Том 335, № 2 (2024)
Статьи
Процессы сжигания в камерной топке с тангенциально закрученным вихрем
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена необходимостью анализа топочных процессов в котельных агрегата с вертикальным вихрем при организации сжигания пылеугольного топлива с повышением экологических параметров посредством установки сопел третичного дутья. Несмотря на безуглеродную политику в современной энергетике, уголь остается одним из основных источников энергии, поэтому реконструкция котельных агрегатов с целью снижения вредных выбросов является весьма актуальной.
Цель: исследование аэродинамики и процессов горения пылеугольного топлива в объеме топочной камеры котельного агрегата с тангенциальной компоновкой горелочных устройств при организации схемы сжигания с третичным дутьем.
Объекты: камерная топка с вертикальным вихрем котельного агрегата мощностью 150 МВт при организации схемы сжигания с добавление сопел третичного дутья.
Методы. Применен Эйлерово-Лагранжев подход для численного исследования характеристик потока, процессов теплопередачи и горения в топке с тангенциальной компоновкой горелок. Для численных расчетов использовались: k-ε-модель турбулентности газа при взаимодействии частиц с турбулентностью, диффузионная модель дисперсии частиц, метод радиационного моделирования P-1 и модель горения частиц пылевидного угля, основанная на глобальной кинетике частиц и экспериментальных данных.
Результаты. Получены зависимости концентраций продуктов сгорания, температуры, гидродинамики при сжигании кузнецкого угля марки Д в топочной камере с тангенциальной компоновкой горелок, спроектированной под бурые угли, а также при установке сопел третичного дутья. Выявлено недостаточное перераспределение воздуха между горелками и соплами третичного дутья, поскольку для поддержания стабильной закрутки вертикального вихря и соответственно наличия высоких значений скоростей на выходе из горелочных устройств не представляется возможным увеличение доли третичного воздуха без реконструкции горелок. Также установлена слабая вовлеченность в теплообмен объема топочной камеры ниже горелок.
7-16
Влияние состава механических примесей на образование органических отложений
Аннотация
Актуальность исследования заключается в необходимости изучения влияния твёрдых частиц в потоке нефти на образование, состав и структуру асфальтосмолопарафиновых отложений. Современные модели образования асфальтосмолопарафиновых отложений, основанные на корреляционных зависимостях или эмпирических данных, не учитывают влияние содержания твёрдых частиц в нефти в должной мере. Последние исследования показывают, что различные твёрдые частицы в нефти могут влиять как на критическую скорость, так и на структуру формирующихся отложений парафина, однако воздействие различных частиц на интенсивность образования асфальтосмолопарафиновых отложений остаётся не изученным.
Цель: изучить влияние различных фракций песка на интенсивность образования, состав и структуру асфальтосмолопарафиновых отложений.
Методы: моделирование процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений на лабораторной установке «Холодный стержень» при добавлении различных фракций песка в нефть; изучение состава и структуры асфальтосмолопарафиновых отложений после проведённых исследований при помощи микроскопа.
Результаты. По результатам исследований наблюдается значительное увеличение интенсивности образования асфальтосмолопарафиновых отложений при добавлении в нефть крупных фракций песка при концентрации 5 % и выше. Стоит отметить, что малые фракции почти не влияют на количество образующихся отложений парафина. Также если добавлять в нефть различные фракции в равных пропорциях, воздействия на интенсивность образования асфальтосмолопарафиновых отложений почти не наблюдается. В ходе анализа снимков отложений с микроскопа можно сделать вывод, что молекулы парафина при взаимодействии с частицами песка размерности более 0,05 мм образуют комплексы, причём с увеличением фракции их прочность повышается.
Выводы. Изучение современных моделей образования асфальтосмолопарафиновых отложений и актуальных работ позволило понять, что вопрос исследования факторов образования асфальтосмолопарафиновых отложений, в частности влияния наличия твёрдых частиц в нефти, остаётся открытым. Результаты данной работы могут быть направлены на совершенствование существующих технологий в области моделирования процесса образования асфальтосмолопарафиновых отложений, а также будут способствовать дальнейшей работе исследователей в данном направлении.
17-24
Влияние способа приготовления смесей пиролизной жидкости с углем на характеристики ее зажигания и горения
Аннотация
Актуальность исследования заключается в необходимости разработки технологических решений для повышения конкурентоспособности пиролизной переработки различных отходов. Сжигание пиролизной жидкости в составе смеси с углем является одним из подобных решений, позволяющим стабилизировать свойства полученного топлива и использовать его в стандартном энергетическом оборудовании.
Цель: определение влияния способа приготовления смеси пиролизной жидкости и низкосортного угля на характеристики его зажигания и горения, а также на состав выделяющихся газофазных продуктов в зависимости от температуры греющей среды и концентрации добавки.
Методы. Характеристики пиролиза и окисления исследовались с помощью термогравиметрческого анализа, а расчет констант формальной кинетики – с помощью метода Коатс–Рэдферна. Образцы смесевых топлив готовились методами равномерного смешения и поверхностного смачивания пиролизной жидкости переработки резины и низкосортного угля. Характеристики зажигания и горения определись с использованием экспериментального стенда, а состав газофазных продуктов горения – с помощью проточного газоанализатора.
