Подземное облагораживание нефти
Ученые Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ выявили механизмы химических процессов, протекающих при закачке водяного пара и прекурсора катализатора при разработке месторождений высокосернистой тяжелой нефти. Ученые впервые показали с использованием дейтерированной воды (D2O), что вода участвует в реакциях с переносом водорода не только в жидких продуктах, но и в газообразных. Это было зафиксировано по данным изотопного анализа метана и сероводорода. Экспериментальным путем они доказали, что у воды в условиях акватермолиза имеется двойная функция (растворитель и участник химической реакции). Это делает ее неотъемлемым агентом при разработке экологически чистых и эффективных технологий добычи и внутрипластового облагораживания тяжелых нефтей. Ученые провели исследования с использованием D2O в сочетании с выбранным нефтерастворимым металлоорганическим прекурсором катализатора акватермолиза стеаратом никеля (II). Уникальное сочетание методов 2H-ЯМР и ГХ–МС позволило напрямую отследить пути химических реакций с участием воды и количественно оценить влияние температуры (200, 250 и 300 °C). Эти результаты дают прямые доказательства активной донорной функции воды.
Экспресс-анализ газа
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина и Института проблем управления имени В.А. Трапезникова РАН создали технологию экспресс-анализа качества природного газа. Для этих целей была разработана нейросеть, что позволило определить показатели качества за несколько секунд вместо 20–40 минут традиционным способом – с помощью газовой хроматографии. Ученые реализовали модель псевдогаза – виртуального двойника природного газа, который математически описывает многообразие возможных смесей. Эти инструменты позволили сократить количество необходимых для измерения параметров до ключевых – скорости звука в газе, его теплопроводности и концентрации углекислого газа. Требуемые показатели качества газа нейросеть определяет самостоятельно на основе анализа исходных данных. На втором этапе ученые создали методику многоэтапной оценки точности анализа с помощью нейросети – дополнительную «страховку» достоверности каждого полученного результата. Также был исследован компактный измерительный модуль, снимающий необходимые показатели и передающий их на вычислительный блок. Метод позволяет в реальном времени анализировать качество природного газа с помощью коммерчески доступных измерительных приборов.
Моделирование выбросов самолетов
Специалисты Новосибирского государственного технического университета создали программу для моделирования выбросов загрязняющих веществ, образующихся при работе авиадвигателей на разных этапах полета. Перед взлетом двигатели работают на режиме малого газа, что приводит к относительно низкому объему выбросов, при взлете двигатели работают на максимальном режиме, что увеличивает выброс, при наборе высоты интенсивность выбросов снижается, а при заходе на посадку режим работы двигателей меняется в зависимости от схемы захода. Различается и экологическая обстановка аэропортов. В программу можно загрузить карту территории аэропорта, выстроить траекторию перемещения лайнера и выполнить расчет выбросов за полный цикл «взлет – посадка». Методика расчета базируется на системе газодинамических уравнений, описывающих движение газов и распространение примесей в них. Ученые смоделировали процесс сгорания топлива при максимальном режиме работы двигателя и режиме малой тяги, меняя конструкцию газоотбойника и его расположение относительно сопла. Были проведены расчеты эффективности отклоняющего устройства при разном удалении и определено расстояние, оптимальное для рассеивания загрязняющих веществ.
Диагностика на этапе строительства
Специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого создали робототехнический комплекс для внутритрубной диагностики магистральных газопроводов на этапе их строительства. Технология представляет собой автономный внутритрубный робототехнический диагностический комплекс, способный перемещаться на расстояние до 60 км внутри трубы диаметром 1400 мм с углом наклона до 30° к горизонту. Параллельно инженеры создают алгоритмы для автоматического выявления дефектов на основе данных с датчиков устройства. Система рекуперации энергии позволяет роботу функционировать при -40 °C без риска разряда батарей. В настоящее время ключевая задача разработчиков – увеличение скорости обработки диагностической информации. Ведется набор статистики. В перспективе планируется применить технологии искусственного интеллекта для анализа данных. Также исследуются особенности работы комплекса в реальном трубопроводе при отрицательных температурах. По расчетам ученых, внедрение комплекса, способного работать в полностью автономном режиме, станет возможным в 2027 г.
Самовосстанавливающийся цемент
Ученые Пермского Политеха разработали комплекс материалов, которые должны повысить герметичность скважин и защитить их от преждевременного обводнения. Основной причиной поступления воды в скважину является потеря герметичности цементного слоя, который изолирует ствол от горных пород. Решение, предложенное учеными, включает два компонента. Первый – это система из трех буферных жидкостей для последовательной обработки стенок скважины. Один состав смывает загрязнения, другой покрывает поверхность специальной пленкой, а третий содержит микрочастицы, которые обеспечивают максимальное сцепление с цементом. Второй компонент – самовосстанавливающийся цемент, модифицированный специальными добавками. При попадании воды в трещину одна из добавок вступает с ней в химическую реакцию, заполняя повреждение. Другая добавка разбухает в объеме и механически перекрывает зазор. Система буферных жидкостей увеличила прочность сцепления цемента с поверхностью в четыре раза. Новую технологию планируется внедрять на месторождениях, работающих в условиях высоких нагрузок, например, там, где проводят гидроразрыв пласта.
Батарея на магнии и морской воде
Сотрудники Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого разработали источник питания для аварийного освещения прибрежных зон, работающий на магнии, воздухе и соленой воде. Главной задачей при создании элемента был подбор источника с минимальным воздействием на окружающую среду, в разработке отсутствуют тяжелые металлы, соединения лития и диоксины. В сухом виде без солевого раствора батарея способна храниться много лет, а высокая энергоемкость магния делает элемент перспективным для резервного питания. Конструкция батареи включает магниевый анод и воздушный катод. Внутри элемента протекает химическая реакция: в соляном растворе магний вступает во взаимодействие с атмосферным кислородом. При замыкании электрической цепи магниевая пластина постепенно растворяется, отдавая электроны, что создает ток. Единственное вещество, образующееся в процессе, – гидроксид магния, не представляющий вреда для экологии. Стабильную работу системы обеспечивает многослойная структура катода, состоящая из мембран и углеродной ткани с платиновым напылением. Платина в качестве катализатора направляет реакцию по четырехэлектронному пути, блокируя образование пероксида водорода. Это предотвращает падение мощности и поддерживает высокий коэффициент полезного действия устройства.
