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 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

«1 2 СОДЕРЖАНИЕ: ...»

-- [ Страница 2 ] --

учебное пособие. Казань: КГТУ, 2008.

178 с.

10. Кемалов А.Ф., Кемалов Р.А. Производ ство окисленных битумов: учебное по собие. Казань: КГТУ, 2008. 120 с.

11. Кемалов А.Ф., Кемалов Р.А. Исследо вание дисперсного состояния поли мерных систем с целью получения высококачественных битум-полимер ных материалов // Химия технология топлив и масел. 2012. №5. С. 3–7.

12. Кемалов А.Ф., Кемалов Р.А. Пигмен тированные битумные изоляционные материалы на основе природных би тумов // Экспозиция Нефть Газ. 2012.

№5. С. 95–99.

13. Кемалов А.Ф., Кемалов Р.А. Научно практические аспекты получения би тумно- эмульсионных мастик // Тех нологии нефти и газа. 2012. №6. С.

31–39.

Рис. 6 — Влияние содержания серы на твердость БЛМ ENGLISH B ITUME N Technology of complex modification of bituminous insulating materials Authors:

Ruslan A. Kemalov — сandidate of technical sciences, the senior research associate professor high-viscosity oil and the natural bitumens1;

kemalov.ruslan@gmail.com Alim F. Kemalov — doctor of engineering, the leading researcher, the professor1;

kemalov@mail.ru KFU, Kazan, Russian Federation Abstract influence of the multicomponent modifier proposed technological solutions of As raw materials it is expedient to apply of bifunctional action on rheological production of specialbitumens, and BPM tars to production of specialbitumens and physicomechanical properties of on their basis.

heavy oil the naphthenic aromatic basis bituminous paintwork materials On the basis of JSC Hiton expanded with the minimum content of the paraffin laboratory tests are carried out according hydrocarbons which stocks are extremely Results to qualitative characteristics of filled BPM insignificant. In this regard expansion of Development of structure and with positive results.

a source of raw materials of bituminous establishment of regularity of influence of In the developed process flow production at the expense of involvement the multicomponent bifunctional modifier diagram as the dispersing device the of the heavy oil remains of the resinous on the speed of oxidation of the heavy oil rotor and pulsation acoustic device, and paraffin basis confirms relevance of remains, and also on physicomechanical allowing to make filled BPM with high a subject. and isolating properties of bituminous physicomechanical properties and paintwork materials. sedimentatsionny stability at storage and Materials and methods transportation is offered.

Isolating properties, physicomechanical Сonclusions properties, technological conditions Based on regularities of chemical Keywords of process of oxidation of the heavy structuring paraffin UV in the course heavy oil remains, oil disperse systems, oil remains, the content of paraffin of oxidation of residual raw materials film-forming substances, petrochemistry, hydrocarbons, comparative assessment of with a multicomponent bifunctional thermoplastic pitches, pigments, chemical activity of additives on duration additive, BPM modifications by pigments, asphaltenes, physic-mechanical of oxidation of residual raw materials, polymeric fillers and element sulfur are properties of coverings References 5. Kemalov A.F., Kemalov R.A. Bitumnye lakokrasochnye pokrytiya na osnove 1. Kemalov A.F., Kemalov R.A. lakokrasochnye materialy. Otsenka produktov neftekhimicheskogo syr'ya:

Nauchno-prakticheskie osnovy tekhnologicheskikh svoystv: uchebno- uchebnoe posobie [Protective coatings fiziko-khimicheskoy mekhaniki i metodicheskoe posobie [Bituminous on the basis of the products of statisticheskogo analiza dispersnykh paints. Evaluation of technological petrochemical raw materials: a manual].

sistem: Uchebnoe posobie [Scientific properties: a teaching aid]. Kazan: KSTU, Kazan: KSTU, 2008, 178 p.

and practical basis of physico-chemical 2008, 112 p. 10. Kemalov A.F., Kemalov R.A. Proizvodstvo mechanics and statistical analysis of 6. Kemalov A.F., Kemalov R.A. Nauchno- okislennykh bitumov: uchebnoe posobie disperse systems: the manual]. Kazan: prakticheskie aspekty protsessov [Production of oxidized bitumen: the KSTU, 2008, 472 p. korrozii i sposobov zashchity: manual]. Kazan: KSTU, 2008, 120 p.