Результаты. Были определены закономерности пиролиза и окисления пиролизной жидкости, а также значения констант формальной кинетики, свидетельствующие о физическом характере факторов, определяющих скорость данных процессов. Установлено, что при 600 °С зажигание исследованных смесей слабо зависело от концентрации пиролизной жидкости, в то время как при 700 и 800 °С зависимость носила линейный характер, причем различия между образцами, приготовленными по разным методикам, были несущественными. Для образцов, полученных методом поверхностного смачивания, горение добавки происходило в газовой фазе вблизи поверхности образца, в то время как для образцов, полученных методом равномерного смешения, оно осуществлялось преимущественно в объеме засыпки. Это приводило к более интенсивному и полному выгоранию угля в составе данных композиций за счет более равномерного тепловыделения и инициации частиц угля. Концентрационные кривые выделения NO, CO и CO2 продемонстрировали аддитивный характер поведения компонент топливном смеси в отношении выделяющихся газофазных продуктов горения, а также отсутствие существенных нелинейных эффектов во всем исследованном диапазоне температур и концентраций добавки.
25-36
Возможность рекультивации золоотвалов
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена необходимостью утилизации золошлаковых отходов ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 г. Улан-Удэ, которые негативно воздействуют на окружающую среду. Перспективным способом устранения экологического вреда является биологическая рекультивация золоотвалов, результат которой проявляется в озеленении отвалов и снижении дефляции золы.
Цель: изучить золошлаковые отходы теплоэлектроцентралей г. Улан-Удэ и установить возможность рекультивации золоотвалов для снижения негативного воздействия на окружающую среду.
Объекты: золошлаковые отходы из золоотвалов ТЭЦ-1 (ЗШО-1) и ТЭЦ-2 (ЗШО-2) г. Улан-Удэ.
Методы: химический, рентгенофазовый, гранулометрический, микроскопический методы анализа.
Результаты. Определен химический, минералогический и зерновой составы золошлаковых отходов теплоэлектроцентралей. Установлено, что они имеют высокое содержание кремния, алюминия и низкое – кальция, магния. Отмечено, что золошлаки содержат стекловидные, кристаллические и органические составляющие. В отходах в большей степени присутствует кристаллическая фаза, содержащая кремнезем, муллит, гематит, магнетит и в меньшей – стеклофаза, представленная в основном минералами группы ортоклаза. По гранулометрическому составу в отходах ТЭЦ-1 преобладает более мелкая фракция по сравнению с ТЭЦ-2. Проведены лабораторные исследования почвенных смесей на основе золошлаковых отходов и местных мелиорантов (осадки сточных вод, лигнин и куриный помет). Определено оптимальное соотношение компонентов почвогрунта, равное 4:1:1:1. Выявлено благоприятное воздействие осадков сточных вод, а также негативное влияние высоких доз птичьего помета на рост и развитие растений. Отмечено, что чистые золошлаки ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 без внесения мелиорантов могут выступать в качестве самостоятельного субстрата для многолетних трав.
37-47
Влияние расхода пара в камеру сгорания контактной газопаровой установки на ее энергетические характеристики
Аннотация
Актуальность исследования определяется сокращением расхода природного газа и выбросов вредных веществ в окружающую среду на основе ввода пара в камеру сгорания контактной газопаровой установки.
Цель: проведение исследований по влиянию относительного расхода пара в камеру сгорания контактной газопаровой установки на ее энергетические характеристики.
Объекты: контактные газопаровые установки на основе газовых турбин с впрыском пара в камеру сгорания.
Методы: численные методы на основе материальных и энергетических балансов систем и элементов газопаровых установок.
Результаты. На основе расчета тепловой схемы контактной газопаровой установки проведено исследование влияния относительного расхода пара в камеру сгорания на ее энергетические характеристики. Определено, что абсолютный электрический коэффициент полезного действия контактной газопаровой установки линейно возрастает с увеличением относительного расхода пара в камеру сгорания. Диапазон изменения относительного расхода пара в камеру сгорания сильно зависит от температуры газов за камерой сгорания и степени сжатия в воздушном компрессоре, чем меньше эти параметры, тем больше диапазон изменения. Максимальный коэффициент полезного действия на уровне 56 % для всех вариантов достигается при максимальном относительном расходе пара в камеру сгорания. Установлено, что коэффициент избытка воздуха в зависимости от относительного расхода пара линейно падает, при этом чем выше температура газов за камерой сгорания и степень сжатия в воздушном компрессоре, тем больше темп падения и меньше диапазон изменения относительного расхода пара. Выявлено, что коэффициент полезной работы сильно зависит от относительного расхода пара в камеру сгорания, температуры газов за ней и степени сжатия в воздушном компрессоре, с ростом этих параметров он линейно возрастает. Определено, что температура газов на выходе газовой турбины также сильно зависит от относительного расхода пара в камеру сгорания, температуры газов на ее выходе и степени сжатия в компрессоре. С увеличением относительного расхода пара в камеру сгорания эта температура линейно возрастает от 600 до 700 °С, при этом чем выше температура газов на выходе камеры сгорания и степень сжатия в компрессоре, тем выше температура газов на выходе газовой турбины. Выявлена зависимость полезной работы на валу газовой турбины от относительного расхода пара в камеру сгорания. С увеличением относительного расхода пара полезная работа на валу газовой турбины возрастает по ветви параболы. Чем выше температура газов за камерой сгорания и степень сжатия в компрессоре, тем круче ветвь параболы, но меньше диапазон изменения относительного расхода пара. Установлено, что с увеличением относительного расхода пара расход газов на газовую турбину падает по гиперболе. При этом чем ниже температура газов за камерой сгорания и степень сжатия в компрессоре, тем сильнее падает расход газов на газовую турбину.
48-59
Результаты визуального осмотра и оценка безопасности Ахталинского хвостохранилища на основе методологии безопасности хвостохранилищ
Аннотация
Актуальность. Горнодобывающий сектор – однa из ведущих отраслей промышленности Армении, поэтому эффективное государственное регулирование отрасли на прочной правовой основе является необходимостью. Аварии на хвостохранилищах представляют высокий риск для людей и окружающей среды, особенно в непосредственной близости от хвостохранилищ, а также часто имеют трансграничное воздействие. Методология безопасности хвостохранилищ, разработанная под эгидой немецкого агентства по охране окружающей среды (Umweltbundesamt), эффективна в качестве инструмента для оперативной оценки технического состояния хвостохранилищ.
