Bulletin of the Tomsk Polytechnic University Geo Assets Engineering
Журнал «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов» – рецензируемый научный журнал, издающийся с 1903 года. Учредитель и издатель: Томский политехнический университет. Адрес редакции: 634050, Томская обл., г. Томск, пр. Ленина, 30, каб. 139 б Телефоны: (3822) 60-62-91 Электронная почта: izv@tpu.ru Периодичность: 12 раз в год Журнал зарегистрирован Министерством Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций (свидетельство ПИ № ФС 77-65008 от 04.03.2016 г.) ISSN (print) – 2500-1019 ISSN (on-line) – 2413-1830 Территория распространения: Российская Федерация, зарубежные страны. Языки публикаций: русский, английский. Подписной индекс в объединённом каталоге «Пресса России» – 18054 «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов» публикует оригинальные работы, обзорные статьи, очерки и обсуждения, охватывающие последние достижения в области геологии, разведки и добычи полезных ископаемых, технологии транспортировки и глубокой переработки природных ресурсов, энергоэффективного производства и преобразования энергии на основе полезных ископаемых, а также безопасной утилизации геоактивов. Журнал представляет интерес для геологов, химиков, технологов, физиков, экологов, энергетиков, специалистов по хранению и транспортировке энергоресурсов, ИТ-специалистов, а также других смежных областей. Тематические направления журнала «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов»: • Прогнозирование и разведка георесурсов • Добыча и транспортировка георесурсов • Глубокая переработка георесурсов • Энергоэффективное производство и преобразование энергии на основе георесурсов • Безопасная утилизация георесурсов и вопросы геоэкологии • Инженерная геология Евразии и окраинных морей • Экономические и социальные аспекты использования георесурсов. К публикации принимаются оригинальные научные статьи на русском и английском языках, ранее не публиковавшиеся в других изданиях. Журнал индексируется и архивируется в: – Scopus; – GeoRef; – Web of Science Core Collection's Emerging Sources Citation Index; – DOAJ; – РИНЦ (eLlibrary.ru); – Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук. Статьи, отбираемые для публикации в журнале, проходят двойное слепое рецензирование. Автор статьи имеет право предложить двух рецензентов по научному направлению своего исследования. Окончательное решение по публикации статьи принимает главный редактор журнала. Редакция «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов» не взимает плату с авторов за подготовку, размещение и печать материалов. Ускоренные сроки публикации статей не предусмотрены. Не рассматриваются рукописи, одновременно представленные в другие издания. При обнаружении данного факта редакцией журнала будет проведено ретрагирование (отзыв) таких публикаций.
National Research Tomsk Polytechnic University
К атмосферно-охранной стратегии открытой разработки угольных месторождений
Целью статьи является минимизация загрязнения атмосферы при добыче угля открытым способом, которое с вовлечением в разработку менее качественных углей. Методы. Анализ, математическое моделирование, дискретная оптимизация, экспертная оценка, инженерное прогнозирование, эколого-экономические расчеты и выдача рекомендаций. Результаты. Произведена типизация карьерной пыли по опасности для окружающей среды. Приведены результаты оценки состояние уступов как генераторов пыли на основании визуальных наблюдений и графических построений. Измерены параметры распространения пыли по результатам улавливания реперами, и установлен механизм ее миграции в окрестностях карьера. Определена динамика запыленности в зависимости от времен года, и дифференцированы зоны загрязнения атмосферы. Ранжированы по степени опасности источники пылеобразования в пределах карьера с установлением приоритета взрывной отбойки угля и пород. Установлен механизм формирования зон регулируемого и нерегулируемого дробления с образованием крупных и мобильных фракций на примере карьера «Богатырь». Определен интегрирующий показатель состояния приземной атмосферы карьера по источникам пыления, и установлена аппроксимирующая данные с доверительной вероятностью зависимость. Предложена модель описания воздействия группы загрязнителей в точке контролируемой территории и модель интенсивности образования пылевых масс. Измерен интегральный показатель запыленности атмосферы. Предложена методика управления атмосферой карьера. Сформулирована матрица финансирования модернизации технологий при ограниченных материальных ресурсах. Показано, что вероятность хороших показателей состояния атмосферы связана с продолжительностью безотказности технологических процессов.
Copyright (c) 2025 Bulletin of the Tomsk Polytechnic University Geo Assets Engineering https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0
Изменение содержания химических элементов в биообъектах (мхи (Hylocomium splendens), лишайники (Cladonia Stellaris), иван-чай (Chamérion angustifólium)) на постпирогенных площадях Караканского бора Новосибирской области
Актуальность определяется необходимостью изучения влияния высоких температур огня на миграцию химических элементов и веществ в биообъектах, поскольку частота и сила пожаров увеличивается с каждым годом. Цель. Оценить влияние лесных пожаров верхового типа на элементный состав биообъектов, произрастающих на постпирогенных площадях. Методы. Валовые концентрации химических элементов (Mn, Zn, Co, Ni, Cu, Pb, Cd, Hg) определены методом атомно-абсорбционной спектрометрии (прибор Soolar M6 (фирмы Thermo Electron, Англия) с зеемановским и дейтериевым корректором фона, Hg – методом «холодного пара» с использованием амальгамации на золотом сорбенте, спектрометр фирмы «Perkin-Elmer» (США). Результаты и выводы. Проведен анализ образцов биообъектов (почвы, мхи (Hylocomium splendens (Hedw.) B. S. G.), лишайники (Cladonia Stellaris (Opiz) Brodo), иван-чай (Chamérion angustifólium (L.) Holub)), отобранных на фоновых и постпирогенных площадях, подвергшихся верховому пожару в Караканском бору Новосибирской области. Для изучения степени накопления элементов растениями из почвы, в зависимости от типа поверхности, на которой они произрастают, были определены коэффициенты накопления (Кн) на фоновой постпирогенной площадях. Установлено, что верховые лесные пожары приводят к снижению содержания валовых форм Mn, Zn, Pb, Cd, Hg в слое почвы глубиной 5 см и в лишайниках, Mn, Zn, Pb, Cd, Cu, Ni, Co, Hg – во мхах. Определено увеличение содержания Cu и Ni на 60 % в стеблях, Mn – на 80 % в листьях иван-чая, Co – на 40 % в лишайниках. Листья иван-чая поглощают Cd путем аэрозольного переноса и при поступлении из почвы с помощью корневой системы, о чем свидетельствует коэффициент накопления Cd, равный 1,9, на фоновой площади. Низкие коэффициенты накопления химических элементов в лишайнике показывают, что основной способ накопления химических элементов в них происходит за счет атмосферного переноса почвенных пылевых частиц, аэрозольных дымовых эмиссий.
