авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 12 |

«КАТАЛОГ ИННОВАЦИОННЫХ РАЗРАБОТОК ПО ПРИОРИТЕТНОМУ НАПРАВЛЕНИЮ «РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ» ВЫПУСК 6 Москва, 2012 ...»

-- [ Страница 8 ] --

Оптимизация и управление процессами эксплуатации скважин сводится, в основном, к управлению режимами работы скважин (контроле и регулированию во времени режимов работы скважин). Целью контроля и регулирования является минимизация доли воды в продукции скважин (максимизация расстояния от ГВК до интервалов перфорации) при сохранении заданных уровней отбора газа и соблюдении технологических ограничений на дебиты скважин и депрессий на пласт.

Создаваемый программный комплекс направлен на расчет оптимальных параметров работы скважин системы «пласт скважина», выбор технологического режима газовых скважин из условия, что пласт и подъемник представляют единую гидродинамическую систему.

Программа применима для месторождений сухого газа, состоящего из углеводородных и неуглеводородных компонентов: N2, CO2, H2S и т.д., и также инертных газов: гелия, аргона, криптона, паров воды, ртути и др.

Данный программный комплекс не требует установления дополнительного компьютерного оборудования, достаточно наличия современного персонального компьютера и системы MS OFFICE, что делает его доступным для использования операторами по добыче природного газа непосредственно на промысле.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Предметом коммерциализации станет программный комплекс по оптимизации и управлению технологическими режимами работы скважин.

В рамках проекта проведено его тестирование и отладка на исходных данных действующих объектов добычи, прилагается листинг программы.

Программа будет отвечать следующим требованиям и характеристикам:

– тип ЭВМ: IBM PC совместимые ПК;

– ОС: Windows 98/2000/XP/Vista/7;

– объем программы: не более 100 Мб.

Комплекс обеспечивает:

– повышение энергоэффективности на 5 10% процесса воздействия на газовый и газоконденсатный пласты по сравнению с применяемыми в настоящее время технологиями;

– вовлечение в разработку дополнительных объемов природного газа месторождений 5 10 %;

– заданный уровень отбора газа при минимальной обводненности скважинной продукции.

Комплекс учитывает технологические ограничения, связанные с безаварийной и эффективной эксплуатацией газовых и газоконденсатных скважин.

Потребителями результатов НИР являются газодобывающие компании, такие как дочерние организации ОАО «Газпром», ОАО «Лукойл», ОАО «НОВАТЭК», ОАО «Роснефть», ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Саханефтегаз», ОАО «Норильскгазром» и т.д.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Открытое акционерное общество «Всероссийский нефтегазовый научно исследовательский институт имени академика А.П. Крылова (ОАО «ВНИИнефть») Адрес: 127422, г. Москва, Дмитровский проезд, д. Телефон: +7 (495) 748 39 Факс: +7 (495) 611 05 Е mail: AMPetrakov@vniineft.ru Web: www. vniineft.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5034.

2. Наименование темы контракта Проведение проблемно ориентированных поисковых исследований и разработка экологически безопасной технологии на основе ультрадисперсных водогазовых систем с использованием попутно добываемого нефтяного газа в целях повышения эффективности разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений.

3. Критическая технология Технология экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы – Проведен аналитический обзор современной научно технической литературы, затрагивающей проблему водогазового воздействия (ВГВ), включая закачку водогазовых смесей, для повышения эффективности разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений за счет увеличения нефтеизвлечения.

Поиск источников проведен по публикациям за последние 10 15 лет – период наиболее активного интереса к разработке и использованию водогазовых смесей в целях повышения эффективности разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений. По результатам анализа современного состояния патентных, теоретических, экспериментальных исследований и промысловых испытаний технологий на основе водогазовых смесей на нефтяных и нефтегазовых месторождениях России и за рубежом выбраны перспективное направление для дальнейших исследований, которое заключаются в разработке технологии совместной закачки воды и газа в виде ультрадисперсных водогазовых смесей, а также оптимальные пути достижения конечного результата работы, обеспечение его высокого технического уровня и патентной чистоты.

В списке цитируемой литературы содержится более 100 источников, в том числе 55.петентов и 56 статей, монографий и т.д.

– Проведено теоретическое обоснование получения стабильных ультрадисперсных водогазовых систем с использованием попутного нефтяного газа (ПНГ) и их влияния на доизвлечение остаточной нефти.

Получены новые результаты, касающиеся механизма прохождения газового пузырька через водонефтяную границу, критической газонасыщенности закачиваемой водогазовой смеси, оценочного значения радиусов диспергированных пузырьков применительно к низкопроницаемым коллекторам, что важно для понимания процессов, происходящих при закачке водогазовых смесей в продуктивный коллектор, и напрямую связано с увеличением коэффициента нефтевытеснения.

– Проведена аналитическая оценка изменения физических свойств водогазовых систем при различных соотношениях «вода газ».

Получен новый результат, показавший, что в зависимости от объемной газонасыщенности водогазовой смеси ее эффективная вязкость может меняться в широком диапазоне и повышаться в несколько сотен раз по сравнению с вязкостью воды. Это, несомненно, положительно скажется на способе доставки водогазовой смеси до продуктивного нефтяного коллектора.

– Проведено экспериментальное моделирование объекта исследований – стабильных ультра дисперсных водогазовых систем с использованием попутно добываемого нефтяного газа.

Получена стабильная УДВС, дисперсность которой определялась на современном уровне с помощью программы ImageScope Color M. Подавляющая часть пузырьков в ультрадисперсной водогазовой смеси имеет размеры в единицы микрон, что меньше сечений поровых каналов пласта – Проведены лабораторные физико химические исследования характеристик ультрадисперсных водогазовых смесей на основе метана и азота в зависимости от различных соотношений «вода газ», термобарических условий, минерализации воды, присутствия ПАВ.

Подобран новый водорастворимый ПАВ отечественного производства НМК 21, повышающий как стабильность, так и термостойкость водогазовых смесей, даже при сверхнизких концентрациях, равных 0,02%. ПАВ НМК 21 способен сохранять свои стабилизирующие свойства при температурах вплоть до 120 °С, что является важным применительно к месторождениям Западной Сибири с высокими пластовыми температурами.

– Проведены лабораторные фильтрационные исследования довытеснения остаточной после заводнения нефти путем закачки водогазовой смеси и чередующихся оторочек воды и газа.

Получены новые результаты, которые не выявили существенного преимущества одного метода над другим с точки зрения увеличения коэффициента вытеснения нефти относительно заводнения.

Прирост коэффициента вытеснения для УДВС и оторочек воды и газа (ВГВ) относительно заводнения составил, соответственно, 8 12 % для моделей пласта с проницаемостями 0,2 и 1,0 мкм2.

Тем не менее, использование УДВС для довытеснения нефти из заводненного пласта оказалось предпочтительнее по сравнению с ВГВ, что проявилось меньшими значениями газового фактора и прорывами свободного газа в выходящей продукции при большей прокачке вытесняющего агента.

– Проведены лабораторные фильтрационные исследования довытеснения остаточной после заводнения нефти чередующимися оторочками воды и газа на низкопроницаемой модели пласта с использованием метана и азота.

Получены новые результаты, которые показали эффективность довытеснения остаточной после заводнения нефти оторочками газа и воды для низкопроницаемых коллекторов. Приросты коэффициента довытеснения остаточной нефти методом ВГВ относительно заводнения при использовании метана составил 11,7 %, а для азота – 7,7 %.

Все фильтрационные исследования выполнены по специально разработанным и протестированным методикам на современном оборудовании, рассчитанном на работу при давлениях до 35 40 МПа и температурах до 300 °С и поддерживающем параметры работы с высокой точностью. Комплексный фильтрационный стенд укомплектован аппаратурой высокого давления, включая автоматические Рисунок 1. Лабораторный фильтрационный стенд:

1 модель пласта, 2 дифференциальный манометр, 3 насос ISCO, 4 термостат, 5 блок противодавления, 6 ручной пресс, 7 образцовый манометр, 8 стеклянный пробоотборник, 9 газовая бюретка, 0 запорный вентиль, 11 вентиль переключатель Рисунок 2. Обобщенный график зависимости коэффициента вытеснения нефти водой и довытеснения остаточной нефти методами ВГВ и УДВС от объема прокачки для экспериментов с проницаемостями 0,2 и 1,0 мкм2 при давлении Р = 25 МПа и Т = 100 °С.