Цель: представление результатов применения методологии безопасности хвостохранилища в Армении, которая была опробирована на действующем хвостохранилище Нахатак Ахталинского горно-обогатительного комбината (Лорийская область, Армения).
Объекты. Методология хвостохранилища была применена к действующему хвостохранилищу Ахталинского горно-обогатительного комбината Нахатак, для которого была проверена вся документация. Отходы обогащения на хвостохранилище складированы при переработке медной руды Шамлугского рудника и полиметаллов Ахталинского месторождения. Основной визуальный осмотр был проведён на трех участках хвостохранилища: основная дамба, дренажная канава и вторичная дамба. Особое внимание было уделено состоянию основной дамбы, и для исследования нижней линии плотины была использована видеозапись с дрона.
Методы. Методология безопасности хвостохранилища включает следующие элементы: метод оценки индекса опасности хвостохранилища; контрольные списки хвостохранилища, включая анкету визуального и документального контроля; матрицу оценки уровня безопасности хвостохранилища; каталог мер по повышению безопасности хвостохранилища. Вопросы контрольных списков сформулированы таким образом, чтобы охватить минимальный набор требований, критических для безопасности хвостохранилища, позволяющий оценить состояние хвостохранилища. Вопросы контрольных списков отсортированы по жизненному циклу хвостохранилища, и каждый подраздел содержит актуальные вопросы, относящиеся к определенному этапу (проектирование, строительство, эксплуатация, рекультивация, закрытие). Применение контрольного списка хвостохранилища поддерживается каталогом мер с краткосрочными, среднесрочными и долгосрочными мерами безопасности.
Результаты. Методология безопасности хвостохранилища была апробирована на эксплуатируемом хвостохранилище в Армении впервые, в результате чего были выявлены и проанализированы основные проблемы хвостохранилища Нахатак, и на их основе даны соответствующие рекомендации. В ходе полученных результатов можно сделать вывод, что основные проблемы касаются дренажной системы и управления водными потоками некоторых участков первичной плотины, требующих восстановления, а также совершенствования систем мониторинга. В то же время опыт применения данной методологии в Армении позволил усовершенствовать методологию и сделать ее наиболее эффективным рабочим инструментом для быстрого и оперативного визуального осмотра хвостохранилищ и тщательной проверки соответствующей документации. Удобная в использовании методология безопасности хвостохранилищ (с анкетами визуальной и документальной проверки) является эффективным инструментом для оперативной оценки технического состояния хвостохранилищ, а также для обучения персонала как в органах управления, так и на горнодобывающих предприятиях.
60-68
Оценка влияния кислотных присадок на реологические свойства и технологическую эффективность смеси цвиттерионных и анионных поверхностно-активных веществ
Аннотация
Актуальность. Для придания необходимых технологических свойств кислотным композициям используют различные добавки (присадки) – ингибиторы коррозии, стабилизаторы железа, деэмульгаторы, противоосадочные агенты и т. д. Введение присадок в кислотную композицию на основе вязкоупругих поверхностно-активных веществ может оказывать значимое влияние на эффективность их последующего применения, поскольку процессы мицеллообразования и, как следствие, реология их растворов особенно чувствительны к наличию в системе дополнительных компонентов. Соответственно, установление влияния кислотных присадок на реологические свойства и технологическую эффективность кислотных составов с вязкоупругими поверхностно-активными веществами является актуальной задачей.
Цель: установление влияния кислотных присадок/добавок на реологическое поведение кислотного состава на основе смеси кокамидопропилбетаина и сульфосукцината этоксилированных жирных спиртов.
Объект: кислотный состав на основе вязкоупругих поверхностно-активных веществ (смесь анионного и цвиттерионного поверхностно-активного вещества) и пакет кислотных присадок – ингибитора коррозии, стабилизатора железа, деэмульгатора и противоосадочного агента.
Методы: определение реологических свойств с использованием реометра MCR52 (Anton Paar GmbH) в интервале скорости сдвига от 1 до 100 с–1 при температурах от 20 до 90 °С, стандартные тесты по подбору кислотных добавок.
Результаты. Установлено влияние добавок (присадок) на реологические свойства кислотного реагента на основе вязкоупругих поверхностно-активных веществ (смесь анионного и цвиттерионного поверхностно-активного вещества). Полученные результаты подтвердили, что введение пакета кислотных присадок приводит к уменьшению вязкости состава частично нейтрализованного раствора, но расширяет диапазон проявления вязкоупругих свойств, что приведет к повышению эффективности разработанного состава при кислотной обработке. Также добавка кислотных присадок снижает исходную вязкость, что облегчает закачку состава в пласт, а в присутствии углеводородов образование вязкоупругого геля не наблюдается, что облегчает процесс освоения скважины после завершения обработки. Температурный тест показал, что присадки не оказывают влияния на температурный диапазон применения кислотных присадок.
