониторинга для выявления характера активизации естественной и техногенной трещиноватости при гидроразрыве пласта и циклической закачке в нагнетательные скважины. Результаты. Выполнен анализ гидродинамической системы карбонатных коллекторов верей-башкирских отложений; выявлены каналы фильтрации; проведена оценка направления движения нагнетаемой жидкости; проведен анализ влияния системы поддержания пластового давления на различных режимах закачки и уровнях компенсации в карбонатных коллекторах на добывающие скважины. При проведении гидроразрыва пласта в рассматриваемых коллекторах установлено, что трещина распространяется на оба объекта, образуя тем самым единую гидродинамическую систему. Выводы, полученные по итогам работы, говорят об эффективности системы поддержания пластового давления в данных карбонатных коллекторах. Уточнение данных о каналах фильтрации как рабочего агента, так и вытесняемой им нефти, в комплексе со знаниями скоростей продвижения закачиваемой жидкости и профилями ее распределения позволяет эффективно регулировать процесс разработки месторождения.

Актуальность. Одним из видов экологического неблагополучия в настоящее время является наличие сульфаткальциевых отходов в производстве фтороводорода, именуемых в научно-технической литературе как фторангидрит, которые загрязняют окружающую среду в местах расположения производств не только на территории Российской Федерации, но и за рубежом. Использование фторангидрита – твердого отхода вышеназванного производства, в качестве сырья для строительных изделий позволит не только снизить негативное воздействие на окружающую среду, но и занять новую нишу рынка строительной продукции, получив экономическую прибыль. Ранее сотрудниками Томского Политехнического Университета были разработаны несколько направлений применения фторангидрита в строительной промышленности с различными коэффициентами рентабельности. Цель. Разработка вариантов получения высокорентабельной ресурсосберегающей строительной продукции на основе техногенного ангидритового вяжущего, являющегося альтернативой природному минералу – ангидриту, в виде строительных изделий типа швеллер и половая стяжка. Результаты и выводы. Приведены сведения по безопасности данного типа строительных изделий, основанные на результатах радиологического исследования техногенного ангидрита Сибирского химического комбината, выявлено влияние интенсивности измельчения на время нейтрализации фторангидрита, определены составы компонентов новой строительной продукции, ее некоторые свойства, в том числе зависящие от соотношения воды и отсева гравия, а также времени перемешивания раствора, определена зависимость прочности и водостойкости ангидритовых строительных образцов от содержания поверхностно активных веществ, в частности сульфонола, рассмотрен экологический эффект предполагаемого предотвращенного ущерба окружающей среде, и рассчитан экономический эффект процесса энерго- и ресурсосбережения за счет утилизации твердых отходов фтороводородных производств.