2. Kemalov A.F., Kemalov R.A., Stepin S.N., monografiya [Scientific and practical 11. Kemalov A.F., Kemalov R.A. Issledovanie Diyarov I.N. Pigmentirovanie bitum- aspects of corrosion processes and dispersnogo sostoyaniya polimernykh polimernogo lakokrasochnogo materiala methods of protection: monograph]. sistem s tsel'yu polucheniya poroshkom okatyshey [Pigmentation of Kazan: KSTU, 2008, 280 p. vysokokachestvennykh bitum the bitumen-polymer powder pellets 7. Kemalov A.F., Kemalov R.A. Bitumnye polimernykh materialov [Study of paint]. Science and Technology of lakokrasochnye materialy. Opredelenie disperse state of polymer systems to hydrocarbons. 2003, issue 2, pp. 65–67. nekotorykh fiziko- mekhanicheskikh i achieve high-quality bitumen-polymer 3. Kemalov A.F., Kemalov R.A., Ganieva dekorativnykh svoystv pokrytiy: uchebno- materials]. Chemical technology of fuels T.F., Fakhrutdinov R.Z. Uluchshenie metodicheskoe posobie [Bituminous and oils, 2012, issue 5, pp. 3–7.

svoystv lakovogo spetsial'nogo bituma paints. Determination of some physical 12. Kemalov A.F., Kemalov R.A.

na stadii ego polucheniya [Improving the and mechanical properties of the Pigmentirovannye bitumnye properties of bitumen lacquer special coatings and decorative: a teaching aid]. izolyatsionnye materialy na osnove at the stage of obtaining]. Chemistry Kazan: KSTU, 2008, 112 p. prirodnykh bitumov [Pigmented Technology of Fuels and Oils. 2003, 8. Kemalov A.F., Kemalov R.A. Bitumnye bituminous insulating materials based issue 5, pp. 15–17. lakokrasochnye materialy. Opredelenie on natural bitumen]. Exposition Oil Gas, 4. Kemalov A.F., Kemalov R.A. nekotorykh fiziko- mekhanicheskikh 2012, issue 5. pp. 95-99.

Pigmentirovannye bitumnye i dekorativnykh svoystv pokrytiy: 13. Kemalov A.F., Kemalov R.A. Nauchno izolyatsionnye lakokrasochnye uchebnoe posobie [Bituminous paints. prakticheskie aspekty polucheniya materialy: sostav, svoystva, primenenie Determination of some physical and bitumno- emul'sionnykh mastik [Pigmented bituminous insulating mechanical properties of the coatings [Scientific and practical aspects of paints: composition, properties, and and decorative: a training manual]. obtaining bitumen-emulsion mastics].

application]. Exposition Oil Gas, 2008, Kazan: KSTU, 2008, 180 p. Technology of Oil and Gas, 2012, issue issue 6/N. 9. Kemalov A.F., Kemalov R.A. Zashchitnye 6, pp. 31–39.

бИТУмЫ УДК 665.775.032. Влияние микроволнового воздействия на извлечение и состав природных битумов из битуминозных пород и свойства их асфальтенов И.м. Абдрафикова Введение улучшению охвата пласта и повышает аспирант1 Одно из направлений наращивания ре- коэффициент вытеснения. В качестве рабо nofretary@mail.ru сурсной базы углеводородов является осво- чих агентов используются горячая вода, пар, ение нетрадиционных источников углеводо- горячий полимерный раствор и т. д.

Г.П. Каюкова родного сырья, среди которых ведущее место За период опытно-промышленной раз д.х.н., в.н.с.2 занимают природные битумы и близким к ним работки месторождений природных битумов galina.kayukova@rambler.ru по физико-химическим свойствам тяжелые на территории Татарстана разработаны и нефти. В течение следующих нескольких де- прошли апробацию ряд технологий, вклю С.м. Петров сятилетий роль их в энергетическом балансе чающих внутрипластовое горение, тепловое к.т.н., м.н.с. будет значительно увеличиваться вследствие воздействие на пласт путем закачки пара и psergeim@rambler.ru изменения структуры запасов традиционной парогаза и др. [3]. В последние годы особый нефти в сторону ухудшения и необходимостью интерес привлекают интегрированные техно Ю.м. Ганеева их воспроизводства [1–6]. Согласно данным логии, совмещающие тепловое воздействие к.х.н., н.с. геологических служб США и Канады, только на продуктивный пласт с волновыми процес ganeeva@iopc.ru в Северной Америке запасы углеводородов, сами [7–16]. Применение микроволнового содержащиеся в нетрадиционных источни- воздействия для нагрева пластов с низкой те Д.В. Горячих ках, больше, чем запасы традиционных неф- плопроводностью и малой проницаемостью, cт. специалист ти и газа всего Ближневосточного региона, содержащих малоподвижную тяжелую нефть degol85@gmail.com более 1 трлн. баррелей в Канаде и столько же или неподвижный природный битум, являет в США. Хотя это и огромные запасы, их раз- ся одним из перспективных направлений в работка — дело большой сложности. Россия создании новых и совершенствовании суще КНИТУ, Казань, Россия также располагает существенными запасами ствующих технологий [8].