69-77
Разработка системы управления режимом алмазного бурения по показателю сопротивления разрушению горной породы
Аннотация
Актуальность. Сопротивление породоразрушающим элементам в процессе разрушения горной породы во многом определяет эффективность результатов бурения. Сведения о коэффициенте сопротивления позволяют правильно и своевременно регулировать интенсивность воздействия бурового инструмента на забой скважины. Для контроля силового контакта резцов бурового инструмента с забоем скважины необходимо иметь методологический аппарат, позволяющий определять механизм разрушения породы с учетом сил сопротивления. Существующие методики выбора сочетаний параметров режима алмазного бурения по известному индексу RPI или по критерию энергоемкости процесса разрушения горной породы N/vм , где N – забойная мощность на преодоление сопротивления при разрушении горной породы на забое скважины; vм – механическая скорость бурения, имеют ряд недостатков, заключающихся, например, в возникновении износа инструмента или необходимости получения значения забойной мощности в режиме текущего времени, что затруднительно в рамках современных условий бурения. Поэтому исследование сопротивления горной породы разрушению алмазным резцом, основанное на применении метода полного факторного эксперимента с получением математических моделей факторов и их графической интерпретации в сочетании с системами управления процессами с помощью вычислительной техники в режиме текущего времени, является темой актуальной, раскрытие которой позволит определить направление повышения технико-экономических показателей бурения.
Целью исследования является разработка методологического аппарата, позволяющего определять механизм разрушения породы с учетом сил сопротивления для обеспечения оптимального управления алмазным бурением.
Объекты: механизм сопротивления горной породы разрушению алмазным резцом.
Методы: анализа, аналитического исследования, полного факторного эксперимента.
Результаты. Представлен аналитический анализ возможности регулирования режимов бурения с целью достижения наибольшего эффекта от бурения путем оценки коэффициента сопротивления как функции интенсивности разрушения или углубления за один оборот. На основании аналитических исследований и анализа возможностей управления бурением посредством автоматизированных систем в режиме текущего времени предлагается методика выбора параметров режима бурения по заданному оптимальному значению показателя сопротивления при бурении, предложен путь ее автоматической реализации.
78-87
Сравнительная оценка случайной составляющей погрешности автоматических скважинных уровнемеров на основе обработки измерений земноприливных колебаний уровня подземных вод
Аннотация
Актуальность. Внедрение автономных цифровых уровнемеров позволяет существенно расширить спектр задач, решаемых в различных областях геологии и экологии: с повышением частоты измерений становится возможным успешное применение методов математической обработки данных для снятия искажений уровня различной природы. Расширение сфер применения скважинных уровнемеров делает актуальным вопрос выбора того или иного типа прибора для обеспечения требуемой точности измерения.
Цель: рассмотреть методику сравнительной оценки случайной составляющей погрешности автоматических уровнемеров, основанную на обработке измерений земноприливных колебаний уровня подземных вод.
Методы: компенсация влияния изменений атмосферного давления на уровень подземных вод на основе опытного определения барометрического коэффициента скважины; расчет земноприливных колебаний уровня по упрощенной модели; корреляционный и частотный анализ расчетных и экспериментальных данных.
Результаты. Путем сопоставления измеренных значений уровня с расчетными значениями земноприливных колебаний уровня подземных вод выполнена сравнительная оценка точности нескольких цифровых уровнемеров, установленных в одной скважине. Путем снятия искажений от вариаций атмосферного давления и последующей фильтрации скользящим средним из показаний уровнемеров выделен сигнал земноприливных колебаний уровня подземных вод. Из корреляционного и амплитудно-частотного анализа расчетных и экспериментальных данных определены показатели, по которым можно проводить сравнительную оценку случайной составляющей погрешности испытуемых уровнемеров.
Выводы. Предложенная методика позволяет по результатам сравнительных натурных испытаний выбрать автономные цифровые уровнемеры с минимальной случайной составляющей погрешности. Наиболее перспективным способом снятия искажающего влияния земноприливных колебаний уровня подземных вод является режекторная фильтрация сигнала уровня с использованием двух частот заграждения.
88-104
Геолого-гидрогеологическое строение шешминского терригенного комплекса Бельского поднятия
Аннотация
Актуальность работы определяется необходимостью организации производственно-технического водоснабжения для нефтяного месторождения в северно-восточной части Пермского края. Особые требования недропользования и охраны окружающей среды обусловлены наличием зоны санитарной охраны водозабора в северной части месторождения. Исследование геологического строения и условий залегания подземных вод шешминского водоносного комплекса позволит оценить ресурсы подземных вод территории и решить вопрос организации водоснабжения нефтяного месторождения.
Цель: изучение геологического строения, условий залегания подземных вод шешминского водоносного комплекса.
Объекты: горные породы шешминской свиты, а также подземные воды шешминского терригенного комплекса.
Методы: изучение фондовых и архивных документов о геологическом строении и гидрогеологических условиях района работ, проведение маршрутного гидрогеологического обследования территории, бурение поисковых и оценочных скважин на подземные воды, проведение опытно-фильтрационных работ в паводковый и меженный период из поисковых и оценочных скважин.
Результаты. Определена мощность шешминской свиты в пределах района работ, тектонически приуроченного к Бельскому поднятию, осложненному Дуринским прогибом. Мощность шешминской свиты составила от 100–150 до 300 и более м. Определен литологический состав пород. Получены данные об условиях залегания подземных вод шешминского водоносного комплекса. Установлено, что в пределах Дуринского прогиба подземные воды залегают как система отдельных обособленных водоносных прослоев и блоков. Были выделены наиболее водообильные зоны. В толще слабопроницаемой шешминской свиты были обнаружены два водоносных пласта, которые приурочены к песчаникам мелкозернистым и крупнозернистым. Водоносные пласты не имеют гидравлической связи и отделены друг от друга 40 м толщей водоупорных аргиллитов. Подземные воды залегают в виде пластов с граничными условиями II рода, ориентированного субширотно, с запада на восток. Полученные данные могут в дальнейшем быть использованы для решения вопросов водоснабжения в пределах исследуемой области, рационального использования этих вод.
