Оптимизация добычи в режиме реального времени
Одним из этапов цифровизации нефтепромыслов является внедрение интеллектуальных станций, снижающих энергопотребление и замедляющих износ оборудования. Для автоматического расчета дебита ученые Пермского Политеха разработали модель механистического виртуального расходомера. Ученые применили уникальный комплекс методик, основанный на пяти моделях, оценивающих дебит скважины. Для разработки виртуального расходомера выбрали модель жидкости, позволяющую производить расчеты характеристик флюида, модель добычи нефти и погружного оборудования для получения большого количества исходных данных, а также модель потерь давления в лифтовой колонне, в штуцере и линейном трубопроводе. Особенностью разработанной модели является возможность определять расчетный дебит каждую минуту. Это означает, что измерение объема получаемой нефти будет проводиться регулярно и автоматизированно в режиме реального времени. В течение этого времени дебиты по всем пяти моделям рассчитываются каждые 10 секунд. В результате каждую минуту оператор видит пять замеров виртуального дебита, и при их относительной сходимости (менее 5 %) среднее значение может приниматься за действительный расчетный дебит. Свою модель ученые проверили на реальных промысловых данных нескольких нефтедобывающих скважин, отклонение от фактического дебита не превысило 8,7 %.
Новая технология добычи в Арктике
Ученые Сибирского федерального университета предложили использовать отечественные нановолокна оксида алюминия для улучшения свойств буровых растворов на углеводородной основе. Такая добавка позволит снизить износ оборудования и потери раствора, а также эффективнее выкачивать из скважины выбуренную породу.
Добавки наночастиц могут значительно менять функциональные свойства буровых растворов. Неизометрические частицы, такие как волокна или нити, уже в малых количествах значительно усиливают стабильность коллоидных растворов, тем самым повышая эффективность бурильных работ. В оптимальном диапазоне концентраций использованные нановолокна не только существенно облегчают откачку выбуренной породы, но и уменьшают коэффициент трения и в 2,5 раза снижают потери раствора.
Буровой раствор с добавлением нановолокон может обеспечить стабильность ствола скважины не только в вечной мерзлоте, но и в сланцевых пластах, а также уменьшить воздействие на окружающую среду.
Катализатор для окисления этилена при комнатной температуре
Ученые Института катализа СО РАН разработали катализатор для окисления этилена при комнатной температуре и атмосферном давлении. Получить его удалось за счет использования материала делафоссита, который рассматривают как перспективную основу для создания катализаторов с заданными свойствами. Делафоссит имеет уникальную кристаллическую структуру на основе серебра или меди. Она позволяет создавать множество вариантов смешанных оксидов различного состава. Подбирая металлы, можно влиять на свойства таких соединений и их каталитические характеристики. Исследователи синтезировали смешанный оксид никеля и серебра для эпоксидирования этилена – одного из самых крупнотоннажных реагентов для химической промышленности. Обычно реакция получения окиси этилена протекает при высоком давлении в 1–3 мегапаскалей и температуре 220–300 ℃. Ученые смогли снизить температуру реакции до комнатной, а давление – до атмосферного. Проведение реакции при комнатной температуре более целесообразно, чем реализуемый сегодня в промышленности процесс – можно сэкономить на системе подогрева и реакторах высокого давления.
Нейронную сеть обучили прогнозировать дебит скважин
Чтобы повысить точность прогнозирования дебита горизонтальных скважин, ученые Пермского Политеха предложили подход, основанный на методах машинного обучения.
Первым этапом построения моделей стали сбор и подготовка, предобработка и структуризация цифрового массива информации. Для анализа ученые сформировали базу данных по 178 горизонтальным скважинам 31 нефтяного месторождения: геолого-физические характеристики пластов, исходные данные для гидродинамических исследований скважин, конструктивные особенности скважин и информацию о методе их освоения. Для прогнозирования использовался многомерный регрессионный анализ – набор статистических методов оценки связей между зависимой переменной и одной/несколькими независимыми переменными. Дебит выступал в качестве зависимого признака, а геолого-технологические параметры – в качестве независимых факторов. Для достижения максимальной точности ученые прибегли к использованию нейронных сетей.
В качестве модели использовалась полносвязная нейронная сеть прямого распространения. Ее преимуществом является универсальность и адаптивность, способность выделять при этом важные признаки, игнорируя незначительные. Коэффициент детерминации составил более 0,8, что выше значения, полученного по аналитическим формулам на 50–90 %.
Бетон для подзарядки электромобиля
Команда инженеров из Питтсбурга разработала экологически чистый бетон из метаматериалов, способный эффективно проводить электричество. Метаматериал состоит из армированных ауксетических полимерных решеток внутри проводящей цементной матрицы. Проводящий цемент, усиленный графитовым порошком, образует электрод, а механический триггер может генерировать контактную электризацию между слоями. Он не способен производить достаточно энергии для передачи в сеть и его потенциально можно использовать для мониторинга повреждений внутри бетонных конструкций, например в случае землетрясения. Физически сам метаматериал можно точно настроить в соответствии с потребностями сборки, изменив его гибкость, форму и хрупкость, он может сжиматься до 15 % при сохранении своей структурной целостности. Это первый композитный бетон из метаматериала со сверхсжимаемостью и способностью накапливать энергию. Новый материал может широко использоваться в инфраструктуре, поскольку он «масштабируемый, рентабельный и может самостоятельно поддерживать свою деятельность за счет сбора зеленой энергии», утверждают ученые. А в будущем этот интеллектуальный инженерный продукт может питать чипы, встроенные в автомагистрали, чтобы подзаряжать электромобили на автопилоте.
Водород и графен из отходов
Исследователи из Университета Райса разработали способ получения ценного водорода и графена из пластиковых отходов с использованием метода с низким уровнем выбросов и без катализаторов. Они превратили пластиковые отходы в газообразный водород с высоким выходом, а также в графен. Если произведенный графен будет продаваться всего за 5 % от текущей рыночной стоимости, чистый водород можно будет производить бесплатно, утверждают ученые. При паро-метановом риформинге высокотемпературный пар (от 700 до 1000 °C) используется для производства водорода из источника метана – природного газа. Метан реагирует с паром в присутствии катализатора с образованием водорода, оксида углерода и диоксида углерода. Ученые подвергли пластиковые отходы быстрому джоулевому нагреву в течение четырех секунд. Повышение температуры до 3100 К испаряет водород, присутствующий в пластике, оставляя после себя графен, легкий и прочный материал, состоящий из одного слоя атомов углерода. В результате этого процесса вырабатывался также газообразный водород. Основываясь на оценке жизненного цикла, метод производит меньше выбросов, чем другие методы производства водорода. Преимуществом процесса мгновенного джоулевого нагрева является то, что пластиковые отходы не нужно мыть или разделять, их можно использовать для производства чистого водорода с отрицательной себестоимостью из отходов.