ИОФХ им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН, Казань, Россия сверхтяжелых нефтей и природных битумов, Цель работы — выявление закономер ООО «Промышленная химия», в том числе, и в районах добычи нефти [1–3]. ностей в изменении состава высокомо группа компаний «Миррико», Казань, Россия Несмотря на то, что в распределенном фонде лекулярных компонентов битуминозных недр числятся крупные месторождения тя- пород в процессах микроволнового воз В последние годы учеными желых нефтей, их промышленное освоение действия и оценка возможности извлече идет медленными темпами, а месторождения ния из них углеводородов.

активно разрабатываются природных битумов — находятся в стадии ста интегрированные технологии, новления. Одна из основных причин — низ- Обсуждение результатов которые заключаются в кая рентабельность (или не рентабельность) Объектами исследования служили два совмещении тепловых методов их освоения. По мнению специалистов [2] в типа образцов битуминозных песчаников из воздействия на продуктивный рыночных условиях промышленно-значимы- отложений пермского возраста Шугуровского ми считаются рентабельные запасы место- и Спиридоновского месторождений, экстрак пласт с волновыми процессами.

рождений углеводородов. Следовательно, ты из этих пород и выделенные из них асфаль Однако влияние микроволнового для пополнения ресурсной базы углеводоро- тены, а также продукты их превращений при излучения на нефтяные и дов за счет нетрадиционных видов углеводо- микроволновом воздействии. Отличительной битумные среды изучено родного сырья необходим поиск и промыш- особенностью данных месторождений явля недостаточно, что требует ленное внедрение экономически выгодных ется выход битуминозных пород на дневную технологий их освоения. поверхность. На таких расконсервирован проведения более глубоких Природные битумы по своему составу ных залежах, в зонах активного водообмена, научных исследований и физико-химическим свойствам суще- произошла потеря легких фракций, а оста в данном направлении. ственно отличаются от обычных нефтей точные нефтяные компоненты испытали воз Проведена оценка эффективности повышенным содержанием смолисто-ас- действие различных гипергенных факторов, извлечения высокомолекулярных фальтеновых веществ, нефтяных кислот, которые привели к утяжелению их состава и сернистых соединений и металлов, а также образованию малоподвижных сверхтяжелых углеводородов из битуминозных высокими значениями плотности и вязко- нефтей и твердых битумов [6]. Битуминозные пород при микроволновом сти [3]. Методы их добычи связаны в основ- песчаники этих месторождений имеют тем воздействии. Выявлены ном с двумя проблемами: но-бурую окраску, содержат камнеподобные особенности изменения 1) неблагоприятные коллекторские свойства включения и характеризуются крайней неод элементного, компонентного, — низкая теплопроводность, малая прони- нородностью своего вещественного состава.

цаемость, отсутствие пластовой энергии;

Залежи битумов залегают в них в виде линз структурно-группового и 2) органическая часть битуминозных пластов небольших размеров и прослоев.

углеводородного состава находится в малоподвижном состоянии. В работе [17], на примере шугуровского битумов в зависимости от Наиболее широко применяемые техно- битуминозного песчаника, нами показано, их химических типов и логии добычи тяжелых нефтей и природных что с увеличением первоначального коли режимов микроволнового битумов связаны с тепловым воздействием на чества воды в опыте до 60% и продолжи призабойные зоны скважин и закачкой в тельности микроволнового воздействия до воздействия. Получены пласт теплоносителей [4]. Увеличение нефте- 30 мин. — выход битума увеличивается.

новые данные об изменении отдачи пластов при закачке теплоносителя В связи с этим, опыты по микроволновой структуры и свойств достигается за счет снижения вязкости неф- обработке битуминозных пород и выде асфальтенов при микроволновом ти под воздействием тепла, что способствует ленных из них асфальтенов проведены при воздействии и о составе жидких первоначальном содержании воды в систе- месторождения. Длительное воздействие в ме – 60% к весу исходной породы. В анало- течение 60 мин приводит к снижению раство продуктов их деструкции.

