ЖК-устройство для 6G
Ученые Новосибирского госуниверситета создали прототип ЖК-устройства – пространственного фазового модулятора для управления пучками субтерагерцового излучения с перспективой использования в системах беспроводной связи нового поколения (6G). Технология 6G основана на использовании терагерцовых (ТГц) волн. Это позволяет увеличить скорость передачи данных в системах беспроводной связи как минимум в 100 раз. ТГц волны – электромагнитное излучение с частотами от 100 гигагерц до нескольких терагерц. ТГц волны располагаются между инфракрасным и СВЧ диапазонами спектра. Поскольку ТГц диапазон соответствует длинам волн масштаба миллиметра/cубмиллиметра, то передача информации в 6G системах будет осуществляться по узкому лучу, направление которого должно динамически (электронным способом) перестраиваться при перемещении абонента в пространстве.
Разработки ученых НГУ нацелены на создание таких устройств управления терагерцовыми лучами.
Отказоустойчивость в осложненных условиях
Применение технологии ГРП приводит к такому осложнению, как вынос газа вместе с абразивными частицами породы, которые накапливаются на стенках оборудования, что приводит к разрушению устройства и авариям. В ПНИПУ разработали более эффективную конструкцию газосепаратора. Ученые установили два факта: втекающая в газосепаратор жидкость приобретает вращательное движение еще до входа внутрь, а центробежные силы перемещают частицы к поверхности корпуса. Второй факт – осевая скорость жидкости на входе в газосепаратор меньше средней, поэтому частицы абразива здесь накапливаются, а их концентрация становится выше средней. Наблюдается парадоксальное явление: корпус изнашивается еще до входа нефти внутрь устройства. Для решения этой проблемы ученые сделали проточный канал на входе в газосепаратор и изменили форму входных кромок лопастей рабочего колеса, чтобы уменьшить силу их взаимодействия с элементами породы. Теперь отделение газа от жидкости происходит в другой части – в вихревой камере, которая расположена ниже по течению жидкости, после рабочего колеса. Газосепаратор оптимизировали с помощью математического моделирования: меняли геометрические размеры входного блока устройства и вычисляли его гидроабразивный износ. Результаты стендовых испытаний показали, что скорость износа уменьшилась примерно в 3–5 раз.
Борьба с отложениями
Для предотвращения асфальтосмолопарафиновых отложений применяют технологию «холодный поток». Ученые ПНИПУ смоделировали процесс на лабораторной установке и оценили влияние технологии на свойства нефти и появление отложений. Исследования выполнялись на уникальной установке, в которой нефть циркулирует при заданных значениях. Сначала она попадает в сырьевую емкость, где нагревается, затем достигается необходимое давление, и насос перекачивает жидкость в тестовую секцию. Тосол, охлаждая стенки тестовой секции до заданной температуры, создает температурный переход между нефтью и внутренней поверхностью. Так образуются парафины. На входе и выходе отслеживается перепад давления и по результатам измерений рассчитывается толщина парафина. После выхода из тестовой секции нефть проходит фильтрацию, затем снова попадает в сырьевую емкость и процесс повторяется. В ходе эксперимента ученые последовательно снижали температуры стенки, а температуру нефти на входе поддерживали постоянной – выше, чем ту, при которой начинается кристаллизация парафина. Образование отложений отслеживали по мере увеличения перепада давления. В результате исследований ученые получили графики образования отложений и пришли к выводу, что охлаждение нефти ниже 24 °С, т.е. температуры начала кристаллизации парафинов, значительно снижает интенсивность образования отложений. При охлаждении с 40 °С до 20 °С вязкость увеличивается в два раза.
Полигидриды для хранения водорода
Российские химики и их коллеги из Китая, Японии и Италии выяснили, что стабильные полигидриды рубидия и цезия способны вмещать в себя в четыре раза больше водорода, чем уже имеющиеся материалы. Эти новые соединения – гептагидрид цезия CsH7 и нонагидрид рубидия RbH9 – могут удерживать 7 и 9 атомов водорода на один атом металла соответственно. Доля водорода в них превышает содержание этого газа в других гидридах, существующих при стандартных давлениях, и вдвое превосходит уровень метана (CH4). Использование водорода в качестве источника энергии ограничено из-за потребности в дорогостоящих катализаторах, создание полигидридных материалов, способных удерживать большое количество водорода и сохранять стабильность при различных температурах и давлениях, может решить эти проблемы. Синтез CsH7 и RbH9
был выполнен путем сжатия смеси боразана с щелочным металлом в алмазной наковальне под давлением 100 тыс. атмосфер. Оба полигидрида остаются стабильными при давлении 100–200 тыс. атмосфер, и CsH7, возможно, сохранит свои свойства при снижении давления до атмосферных значений.
Легкая добычи тяжелой нефти
Специалисты Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского федерального университета разработали новые инициаторы окисления, способные усовершенствовать технологию внутрипластового горения, применяемую в современной нефтедобыче. Внутрипластовое горение является одним из популярных и эффективных термических методов добычи тяжелой нефти. Это энергоэффективный, экологичный и безопасный метод добычи и облагораживания тяжелой нефти, при котором часть нефти сжигается под землей, разогревая пласт, а другая часть интенсивнее продвигается к скважинам. В качестве потенциальных инициаторов были протестированы различные классы органических соединений (пероксиды, жирные карбоновые кислоты, природные масла), предложенные инициаторы являются технологически доступными и экономически выгодными, при этом позволяют снизить температуру начала окисления тяжелой нефти.
Их использование позволило улучшить вязкостно-температурные характеристики получаемой нефти: снизить вязкость и увеличить в ее составе светлые фракции на фоне снижения высокомолекулярных компонентов – смол и асфальтенов.
На 40 % больше высоковязкой нефти
Ученые ТюмГУ предложили способ повысить на 20–40 % добычу высоковязкой нефти за счет оптимизации процесса циклического воздействия водяного пара на нефтяной пласт. Для снижения вязкости нефти можно применять метод пароциклического воздействия. Он состоит в циклической закачке в пласт горячего пара, исследователи научились определять параметры пароциклического воздействия с учетом движения пара в пласте под землей. На эффективность пароциклического воздействия и длительность стадий процесса в наибольшей степени влияют толщина пласта, доля пара в закачиваемой пароводяной смеси и расход закачиваемого пара. Это позволяет оптимизировать процесс закачки пара через скважину в пласт и извлекать из него больше нефти, а также определять оптимальную длительность стадий процесса. Такая оптимизация может повысить количество добываемой нефти за год на 20–40 %.
Исследователи отмечают, что существующие исследования параметров пароциклического воздействия с использованием гидродинамических симуляторов требуют задания большого количества параметров, которые не всегда известны, а также длительных расчетов. В свою очередь, ученые ТюмГУ предложили упрощенный подход к моделированию, который впервые учитывает изменение плотности воды при изменении температуры и давления. Они применяли математическое моделирование и решение уравнений с помощью численных методов. В будущем исследователи планируют связать эту модель с моделью движения пара по скважине и учесть изменение содержания пара в поступающей смеси.