Естественная гравитация пластовых систем: математизация и философские аспекты нефтепромысловой геологии
Актуальность. Взгляды исследователей на происхождение углеводородов в природных резервуарах необходимо рассматривать дифференцированно. Если в позициях на общее происхождение углеводородов существуют весьма большие разногласия, то в сфере образования тяжелых вязких нефтей достаточно четко проявляется весьма заметное единство. Общепринятой является позиция, что основная масса тяжелых вязких нефтей и битумов образуется в зонах гипергенеза (тектонически активные зоны), то есть там, где существует возможность проявления роли свободного кислорода. Именно этот элемент, совместно с другими физико-химическими компонентами горного массива, относится к природным окислителям (сера, окислы железа и др.) и обусловливает существование поверхностных и приповерхностных (неглубоко залегающих) зон распространения тяжелых и вязких нефтей. Процесс окисления и осернения нефтей также сопровождается сульфатредукцией бактерий. В результате плотность нефтей увеличивается при одновременном снижении содержания легких соединений (в том числе метановых и нафтеновых) в общем объеме углеводородных скоплений. Вязкие нефти становятся более циклическими по углеводородному составу, высокосмолистыми и, при соблюдении тенденции такой физико-химической трансформации, постепенно превращаются в практически твердые вещества – битумы (мальты, асфальты, асфальтиты, кериты, антраксолиты и т. д.). Данный процесс также сопровождается постоянным ростом обводненности продуктивных отложений горного массива при разработке и эксплуатации нефтегазовых объектов. Возникает необходимость поиска альтернативных путей движения углеводородных жидкостей с учетом изменения поля естественной гравитации пластовых систем. Цель: идентифицировать стабильные флюидопроводящие каналы в поровом пространстве полимиктовых песчаников с учетом поля естественной гравитации и его связи с антигравитацией. Объекты: продуктивные отложения покурской свиты. Методы. Исследование распределения гравитационного поля в поровом пространстве горных пород выполнено с учетом теорий Ньютона и Эйнштейна; концептуальная модель гравитационного течения углеводородных жидкостей в плотных пористых средах выполнена с учетом особенностей магнитной левитации пластовых систем; построение моделей цифровых двойников системы «пласт–гравитация» реализовано с помощью методов искусственного интеллекта. Результаты. Определены квантово-механические характеристики пластовых систем при течении углеводородных жидкостей в поле естественной гравитации. Представлен результат работы алгоритма Катанова для поиска альтернативных путей движения углеводородных жидкостей в условиях геологической неопределенности. Выявлены аномалии в распределении поля естественной гравитации и его связи с антигравитацией.
Разработка математической модели гидратообразования для условий турон-сеноманских залежей месторождений Западной Сибири
Актуальность. Образование и накопление газовых гидратов в системе сбора и подготовки газа – это один из осложняющих факторов при работе газового промысла. Повышение точности определения условий образования гидратов позволит эффективнее прогнозировать необходимую подачу ингибитора гидратообразования, что позволит сократить эксплуатационные расходы при сохранении уровня надежности работы промысла. Цель. Повышение точности прогноза образования гидратов и эффективности расчета оптимальных концентраций ингибитора для условий турон-сеноманских залежей месторождений Западной Сибири. Методы. Математическое моделирование, лабораторные исследования процессов гидратообразования методом качающейся ячейки. Результаты и выводы. Выполнен обзор работ по экспериментальным исследованиям термобарических условий образования и разложения гидратов метана высокой чистоты с дистиллированной водой. Выявлена обобщенная зависимость и уточнены коэффициенты, корректирующие одну из существующих методик для расчета равновесных условий образования гидратов применительно к условиям туронских и сеноманских залежей Западной Сибири. Показаны результаты проведенных лабораторных исследований термобарических условий образования и разложения гидратов смесей, характерных для месторождений Западной Сибири. Рассмотрены существующие методики моделирования образования гидратов с различными составами газа, минерализацией воды и количеством вводимого ингибитора, оценена их погрешность и условия применения. Разработана модель образования гидратов применительно к условиям туронских и сеноманских залежей месторождений Западной Сибири, включающая в себя «базовую кривую» и коэффициенты, учитывающие влияние минерализации воды, состава газа и концентрации ингибитора гидратообразования. Погрешность существующих методов для прогнозирования условий образования гидратов применительно к параметрам туронских и сеноманских залежей месторождений Западной Сибири составила 0,5–1,2 °С. Средняя погрешность предложенного метода составила 0,28 °С (максимальная 0,88 °С), что позволяет заметно повысить точность прогнозирования условий образования гидратов и эффективность расчета оптимальных концентраций ингибитора на основе метанола.