гичных условиях проведена микроволновая римого органического вещества в породе с обработка асфальтенов. 2,4 до 0,4% и увеличению в ней содержания материалы и методы Жидкие продукты опытов извлекали из нерастворимого органического вещества с 1. Опыты по микроволновой породы и смывали с асфальтенов смесью 1,3 до 2,3%, что, по-видимому, обусловлено обработке битуминозных пород и растворителей, состоящей из хлороформа, различной природой исходных битумов.

выделенных из них асфальтенов прове бензола и изопропилового спирта, взятых По компонентному составу шугуровский дены в микроволновой печи Elenberg в соотношении 1:1:1 по объему, в аппарате битум (образец 1) относится к классу мальт, а MS-1400 с выходной мощностью 600 Вт при Сокслета. Содержание экстрактов оценивали спиридоновский битум (образец 2) — к классу интенсивной циркуляции воздуха в систе весовым способом к весу исходной навески. твердых асфальтитов из-за высокого содер ме. Образцы пород подвергали микро Исследование битуминозных пород. Ис- жания в его составе асфальтенов и смол (табл.

волновому излучению при трех режимах:

следованные образцы битуминозных песча- 2). Высокое содержание асфальтенов сохра 15, 30 и 60 мин, которым соответствовали ников отличаются содержанием органическо- няется и в продуктах превращения данного следующие температуры: 145, 230 и 3600C.

го вещества в породе (табл. 1). Так, в образце битума при микроволновом воздействии.

2. Определение содержания органического 1 (Шугуровское месторождение) содержание Образец битума 1, в отличие от образца 2, ха вещества в породе до и после опытов про органического вещества составляет 6,1%, в рактеризуется более низким содержанием ас водили методом термического анализа на то время как в образце 2 (Спиридоновское фальтенов (13,79% против 69,80%), большим дериватографе Q-1500D фирмы МОМ.

месторождение) его содержание почти в 2 содержанием смол (52,21% против 24,80%) и 3. Экстракты из пород и жидкие продукты раза ниже и составляет 3,7%. Более тяжелым углеводородов (34,00% против 5,40%). В том конверсии асфальтенов исследовали мето фракционным составом отличается органи- и другом битуме содержание спиртобензоль дами жидкостно-адсорбционной хромато ческое вещество пород Шугуровского ме- ных смол преобладает над содержанием бен графии, на силикагеле АСК с выделением сторождения. Для сравнительной характери- зольных смол. В результате кратковременно углеводородной части и двух групп смол:

стики фракционного состава органического го микроволнового воздействия (15 мин) в бензольных и спирто-бензольных.

вещества использовали показатель образце увеличивается содержание углево 4. Определение структурно-группового F=m1/m2, характеризующий отношение дородов и снижается содержание спиртобен состава экстрактов из пород и асфальтенов потерь массы на различных стадиях деструк- зольных смол. С увеличением времени опыта проводили методом ИК Фурье спектроско ции. После микроволновой обработки биту- до 60 мин наблюдается увеличение содержа пии на инфракрасном спектрофотометре минозных пород в различных режимах (от 15 ния асфальтенов, снижение спиртобензоль Vector 22 (Bruker) в диапазоне мин. до 60 мин.) наблюдаются определенные ных смол и углеводородов.

4000–400 cм-1 с разрешением 4 см-1.

изменения в вещественном составе. Во-пер- В аналогичном режиме микроволновой 5. Исследование индивидуального углево вых, удаляется из породы вода. Содержание обработки битуминозного песчаника Спири дородного состава н-алканов и ацикли воды после микроволновой обработки со- доновского месторождения, в составе битума ческих изопреноидов насыщенных ставляет от сотых долей до 1,5%. Во-вторых, заметно уменьшается содержание асфаль фракций нефтей и битумов идет снижение содержания органического тенов, но увеличивается общее содержание выполнено на хроматографе AutoSystem вещества (ОВ) в породе и утяжеление его смол. При длительном воздействии в течение XL фирмы Perkin Elmer с использованием фракционного состава. Особенно это заметно 60 минут (Т=360оС) в составе извлеченных из пламенно-ионизационного детектора при длительном микроволновом воздействии породы продуктов, по сравнению с исходным (FID) и высокоэффективной кварцевой (60 мин) на породу и сильном ее прогреве битумом, заметно увеличивается содержание капиллярной колонки с фазой SE 30.