Рисунок 3. Обобщенный график зависимости коэффициента вытеснения нефти водой и довытеснения остаточной нефти методом ВГВ при использовании метана и азота от объема прокачки для экспериментов с проницаемостями 0,045 и 0,047 мкм при давлении Р = 25 МПа и Т = 100 °С насосы ISCO, позволяющие создавать давления закачки до 35 МПа и скорость закачки, моделирующую пластовую, сосуд PVT переменного объема с магнитной мешалкой, насыпные модели пласта длиной 71 см, дифференциальные манометры, запорную и подводящую арматуру SWAGELOК, рассчитанную на давления до 40 МПа. В экспериментах использовались рекомбинированные пробы нефти, моделировались термобарические и коллекторские условия нефтяного месторождения Западной Сибири, региона, где наиболее актуально внедрение технологий водогазового воздействия с использованием попутно добываемого нефтяного газа.

Все перечисленное позволяет считать полученные результаты лабораторных исследований достоверными.

– Проведено гидродинамическое моделирование доизвлечения остаточной нефти ультрадисперсной водогазовой системой, которое осуществлялось с помощью программного пакета CMG STARS.

Особенностью данного симулятора является возможность задавать компонент, который, при растворении в воде, увеличивает ее вязкость и относительные фазовые проницаемости, а также существует возможность задавать реакцию превращения компонента в газ. Особенности механизма поведения водогазовых смесей были выявлены в проведенных теоретических и аналитических исследованиях. Адаптация гидродинамичекой модели проводилась по фильтрационным экспериментам довытеснения остаточной после заводнения нефти чередующейся закачкой воды и газа и УДВС.

В результате моделирования водогазового воздействия КИН в зоне дренирования при заводнении достиг 0,53, а при закачке воды и газа (закачка УДВС и оторочек газа и воды) 0,57. Таким образом, прирост КИН при водогазовом воздействии составил 0,04, накопленная добыча нефти возросла на 7 %, что сопоставимо с результатами промыслового внедрения технологии закачки воды и газа на ряде месторождений России.

– Проведено обобщение и оценка результатов теоретических, аналитических и экспериментальных физико химических и фильтрационных исследований, а также гидродинамического модели рования в сравнении с современным научно техническим уровнем. Проведен анализ выполнения требований Технического Задания Госконтракта на выполненную научно исследовательскую работу и оценка полноты решения проблемно ориентированных задач и достижения постав ленных целей научно исследовательской работы.

Показано, что исследования, определенные Техническим Заданием по Госконтракту, выполнены полностью на высоком научном и техническом уровне. Эффективность полученных результатов подтверждается использованием современного математического аппарата и компьютерных программ, специально созданных и апробированных лабораторных методик, современного оборудования и сравнением полученных результатов с данными других авторов. Кроме того, во всех этапах научно исследовательской работы получены новые результаты, которые в полной мере соответствуют современному научно техническому уровню.

– Разработан проект Руководящего документа на технологию на основе ультрадисперсных водогазовых систем (УДВС) с использованием попутно добываемого нефтяного газа (ПНГ) в целях повышения эффективности разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений.

Показано также современное состояние вопросов утилизации ПНГ и внедрения технологий водогазового воздействия (ВГВ) на нефтяных месторождениях России и проведен анализ нормативно правовых документов, касающихся ПНГ.

– Разработан проект технического задания на опытно технологические работы (ОТР) по разработке экологически безопасной технологии на основе УДВС с использованием ПНГ – Разработана лабораторная технологическая инструкция на технологию на основе УДВС с использованием ПНГ в целях повышения эффективности разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений.

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) По результатам работы подана заявка на изобретение «Способ разработки нефтегазового месторождения с применением водогазового воздействия». Авторы: Крянев Д. Ю., Петраков А.М., Симкин Э.М., Ненартович Т.Л., ОАО «ВНИИнефть», уведомление о поступлении и регистрации заявки 25.10.2012г., № 2011142856.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Результаты, полученные при разработке технологии на основе ультрадисперсных водогазовых систем с использованием попутно добываемого нефтяного газа для повышения эффективности разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений, ориентированы на применение в области нефтегазодобывающей промышленности.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Разработанная технология на основе ультрадисперсных водогазовых систем с использованием попутно добываемого нефтяного газа для повышения эффективности разработки нефтяных и нефтегазовых месторождений является конкурентно способной на мировом рынке. Технология прежде всего будет реализовываться на нефтяных и нефтегазовых месторождениях Западной Сибири, региона, где наиболее актуально внедрение технологий водогазового воздействия с использованием попутно добываемого нефтяного газа, нефтяными компаниями ТНК ВР, ЗАО «Роспан», ОАО «Роснефть», ОАО «РуссНефть», ОАО «Славнефть Мегионнефтегаз» и других.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Рисунок 4. Принципиальная технологическая схема закачки водогазовой смеси с применением насосно бустерной установки:

1 водовод технического водоснабжения;

2 подпорный насос;

3 насосно бустерная установка;

4 газопровод от источника газа;

5 дожимной компрессор;

6 регулятор давления;

7 водораспределительный блок (ВРБ);

8 нагнетательные скважины;

9 блочная дозаторная установка типа Бр Рисунок 5. Принципиальная технологическая схема закачки водогазовой смеси с использованием эжектора на устье скважины:

1 КС УКПГ;

2 блок кустовой насосной станции;

3 газораспределительный блок;

4 водораспределительный блок;

5 емкость с ПАВ;

6 дозиаторный насос;

7 линия подачи ПАВ;

8 линия подачи высоконапорного газа;

9 линия подачи ПАВ;

10 подпорный насос, 11 эжектор, 12 скважина нагнетательная Рисунок 6. Технологическая схема с использованием эжектора на забое скважины:

1 БКНС (блочно кустовая насосная станция);

2 ВРБ (водораспределительный блок);

3 нагнетательный водовод;

4А, 4Б и 4В нагнетательные скважины;

5, 5` НКТ;

6 эжектор, установленный в НКТ на забое;

7, 7` пакер;

8 межтрубное пространство;

9 ГРБ (газораспределительный блок);

10 ЗУ;

11 сепаратор отстойник;

12 блок насосов;

13 сепаратор каплеуловитель;

14 газопровод;

15 блок дозирования ПАВ;

16 факельная установка;

17 продуктивный пласт;

18 линия подачи газа в систему газосбора Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела имени Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) Адрес: 630091, г. Новосибирск, Красный проспект, д. Телефон: +7 (913) 745 30 Факс: +7 (383) 335 96 Е mail: ss3032@yandex.ru Web: www.misd.nsc.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5035.

2. Наименование темы контракта Проведение исследований и разработка прототипа экологически безопасной технологии добычи метана из угольных пластов и подстилающих горных пород в шахтных условиях.

3. Критическая технология Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы Проект направлен на проведение поисковых исследований в области экологически безопасной разработки газоносных угольных пластов. Цель проекта – разработка научных основ эффективной технологии добычи метана в шахтных условиях. В ходе выполнения проекта определены задачи исследований, технические решения и схемы оборудования. Предложены и численно обоснованы способы управления гидроразрывом, оценки напряженного состояния горных пород, герметизации скважин. Показана целесообразность проектирования сеток дегазационных скважин с учетом массированного применения разрывов. Разработаны и реализованы алгоритмы численного моделирования разгрузки напряженного состояния и добычи метана при гидроразрыве углепородного массива. Показано, что наибольшую эффективность обеспечивает слияние трещин в единый разрыв вдоль простирания пласта. Для проектирования таких трещин разработан алгоритм расчета траектории синхронного гидроразрыва группы параллельных скважин. Показана целесообразность импульсного режима гидроразрыва с высоким темпом подачи жидкости в трещины. Разработана эскизная техническая документация, изготовлен и испытан экспериментальный образец оборудования.

Разработаны рабочая жидкость гидроразрыва на основе пеногеля с малым остаточным объемом жидкой фазы и лабораторный регламент процесса ее получения. Разработаны методики выполнения направленного гидроразрыва и барьерного экранирования скважин.

