Быстрые расчеты для нефтедобычи
В НГТУ разработали алгоритм, сокращающий в 2–3 раза время расчета энергоинфраструктуры для нефтедобычи. Этот инструмент автоматизирует сбор, обработку и моделирование данных, благодаря чему время подобных расчетов сокращается с 3–5 месяцев до одной недели. Кроме того, он ускоряет подготовку проектной документации и проектирование энергосистем, а процесс добычи становится более прозрачным и управляемым. Предложенный подход формирует несколько вариантов организации энергоинфраструктуры для нефтедобывающей компании, после чего выбирается оптимальный. Алгоритмы станут частью «цифрового двойника» – виртуальной модели, объединяющей геологические сведения (параметры пласта, пластовое давление), данные о добыче и энергоснабжении (потребляемая мощность, состояние сетей). С помощью такой модели можно в реальном времени отслеживать работу инфраструктуры, оценивать ее эффективность и оперативно адаптировать энергоснабжение к меняющимся условиям. Виртуальные модели месторождений дают возможность анализировать различные сценарии разработки, оптимизировать затраты и повышать коэффициент извлечения нефти.
ПО для повышения производительности малотоннажных СПГ-заводов
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина разработали программное обеспечение, позволяющее повысить производительность малотоннажных заводов по производству СПГ до 7 % и снизить их энергозатраты до 5 %. Разработка представляет собой цифровую имитационную модель – «томографию» процесса, которая выявляет «узкие» места производственных процессов и подсказывает точечные решения, а также систему принятия решений для оператора. На одном из предприятий мощностью 21,5 тыс. тонн в год инженеры создали имитационную модель, которая позволила выявить проблемы, снижающие эффективность установки. Среди них были высокие потери газа при регенерации адсорберов, недостаточная эффективность холодильного цикла, некорректные показания контрольно-измерительных приборов, неудовлетворительная теплоизоляция трубопроводов. На основе полученных данных специалисты предложили меры модернизации: использование отпарного газа для собственных нужд, установку регулируемого дросселя, замену теплоизоляции, калибровку КИП и корректировку давления хранения СПГ. Помимо технических решений, ученые разработали систему поддержки принятия решений для операторов – программу с графическим интерфейсом пользователя, которая подключена к цифровой модели завода.
Бурение без остановки
Ученые Пермского Политеха создали устройство активной стабилизации, которое позволяет получать точные данные без остановки бурения, экономя до 15 % времени и десятки миллионов рублей на объекте. Внутри бурильной трубы подвешен электродвигатель. На его корпусе закреплена платформа с датчиками вращения и ускорения. Как только они регистрируют, что колонна начала вращаться, двигатель начинает крутить платформу в обратную сторону с той же скоростью. В итоге она остается неподвижной, пока выполняется вращение. Дополнительное новшество – два мягких демпфера. Один крепится к валу двигателя, второй – к подшипниковому узлу. Благодаря этому гасятся не только удары вдоль оси скважины, но и боковая тряска. В устройстве три волоконно-оптических датчика. Два отвечают за измерения углов наклона вдоль продольной оси, третий – вдоль ортогональной. В составе конструкции находится прибор вращения и датчик направления силы тяжести, который помогает при бурении скважины на наклонных участках. Система управления двигателем мгновенно обрабатывает все сигналы и подает команду механизму противовращения для стабилизации платформы телеметрической системы внутри вращающейся бурильной колонны.
Негорючие аккумуляторы
Специалисты Московского физико-технического института разработали технологию изготовления негорючих аккумуляторных батарей, которые превосходят серийные образцы по удельной энергии.
Аккумуляторы предназначены для электротранспорта, наземных и морских роботизированных комплексов и летательных аппаратов. Технология основана на комбинации трех взаимодополняющих решений, которые позволили преодолеть ограничения традиционных литий-ионных систем. Вместо жидкого электролита используется квазитвердый состав с добавлением жидкого пластификатора, обеспечивающий высокую ионную проводимость и пожаробезопасность.
Монокристаллический катод дает возможность работать на повышенных токах и увеличивает ресурс. Покрытие анода смесью углерода и наночастиц серебра способствует равномерному осаждению лития и позволяет применить безанодную конструкцию без толстой литиевой фольги, что повышает энергетическую плотность и снижает стоимость. Твердотельные и квазитвердые аккумуляторы рассматриваются как одно из ключевых направлений в развитии электрохимических накопителей энергии. Исключение жидкого органического электролита радикально уменьшает вероятность теплового разгона и возгорания.
Переработка «нестандартного» топлива в электричество
Ученые Пермского Политеха создали способ, позволяющий превращать топливо с примесями в электричество и тепло на месте добычи. Специалисты предложили подогревать только само топливо до того, как оно попадет внутрь установки. В таком случае оно будет гореть устойчивее даже при большом количестве примесей, что повысит эффективность переработки и снизит выбросы вредных веществ. Для проверки ученые использовали созданный ранее экспериментальный стенд. Первая часть установки – это горелка и система подачи газа. Вторая часть – подогреватель. Сначала оборудование настроили так же, как работает реальная газотурбинная установка. Далее начали постепенно увеличивать температуру топлива. На протяжении испытаний пламя оставалось устойчивым, даже при большом количестве воздуха и примесей при подаче в горелку. На основе проведенных опытов ученые разработали инженерную методику, включающую расчеты и конкретные цифры, на которые инженер может опираться при применении технологии. Если показатели работы установки попадают в эти диапазоны, значит, пламя устойчиво, а топливо сгорает полностью. Технология позволяет превращать малые газотурбинные установки в компактные электростанции, способные стабильно работать на газах разного состава.
Печатные платы из грибного мицелия
Исследователи из Фрайбергской горнодобывающой академии разработали полностью биоразлагаемую печатную плату, изготовленную из мицелия гриба Aspergillus niger – побочного продукта промышленного производства лимонной кислоты. Вместо утилизации этих биотехнологических отходов ученые перерабатывают их в пластикоподобный материал с помощью формования и воздушной сушки. Полученные пластины по плотности близки к традиционным печатным платам. На их поверхность исследователи смогли нанести электронные дорожки стандартными технологическими методами и устанавливать электронные компоненты с помощью обычной пайки. Испытания показали, что материал обладает высокой механической прочностью и хорошей термостойкостью. Хотя его электрические характеристики пока уступают классическим печатным платам, но их производство сопровождается углеродным следом, который до 56 % ниже, чем у традиционных изделий. После окончания срока службы сама плата полностью разлагается в компосте, а установленные на ней электронные компоненты могут быть извлечены и использованы повторно. Кроме того, мицелиевую основу можно безопасно растворить в воде.