(до 360оС), что свидетельствует о протекании углеводородов, бензольных и спирто-бензо 6. Элементный состав асфальтенов определя деструктивных процессов. В-третьих, выяв- льных смол и почти в два раза снижается со ли методом сожжения на полуавтоматиче ляются некоторые особенности протекания держание асфальтенов. При этом в породе, ском СНN-анализаторе.

микроволновых процессов, в зависимости от как было указано выше, в два раза увеличи вещественного состава пород и типа битума, вается содержание НОВ (табл. 1) Ключевые слова находящегося в данной породе. По данным метода ИК спектроско нефть, природный битум, состав, Общей закономерностью микроволново- пии, спиридоновский битум характеризу свойства, высоковязкий, асфальтены, го воздействия на битуминозные породы явля- ется высокими значениями показателей СВЧ, микроволновое воздействие ется снижение растворимого органического ароматичности и окисленности, в то время вещества с увеличением доли нерастворимого как в структуре Шугуровского битума преоб органического вещества (НОВ) в породах при ладают парафиновые структуры. Независимо увеличении длительности эксперимента до 60 от типа битумов, с увеличением продолжи мин. Особенно ярко проявляется это в слу- тельности микроволнового воздействия, в чае битуминозной породы Спиридоновского их средней молекуле увеличивается доля ароматических структур при одновременном Режимы микроволновой Содержание ОВ в породе, Потери массы по стадиям уменьшении парафиновых структур, о чем обработки* % мас. деструкции ОВ, % мас. свидетельствуют значения спектральных по воды ОВ НОВ РОВ m1 I m2 II F1=m1/m2 казателей: ароматичности (С1=D1600/D720) и па стадия стадия рафинистости (С4=(D720+D1380)/D1600), а также увеличиваются значения показателя окислен Шугуровский битум ности (C2=D1710/D1465). Можно полагать, что при 1. Битуминозная 0,6 6,1 0,8 5,3 2,5 3,6 0, высоких температурах микроволновое воз порода до обработки действие приводит к протеканию процессов 1.1. Время — 15 мин., T=1450C 0,2 6,3 0,9 5,4 2,5 3,8 0, окислительного крекинга.

1.2. Время — 30 мин., T=2300C 0,3 5,7 1,1 4,6 2,7 4,4 0, Обращает на себя внимание состав про 1.3. Время — 60 мин., T=3600C 0,3 5,0 1,5 3,5 1,5 3,5 0,43 дукта микроволнового воздействия на биту Спиридоновский битум минозную породу Спиридоновского битума.

Несмотря на сравнительно высокую степень 2. Битуминозная 1,5 3,7 1,3 2,4 1,5 1,9 0, его ароматичности и природной окисленно порода до обработки сти, с увеличением интенсивности микровол 2.1. Время — 15 мин., T=1450C 0,5 3,5 1,6 1,9 1,5 1,5 1, нового воздействия 60 мин), в его составе 2.2. Время — 30 мин., T=2300C 0,4 3,2 1,7 1,5 1,4 1,8 0, увеличивается содержание парафиновых 2.3. Время — 60 мин., T=3600C 0,1 2,7 2,3 0,4 0,9 1,8 0, структур, что подтверждается значением по казателя парафинистости (С4) и данными ГЖХ Таб. 1 — Характеристика битуминозных пород до и после микроволнового воздействия по данным термического анализа анализа (табл. 3, рис. 1).

По данным ГЖХ анализа в составе спи- Влияние микроволнового воздействия на Данные спектрального анализа подтвер ридоновского битума происходит увеличе- состав и свойства асфальтенов. В продуктах ждают структурные изменения в асфальтенах ние содержания н-алканов состава С10-С16 микроволновой обработки спиридоновског при микроволновом воздействии в направ относительно их высокомолекулярных го- битума (60 мин), экстрагированного из породы лении их поликонденсации и дальнейшей мологов состава С23-С29, а также увеличение (табл. 2), наблюдается высокое содержание ас- карбонизации (табл. 5). Асфальтены, нерас содержания н-алканов относительно со- фальтеноподобных веществ (80,35%), которые творимые в обычных для них растворителях держания пентациклических гопанов со- состоят из двух фракций: одна из которых (фрак- (фракция Б), по сравнению с асфальтенами става С29-С35 (рис. 1, 2). В интервале н-С13-С26 ции А), в количестве 26% состоит из раствори- (фракция А), содержат больше ароматиче наблюдается преобладание н-алканов с мых в бензоле асфальтенов, а другая (фракции ских фрагментов, кислородных и сульфок четным числом углеродных атомов, по Б) содержит нерастворимые в бензоле вещества сидных групп.