Сменные гидроимпульсаторные насадки конфузорного типа для долот, армированных резцами РDС
Актуальность работы обусловлена тем, что разведка георесурсов в настоящее время вообще невозможна без выполнения буровых работ. Более 90 % объема на нефть и газ выполняется долотами, армированными резцами PDC, с применением сменных гидромониторных насадок различных конструкций. Вопрос усовершенствования конструкции гидромониторных насадок является очень актуальным в последнее время. В настоящее время промышленностью выпускается большое количество насадок различных конструкций. Авторами разработаны конструкции сменных гидроимпульсаторных насадок конфузорного типа для долот, армированных резцами PDC. Их применение позволит добиться максимальной вертикальности ствола скважины и производительности буровых работ за счет улучшения очистки забоя скважины от шлама. Известно, что основным процессом при строительстве нефтегазовых скважин является эффективная технология бурения и очистки забоя скважины, особенно при бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин. Внедрение этих разработок в практику буровых работ позволит улучшить качество очистки забоя скважин и повысить механическую скорость бурения. Цель. Разработать сменные гидроимпульсаторные насадки конфузорного типа для долот, армированных резцами PDC, с высокой завихренностью и диссипацией энергии турбулентности потока бурового раствора на выходе для улучшения очистки забоя. Объекты. Насадки для долот, буровой раствор. Методы. Метод конечных элементов, вычислительная гидродинамика. Результаты. Разработан профиль насадки, позволяющий увеличить параметры завихрённости и диссипации энергии турбулентности потока бурового раствора на выходе, что, в свою очередь, позволяет улучшить очистку забоя скважины. По результатам моделирования завихренность на выходе из предлагаемой насадки составляет порядка 50000 с–1, что больше завихренности конической насадки в три раза. Благодаря этому значительно улучшается очистка забоя буровым раствором.
Ускорение расчетов фазового равновесия газоконденсатных систем на основе уравнения состояния Соаве–Редлиха–Квонга
Актуальность. В настоящее время на рынке специализированного программного обеспечения преобладают западные продукты, которые позволяют проводить расчеты фазовых равновесий углеводородных смесей «в один клик», просто задав состав углеводородной смеси и термобарические условия. Российские аналоги зачастую не обладают достаточным функционалом, позволяющим производить точные расчеты, в том числе и научные. Кроме того, существующие программные комплексы не всегда показывают репрезентативные результаты при высоких давлениях, а также вблизи критической точки. Цель. Высокопроизводительные расчеты фазового равновесия газоконденсатных смесей в широком диапазоне давлений и температур. Результаты и ключевые выводы. Представлено детальное описание расчета фазового равновесия на основе уравнения состояния Соаве–Редлиха–Квонга с поправкой Пенелё в широком диапазоне заданных термобарических условий. Даны рекомендации по внедрению алгоритма проверки стабильности для улучшения начального приближения констант Вильсона. Найдены наилучшие коэффициенты в алгоритме последовательного приближения, позволяющие повысить скорость его сходимости. Разработаны программные модули для расчета мольных долей, а также состава паровой и жидкой фаз по данным о составе смеси, давлении и температуре на четырех языках программирования. Представлены результаты по скорости расчета алгоритма на графических процессорах для языков программирования Python, Matlab, Go. Показано, что реализация алгоритма параллельного расчета фазового равновесия в случае множества расчетных точек на графическом процессоре с использованием C++ CUDA позволяет сократить время расчета в 200 раз без потери точности.
Состав продуктов крекинга ашальчинской нефти в присутствии аморфных алюмосиликатов
Актуальность. Увеличение глубины переработки тяжелого углеводородного сырья направлено на получение нефтепродуктов с низким содержанием смолисто-асфальтеновых и гетероатомных органических соединений, а также на получение дополнительных количеств светлых фракций. Одними из перспективных направлений углубленной переработки тяжелых нефтей и нефтяных остатков являются процессы с использованием аморфных алюмосиликатов и цеолитов. Особый интерес представляет изучение их каталитической активности в процессе крекинга, направленной на термические превращения высокомолекулярных компонентов. Цель. Изучение влияния модификации аморфного алюмосиликата на состав продуктов крекинга тяжелой ашальчинской нефти. Объекты. Тяжелая нефть Ашальчинского месторождения (республика Татарстан, Россия). Методы. Хромато-масс-спектрометрический анализ, жидкостно-адсорбционная хроматография. Результаты и выводы. В лабораторных условиях в закрытом реакторе проведен крекинг тяжелой ашальчинской нефти в присутствии аморфного алюмосиликата (Al-Si) и его модифицированной формы – NiCrWC/Al-Si. Изучено влияние модификации аморфного алюмосиликата на состав продуктов крекинга и изменения направленности термических превращений нефтяных компонентов. Показано, что модификатор NiCrWC усиливает крекирующее действие аморфного алюмосиликата, о чем свидетельствует снижение содержания смол и асфальтенов в жидких продуктах по сравнению с их содержанием в продуктах крекинга с Al-Si. Деструкция смол и асфальтенов при крекинге с NiCrWC/Al-Si обеспечивает прирост выхода масел на 10,2 мас. % по сравнению с исходной нефтью. По данным группового углеводородного состава масел установлено, что при проведении крекинга нефти в присутствии каталитических добавок Al-Si и NiCrWC/Al-Si происходит увеличение содержания насыщенных и полиароматических углеводородов. ГХ-МС анализ индивидуального углеводородного состава показал, что в продуктах крекинга в присутствии Al-Si и NiCrWC/Al-Si значение соотношения изопреноиды/н-алканы равно 0,7 и 0,3, соответственно, против 2,9 в исходной нефти. При крекинге в присутствии Al-Si и NiCrWC/Al-Si происходит деструкция триметилалкилзамещенных бензолов состава С13–С23 с образованием метил- и алкилзамещенных бензолов состава С8–С11. Причем их количество выше в продуктах крекинга с добавкой NiCrWC/Al-Si, чем в катализате Al-Si. Установлено, что наиболее существенные количественные и качественные изменения в составе углеводородов происходят при крекинге в присутствии каталитической системы NiCrWC/Al-Si.