Проведены обобщение и оценка полученных результатов, разработаны предложения и рекомендации по внедрению разработанного способа извлечения метана в практику подземной разработки угольных месторождений. Разработаны проекты технического задания на ОКР «Разработка технического комплекса добычи метана из угольных пластов и вмещающих горных пород в шахтных условиях с применением направленного гидроразрыва» и ОТР «Разработка технологии добычи метана из угольных пластов и вмещающих горных пород в шахтных условиях с применением направленного гидроразрыва», а также проект инструкции по дегазации углепородного массива с применением направленного подземного гидроразрыва и барьерного экранирования дегазационных скважин.

Полученные результаты обеспечивают повышение эффективности подземной дегазации угля и разработку технологии добычи метана с основными характеристиками: содержание метана на Секция пакера экспериментального образца Секция коаксиального трубопровода эксперимен оборудования для интенсификации притока метана тального образца оборудования для интенсификации из углепородного массива методом направленного притока метана из углепородного массива методом подземного гидроразрыва направленного подземного гидроразрыва выходе скважин не менее 90 об.%;

снижение продолжительности дегазации угольного пласта не менее чем на 15%;

снижение выбросов шахтного метана в атмосферу, затрат на его утилизацию и бурение дегазационных скважин не мене чем в 2 раза.

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) В ходе выполнения проекта оформлены заявки на изобретение №2012141553 от 27.09. «Способ герметизации дегазационных скважин», РФ и №2012141554 от 27.09.2012 «Способ направленного гидроразрыва массива горных пород», РФ.

Новизна технических решений состоит в разработке новых эффективных способов интенси фикации дегазации угольных пластов вне зон влияния очистных работ и герметизации дегазационных скважин, в создании жидкостей разрыва с малым объемом жидкой фазы, обеспечивающих в совокупности увеличение производительности предварительной дегазации при одновременном снижении удельных затрат на добычу метана. Технологические возможности разработки позволяют комбинировать шахтный разрывы продольного и поперечного типов, управлять параметрами трещин, измерять напряженное состояние горных пород, создавать воздухонепроницаемые экраны и дегазационные сетки сложной конфигурации, что превышает параметры существующих комплексов шахтного гидроразрыва, определяющих мировой уровень в области подземной добычи метана.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, от расли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инно вационная продукция) Результаты работ могут быть использованы в горном деле в геотехнологических способах подземной добычи полезных ископаемых при решении задач дега зации газоносных горных пород, извлечения и закачки пластовых флюидов, разрушения горных пород, их осушения и разгрузки от сжимающих напряжений.

Использование полученных результатов обеспечит Пример использования макета программного повышение эффективности извлечения угольного метана, обеспечения для проектирования создания увеличение степени и снижение сроков предварительной дегазационной сетки с использованием управляемого продольного гидроразрыва дегазации разрабатываемых угольных пластов вне зон влияния очистных работ. Полученные решения обеспечивают научную основу для выполнения ОКР и ОТР по созданию эффективной техно логии добычи метана в угольных шахтах, а также способствуют разработке новых методов и технических решений воздействия на массив горных пород.

Потенциальным потребителем продукции являются угольные шахты открытого акционерного общества «Сибирская угольная энергетическая компания». Продукция предназначена для модернизации технологий предварительной дегазации газонасыщенных угольных пластов, разра батываемых шахтным способом. Применение разработанных методов и их аппаратная реализация в угледобывающей промышленности обеспечат снижение выбросов шахтного метана в атмосферу и улучшение эко логической обстановки в угледобывающих регионах, а также снижение затрат на утилизацию шахтного метана.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение Образцы рабочей жидкости подземного гидроразрыва лицензионных договоров, создание предприятия, необ угольных пластов на основе ходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) пеногеля с проппантом с На основе полученных результатов интеллектуальной деятельности 25% остаточным объемом в течение 3 лет могут быть выполнены ОКР и ОТР и создана технология жидкой фазы добычи метана в угольных шахтах с прогнозным объемом добычи и реализации метана не менее 100 млн. куб. метров в течение 5 лет и с предполагаемые сроком окупаемости затрат на НИОКР и внедрение 3 года. Возможной формой коммерциализации ожидаемых результатов является организация производства оборудования и выполнения сервисных услуг по добыче угольного метана с образованием научно производственной компании.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

(НИТУ «МИСиС») Адрес: 119049, г. Москва, Ленинский проспект, д. Телефон: +7 (495) 638 44 Факс: +7 (495) 638 44 Е mail: visamiguin@yandex.ru Web: www.misis.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5036.

2. Наименование темы контракта Исследование и моделирование гидродинамических эффектов в многофазных потоках для интенсификации процессов флотации.

3. Критическая технология Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы Целью работы явилось определение и моделирование области устойчивого проявления гидродинамических эффектов (ГЭ), которые при определенных значениях параметров движения трехфазных потоков обеспечивают повышение скорости и (или) селективности флотации. ГЭ включают гидродинамический режим (ГР) или гидродинамическое воздействие (ГВ).

Новым в развиваемом подходе являлось рассмотрение флотационной машины не только как аппарата с высокими техническими характеристиками по производительности, расходу электроэнергии и т.д., но и как аппарата, существенно влияющего на скорость и селективность флотации за счет использования закономерности проявления ГЭ, т.е. влияющего на технологический режим.

Основным способом достижения цели было создание экспериментального образца многозонной флотационной машин (МФМ), в котором преимущество МФМ перед другими типами флотомашин достигалось за счет выполнения основного принципа: не совместимые по гидродинамическим условиям процессы аэрации пульпы и минерализации пузырьков, а также отделения пузырьков в пену должны происходить в пространственно обособленных зонах, что не достижимо в других типах флотомашин, т.к. эти процессы в них идут одновременно в одном объеме.

Новые технологические свойства МФМ обеспечивались за счет последовательного расположения зон по высоте, в каждой из которых устанавливали оптимальный гидродинамический режим.

Различные модификации МФМ могли содержать от 4 до 6 зон в зависимости от цели применения.

Разработан проект технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка и внедрение в промышленное производство головного образца многозонной флотационной машины», а так же согласовано с корпорацией «Металлы Восточной Сибири» проведение его испытаний на опытно промышленной установке по переработке труднообогатимых руд Озерного месторождения.

Результаты сравнительных испытаний МФМ с импеллерными флотомашинами на четырех типах руд, имеющих различную контрастность флотационных свойств для флотационного разделения подтвердили полное соответствие заявленным в ТЗ (п. 8.1 ТЗ) технико экономическими показателям.

На золе Каширской ГРЕС при одинаковом реагентном режиме и выходе концентрата МФМ обеспечивала по сравнению с лабораторной механической машиной 237 ФЛ А повышение качества угольсодержащего концентрата на 3,4 % и извлечения на 3,2 %, а так же увеличение удельной скорости флотации частиц угля (г/см2мин) – в 130 раз.

На кварц полевошпатном продукте при одинаковом реагентном режиме МФМ обеспечивала по сравнению с опытно промышленной установкой на основе механических флотомашин повышение качества концентрата на 9,9 % и извлечения полевых шпатов на 7,2 %;

при снижении необходимого объема камер в 6 раз, удельного (на м3) расхода электроэнергии в 4 раза;

и металлоемкости – в 6 раз.

Введение в промышленность машин типа МФМ позволит повысить самоокупаемость, а в некоторых случаях, выйти на самоокупаемость горнодобывающего сектора. Эти преимущества позволяют организовать производство мобильной платформы, которая будет способна заменить собой отдельную стадию флотации. На данном этапе развития промышленности малая себестоимость установки позволяет эффективно конкурировать с аналогами и машинами традиционного типа.

Предварительные расчеты свидетельствуют о высокой финансовой отдаче проекта, так как показатель NPV за один год только для одной установки составляет минимум 30,3 % при умеренно высокой ставке дисконтирования в 20 %. Необходимые минимальные финансовые вливания составляют 3,5 млн. руб. (производство 1 установки). Полученная чистая прибыль может быть вложена в дальнейшее развитие производства с целью удешевления производства нестандартных деталей (камера, аэратор и т.д.).

Таким образом, доказано повышение скорости и селективности флотации в МФМ по сравнению с традиционными импеллерными машинами при снижении необходимого числа аппаратов, потребления электроэнергии и металлоемкости. Поэтому целесообразно продолжение работ по созданию головного образца МФМ на стадии ОКР.

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) Объектом интеллектуальной собственности явилась пневматическая многозонная флотационная машина, в которой обеспечивалось повышение скорости и селективности флотации за счет последовательного распо ложения зон по высоте, в каждой из которых устанавливали оптимальный гидродинамический режим. Различные модификации МФМ могли содержать от 4 до 6 зон в зависимости от цели применения.