105-119
Бассейны-аналоги как способ расчетов объема весеннего половодья в условиях недостатка метеорологической информации (на примере реки Тубы)
Аннотация
Актуальность работы обусловлена необходимостью обеспечения недостающей информацией о стокоформирующих факторах при прогнозировании половодья в малоизученных и неизученных водосборах. Для этой цели в практике гидрологических расчетов и прогнозов может использоваться метод гидрологической аналогии.
Цель: исследование возможности применения метода гидрологической аналогии для расчетов объема весеннего половодья горной реки. Анализ выполнен на примере бассейнов реки Тубы и ее притоков (Амыл, Казыр и Кизир), а также соседних бассейнов (р. Абакан и р. Сыда).
Методы: комплексный географо-гидрометеорологический анализ, корреляционный и регрессионный анализ, метод гидрологической аналогии.
Результаты. Выполнены расчеты сумм зимних осадков в бассейне р. Амыл при помощи традиционно используемых в гидрологии высотных зависимостей, а также экспертная оценка среднемноголетних осадков в бассейне р. Тубы с использованием данных о современном оледенении. Построена стохастическая прогнозная модель объема стока половодья на р. Амыл в створе с. Качулька на основе связи с осадками за предшествующий зимний период и период половодья. Проанализировано влияние жидких осадков во время половодья на качество прогноза. Выполнен сравнительный анализ других притоков р. Тубы (Казыр, Кизир), а также соседних бассейнов (р. Абакан, р. Сыда) с точки зрения использования их в качестве бассейнов-аналогов. Проанализирована возможность использования бассейна р. Амыл как аналога для прогноза слоя стока половодья на р. Тубе в створе пос. Бугуртак.
Выводы. Корреляционный анализ объема половодья р. Тубы, ее основных притоков и соседних рек показал, что в качестве аналога предпочтительно использовать бассейны со схожими условиями формирования осадков (ориентация склона относительно направления преобладающих влагонесущих воздушных масс) и близкой средней высотой водосбора. Использование бассейна р. Амыл как аналога р. Тубы целесообразно для среднесрочного прогноза объема талого стока (без учета жидких осадков в период половодья).
120-132
Настройка модели пласта методом материального баланса в программном обеспечении MBAL. Настройка интегрированной модели в GAP
Аннотация
Актуальность исследования заключается в современном подходе к разработке нефтяных и газовых месторождений. Цифровизация и автоматизация процессов добычи углеводородного сырья позволяет не только сократить время реагирования на возможные отклонения от режимного уровня добычи, но и оперативно принимать решения по дальнейшей его нормализации. Использование современного программного обеспечения для создания модели пласта методом материального баланса позволяет рассчитывать текущие и прогнозные пластовые давления в зависимости от количества отобранного и закаченного флюида. При качественной адаптации интеграция модели пласта, скважин и системы сбора, в свою очередь, позволяет корректно подходить к выбору системы разработки месторождения, а также правильно оценивать его возможный потенциал. Прогнозные расчеты, выполненные на интегрированной модели, могут лечь в основу бюджетного планирования, а также в основу проведения геолого-технических мероприятий по скважинам, вводу новых скважин, модернизации оборудования и инфраструктуры. Более того, групповой оптимизационный расчет позволяет максимизировать получение дополнительной добычи нефти с учетом всех геологических и технических ограничений.
Цель: формирование и анализ подхода к настройке модели пласта путем адаптации параметров методом материального баланса; формирование решения для адаптации интегрированной модели, сверка результатов с фактическими данными; проведение оптимизационного расчета и получение дополнительной добычи нефти.
Методы: настройка и адаптация моделей пласта методом материального баланса; настройка и адаптация интегрированной модели месторождения/группы месторождений; расчет прогноза сроком на 30/90 дней; проведение оптимизационных расчетов.
Результаты. Полученные результаты позволяют адаптировать компоненты интегрированной модели с точностью более 95 %, что позволяет симулировать режим работы месторождения. В результате анализа были выявлены критерии настройки, а также представлен минимальный необходимый набор параметров для качественной адаптации модели пласта и системы сбора. Также показана эффективность и точность инструмента 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 выбрать оптимальный режим разработки месторождения. Кроме того, был проведен оптимизационный расчет для получения дополнительной добычи нефти с использованием предложенного решения, а также рассчитан прогноз по добыче нефти сроком на 90 дней, который в дальнейшем получил подтверждение при сравнении с фактическими данными.
133-140
Особенности определения металлоорганических соединений в углеродистых веществах черносланцевых отложений с применением ИК-спектроскопии диффузного отражения
Аннотация
Актуальность. Проблема изучения металлоорганических соединений в углефицированных и углеродистых веществах является частью глобальной проблемы строения природных материалов из растительных остатков и проявления рудогенеза в органических осадочных отложениях. Данная проблема охватывает ряд вопросов, среди которых особо остро стоит вопрос форм нахождения тонкодисперсного золота в виде металлоорганических соединений в металлоносных углях и сланцах, и особенно это касается крупных золоторудных месторождений черносланцевых толщ.
Цель: изучить взаимосвязи седиментации органических образований и рудогенеза в черносланцевых отложениях на примере Вернинского месторождения (Патомское нагорье, Якутия). С помощью аппаратно-программного комплекса СКАУФВ совместно с методами ИСП-МС и ИНАА, позволяющими оценит степень концентрации Au в углеродистом веществе, обосновать возможность определения металлоорганических соединений золота, значимого в процессах седиментогенеза, литогенеза и эпигенеза.
Методы: методы ИК-спектроскопии, инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА) и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС).