сравнению с н-алканами с нечетным чис- (54,35%) типа карбенов и карбоидов. Высокая степень ароматичности асфаль лом углеродных атомов, как и в исходном Микроволновая обработка непосред- тенов фракции Б подтверждается данными битуме. Важно отметить, что преобладание ственно асфальтенов в аналогичных условиях ЭПР анализа (рис. 3). В асфальтенах после четных н-алканов наблюдалось и в продук- эксперимента приводит к тем же самым ре- различных режимов их микроволновой обра тах гидротермальных преобразований дан- зультатам: происходят существенные изме- ботки увеличивается концентрация свобод ного битума [18]. нения структуры и свойств асфальтенов, при- ных радикалов (R*) относительно четырехва Изменения в углеводородном составе водящих к изменению их фазового состава. лентного ванадия (V4+), входящего в состав битума находят свое отражение в увеличении Большая часть состава асфальтенов, теряет порфириновых комплексов. Это приводит к значений хроматографических показателей основной признак асфальтенов — раствори- увеличению значений показателя R*/V4+, од н-алканов/гопанов с 3,86 до 8,96 и C16-C22/ мость в ароматических растворителях, и пе- нако для режимов обработки от 15 до 30 мин C23-C29 с 2,71–4,70. Микроволновое воздей- реходит в класс нерастворимых веществ типа изменения незначительны. В то время как ствие не приводит к изменению значений ге- карбенов и карбоидов. Наличие растворимых для асфальтенов, подвергшихся длительной нетического показателя пристан/фитан, кото- и нерастворимых (preasphaltenes) компонен- микроволновой обработке, значения данно рое сохраняется на уровне 0,87–0,92. тов асфальтенов в продуктах их термокатали- го показателя существенно повышаются. При С учетом температурного фактора, свя- тических превращений так же установлено в чем для карбонизированных нерастворимых занного с длительностью эксперимента, мож- работе [5]. Протекание процессов карбониза- асфальтенов (фракция Б) до весьма высоких но предполагать, что извлекается наиболее ции структуры асфальтенов под воздействием значений: 11,80 и 15,28 соответственно.

легкая термически преобразованная часть температурного фактора и микроволнового При добыче и переработке тяжелых неф битума, а асфальтены претерпевают терми- излучения подтверждается данными элемент- тей и природных битумов важную роль играют ческие преобразования, приводящие к обра- ного анализа, ИК и ЭПР спектроскопии (табл. асфальтены. Асфальтены представляют собой зованию нерастворимых углистых веществ, 3–5, рис. 1). По данным элементного анализа весьма сложные полициклические структуры, которые не извлекаются из породы. (табл. 4), в структуре асфальтенов снижается углеродный скелет которых содержит Для подтверждения этого факта, в анало- содержание азота и увеличивается содержа- нафтеновые, ароматические и гетероатомные гичных условиях был проведен опыт по ми- ние фосфора, железа и алюминия. Содержа- циклы с алифатическими радикалами. Круп кроволновой обработке битума, предвари- ние серы остается достаточно высоким. Сера, ные фрагменты молекул связаны между собой тельно экстрагированного из породы, а также по-видимому, участвует в процессах поликон- мостиками, содержащими метиленовые груп выделенных из него асфальтенов. денсации их структуры. пы и гетероатомы. Наиболее характерные б) а) Рис. 1 — Хроматограммы углеводородных фракций спиридоновского битума, извлеченного из битуминозной породы после ее микроволновой обработки в течение разного времени: а) 15 мин (145оС), б) 60 мин (230оС), П — пристан, Ф — фитан, А — адиантан, Г — гопан Режимы микроволновой Компонентный состав, мас.% Отношения обработки* УВ Сб ССб смол Асф. Сб/ССб Смолы/Асф.