Разработанная конструкция имеет свою нишу в области пневматических машин за счет применения проточных зон для осуществления ультразвуковых и гидродинамических воздействий в составе МФМ, которые позволили повысить селективность процесса флотационного разделения.

До проведения данной темы на конструкции МФМ было зареги стрировано 3 патента и 1 заявка, правообладателями которых является НИТУ «МИСиС»: Патент на изобретение RU2214871;

Патент на изобретение RU2275968;

Патент на изобретение RU2281810;

Заявка на изобретение RU2008121419.

При выполнении данного проекта было подано две заявки с названием «Пневматическая флотационная машина», в которых новыми зонами явились приспособления для ускорения расслоения трехфазного потока, выходящего из реактора на две струи. Первая преимущественно состоит из пузырькового потока с минерализованными частицами, а вторая из частиц неизвлекаемых минералов. Предложена также зона для образования аэрофлокул, в которой интенсифицируется процесс флотации.

Таким образом доказано повышение скорости и селективности флотации в МФМ по сравнению с традиционными импеллерными машинами при снижении необходимого числа аппаратов, потребления электроэнергии и металлоемкости. Поэтому целесообразно продолжение работ по созданию головного образца МФМ на стадии ОКР.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция Процесс флотации применяется практически во всех отраслях народного хозяйства как одна из стадий энергосберегающих экологически безопасных технологий. Флотацией обогащается более 2 миллиардов тонн минерального сырья и очищается более 100 млрд.м технических вод в год.

Технико экономические показатели флотационной технологии переработки минерального сырья зависит от правильного выбора и расчета флотомашин и их компоновки.

Флотационная очистка стоков промышленной канализации применяется как вторая стадия в общей схеме очистных сооружений.

Экономически эффективным оказалось использование флотационной очистки на нефтехимических, машиностроительных, пищевых, комму нальных и текстильных предприятиях, на водоканале.

В области переработки твердых полезных ископаемых ожидается достичь повышения скорости флотации до 2 3 раз и селективности разделения минеральных компонентов на 5 10 %.

В области очистки промышленных вод ожидается достижение повышения степени очистки от нефтепродуктов на 5 7 % и взвешенных веществ на 8 10 %, степени концентрации извлекаемых примесей до раз за счет уменьшения выхода воды до 1 % с пенным продуктом.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необхо димый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Проект направлен на создание флотомашин простой конструкции, которую возможно практически полностью собирать из покупных изделий: насос, эжектор, труба, емкость, запорная арматура, стандартные средства автоматизации. Рыночная стоимость МФМ будет более чем в два раза меньше стоимости флотомашин других типов аналогичной производительности.

К конкурентным преимуществам МФМ относятся малые габариты, высокая производительность, снижение энергопотребления до 4 раз и металлоемкости до 6 раз. Эти преимущества позволяют создать мобильную платформу, которая будет способна заменить собой отдель ную стадию флотации. На данном этапе развития промышленности малая себестоимость установки позволяет эффективно конкурировать с зарубежными аналогами и флотомашинами традиционного типа.

Предварительные расчеты свидетельствуют о высокой финансовой отдаче проекта, так как показатель NPV за один год только для одной установки составляет минимум 30,3 % при умеренно высокой ставке дисконтирования в 20 %. Необходимые минимальные финансовые вливания составляют 3,5 млн. руб. (производство 1 установки).

Полученная чистая прибыль может быть вложена в дальнейшее развитие производства с целью удешевления производства нестандартных деталей (камера, аэратор и т.д.).

Необходимый объем инвестиций для производства 10 штук МФМ в год составит 35 млн.руб в 2013 году и 35 млн.руб. в 2014 году.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Федеральное бюджетное учреждение науки Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук (ГоИ КНЦ РАН) Адрес: 184209, Мурманская область, г. Апатиты, ул. Ферсмана, д. Телефон: +7 (815 55) 7 43 42, 79 520, 79 Факс: +7 (815 55) 7 46 Е mail: root@goi.kolasc.net.ru, steffi21@yandex.ru Web: www.goikolasc.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5038.

2. Наименование темы контракта Разработка экологически безопасных технологий добычи железосодержащих руд месторождений Кольского горнопромышленного комплекса (ГПК) в соответствии с концепцией карьеров нового поколения и переработки добываемого сырья с созданием образцов новой техники.

3. Критическая технология Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы Цель проекта: Разработка технологических основ и технических средств для экологически безопасной добычи и переработки рудных полезных ископаемых, обеспечивающих увеличение полноты и комплексности использования основного рудного минерального сырья, а также социально ориентированное, устойчивое и безопасное развитие горнодобывающих комплексов на основе инновационных решений.

В рамках выполняемой НИР, проведены исследования и создан научно технический задел в области разработки месторождений открытым способом.

– Проведен анализ состояния исследований по проблеме конструирования борта карьера с уступами, имеющими вертикальные откосы, при открытых горных работах в скальных массивах и обоснование применения.

– Создана компьютерная пространственная модель Ковдорского месторождения железосодержащих руд и карьерного пространства на примере рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» на основе программного комплекса «МineFrame».

Для создания геомеханической модели прикарьерного пространства проведен анализ структурной изученности массива и произведено районирование карьерного пространства с выделением инженерно геологических секторов.

– Разработаны конструкции борта карьера с применением уступов, имеющих вертикальные откосы.

Выполнена оценка параметров карьера с такими конструкциями и определены технологические положения по их применению на примере конечного контура карьера рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК».

– Проведена оценка устойчивости бортов по секторам с учетом инженерно геологических особенностей строения массива горных пород.

Определены общие принципы расчёта устойчивости борта карьера. Проведен анализ и обобщение физико механических свойств горных пород, анализ напряжённо деформированного состояния массива горных пород. Определен рейтинг массива пород в соответствии с геомеханической классификацией MRMR по выделенным инженерно геологическим секторам (на примере пород Ковдорского месторождения).

Разработаны критерии оценки условий применения конструкции бортов с уступами, имеющими вертикальные откосы, на горнодобывающих предприятиях России.

Исходя из анализа проблемы сделано обоснование способов повышения промышленной и экологической безопасности при ведении открытых горных работ:

– создание полимерного покрытия на откосах уступов, поставленных в конечное положение, для уменьшения интенсивности выветривания горных пород;

– создание дернины на предохранительных бермах для повышения буферных свойств берм и связывания свободнолежащих камней на бровках откосов.

В условиях лабораторного моделирования изучено влияние разрушающих факторов выветривания при определении морозостойкости, водостойкости, кислотостойкости, солестойкости и атмос феростойкости на образцах различных пород. Показано, что все образцы под полимерным покрытием сохраняют первоначальную форму и исходный минеральный состав. Существенных признаков разрушения поверхности не обнаружено. Потеря массы и снижение предела прочности у образцов под покрытием значительно меньше, чем у образцов без покрытия. Все образцы, прошедшие испытания без покрытия, имеют значительные изменения поверхности, характеризующиеся появлением глубоких трещин, выкрашиванием минеральных зерен, появлением новообразованных фаз.

Методом имитационного компьютерного моделирования исследованы процессы осыпания камней в условиях новых параметров карьера. При разработке моделей рассмотрены два типа подстилающей поверхности на предохранительных бермах уступов поставленных в конечное положение: без дернины и при наличии дернины. Показано, что наличие дернины обеспечивает полное удержание падающих с откосов камней.

Разработаны критерии оценки эффективности предлагаемых способов повышения промыш ленной и экологической безопасности при ведении открытых горных работ: степень нарушенности рудовмещающих горных пород под воздействием факторов выветривания, выражаемая потерей массы и уменьшением предела прочности образцов;

вероятность вылета камней за пределы бермы и кинетическая энергия вылетающих камней, полученные методом имитационного моделирования, для оценки буферных свойств предохранительных берм;

температурный градиент над разными подстилающими поверхностями на бермах, создающий условия для естественного очищения атмосферы внутрикарьерного пространства, и другие критерии.

На основании лабораторных и полевых исследований в условиях действующего карьера разработан регламент на:

– создание полимерного покрытия на откосах уступов, поставленных в конечное положение, для уменьшения интенсивности выветривания горных пород;

приведены параметры режимов создания полимерного покрытия;

– создание дернины на предохранительных бермах для повышения буферных свойств берм и связывания свободнолежащих камней на бровках откосов – приведены нормы высева трав и расхода стартовых минеральных удобрений при создании дернины без нанесения плодородного слоя.