Результаты. Установлено, что аппаратно-программный комплекс СКАУФВ совместно с методами ИСП-МС и ИНАА позволяет более достоверно обозначить роль органического вещества в процессе проявления метасоматизма. В рудной зоне намечена температурная зональность и связанная с ней повышенная концентрация золота. Для определения металлорганических соединений Au были выбраны структурно-генетические показатели (Пм, Ko, ПVt+L, ПI), отражающие степень влияния процессов седиментации, диагенеза, катагенеза и эпигенеза на концентрацию Au в углеродистом веществе. По этим показателям определяли уровень температурного воздействия на осадочные отложения процессов регионального метаморфизма и околорудного метасоматизма. В связи с этим в рудной зоне были установлены подзоны концентрации Au, обусловленные температурной зональностью в виде проявления локального метасоматизма, на который оказывал влияние белково-жировой состав растений – образователей углеродистого вещества.
141-156
Распределение стабильных изотопов Н, О и С в природных водах района Тазовского нефтегазокондексатного месторождения (Ямало-Ненецкий автономный округ)
Аннотация
Актуальность. Исследование изотопного состава воды и растворенных веществ позволяет определить не только их генезис, но и процессы фракционирования, происходящие в системе «вода–порода–газ–органическое вещество» с течением времени, т. е. по мере прохождения различных этапов эволюции состава вод. Интерес к подземным водам арктических регионов Западной Сибири дополнительно связан с широким распространением здесь на глубинах пластовых вод нефтяных отложений и возможным влиянием на состав приповерхностных вод процессов криогенной метаморфизации.
Цель: изучить и сопоставить изотопный состав кислорода, водорода и углерода в природных водах Ямало-Ненецкого автономного округа для выделения условных изотопных маркеров, а также для возможности проследить эволюцию изотопного состава вод вдоль вертикального разреза в районе Тазовского нефтегазоконденсатного месторождения.
Объекты: поверхностные (речные, почвенные и озерные), подземные воды зоны активного водообмена Ямало-Ненецкого автономного округа и пластовые воды нефтегазоносных отложений Тазовского месторождения.
Методы. Исследование изотопного состава кислорода, водорода вод, а также углерода водорастворенной углекислоты проводилось в ЦКП Многоэлементных и изотопных исследований СО РАН (г. Новосибирск) с помощью прибора Isotope Ratio Mass Spectrometer FinniganTM MAT 253, снабженного приставками пробоподготовки H/Device и GasBench II.
Результаты и выводы. Приведены данные по изотопному составу кислорода, водорода и водорастворенного углерода для природных вод Ямало-Ненецкого автономного округа. Определены характерные тренды изменения изотопного состава вод и растворенной углекислоты для различных водных объектов. Показано, что поверхностные и подземные воды активного водообмена по изотопному составу (δD и δ18О) являются инфильтрационными. По мере движения вод вниз по разрезу, с увеличением времени взаимодействия в системе «вода–порода» и повышением температур среды изотопный состав значительно утяжеляется с уклоном от глобальной линии метеорных вод вправо. Составлена схема эволюции изотопного состава водорастворенного углерода в регионе согласно полученным и некоторым литературным данным. Несмотря на широкий диапазон значений δ13C от –30,4 до 23,6 ‰, в регионе, по-видимому, присутствуют только два источника углекислоты: биогенный и атмосферный, при этом для подземных вод превалирующим является биогенный.
157-169
Изменения условий взаимодействия подземных, речных и болотных вод при заболачивании Западно-Сибирской равнины в голоцене
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена необходимостью понимания и долгосрочного прогноза условий взаимодействия подземных, речных и болотных вод в бассейне реки Оби.
Цель: выявление закономерностей изменения условий взаимодействия подземных, речных и болотных вод при заболачивании равнинной части бассейна реки Оби в голоцене.
Методы: методы математического моделирования, статистические методы, географо-гидрологический метод.
Результаты и выводы. Выполнен анализ материалов многолетних гидрогеологических и гидрологических наблюдений на заболоченных территориях Обского бассейна. Изучены гидродинамические и геохимические условия взаимодействия подземных, речных и болотных вод. Показано, что возникновение и эволюция болотных экосистем на рассматриваемой территории представляет собой комплекс эрозионно-аккумулятивных процессов, развитие которого до современного периода проходило в три стадии: 1) от начала интенсивной деградации оледенения до 4…6 тыс. лет назад – формирование первичной гидрографической сети примерно современного вида, распространение торфяных болот; режим подземных вод близок к режиму подземных вод криолитозоны на севере современной Западной Сибири; 2) от 4…6 тыс. лет назад до 1,5…3 тыс. лет назад – широкомасштабное распространение низинных болот и деградация части первичной речной сети; уровни подземных вод на водоразделах рек в целом ниже, чем в настоящее время, но амплитуда их колебаний высока; значительная часть водосборов в половодье и паводки затоплена, а в межень – подтоплена; 3) от 1,5…3 тыс. лет назад – деградация значительной части первичной речной сети, широкое распространение верховых болот, формирование на болотах вторичной гидрографической сети; на водоразделах происходит подъем уровней подземных вод, но амплитуда их колебаний снижается, а водообмен с болотами существенно сокращается; в долинах средних и больших рек водообмен между поверхностными и подземными водами наиболее интенсивный, что обусловливает поступление в речные и грунтовые воды из болот значительного количества органических веществ и продуктов их трансформации. Оценены сценарии возможных изменений условий взаимодействия поверхностных и подземных вод.
170-186
Особенности миграции химических элементов в природных водах и их отложения в виде минеральных новообразований в живых организмах (физико-химическое моделирование с верификацией на животных)
Аннотация
Актуальность. Предложен оригинальный метод моделирования, позволяющий получить качественно новые результаты в практике эколого-геохимических и медико-биологических исследований.