Комбинированные технологии добычи трудноизвлекаемых георесурсов
Актуальность. Ввиду истощения легкоизвлекаемых запасов полезных ископаемых открытым способом возникает острая необходимость в разработке технологий добычи трудноизвлекаемых природных ресурсов подземным способом. Цель. На основе анализа имеющегося практического опыта и разработанных перспективных технологий предложить варианты отработки запасов угля с неблагоприятными горно-геологическими условиями залегания с возможностью их применения для добычи различных георесурсов.Методы. Контент-анализа, эмпирические, физического моделирования и прототипирования будущего образца устройства, эксперименты в форме лабораторных испытаний. Результаты и выводы. Обоснованы перспективные объемы трудноизвлекаемых угольных запасов, пригодных в перспективе для подземной разработки, сосредоточенные в крутонаклонных пластах. Выявлены преимущества комбинированных технологических решений, значительно увеличивающих производительность всего технологического комплекса оборудования и позволяющих сохранить низкий уровень себестоимости добычи, несмотря на увеличение стоимости оборудования и объема подготовительных горных работ. Предложены варианты комбинированных геотехнологических решений на основе создания новых, модернизации и расширения функций имеющихся видов основного технологического оборудования, а также различных способов открыто-подземной добычи георесурсов. В частности, предлагается разработанное авторами новое средство механизации в виде многофункциональной крепи шагающего типа в составе комплекса с проходческим комбайном и другими необходимыми средствами механизации технологических операций, предназначенной для скоростной проходки подготовительных подземных горных выработок, для отработки трудноизвлекаемых угольных запасов «короткими столбами», гидравлическим способом, в том числе в комплексе с бурошнековой установкой. Механизированный комплекс может также использоваться для разработки россыпных месторождений алмазов, золота, титана, металлов платиновой группы, олова, вольфрама, циркония, тантала, ниобия, редкоземельных элементов и некоторых других георесурсов.
Численное моделирование и искусственный интеллект для прогнозирования эффективности новой конфигурации теплообменника земля–воздух в прохладных регионах Алжира
Актуальность. Интерес к поиску устойчивых альтернатив классическим системам отопления и охлаждения. Геотермальная энергия используется из-за ее меньшего воздействия на окружающую среду по сравнению с традиционными источниками энергии. Исследование вызвано необходимостью изучить влияние различных конструктивных параметров на температуру воздуха на выходе и среднюю эффективность систем теплообменников с земляным воздухом. Цель: изучить влияние различных конструктивных параметров, таких как длина трубы, скорость движения воздуха, диаметр трубы и условия на входе, на температуру воздуха на выходе и среднюю эффективность системы теплообменника с земляным воздухом. Числовые данные были использованы для обучения алгоритма искусственных нейронных сетей на основе искусственного интеллекта, который применялся для прогнозирования температуры воздуха при более расширенном диапазоне влияющих параметров. Методы: численный анализ с использованием ANSYS FLUENT для моделирования новой геометрической конфигурации теплообменника земля–воздух со спиральной конструкцией трубы. Расчеты определили температуру на выходе и эффективность воздушного теплообменника, были использованы для обучения алгоритма искусственных нейронных сетей для прогнозирования температуры на выходе в более широком диапазоне параметров. Результаты и выводы. В ходе исследования было изучено влияние нескольких факторов, таких как расстояние между шагами, скорость движения воздуха, диаметр трубы, температура воздуха на входе и длина, на эффективность системы в самые холодные месяцы 2023 г. Мы пришли к следующим выводам: необходимая глубина для эффективного теплообмена в теплообменнике земля–воздух составляет 6–7 м для всех указанных глубин; температура нагнетаемого воздуха повышается при уменьшении диаметра трубы; при снижении скорости воздуха температура выходящего воздуха повышается; увеличение расстояния между шагами спиральной трубы приводит к снижению температуры воздуха на выходе EAHE; при увеличении скорости воздуха средняя эффективность η падает. Наибольшее снижение наблюдалось при меньшей скорости воздуха и меньшем диаметре трубы. Наибольшее падение η между диаметрами труб 110 и 250 мм составляет около 21 %; применение метода искусственных нейронных сетей было оправдано, так как он позволил предсказать температуру воздуха с очень высокой точностью.
Имитационное моделирование речной гидравлики при проектировании инженерной защиты левобережной поймы на примере участка р. Томи у г. Томска
На примере участка р. Томи представлен результат имитационного 2D-моделирования речной гидравлики и влияние на него различных параметров расчета. Актуальность. Определяется тем, что полученные в исследовании результаты могут позволить глубже понять возможности и ограничения исследуемой моделирующей системы и дать научно обоснованные рекомендации по настройке модели в части использования различных расчетных алгоритмов и выбору размера расчетной сетки с целью минимизации затрат расчетного времени при сохранении требуемого качества результатов. Цель. В моделирующей системе HEC-RAS 2D используется несколько основных алгоритмов расчета. Цель исследования заключается в том, чтобы на примере участка р. Томи изучить, каким образом выбор определенного алгоритма расчета, а также размера ячеек расчетной сетки может повлиять на получаемый результат при создании моделей в рамках инженерных изысканий. Методы. Исследование построено на проведении серии компьютерных экспериментов, сравнении и интерпретации результатов имитационного моделирования исследуемого участка с использованием каждого из расчетных алгоритмов и двух вариантов размера расчетной сетки (условно, крупного и мелкого) для двух сценариев – фактического (в ситуации текущей застройки) и проектного (с учетом проектируемых противопаводковых дамб). Результаты и выводы. Получены таблицы смоделированных отметок уровней воды и времени, затраченного на вычисления по двум сценариям, смоделированы кривые свободной поверхности воды по каждому сценарию, сформулированы выводы и даны рекомендации по использованию расчетных алгоритмов модели и выбору размера ячеек расчетной сетки для целей инженерных изысканий.