В области переработки железорудного сырья:

– Проведен анализ и обоснование методов и технологий получения железорудного и бадделеитового концентратов из комплексных железосодержащих руд.

Установлено, что флотационный метод обогащения является одним из основных способов снижения содержания лимитирующих примесей в железорудном концентрате. Флотация сульфидов из магнетитовых концентратов позволяет снизить содержание серы в концентрате.

– Определены методы и условия активации сульфидсодержащих минералов при их флотации из железосодержащих руд. Выявлены основные условия флотации пирротина из магнетитового концентрата.

– Определены технологические параметры процесса флотационного извлечения сульфидов, обеспечивающего получение железорудного концентрата с пониженным содержанием серы – проведены исследования по флотационному выделению сульфидов из ковдорского железорудного концентрата. Установлены оптимальные технологические параметры процесса флотации сульфидов. Разработан эффективный реагентный режим флотации сульфидов.

– Установлены закономерности поведения частиц бадделеита различной крупности в процессах гравитационного обогащения комплексных железосодержащих руд.

– Проведен анализ гранулометрических характеристик продуктов обогащения гравитационного передела ОАО «Ковдорский ГОК» и выявлены основные недостатки действующей технологии.

Разработаны технологические решения повышения извлечения бадделеита из комплексных железосодержащих руд.

– Предложено разделение по крупности исходного сырья на два потока – грубозернистый и тонкозернистый и обогащение этих потоков по различным технологиям, обеспечивая оптимальные режимы сепарации.

– Разработаны технологические решения повышения извлечения диоксида циркония в черновой бадделеитовый концентрат.

– Предложены технологические решения по стадиальному выделению концентрата тонких фракций с высокой массовой долей железа на начальных стадиях магнитной сепарации, повышающие конечные показатели обогащения.

– Разработана гравитационная технология получения гематитового концентрата из промпродукта немагнитных фракций основной магнитной сепарации с выделением отвального продукта на начальных стадиях процесса.

– Проведены анализы существующих методов снижения потребления энергоресурсов при переработке железосодержащих руд, изучение вещественного состава перерабатываемых руд и обоснование выбора технологических схем обогащения.

Для обеспечения возможности получения отвального продукта и готового магнетитового концентрата рекомендовано использовать метод магнитно гравитационной сепарации.

– Проведено аналитическое и численное моделирование технологических процессов переработки железистых кварцитов руд Заимандровской группы месторождений для создания новых образцов аппаратов с привлечением созданной CAE (CFD) модели потока ферромагнитной суспензии в магнитном поле. Установлены распределения скоростей и концентраций отдельных фаз и намечены направления модернизации существующей конструкции МГ сепаратора путем включения дополнительных конструктивных элементов. Физическое моделирование необходимо для установления адекватности созданной CAE (CFD) модели.

– Разработан проект технического задания на проведение ОКР «Создание высокоэффективного обогатительного оборудования для производства железорудных концентратов из железистых кварцитов».

– Проведены патентные исследования с целью определения мирового технического уровня и проверки патентной чистоты технических решений в рамках исследований.

Проведена технико экономическая оценка:

– Разработанных практических рекомендаций по повышению эффективности переработки комплексных железных руд;

– Применения на Ковдорском железорудном месторождении конструкции борта карьера с уступами, имеющими вертикальные откосы и способов закрепления вертикальных уступов карьеров.

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) Получен РИД «Технология добычи и переработки железосодержащих руд», которая позволяет повысить эффективность производства железорудных концентратов из железистых кварцитов за счет снижения энергозатрат при его получении и повышения извлечения полезных компонентов.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Результаты проведенной НИР могут быть использованы на стадиях опытно конструкторских и опытно промышленных испытаний.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Полученные результаты показывают высокие технологические возможности разработок и обеспечивают их готовность к практической реализации.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный горный университет»

(МГГУ) Адрес: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д. Телефон: +7 (499) 230 24 47, +7 (926) 380 52 Факс: +7 (499) 230 27 Е mail: kartavyi@mail.ru Web: msmu.ru 1. Номер государственного контракта 16.515.11.5047.

2. Наименование темы контракта Создание основ технологии комплексно механизированной безвзрывной выемки пластовых твердых полезных ископаемых на основе вибрационных воздействий.

3. Критическая технология Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы В результате НИР выбраны и обоснованы: технология безвзрывной выемки твердых полезных ископаемых сверхузкими полосами (шириной 0,3 м) из пластовых месторождений, в частности, угля при подземной его разработке, и комбинированный щелевой способ разрушения забоя с применением вибрационных воздействий на породу, заключающийся в прорезании вдоль забоя опережающей щели с последующим взламыванием образуемых щелью породных целиков (рисунок 1). При этом за счет проявления отжима горных пород в призабойной зоне пласта и выбранного комбинированного способа разрушения снижается удельная энергоемкость и улучшаются другие показатели работы механизи рованных выемочных комплексов.

Проведены экспериментальные исследования различных макетов рабочих органов (РО) вибрационного принципа действия для высокоскоростного выемочного агрегата (ВСА), по результатам которых доработан экспериментальный стенд (рисунок 2) и откорректирована техническая документация;

сделано обобщение и проведена оценка полученных результатов;

разработаны рекомендации по использованию результатов проведенных НИР в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и НИОКР;

разработан проект технологического регламента выемки полезных ископаемых механизированными комплексами на базе ВСА;

проведена технико экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов;

даны рекомендации и предложения по использованию результатов проведенных НИР в реальном секторе экономики;

разработан проект технического задания для проведения ОКР по разработке ВСА В результате выполненных НИР определены и обоснованы технические параметры и конструктивная схема ВСА – основы механизированного комплекса, реализующего узкополосную технологию разработки угольных пластов, в том числе в сложных горно геологических условиях.

Инновационная идея создания ВСА заключается в использовании в его конструктивной схеме преимуществ и в устранении недостатков струговой и комбайновой выемки полезных ископаемых.

В сравнении с параметрами эксплуатируемых комбайнов многократно увеличены режимные параметры ВСА: скорость подачи до 30 м/мин и скорость резания до 10 м/с. Благодаря этому, несмотря на значительное уменьшение захвата до 0,3 м, теоретическая производительность ВСА не только не уменьшается, но и увеличивается.

В схеме ВСА обосновано применение цепной системы подачи с одним (или двумя) вынесенным на штрек приводом подачи и облегченной перемещаемой по раме конвейера вдоль лавы режущей частью, включающей приводной электропривод и смежный рабочий орган, выполняющий функцию разрушения. Погрузка отбитой горной массы на конвейер осуществляется специальным погру зочным лемехом конвейера, перемещаемым на забой гидродомкратами механизированной крепи.

В результате исследований применительно к ВСА получено значительное число новых выводов и технических предложений, в т. ч.:

1) Для комбинированного РО без вибраций существуют минимумы удельных энерго затрат и максимумы теоретической про изводительности ВСА в диапазоне захвата 0,2…0,3. Численные значения минимумов и максимумов зависят ли нейно от сопротивляемости разрушаемой породы резанию.

2) Повышение режимных параметров ско ростей подачи и резания ВСА позволяет существенно уменьшить как внешнюю, так и внутреннюю динамику агрегата по сравнению с существующими комбай нами. При этом уменьшаются амплитуды колебаний скорости подачи в связи с упругостью тяговой цепи. Частоты коле баний нагрузок в динамических системах Рисунок 1. Расчетная схема РО, состоящего из привода РО и системы подачи смещаются режущего диска, прорезающего опережающую щель, в зарезонансные режимы колебаний. и клинового устройства, скалывающего целик:


Для исследования эффекта от наложения 1 режущий диск;

2 резцы;

3 приводной вал;

4 коническая шарошка;

5 целик вибрационного воздействия режущего инстру мента на забой разработаны оригинальные кон струкции узлов универсального эксперимен тального стенда, включающие:

– модели рабочих органов для резания образцов разнообразных твердых полезных ископаемых с различными механическими свойствами;

– привод РО и приводной эксцентриковый вал, создающий посредством карданного вала радиальные колебания РО и его рабочего инструмента;

– специальные опоры для РО и эксцентрикового Рисунок 2. Кинематическая схема привода РО вала.