Цель. Работа нацелена на получение новых данных по формам миграции элементов в условиях параметров организма животных и человека с помощью физико-химического моделирования (ПК «Селектор») с заверкой расчетных данных результатами, полученными по реальным природным объектам и организмам животных.
Объекты: пробы природных вод и тканей диких животных.
Методы: компьютерное моделирование (ПК «Селектор»); масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS, спектрометр Agilent 7700х) – 55 элементов; атомно-эмиссионная спектрометрия (АЭС, спектрометр iCAP 7600 Duo) – 5 макрокатионов; ионная хроматография (ИХ, ионно-жидкостный хроматограф LC-20, Shimadzu) – 6 анионов; масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS, масс-спектрометр NexION 300D); сканирующие электронные микроскопы Hitachi S-3400N с энерго-дисперсионным спектрометром Bruker X@Flash 5010.
Результаты. С помощью моделирования определен качественный и количественный состав системы «раствор – кристаллическое вещество» с учетом условий окружающей среды и физиологических показателей организма животных и человека, где в качестве раствора были природные питьевые воды, желудочный сок, смесь питьевых вод и желудочного сока, а в качестве кристаллического вещества – равновесные с раствором новообразованные минеральные фазы. Работа позволила установить, что предполагаемые в модельном эксперименте комплексы могут являться причиной появления в отдельных тканях живого организма наноминеральных фаз химических элементов.
187-201
Совершенствование методов определения потерь руды при проектировании разработки месторождения цементного сырья комбайнами послойного фрезерования
Аннотация
Актуальность. При открытой разработке месторождений основными видами потерь и разубоживания руды, подлежащих нормированию, являются потери и разубоживание, образующиеся при отработке рудо-породных контактов. Карьерные комбайны Surface Miner позволяют осуществлять тонкослоевую разработку месторождения, которая способствует снижению влажности цементного сырья и уменьшению энергетических затрат на цементном заводе. На карьерах по добыче цементного сырья повышение экономической эффективности разработки месторождения карьерными комбайнами Surface Miner обеспечивается при рациональных значениях потерь и разубоживания руды.
Цель: обоснование рационального уровня потерь цементного сырья при разработке месторождений карьерными комбайнами Surface Miner.
Объекты: карьеры цементной промышленности, отрабатываемые с применением карьерных комбайнов Surface Miner.
Методы. В качестве основных методов исследования был проведен технико-экономический анализ работы цементного завода Беочин (Сербия), синтез и обобщение материалов, источников и данных, находящихся в открытом доступе, а также были проведены расчеты по определению объёмов потерь и разубоживания полезного ископаемого на контакте руда–порода для горнотехнических условий карьера по добыче цементного сырья.
Результаты. Были обозначены основные проблемы, которые возникают при отработке карьеров по добыче цементного сырья, касающиеся определения объёмов потерь минерального сырья при добыче на контакте руда–порода для горнотехнических условий карьеров предприятия по производству цемента Беочин. Авторами представляются и обосновываются выводы о дальнейшем эффективном применении оптимальной технологии отработки с применением карьерных комбайнов Surface Miner, которая позволяет снизить себестоимость добычи полезных ископаемых и удельные эксплуатационные затраты на транспортирование карбонатных горных пород по сравнению с традиционной технологией горных работ на 50–60 %.
202-208
Характеристики зонирования сети водоснабжения
Аннотация
Актуальность. Результаты оригинальных исследований водопроводной сети и данные эксплуатации сети, а также зарубежный опыт, применяемый в аналогичных условиях, и данные изученной литературы, работ по районированию водопровода, которые проводились в сетях различных населенных пунктов Республики Армения, были усовершенствованы и в настоящее время эффективно реализуются посредством разработанной нами четкой процедуры. Поскольку в нашем случае зонирование осуществляется в условиях действующей системы, методы, разработанные при проведении проектно-реконструкционных работ, учитывают особенности существующей системы.
Цель: разработка методики повышения эффективности функционирования систем водоснабжения путем зонирования сети, т. е. преобразования сети в гидравлически разделенные зоны, которые изолированы друг от друга, где подача воды регулируется в зависимости от потребления.
Объекты. Рассматриваются вопросы, связанные с проектированием и проведением реконструкции существующих зон водопроводных сетей. Определена очередность выполнения работ по зонированию на текущем этапе, и предложен метод оценки допустимого уровня потерь с учетом технического состояния водопроводной сети.
Методы. Расчеты для данного исследования проводились с использованием известных гидравлических принципов и законов. Экспериментальные исследования проводились непосредственно на сети водоснабжения в производственных условиях.
Результаты. Фактическая реализация этих мероприятий в различных городских населенных пунктах показала, что сокращение водопотребления в зоне обслуживания составило всего 8–10 %. Однако анализ функционирования реконструированных зон позволил сделать вывод о том, что в уже построенных зонах созданы условия для продуктивной работы по обнаружению и устранению утечек. В приведенном примере за время эксплуатации исследуемой зоны было выведено из эксплуатации 4300 м (около 25 %) из существующих 17400 м трубопроводов в зоне реконструкции, а также 13 из 22 насосных станций. За два года работы в результате реконструкции системы водоснабжения, представленной в примере, стоимость электроэнергии на действующих дворовых насосных станциях снижена более чем в шесть раз, общая стоимость электроэнергии в зоне снижена более чем в двенадцать раз, уменьшено количество воды, поступающей в зону, на 44 %.
209-219
Оценка радиационных экологических рисков ихтиофауны водоемов-охладителей ряда действующих атомных электростанций
Аннотация
Актуальность исследования обусловлена необходимостью оценки радиационных рисков для основных видов рыбы в водоемах, находящихся под постоянным воздействием предприятий атомной энергетики.