Шугуровское месторождение 1. Экстракт из породы до обработки 34,00 19,21 33,00 52,21 13,79 0,58 3, 1.1. Время — 15 мин, T=1450C 39,54 19,53 25,81 45,34 15,12 0,75 3, 1.2. Время — 30 мин, T=2300C 31,05 18,07 23,95 42,02 26,89 0,75 1, 1.3. Время — 60 мин, T=3600C 25,86 18,25 22,05 40,30 33,84 0,83 1, Спиридоновское месторождение 2. Экстракт из породы до обработки 5,40 2,20 22,6 24,80 69,80 0,10 0, 2.1. Время — 15 мин, T=1450C 6,86 2,36 25,01 27,37 65,77 0,09 0, 2.2. Время — 30 мин, T=2300C 7,32 2,44 34,96 37,40 55,28 0,07 0, 2.3. Время — 60 мин, T=3600C 26,24 6,48 34,85 41,33 32,43 0,19 1, Экстракт спиридоновского битума 3. Время — 60 мин, T=3600C 6,06 3,25 10,34 13,59 80,35 0,31 0, фр. А 26,00 фр. Б 54, Таб. 2 — Компонентный состав экстрактов из битуминозных пород до и после микроволнового воздействия заместители в циклах — алкилы с небольшим Микроволновое воздействие на асфаль- подъемом температуры до 360°С свиде количеством углеродных атомов и функци- тены приводит к разрушению их надмоле- тельствует не только об ослаблении ме ональных групп, например, кислородсодер- кулярных ассоциатов, в результате чего они жмолекулярных связей ассоциированных жащих группировок: карбонильных, карбок- теряют от 2,67 до 5,26% своей массы в виде с асфальтенами фрагментов смол и других сильных, гидроксильных и эфирных, а также растворимого органического экстракта (табл. высокомолекулярных компонентов, но и сульфоксидных и меркаптогруп. Асфальтены 6) и их структура, следовательно, приобрета- о протекании процессов термической их склонны к ассоциации с образованием над- ет более карбонизированный характер. деструкция [19]. Так, по данным хрома молекулярных структур, представляющих Жидкие продукты характеризуются высо- то-масс-спектрометрии (рис. 4) в жидких собой ассоциаты плоских молекул с расстоя- ким содержанием спирто-бензольных смол, продуктах конверсии асфальтенов присут нием между ними около 0,40 нм. В нефтяных склонных к ассоциации. Содержание углево- ствует гомологическй ряд н-алканов состава и битумных системах асфальтены способны дородов и бензольных смол, как и в исходном С13-С35 (m/z 71) и в заметных концентрациях адсорбировать смолы, парафины и другие битуме достаточно низкое. Резкое увеличение — н-алкены (m/z 69) состава С16, С18 и С20, что высокомолекулярные углеводороды, кото- содержания бензольных и снижение содержа- подтверждает наличие длинных алифати рые образуют сольватную оболочку их надмо- ния спирто-бензольных смол в наиболее дли- ческих цепей в структуре асфальтенов и их лекулярной структуры [19, 20]. тельном эксперименте, сопровождающемся нестабильность в условиях микроволнового воздействия. Как и в исходном битуме среди н-алканов состава С14-С26 преобладают гомо логи с четным числом атомов углерода. Среди высокомолекулярных гомологов преоблада ют н-алканы состава С27 и С29 с нечетным чис лом атомов углерода.

Итоги Результаты исследований показали, что ос новное влияние на извлечение битумов из битуминозных пород в процессе микровол нового воздействия оказывают исходный тип Рис. 2 — Изменение хроматографических показателей углеводородного состава битума и время воздействия, связанное с тем спиридоновского битума н-алканов/ гопанов и C16–C22/C23–C29 в зависимости пературным фактором. Более эффективным от температуры опыта является кратковременное микроволновое Режимы микровол- Оптическая плотность D в максимуме Спектральные воздействие, которое приводит к увеличению новой обработки* полос поглощения l, см-1 показатели* выхода экстракта, при одновременном уве 1740 1710 1600 1465 1380 1030 720 С1 С2 С3 С4 С5 личении в его составе углеводородов, и сни жению содержания асфальтенов, увеличива битум из пород Шугуровского месторождения ется степень ароматичности и окисленности 1. Экстракт из поро- 0,07 0,29 0,27 1,959 0,95 0,29 0,22 1,26 0,15 0,49 4,28 0, извлекаемых из пород битумов. Длительное ды до обработки воздействие на битуминозную породу, со 1.1. Время — 15 мин, 0,09 0,33 0,28 1,91 0,87 0,31 0,18 1,60 0,17 0,46 3,70 0, провождающееся увеличением влияния T=1450C температурного фактора, приводит к сниже 1.2. Время — 30 0,27 0,54 0,40 1,97 0,92 0,27 0,21 1,88 0,27 0,47 2,84 0, нию извлечения органического вещества и мин, T=2300C образованию, в случае твердого асфальтита, 1.3. Время — 60 0,42 1,04 0,54 1,86 0,89 0,23 0,27 2,02 0,56 0,48 2,13 0,13 нерастворимых углистых веществ типа кар мин, T=3600C бенов и карбоидов, не извлекаемых из поро битум из пород Спиридоновского месторождения ды. Микроволновая обработка асфальтенов приводит к разрушению их надмолекулярной 2. Экстракт из поро- 0,78 1,89 1,38 1,78 1,10 0,36 0,21 6,58 1,06 0,62 0,95 0, структуры, в результате чего они теряют часть ды до обработки своей массы в виде органического экстракта, 2.1. Время — 15 мин, 0,80 1,86 1,48 1,92 1,10 0,28 0,22 6,67 0,97 0,57 0,89 0, и их структура приобретает более карбонизи T=1450C рованный характер.