Анализ физических свойств функционально-градиентных пластин секторальных долот с учетом размерной зависимости, нелинейности, пористости, температуры и влажности
Актуальность. Секторные пластины используются в качестве элементов буровых долот в нефтегазовой промышленности. Для проектирования прочных и износостойких конструкций, обладающих минимальным весом, необходимо использовать функционально-градиентные материалы – композиты, которые позволяют значительно повысить надежность и эффективность оборудования в нефтегазовой отрасли. Цель. Исследовать напряженно-деформированное состояние элементов буровых долот при действии нагрузок различной интенсивности. Для этого необходимо разработать математическую модель и методы анализа функционально-градиентных размерно-зависимых секторных пластин, являющихся элементами буровых долот. Провести анализ основных факторов, виляющих на напряженно-деформированное состояние рассматриваемых конструкций. Методы. Представлено дальнейшее развитие быстродействующего метода вариационных итераций, который позволяет получать практически точное решение. В основу метода положены идея Фурье разделения переменных и итерационная процедура сведения нелинейных уравнений в частных производных к обыкновенным дифференциальным уравнениям. Результаты. Построена новая математическая модель пористых функционально-градиентных секторных макро/микропластин Кирхгофа с учетом нелинейности по Т. фон Карману. Построен эффективный с точки зрения точности и быстродействия метод вариационных итераций. Проведен анализ напряженно-деформированного состояния секторных пластин в зависимости от геометрии пластины, типа нелинейности, пористости и размеров.
Золото в коре выветривания Сохатиного месторождения (северо-восток РФ)
Актуальность. Приколымское поднятие является одной из ключевых и наиболее длительно эволюционировавших тектонических структур Северо-Востока Азии. Уникальные особенности его неотектонического развития создали благоприятные условия для формирования и распространения различных рыхлых отложений кайнозойского возраста. Значительный интерес здесь вызывают коры выветривания, где содержание золота может быть в десятки раз выше, чем в первичных рудах или ореолах рассеяния. Цель. Получение новой информации о строении, зональности, минералого-геохимических особенностях золота из коры выветривания для выявления гипергенной природы золота и оценки масштаба потенциальной золотоносности в зоне окисления. Объект. Коры выветривания по породам, метасоматитам и рудам Сохатиного месторождения. Методы. Минералогический анализ шлихов. Морфологические особенности золота изучались микроскопически под бинокуляром. Химический состав золотин определялся методом ИСП-МС и на сканирующем электронном микроскопе TESCAN VEGA 3 c энергодисперсионной приставкой. Определение валового минерального состава, идентификация глинистых минералов и количественный анализ минералов выполнялись с использованием порошкового рентгенодифракционного анализа на дифрактометре Rigaku Ultima IV. Для оценки степени окисленности сульфидов выполнен фазовый анализ серы общей и серы сульфатной. Результаты и выводы. Установлено, что золотоносными являются линейные остаточные коры выветривания, приуроченные к тектонически ослабленным зонам, контролирующим эндогенную минерализацию. Полного профиля выветривания не устанавливается. Окисление развивается прежде всего вдоль крутопадающих зон. Выявленные линейные коры выветривания простираются на расстояния в сотни метров при мощности более 10 м и по падению десятков метров. Данная кора выветривания представляет собой особый тип рудных образований, характеризующийся уникальными минерально-геохимическими параметрами и специфическими технологическими свойствами. Гипергенное золото представлено гемиидиоморфными, идиоморфными, ксеноморфными и неправильными образованиями. Наибольшие концентрации золота отмечены в классах крупности 1–0,5; 0,1–0,05 и <0,05 мм с максимальными содержаниями металла до 39,0 г/т. Пробность золота из зоны окисления имеет умерено высокопробный и высокопробный состав, примеси представлены только серебром. Окисленное золото облагорожено за счет выноса части серебра. Золото в процессе окисления руд перераспределяется и концентрируется, что существенно повышает ценность руд в коре выветривания для его извлечения.
Сценарное моделирование стоимости технологического присоединения беспроводной зарядной инфраструктуры аккумуляторного электротранспорта предприятий открытой добычи полезных ископаемых
Актуальность. Современные тенденции мировой экономики диктуют необходимость внедрения новых мер для снижения экологической нагрузки и повышения эффективности и безопасности в горнодобывающей отрасли. Цифровая трансформация выступает как стратегический инструмент, обеспечивающий конкурентоспособность и устойчивость горнодобывающих предприятий, в том числе предприятий открытой добычи полезных ископаемых. Центральным элементом данной трансформации является развитие электрифицированного транспорта, в частности аккумуляторных карьерных самосвалов, предназначенных для использования в автономном режиме. Внедрение беспроводных зарядных станций способствует автоматизации технологических процессов, однако требует проведения дополнительных исследований и адаптации к специфическим условиям эксплуатации на горных предприятиях. Вопросы размещения инфраструктуры и оценки затрат на подключение к сети электроснабжения являются актуальными и требуют детального изучения. Объекты: беспроводная зарядная инфраструктура для полностью электрических карьерных самосвалов; технологическое присоединение к сети электроснабжения. Цель: оценка стоимости технологического присоединения к сети электроснабжения беспроводной зарядной инфраструктуры аккумуляторного электротранспорта предприятий открытой добычи полезных ископаемых для разных сценариев заряда. Методы: сценарное моделирование, электротехнические расчеты. Результаты. Приведена методика оценки мощности технологического присоединения беспроводной зарядной инфраструктуры для разных сценариев беспроводного заряда и формулы для оценки стоимости технологического присоединения. Для модельного предприятия открытой добычи полезных ископаемых выполнены электротехнические расчеты, проведен выбор оборудования оценка стоимости технологического присоединения беспроводной зарядной инфраструктуры электрических карьерных самосвалов для трех сценариев беспроводного заряда. Расчеты показали, что наименьшие удельные затраты на технологическое присоединение зарядной инфраструктуры имеют станции динамического заряда, а наибольшие удельные затраты – станции стационарного типа для одного самосвала, размещаемые на пунктах погрузки и при необходимости на пунктах разгрузки. При этом суммарная мощность беспроводной зарядной инфраструктуры имеет обратное соотношение.