экспериментального стенда:

В итоге НИР разработаны следующие новые 1 РО, 2 резцы, 3 эксцентриковый вал во втулке РО, научно технические решения: 4 карданный вал, 5 подшипниковые опоры, 1) Конструктивные схемы двух полно 6 и 6' лепестковые муфты, Д и Д электродвигатели привода РО (100…1000 об./мин) и привода масштабных комбинированных РО, 1 эксцентрикового вала (1000 об./мин), обоснованные экспериментальными V иV скорости продольной и поперечной подачи пр пп исследованиями их макетов на стенде:

а. основной РО с вибрационным воздействием его рабочего инструмента на разрушаемый забой полезного ископаемого и вмещающих пород;

б. РО для разработки угольных пластов, содержащих прослойки из крепких пород или (и) линзообразные и другие прочные включения;

в. реверсивный РО, используемый при движении ВСА в обоих направлениях вдоль лавы и не требующий перестановки рабочего инструмента;

2) Конструктивные схемы устройств для скалывания образуемых комбинированным РО подрезанных целиков;

3) Эксцентриковый механизм для генерирования радиальных колебаний рабочего инструмента и РО;

4) Конструктивные схемы устройств для скалывания оставляемых РО неровностей («гребешков») на почве и кровле и выравнивания последних;

5) Лемеховое устройство (лемех), с помощью которого производится погрузка «отбитого»

(разрушенного) полезного ископаемого на забойный конвейер при его передвижке гидродомкратами крепи на забой;

6) Конструктивные схемы опор качения ВСА для опирания на забойный конвейер и перемещения по нему ВСА.

Указанные выше конструкции оригинальны как по принципу действия, так и по конструктивному исполнению. Многовариантность разработок РО обусловлена разнообразием физико механических свойств добываемых полезных ископаемых и горно техническими требованиями горных производств.

Исследованиями установлено, что применение вибраций РО позволяют в 1,5 2,0 раза снизить энергоемкость разрушения полезных ископаемых, существенно уменьшить установленную мощность приводов выемочных агрегатов и увеличить производительность механизированных комплексов при выемке полезных ископаемых.

По сравнению с современными РО выемочных комбайнов, производящими разрушение полезного ископаемого в забое до мелких фракций с высоким выходом штыба и пылеобразованием, в связи с чем высоки удельные энергозатраты и металлоемкость комбайнов, предлагаемые научно технические решения резко снизят энергопотребление и улучшат показатели энерго и ресурсоэффективности.

При этом наука получит новые закономерности процесса разрушения массива полезного ископаемого и новый подход к конструированию и созданию новых механизированных комплексов оборудования.

По результатам НИР предложены новые технологии ведения горных работ:

1) узкополосная технология выемки угля с помощью ВСА с захватом 0,2…0,3 м и скоростью подачи до 30…45 м/мин, сочетающая преимущества стругов и комбайнов при устранении присущих им недостатков, сдерживающих интенсификацию выемки угля из маломощных пластов;

2) щелевой безвзрывной способ разработки угольных пластов, обеспечивающий наряду с узкополосной технологией снижение удельных энергозатрат по сравнению со сплошным резанием горной породы примерно в 2 раза за счет работы выемочного агрегата в зоне отжима угля давлением вышележащих горных пород кровли и увеличения кусковатости добытого угля;

3) технология вибрационного воздействия рабочего инструмента (вибрационного резания) на горную породу, обеспечивающая значительное в 1,5 2,0 раза снижение удельных энергозатрат на процесс резания.

Использование при разработке маломощных пластов полезных ископаемых разработанных технологий и щелевого способа разрушения с вибрационными воздействиями рабочего инструмента могут значительно в 2 3 раза снизить энергозатраты выемочных агрегатов и привести к рентабельной разработке маломощных пластов, обеспечив конкурентоспособность на мировом рынке добываемых из них полезных ископаемых, в первую очередь угля.

Таким образом, достигнутые результаты соответствуют обозначенным в цели НИР, а по некоторым показателям их превышают.

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) 1) Подана заявка на изобретение: Исполнительный орган горной машины (заявка № от 30.09.2011, авторы: Серов В.А., Картавый Н.Г., Дмитрак Ю. А., Картавый А.Н.).

Изобретение предназначено для разрушения ВСА полезных ископаемых при добыче, например, угля, сланцев, каменных солей и известняков подземным и открытым способами.

Исполнительный орган – комбинированного типа, состоит из диска с размещенными на его периферии рабочим инструментом и скалывателями для разрушения образуемых диском породных целиков при прорезании им вдоль лавы опережающей щели. Скалыватели представляют собой ударники в виде цилиндриков с конической поверхностью для контакта с разрушаемыми целиками, размещены в стаканах, установленных по окружности на диске РО. Ударники под действием рабочей жидкости – воды, циклически подаваемой к ним под давлением, разрушают породные целики на крупные куски.

Предлагаемый исполнительный орган ВСА обеспечивает увеличение крупности добытого полезного ископаемого и снижение энергозатрат.

2) Подана заявка на изобретение: Стенд для испытаний моделей рабочих органов горных машин (заявка № 2012116407 от 24.04.2012, авторы: Дмитрак Ю.В., Маслов М.И., Картавый А.Н., Картавый Н.Г., Серов В.А., Зотов В.В., Еремин Д.В., Харитонов А.О., Дмитрак А.Ю.).

Изобретение предназначено для фиксации мощности, потребляемой приводами РО, механизма подачи породного блока и эксцентрика, раздельно генерирующего радиальные вибрации РО, при вибрационном и обычном разрушении горных пород в лабораторных условиях и является техническим решением, позволяющим испытывать различных размеров и назначений вращающиеся модели рабочих органов машин с учетом вибрационных воздействий.

Стенд для испытания моделей рабочих органов горных машин включает автономные приводы исполнительного органа и подающей части в виде каретки, перемещающейся в продольном и поперечном направлениях относительно опорной рамы стенда. Подвижная каретка несет на себе короб для размещения и закрепления блоков разрушаемого полезного ископаемого или блоков, имитирующих свойства горных пород по своим физико химическим и механическим параметрам, близким к полезному ископаемому.

Для замеров потребляемой мощности приводами в процессе экспериментов применялись цифровые ваттметры, подающие сигналы на монитор компьютера, а для регистрации вертикальных и горизонтальных колебаний РО акселерометры. Система включала блоки сбора данных и обработки результатов измерений, а также датчики крутящих моментов.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Полученные результаты могут быть использованы в машиностроении при проектировании новых горных машин и оборудования, предназначенных для добычи различных твердых полезных ископаемых в сложных горно геологических условиях.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Коммерциализация проектом не предусмотрена.

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Открытое акционерное общество «Научно исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела – Межотраслевой научный центр ВНИМИ»

(ОАО «ВНИМИ») Адрес: 199106, г. Санкт Петербург, линия 22 я, дом 3, корп. 3, литера В Телефон: +7 (812) 327 21 20, +7 (812) 321 84 85, +7 (812) 320 03 Факс: +7 (812) 321 95 Е mail: vnimioao@yandex.ru, labust@mail.ru Web: www.vnimi.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5048.

2. Наименование темы контракта Разработка технологических решений по интенсивной отработке глубоких карьеров с максимальными углами устойчивых бортов.

3. Критическая технология Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы В результате выполнения контракта разработаны технологические основы интенсивной ресурсосберегающей добычи твердых полезных ископаемых при максимальных углах устойчивых бортов глубоких карьеров в сложных горно геологических условиях, включая районы природной и техногенной сейсмической активности, включающие в себя:

– методику расчета технологических параметров бортов глубоких карьеров, основанную на применение разработанных интегральном методе расчета параметров бортов глубоких карьеров и новом методе учета сейсмического фактора;

– программное обеспечение для расчета параметров бортов глубоких карьеров с учетом сейсмического фактора;

– технологические рекомендации по интенсивной отработке глубоких карьеров с максимальными углами устойчивых бортов, в том числе в сейсмоопасных районах;


– методику ведения сейсмического, маркшейдерского и гидрогеологического мониторинга.