Цель: оценка радиационных экологических рисков ихтиофауны водоемов-охладителей действующих атомных электростанций, анализ источников и особенностей формирования радиационных рисков на разных этапах их эксплуатации.
Объекты: мониторинговые исследования радиационных экологических рисков для референтных видов рыб в водоемах-охладителях Ленинградской, Белоярской и Нововоронежской АЭС.
Методы. Расчет мощности доз облучения и количественная оценка риска облучения техногенными радионуклидами ихтиофауны водоемов-охладителей Белоярской, Ленинградской и Нововоронежской АЭС проводились с использованием международного компьютерного комплекса обновленной версии ERICA Tool 2.0.
Результаты. Показано, что радиационные экологические риски ихтиофауны в водоемах-охладителях действующих атомных станций обусловлены сочетанным воздействием радиоизотопов разного происхождения. Особенности формирования радиационных рисков для каждого водоема специфичны и зависят от сложившейся радиационной ситуации. Для водоема-охладителя Белоярской АЭС характерна четко выраженная зависимость радиационной нагрузки от типов действующих энергоблоков. Наибольшие радиационные риски ихтиофауна испытывала в период работы первых двух энергоблоков с тепловыми реакторами АМБ-100 и АМБ-200. Вывод из эксплуатации первых энергоблоков и строительство блоков с реакторами на быстрых нейтронах (БН-600 и БН-800) привели к значительному снижению радиационной нагрузки на ихтиофауну водоема-охладителя. В настоящее время радиационные риски обусловлены в основном влиянием 90Sr, который с Белоярской АЭС в водоем-охладитель почти не сбрасывается, а имеет преимущественно глобальное происхождение, поэтому формирование рисков больше связано с атмосферными выпадениями 90Sr, а не с работой атомной станции. Радиационные риски у ихтиофауны водоема-охладителя Ленинградской АЭС вызваны сочетанным воздействием 137Cs, как следствие радиационной аварии на Чернобыльской АЭС, и радионуклидами с наведенной активностью (14C; 60Co; 3H 54Mn и 65Zn), происхождение которых может быть связано с работой ядерных реакторов атомной электростанций. Уровень радиационного риска ихтиофауны водоема-охладителя Нововоронежской АЭС за 2009–2019 гг. повысился в 2,2 раза за счет увеличения содержания 60Co во многих компонентах водоема. В результате радиационные риски у придонных видов рыбы на 81,7 % были сформированы влиянием 60Co. Нельзя исключить, что увеличение содержания 60Co в водоеме-охладителе Нововоронежской АЭС является следствием радиоактивного загрязнения подземных вод в результате аварии 1985 г. Экологические риски ихтиофауны во всех водоемах-охладителях на два–три порядка величин ниже максимально допустимого коэффициента опасности. Таким образом, при работе атомных электростанций в штатном режиме не создается недопустимых радиационных рисков, представляющих реальную экологическую угрозу для ихтиофауны водоемов-охладителей.
220-233
Пептизация и ингибирование набухания глин в присутствии угольной кислоты, бикарбонатных, карбонатных ионов и ионов кальция
Аннотация
Актуальность работы обусловлена необходимостью обеспечения целостности ствола скважины, сложенного глинистыми породами, и стабильности бурового раствора при бурении в условиях углекислой и бикарбонатной агрессий.
Цель: экспериментально определить влияние на глину угольной кислоты, бикарбонатных и карбонатных ионов в зависимости от присутствия в дисперсионной среде ионов кальция.
Объекты: загрязненные угольной кислотой, бикарбонатными и карбонатными ионами во́ды с разной эквивалентной концентрацией ионов кальция.
Методы. Ингибирующие и пептизирующие свойства объектов исследования по отношению к глинистой породе изучали методом набухания глины при нахождении ее в исследуемом образце воды (на приборе Жигача–Ярова); для контроля состава и свойств вод были привлечены методы химического анализа (комплексонометрическое и кислотно-основное титрование) и потенциометрии.
Результаты. Показано, что пептизирующие и ингибирующие свойства буровой промывочной жидкости значительно зависят от присутствия в дисперсионной среде формы угольной кислоты и эквивалентного содержания ионов Ca2+. Выявлено, что угольная кислота H2CO3 способствует ингибированию (коагуляции) глины, бикарбонат-ионы HCO3– и карбонат-ионы CO32– – пептизации глины. Установлено, что ион Ca2+ не обладает ингибирующим действием в присутствии угольной кислоты H2CO3 – ионы H+ вытесняют обменные катионы из межслоевого пространства глин и за счет малого диаметра самостоятельно ингибируют набухание глины; в присутствии бикарбонат-ионов HCO3– ион Ca2+ также не обладает ингибирующим действием – бикарбонатные ионы HCO3–, находясь в дисперсионной среде, оттягивают ионы Ca2+ от поверхности глины, увеличивая толщину двойного электрического слоя; при наличии карбонат-ионов CO32– ион Ca2+ выпадает в осадок и эффективно предотвращает пептизацию глин только в присутствии гидроксид-ионов OH–. Экспериментально доказано, что ион Ca2+ в присутствии гидроксид-ионов OH– обладает лучшей ингибирующей способностью, чем ион H+ диссоциированной угольной кислоты H2CO3. Предложен механизм ингибирования набухания глин ионами Ca2+ в присутствии гидроксид-ионов OH–, основанный на адсорбции гидратированного иона Ca2+ на кремнекислородной решетке за счет предварительного протонирования ее атомов кислорода молекулами воды. Сформулированы условия, необходимые для эффективной пептизации глины: [CO32–]≥0; [OH–]>0, [Ca2+]=0, pH>11,5; для ингибирования набухания глины: [CO32–]=0; [OH–]>0, [Ca2+]>0 и pH>11,5.
234-245