Математическое моделирование работы промышленного реактора парового риформинга метана
Актуальность. Разработка и совершенствование математических моделей процесса парового риформинга природного газа являются ключевыми задачами для повышения эффективности процессов производства водорода и синтез-газа, оптимизации работы промышленного оборудования и сокращения энергетических затрат. Несмотря на значительную изученность процесса парового риформинга метана, модели, учитывающие расширенный углеводородный состав природного газа (содержание компонентов C2–C4), тепловые эффекты, реальные геометрические параметры реактора, требуют дальнейшего развития и валидации на базе данных эксплуатации. Цель. Разработка и верификация математической модели процесса парового риформинга природного газа, интегрирующей основные кинетические закономерности, геометрию реакционного объема, тепловые эффекты и реальные технологические параметры. Методы. Методы инженерной химической кинетики, численного решения дифференциальных уравнений (метод Эйлера и метод BDF), расчетов по уравнению Аррениуса, а также оптимизационные методы – дифференциальная эволюция и алгоритм Нелдера–Мида для подбора предэкспоненциальных коэффициентов и энергий активации. Программная реализация модели выполнена на языке Python. Для проверки достоверности модели проведено сравнение расчетных данных с литературными источниками и результатами эксплуатации промышленного реактора. Результаты и выводы. Разработаны две модели: на основе литературных данных и упрощённая модель реактора идеального вытеснения, включающая основные реакции парового риформинга метана, конверсии СО и паровой конверсии СО₂. Численные расчёты позволили определить профиль концентраций компонентов вдоль реактора и оптимизировать кинетические параметры. Получены значения, обеспечивающие близкие к фактическим концентрации продуктов на выходе из промышленного реактора (погрешность по водороду до 1 %). Наибольшая погрешность наблюдается по остаточному содержанию метана, что связано с отсутствием учёта реакций пиролиза углеводородов С₂+. Дополнительно рассчитан критерий Тиле, показавший, что реакции риформинга метана протекают в переходной кинетико-диффузионной области, а расчёт для реакции конверсии СО требует уточнения. Полученные результаты подтверждают корректность разработанной модели и её применимость для инженерных расчётов, дальнейшая работа будет направлена на расширение кинетической схемы за счёт включения реакций пиролиза углеводородов С₂+.
Обзор радиоэлектронных волновых методов и приборов диагностики и мониторинга нефти
Актуальность. Сегодня основными направлениями развития минерально-сырьевого потенциала Российской Федерации в нефтегазовой промышленности являются геологическое изучение недр, разведка, оптимизация разработки месторождений, сокращение издержек на их освоение и эксплуатацию. Развитие данного сектора невозможно без внедрения технологий автоматизации производства, искусственного интеллекта, аналитики больших данных, бесконтактных методов диагностики и контроля, которыми характеризуется «четвертая технологическая революция». Как показывает практика, бесконтактная диагностика нефти – один из важнейших элементов техники, обеспечивающих безопасность, быстроту анализа и экологичность в использовании на всех этапах нефтяного цикла: от добычи до хранения. К такой технике, безусловно, относятся радиоэлектронные волновые приборы: акустоэлектронные, радиотехнические и оптоэлектронные. Учитывая столь высокие темпы развития данной области, имеется необходимость в оценке влияния динамики вносимых изменений на точность, возникновения новых возможностей, а также практической ценности. Цели. Обзор и анализ существующих радиоэлектронных волновых методов диагностики и мониторинга нефти, выделение актуальных существующих проблем, оценка дальнейших перспектив развития отрасли. Объект. Диагностика и мониторинг нефти радиоэлектронными волновыми методами. Методы. В основе работы лежит анализ, обобщение и сравнение научных трудов и работ, посвященных радиоэлектронным волновым методам диагностики и мониторинга нефти. Результаты и выводы. Рассмотрены основные радиоэлектронные волновые методы диагностики и мониторинга нефти, выделены основные контролируемые параметры, произведена оценка влияния методов на реологические качества нефти, дана оценка их эффективности и целесообразности применения. В ходе работы выявлены противоречия в нормативно-правовых документах, предложена оригинальная классификация радиоэлектронных волновых методов диагностики и мониторинга нефти, рассмотрены особенности, существующие изобретения и их недостатки, а также установлены мотивационные перспективы для дальнейшего экспериментального исследования.