Разработанные технологические основы интенсивной ресурсосберегающей добычи твердых полезных ископаемых при максимальных углах устойчивых бортов глубоких карьеров в сложных горно геологических условиях, включая районы природной и техногенной сейсмической активности имеют ряд преимуществ перед существующими технологиями, в том числе:

– расчет параметров устойчивых бортов глубоких карьеров, основанный на строгом решении уравнений предельного равновесия;

– учет объемного характера напряженного состояния прибортового массива;

– учет сейсмического фактора, включающий не только интенсивность колебаний, но также магнитуду землетрясения, вызвавшего эти колебания, и длительность стояния борта;

– метод построения предельного контура, оптимизирующий форму борта;

– метод прогноза деформаций прибортового массива;

– методика ведения маркшейдерского, гидрогеологического и гидрогеомеханического мониторинга;

– методика ведения непрерывного сейсмического мониторинга;

– снижение коэффициента вскрыши и повышение коэффициента землепользования;

– высокая надежность устойчивости бортов глубоких карьеров.

Научная и практическая значимость полу ченных результатов прежде всего заключается в следующем:

1) Создан новый интегральный метод рас чета параметров бортов глубоких карье ров, основанный на основанный на стро гом решении уравнений предельного равновесия.

2) Создан устойчивый (с математической точки) метод решения дифференциаль ных уравнений предельного равновесия.

3) Существенно повышена точность веде ния расчетов устойчивости.

4) Предложен новый параметр оценки ус Рисунок 1. График зависимости коэффициента тойчивости борта – коэффициент напря напряженности от положения расчетной женности, позволяющий прогнозировать поверхности скольжения (южный борт карьера деформации прибортового массива.

трубки Архангельской) 5) Разработан инженерный метод учета объемного характера напряженного сос тояния прибортового массива.

6) Разработан новый метод формирования оптимального профиля выпуклого борта карьеров, учитывающий технологичес кие особенности формирования пре дельного контура борта карьеров.

7) Показано, что устойчивость борта при сейсмическом воздействии зависит не только от интенсивности колебаний, но Рисунок 2. Оптимизация профиля борта на также от магнитуды землетрясения, карьере трубки Архангельская (синий цвет – вызвавшего эти колебания.

предельное положение борта и потенциальной 8) Показано, что принятый в правилах плоскости скольжения по проекту, псевдостатический метод учета сейсми ческого фактора завышает влияние сей зеленый цвет – по новому методу) смических волн на устойчивость бортов сильных 8 9 балльных колебаний, что дает возможность рентабельной разра ботки полезных ископаемых открытым способом в регионах с высокой сейсми ческой активностью.

9) Создана методика ведения непрерывного сейсмического мониторинга на глубоких карьерах.

Элементы новой технологии уже нашли применение на ряде глубоких карьеров, в том числе на карьере трубки «Удачная» (Якутия).

5. Описание созданных объектов интел лектуальной собственности, их основные Рисунок 3. Необходимые коэффициенты особенности и конкретные конкурентные запаса устойчивости при различной преимущества (патентная защищен балльности колебаний, рассчитанному по ность, сравнение с имеющимися анало псевдостатическому и новому методам гами) В ходе выполнения НИР были созданы следующие объекты интеллектуальной собственности.

– Программа расчета технологических параметров устойчивых бортов глубоких карьеров QUSLOPE (заявка на гос. регистрации программы № 2012618575 от 11.10.2012 г.).

– Стенд для испытания образцов горных пород и моделей из эквивалентных материалов (заявка на патент № 2012141545 от 1.01.2012).

– Установка для испытания моделей из эквива лентных материалов и образцов горных пород (заявка на полезную модель № 2012141544 от 1.01.2012).

Элементы новой технологии интенсивности отработки месторождений открытым способом (методика и алгоритм программы расчета, метод формирования выпуклых бортов, программа рас чета технологических параметров, технологические рекомендации) имеют серьезные конкурентные преимущества перед существующими, в том числе повышенную точность расчета устойчивости, учет трехмерного характера НДС прибортового массива, технологичный способ создания выпуклых бортов, корректный учет сейсмических воздействий. Рисунок 4. Схема расположения Разработанные стенд и установка позволяют сейсмопавильонов на разрезе Коркинский моделировать воздействие мощных сейсмических поверхностных волн (прежде всего волн Рэлея) на модели из эквивалентных материалов и образцы горных пород.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Полученные результаты предназначены для применения в горной промышленности для ведения открытых горных работ во всех регионах страны и за рубежом. Особое значение их применение имеет для сейсмоопасных регионов, так как новая методика, с одной стороны, позволяет снизить требуемый коэффициент запаса устойчивости бортов карьеров по отношению к используемому ныне квазистатическому методу и рентабельно отрабатывать месторождения открытым способом на Дальнем Востоке, в Забайкалье, Тыве и т.д., а, с другой стороны, наоборот, учесть сильное воздействия на борта карьеров от длительных колебаний, вызванных дальними сильными землетрясениями.

В целом представляется наиболее перспективными для внедрения следующие предложения.

1) Проведение расчетов технологических параметров бортов глубоких карьеров при проектировании и составление рекомендаций по их реализации. По нашим оценкам и проведенным предварительным маркетинговым исследованиям имеется более 20 глубоких карьеров (глубиной от 100 м до 400 500 метров и более), где уже в настоящий момент требуется внедрение наших предложений для проектирования новых карьеров, проекти рования реконструкции существующих карьеров, создания проектов постановки бортов в окончательное положение.

2) Проведение оценок влияния сейсмических волн на борта существующих и проектируемых карьеров, и при необходимости корректировка параметров бортов карьеров. По нашей оценке уже в настоящее время речь может идти о как минимуме десяти объектах в сейсмоопасных зонах, прежде всего на Дальнем Востоке и Тыве.

3) Создание новых и сопровождение строящихся систем мониторинга. Прежде всего речь идет о системе сейсмического мониторинга на разрезе Коркинский, а также о системах ведения маркшейдерского, гидрогеомеханического и гидрогеологического мониторинга на карьеров южной группы трубок (Архангельская, им. Карпинского 1) алмазного месторождения им.

М.В. Ломоносова.

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) В настоящее время основной способ коммерциализации состоит в заключении хоз. договоров между горными предприятиями и организацией разработчиком (ОАО «ВНИМИ»).

В дальнейшем после проведения ОТР, которая позво лит объединить все разработанные элементы новой техно логии, появится возможность использования трех вариантов коммерциализации разрабатываемой технологии:

– При первом варианте осуществляется продажа лицен зии на применение всей технологической, в том числе программного обеспечения (в комплектации, опреде ляемой характером объекта покупателя). При этом варианте разработчик осуществляет только обучение сотрудников организации покупателя, и организация покупатель берет на себя полную ответственность за выдаваемые конкретные рекомендации.

– При втором варианте организация разработчик одно временно с продажей документации и программного обеспечения заключает договор о научном сопровож дении, обслуживании систем мониторинга, консуль тировании и помощи при обработке информации и выдаче рекомендаций по улучшению геодинамической и экологической обстановки.

– При третьем варианте потребитель покупает готовые рекомендации, а также оплачивает научное сопровож Рисунок 5. Борт карьера «Удачный»

дение их внедрения на своем объекте. (Якутия) Отдельные результаты выполненной работы исполь зуются на ряде горных предприятий, в том числе:

– Разрез «Коркинский» – схема сейсмических наблюдений, технологические решения по сохранности территорий, примыкающих к южному борту разреза (общая сумма за 2 года 23, млн. руб.).

– Алмазное месторождение им. М.В. Ломоносова (ОАО «Севералмаз») – Рекомендации для проектирования системы мониторинга за наблюдением геомеханических и гидрогеологических процессов (в 2012 г. 2,1 млн. руб.).

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Некоммерческое партнерство «Технопарк Губкинского университета»

(НП «Технопарк Губкинского университета») Адрес: 119991, г. Москва, Ленинский проспект, д. 63/ Телефон: +7 (499) 233 95 Факс: +7 (499) 135 88 Е mail: ivanov166@list.ru, vinok_ac@mail.ru Web: www.gubkin.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5059.

2. Наименование темы контракта Разработка рецептур тампонажных суспензионных составов и гидрофобных буровых растворов для повышения эффективности бурения и капитального ремонта продуктивных нефтяных и газовых скважин Западной Сибири.

3. Критическая технология Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы Разработан новый тип водоизоляционных составов для селективной изоляции в газовых скважинах сеноманского горизонта Западной Сибири, основанный на применении растворов катионактивного поверхностно активного вещества и пленкообразующего гидрофобизатора в легколетучем органическом растворителе.

Проведенное исследование впервые показало, что с помощью гидрофобных составов можно значительно увеличить водоизоляционных эффект тампонажных материалов обычного типа (на основе цементов и глины). Результаты данных исследований имеют важное значение для повышения качества и успешности водоизоляционных работ при КРС. Ранее подобных исследований не проводилось, т.е. данный метод является новым способом повышения качества водоизоляционных работ. Таким образом, полученные результаты исследований являются не совершенствованием известных составов и методов водоизоляции, а являются принципиально новым подходом к решению проблем КРС.

Разработаны рецептуры высокотехнологичных буровыъ растворов на углеводородной и эмульсионной основах с использованием высокомолекулярного строительного битума, предназ наченных для разбуривания интервалов продуктивных пластов, многолетних мерзлотных и неустойчивых, глинистых пород.

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) Заявка на выдачу патента РФ на изобретение «Буровой раствор на углеводородной основе», Регистрационный номер 2012130208, входящий номер 047474, Дата поступления 17.07.2012.

Задачей изобретения является изменение состава битум содержащего бурового раствора на углеводородной основе таким образом, чтобы облегчить его приготовление в промысловых условиях, т.е. повысить технологичность.

Техническим результатом, на достижение которого направлен предлагаемый состав, является повышение его технологичности при сохранении всех прочих показателей раствора на необходимом (удовлетворительном) уровне.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) Применение разработанных в ходе иссле дования рецептур гидрофобных буровых растворов позволит расширить область использования данного Рисунок 1. Схема закачки стабильного типа составов в нашей стране, что благоприятно глинистого раствора:

скажется на эффективности освоения новых место 1 напорная колонка;

2 модель пласта;

рождений с ухудшенными коллекторскими характе 3 образцовый манометр на 2,5 МПа;

ристиками (заглинизированными и низкопроница 4 датчик давления, управляющий работой насоса;

емыми коллекторами). Применение разработанных 5 мерник гидрофобных составов обеспечит также водоизо ляцию в пластах на стадии бурения.

Сопоставление с известными гидрофобными буровыми растворами отечественных и иностранных фирм показывает, что разработанные составы не уступают им по технологическим показателям, однако более технологичны и основаны на применении недорогих отечественных крупнотоннажных реагентах и материалах. Снижение стоимости составов и повышение технологичности при необходимом уровне технологических параметров является наиболее перспективным направлением совершенствования составов для бурения скважин.

Использование результатов исследований в области водоизоляционных работ предполагается в условиях месторождений Урало Поволжья и Западной Сибири, т.е. основных нефтедобывающих регионов страны. Перспективными потребителями научно технической продукции должны выступить сервисные компании.

Перспективными объектами для приме нения разработанных составов гидрофобных буровых (промывочных) жидкостей на эмуль сионной и углеводородной основах являются месторождения, включающие интервалы много летних мерзлотных, глинистых пород, облада ющие низкопроницаемыми и заглинизирован ными коллекторами, при близком соседстве Рисунок 2. Схема закачки глинистого раствора с водоносных и нефтегазоносных горизонтов, при непрерывной фильтрацией по байпасной линии:

проходке горизонтальных участков скважин и 1 напорная колонка с перемешиванием;

т.п. (например все месторождения на севере 2 кернодержатель (модель пласта);

Западной Сибири). 3 и 4 отстойники сепараторы (с керосином и водой);

5 клапан регулятор;

6. мерники;

Перспективными объектами для внедрения 7 показывающие и управляющие датчики давления составов для селективной водоизоляции явля ются скважины, добывающие газ из сеноманского и туронского горизонтов, в том числе и скважины с низкими пластовыми давлениями.

Потребность в подобного типа составов для селективной водоизоляции в ближайшие 5 10 лет должна увеличиться.

Составы для селективной водоизоляции могут быть использованы в ходе разработки Ямбургского газоконденсатного месторождения, Уренгойского газоконденсатного месторождения и т.д., при разработке запасов газа туронских пластов (Русское, Южнорусское и т.д. месторождения).

7. Предполагаемые пути коммерциализации инновационной разработки (продажа продукции и/или услуг, заключение лицензионных договоров, создание предприятия, необходимый объем инвестиций (финансирования) и т.п.) Проведенный анализ показал, что разработанные составы для селективной водоизоляции и буровые растворы на углеводородной и эмульсионной основах обладают значительным рыночным потенциалом, однако успешность их применения в значительной мере зависит от результатов испытаний в промысловых условиях Перспективными потребителями научно технической продукции будут являться буровые и сервисные компании (Бургаз, Северподземремонт, Сибирская сервисная компания. Катобьнефть, Нефтегазсервис, Биотехальянс и т.п.).

8. Имеющиеся результаты (объемы продаж и т.п. – указать конкретных потребителей) Нет.

Рисунок 3. Схема установки при проведении опытов на двухслойной модели пласта Рисунок 4. Напорная колонка с перемешивающим устройством в сборе. Общий вид Общество с ограниченной ответственностью «Научный центр ЭПИТАКСИЯ»

(ООО «Научный Центр ЭПИТАКСИЯ») Адрес: 630055, г. Новосибирск, а/я Телефон: +7 (383) 330 55 Факс: +7 (383) 330 55 Е mail: shikulo1959@gmail.com Web: microspheres.ru 1. Номер государственного контракта № 16.515.11.5060.

2. Наименование темы контракта Разработка способа получения высокопрочных алюмосиликатных микросфер, пригодных к эксплуатации при гидростатических давлениях до 500 атм. в условиях цементирования глубоких нефтяных и газовых скважин.

3. Критическая технология Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи.

4. Описание исследований или разработок, оценка достигнутых результатов постав ленным целям темы В рамках выполненного проекта был разработан способ получения высокопрочных АСПМ, которые могут быть использованы для тампонажа нефтяных и газовых скважин в условиях давлений от 300 до 500 атмосфер.

Способ включает в себя выделение алюмосиликатной микросферы из золы уноса тепловых электростанций, предварительное гидростатическое селектирование материала и его аппретирование путем смешения аэрозоля распыленной микросферы и аэрозоля распыленного тетраэтоксилана, причем названные аэрозоли распыляют паровоздушной смесью, а после обработки аппретирующим веществом ее подвергают сушке путем нагревания в потоке паровоздушной смеси.

Разработана рецептура облегченного тампонажного раствора для цементирования глубоких нефтяных и газовых скважин с применением высокопрочных АСПМ.

Проведенные независимой аккредитованной тампонажной лабораторией испытания цементного камня, полученного из тампонажного раствора с использованием образцов высокопрочных алюмосиликатных микросфер, наработанных в рамках проекта, подтвердили возможность их применения в качестве облегчающей добавки в тампонажные растворы для использования при гидростатических давлениях до 500 атм. в условиях цементирования глубоких нефтяных и газовых скважин.

5. Описание созданных объектов интеллектуальной собственности, их основные особенности и конкретные конкурентные преимущества (патентная защищенность, сравнение с имеющимися аналогами) Исполнителем проекта в ФИПС подана заявка от 25.06.2012 г. № 2012126043 на изобретение «Способ получения аппретированной алюмосиликатной микросферы».

По результатам патентного поиска установлено, что разработанный в рамках проекта способ получения высокопрочных алюмосиликатных микросфер, пригодных к эксплуатации при гидростатических давлениях до 50 МПа в условиях цементирования глубоких нефтяных и газовых скважин, является новым техническим решением и ранее в промышленности не применялся.

Операционная себестоимость высокопрочных алюмосиликатных микросфер, получаемых разработанным способом, составляет примерно 40 45 тыс. руб. за тонну, т.е. в несколько раз ниже, чем у импортных стеклянных аналогов.

6. Описание области применения полученных результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция) В настоящее время для получения облегченного тампонажного раствора при цементировании глубоких нефтяных и газовых скважин приходится использовать крайне дорогие искусственные стеклянные микросферы импортного производства, с ценой порядка 350 380 тыс. руб. за тонну, либо работать по высокозатратной и длительной технологии многоступенчатого цементирования.

Применение высокопрочных алюмосиликатных микросфер даст возможность заменить искусственные стеклянные микросферы при тампонаже глубоких нефтяных и газовых скважин, что приведет к повышению экспортного потенциала выпускаемой продукции и вытеснению с российского рынка импортных синтетических аналогов.



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.