Синтез Фишера–Тропша с использованием активного кобальтового катализатора
Актуальность. Определяется потребностью в усовершенствовании технологии жидкофазного синтеза топлив по методу Фишера–Тропша. Данная задача требует разработки новых методов создания высокоэффективных катализаторов процесса, которые позволяют обеспечивать высокий выход жидких целевых продуктов с низкой селективностью процесса по побочным продуктам – диоксиду углерода и метану. Цель. Разработка активного кобальтового катализатора (на основе кобальта Ренея), который позволит увеличить выход жидких углеводородов в процессе синтеза Фишера–Тропша для дальнейшего получения топлив или топливных фракций. Методы. Капиллярно-газовая хроматография, рентгенофазный анализ, синтез Фишера–Тропша. Результаты и выводы. Получены образцы катализатора на основе кобальта Ренея, характеризующиеся наличием в составе алюмината кобальта и нестехиометрических оксидов кобальта. Определена каталитическая активность полученных образцов в лабораторных условиях при варьировании температуры и давления процесса, а также при различных соотношениях реагентов в исходном синтез-газе. Проведен анализ полученных продуктов синтеза Фишера–Тропша с использованием активного кобальтового катализатора, который показал, что в составе газообразных продуктов синтеза преобладают алканы нормального строения, в большей степени метан. В качестве побочных продуктов синтеза присутствует диоксид углерода, но только при температурах выше 280 °С, что говорит о заметной скорости реакции парового сдвига только в условиях высоких температур. Жидкие продукты представляют собой смесь углеводородов широкого состава, состоящую в основном из парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Полученные продукты нуждаются в дополнительном облагораживании. Разработанные катализаторы могут использоваться как самостоятельные каталитические системы, так и в качестве добавки к классическим нанесенным катализаторам.
Геохимическая индикация неоднородности плейстоцен-голоценовых донных отложений озера Тургояк (Южный Урал)
Озерные осадки характеризуются неоднородностью вещественного состава, связанного с условиями формирования, включая климатические. Как известно, Урал является климаторазделом, поэтому на данной территории особенно актуальны исследования условий озерного осадконакопления (включая климатические). Обзор литературных данных также показывает, что из многочисленных озер на территории Урала изучена лишь их малая часть. Цель: изучение элементного состава и геохимических показателей как индикаторов неоднородности состава и генетических особенностей донных отложений озера Тургояк. Объект: результаты геохимических исследований керна донных отложений озера Тургояк длиной 572 см, возраст которых составляет не менее 25 тыс. к.л.н. Методы: рентгенофлуоресцентный анализ проб донных отложений с использованием рентгенофлуоресцентного спектрометра Bruker S8 Tiger. По результатам рентгенофлуоресцентного анализа производился расчет геохимических показателей по соотношению химических элементов с высококонтрастной геохимической специализацией (CIA, ICV, WIP, PIA, CIW и др.) Для выявления ведущих геохимических факторов был применен факторный анализ данных химического состава осадков методом главных компонент. Результаты. Выявлены наиболее информативные индикаторы геохимической зональности разреза озерных осадков (CIA; группы элементов (Al, Rb, Mg, Na), (Si, K, Fe, Ti), (Cu, Ni, Zn, Ba), (Br); Mn; LOI950), отражающие изменение соотношения мобильных и иммобильных элементов, изменение привноса в озеро аллотигенного материала, биопродуктивности и минерализации водоема. Выводы. Установлена геохимическая неоднородность плейстоцен-голоценовых осадков озера Тургояк, отражающая эпохальную смену климата на рубеже плейстоцена и голоцена и основные этапы развития озера в голоцене.
Практические результаты опытной эксплуатации первого отечественного комплекса ГРП
В статье представлены результаты разработки, комплексных испытаний и опытной эксплуатации первого отечественного флота гидроразрыва пласта (ГРП), созданного АО «Корпорация «МИТ» в условиях необходимости обеспечения технологического суверенитета российской нефтегазовой отрасли при отсутствии полноценного производства оборудования для комплексов ГРП в России. Разработанный флот обеспечивает расход жидкости до 16 м³/мин, концентрацию проппанта 2400 кг/м³, рабочее давление до 105 МПа, включает палубный дизельный двигатель 2950 л.с., пятиплунжерный насос 2500 л.с. и отечественную систему управления. По результатам полевых испытаний на месторождениях Тюменской области проведено 12 успешных операций ГРП с закачкой 4856 м³ жидкости и 1290 тонн проппанта, наработка агрегатов составила 108-296 циклов при нормативе 100 циклов. Экономический анализ демонстрирует высокую народно-хозяйственную эффективность проекта. Созданный флот ГРП не уступает зарубежным аналогам и обеспечивает существенный экономический эффект для нефтесервисных компаний за счёт сокращения операционного времени, экономии проппанта, снижение эксплуатационных затрат, что подтверждает достижение технологического суверенитета в области гидравлического разрыва пласта и возможность серийного производства отечественного оборудования. Проведён детальный анализ структуры российского рынка флотов ГРП показывает, что по состоянию на 2024 год в России эксплуатируется 180 единиц флотов, распределенных между 31 компанией. Более 60% парка эксплуатируется свыше 10 лет при номинальном сроке службы 20 лет, что определяет необходимость масштабного обновления технической базы. Рассчитана прогнозная потребность в новых флотах ГРП до 2030 года на уровне 5-7 единиц ежегодно с учетом замены выбывающего парка и наращивания общего парка и проведена оценка количества операций ГРП – ежегодное количество прогнозируется с 20 тыс. операций в 2023 году до 27 тыс. к 2030 году, что формирует устойчивый спрос на отечественное оборудование.
Сравнительный анализ экобарьерных способностей песчаных отложений прибайкальских территорий (Ольхон, Тажераны)
Актуальность. Заповедные прибайкальские территории с каждым годом все более вовлекаются в индустрию туризма, которая не способствует сохранению их уникальных природных качеств. Для грамотного правового регулирования антропогенной нагрузки и формирования экологической культуры необходимы сведения о способности природной системы к саморегулированию и самовосстановлению и темпах этого процесса. Цель. Исследование проведено для сравнения экобарьерных способностей песчаных отложений Тажеранской степи и острова Ольхон по отношению к агрессивным воздействиям. Методы. Состав образцов песка определен методом порошковой дифракции на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3.0, концентрации породообразующих оксидов определены на волнодисперсионном спектрометре S8 TIGER. В ходе исследования сорбционной способности в статических и динамических условиях контакта песков со средами, имитирующими бытовые стоки, измеряли поверхностное натяжение или электрическую проводимость растворов. Интерпретация результатов коллоидно-химических исследований выполнена с помощью Excel. Результаты и выводы. Несмотря на близость мест отбора в географическом отношении и гранулометрическую схожесть песков, их экобарьерные способности различаются существенно. Пески обнаруживают различную активность по отношению к растворам индивидуальных поверхностно-активных препаратов, представленных анионоактивными олеатом натрия и натриевыми 12/14/16-углеродными органосолями, а также к синтетическим моющим средствам. Во всех случаях оказывается, что промывание песков не приводит к полному очищению. Показано, что сорбционные свойства песков зависят от их минерального состава, образцы ольхонского песка удерживают до 70 % детергентов, тажеранские – до 50 %. Островные пески богаты кварцем и полевыми шпатами (97,5 %) и имеют высокую степень удерживания загрязнений. Вместе с тем для них свойственно более полное очищение при промывании, что в природных условиях соответствует накапливанию загрязнений в нижележащих слоях почвы, биота которых оказывается под угрозой. Особенности минерального состава песков Тажеранской степи проявляются в меньшей поверхностной активности. Опасность присутствия поверхностно-активных веществ в песчаных слоях такого состава связана с их способностью выступать понизителями твердости, способствуя эффектам дезинтеграции. Результаты свидетельствуют, что в условиях запланированной антропогенной нагрузки песчаные отложения могут рассматриваться как индикаторы состояния почвенного покрова при проведении постоянного мониторинга.
Оценка точности численного метода прогнозирования образования асфальтенов в нефтедобывающей скважине
Актуальность исследования заключается в необходимости оценки точности существующих подходов к изучению процесса осаждения асфальтеновых отложений и точного установления термобарических условий их образования. Корректное определение данных условий позволит оптимизировать технологический процесс добычи нефти и обоснованно выбрать метод для снижения интенсивности формирования данного вида отложений, что в свою очередь позволит избежать преждевременных отказов нефтедобывающего оборудования, а также снизить затраты на очистные мероприятия. Цель: проверить точность численного подхода по проведению прогнозной оценки образования асфальтеновых отложений путем подтверждения результатами лабораторных исследований по определению верхней и нижней кривых образования асфальтена на целевом объекте. Методы: проведение лабораторных исследований на специально разработанной лабораторной установке; моделирование на основе компонентного состава нефти в программном продукте «PVTsim». Результаты. С целью проверки точности прогнозной оценки интенсивности образования асфальтеновых отложений при помощи моделирования в ПО «PVTsim» разработана лабораторная установка, позволяющая определить термобарические условия образования асфальтена. Выполнены лабораторные исследования по определению верхней и нижней кривых образования асфальтена. Проведено моделирование верхней и нижней кривой на основе компонентного состава нефти. Расчёты, выполненные с использованием PVT-модели, показывают высокую сходимость с результатами лабораторных исследований. Выводы. Изученный подход по численному моделированию процесса образования асфальтеновых отложений позволяет оценить интенсивность образования органического отложения с погрешностью в 5 %. Дальнейшие исследования на специально разработанной лабораторной установке открывают перспективу для практической оценки эффективности ингибиторов асфальтеносмолопарафиновых отложений в пластовых условиях, что в свою очередь позволит найти наиболее эффективные дозировки химического реагента и сократить эксплуатационные затраты.
Повышение коэффициента извлечения конденсата путём поддержания пластового давления закачкой углеводородных и неуглеводородных газов
Актуальность. Рассматривается проблема повышения эффективности разработки газовых и газоконденсатных месторождений в России с акцентом на необходимость увеличения коэффициента извлечения углеводородов, особенно газового конденсата. Введение технологии поддержания пластового давления с закачкой различных газообразных агентов (углеводородных и неуглеводородных газов) в продуктивный пласт представляется как одно из ключевых решений для повышения извлечения конденсата из газоконденсатных залежей в Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции, который в настоящее время составляет не более 30 %. Цель. Определение оптимальных газообразных агентов нагнетания и схем разработки для объекта ПК18–19, которые позволят увеличить коэффициент извлечения конденсата и газа, а также обеспечить экономическую рентабельность процесса. Методы. Анализ научной литературы, математическое моделирование, статистические методы. Результаты и выводы. Создана композиционная модель эксплуатационного объекта, на основе которой определена эффективность закачки следующих газовых агентов и смесей: сухого газа, азота, диоксида углерода, смеси CH4 и C2H6 (в соотношении 8:2), смеси CH4 и CO2 (1:1), смеси СН4 и NO2 (1:1), смеси NO2 и CO2 (1:1) и смеси CH4, NO2 и CO2 (соотношение 1:1:1). Результаты моделирования показали, что наиболее эффективным агентом для повышения коэффициента извлечения конденсата является диоксид углерода, тогда как азот, несмотря на свою низкую технологическую эффективность, оказался наиболее экономически выгодным вариантом. Работа подчеркивает важность комплексного подхода к выбору газовых агентов для поддержания пластового давления, учитывающего как технологические, так и экономические аспекты, и предлагает рекомендации для нефтегазовых компаний по оптимизации процессов разработки месторождений.