2.2. Время — 30 0,87 1,91 1,37 1,58 0,89 0,14 0,16 8,29 1,21 0,57 0,79 0, мин, T=2300C Выводы 2.3. Время — 60 мин, 1,19 1,99 0,63 1,04 0,62 0,10 0,09 6,69 1,90 0,59 1,13 0, В настоящее время разрабатываются новые T=3600C комплексные методы увеличения нефтеотда Экстракт cпиридоновского битума чи пласта, совмещающие тепловые методы 3. Время — 60 мин., 0,86 1,84 1,80 1,92 1,05 0,20 0,23 7,99 1,51 0,87 0,71 0,17 воздействия на пласт с волновыми. Данная T=3600C работа показала, что микроволновая обра ботка пласта может использоваться как пер Таб. 3 — Характеристика экстрактов из битуминозных пород спективное направление совершенствова до и после микроволнового воздействия по данным ИК Фурье спектроскопии * С1=D1600/D720 (ароматичности);

C2=D1710/D1465 (окисленности);

C3=D1380/D1465 (разветвленности);

нию существующих технологий.

C4=(D720+D1380)/D1600 (парафинистости);

C5=D1030/D146 (осерненности) Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 12-05-97027 «Поволжье» / Режимы микроволновой C H N P S Si Fe Al Н/Сат обработки* Список используемой литературы Асфальтены до обработки 71,25 8,68 1,77 0,22 7,82 0,20 0,40 0,19 1,46 1. Муслимов Р.Х., Романов Г.В., Каюкова Г.П., Юсупова Т.Н., Петров С.М. Перспективы тя Время – 15 мин, Т=1450С 72,62 6,50 1,18 0,97 7,72 0,86 1,75 0,84 1, желых нефтей // ЭКО. 2012. № 1. С. 35–40.

Время – 20 мин, Т=2080С 72,38 6,59 1,07 0,61 7,64 0,55 1,10 0,53 1, 2. Муслимов Р.Х., Романов Г.В., Каюкова Время – 30 мин, Т=230 С 71,26 7,93 1,11 0,74 6,64 6,67 1,33 0,64 1, Г.П., Юсупова Т.Н., Искрицкая Н.И., Петров С.М. Стратегия развития нефтеби Время – 60 мин, Т=3600С: Фр. А 75,22 8,60 0 0 8,86 - - - 1, тумного комплекса Татарстана в направ Фр. Б 71,94 7,51 0 0,48 8,79 0,44 0,88 0,42 1,25 лении воспроизводства ресурсной базы углеводородов // Нефть. Газ. Новации.

Таб. 4 — Элементный состав асфальтенов спиридоновского битума до и после микроволновой обработки 2012. № 2. С. 21–29.

3. Муслимов Р.Х., Романов Г.В., Каюкова Г.П., Искрицкая Н.И., Шаргородский И.Е., Успенский Б.В., Волков Ю.А., Сагдеева М.М., Якубов М.Р., Боровский М.Я., Кемалов Р.А., Юсупова Т.Н., Копылов А.Ю., Янгуразова З.А., Петров Г.А., Плотникова И.Н., Петров С.М. Комплексное освоение тяжелых нефтей и природных битумов пермской системы республики Татарстан.

Казань: ФЭН АН РТ, 2012. 396 с.

Рис. 3 — ЭПР спектры асфальтенов спиридоновского битума:

4. Николин И.В. Методы разработки а) после их микроволновой обработки (60 мин);

б) после микроволновой обработки тяжелых нефтей и природных битумов // битума, экстрагированного из породы (60 мин). 1 — растворимые в бензоле Наука – фундамент решения асфальтены (фракция А);

2 — нерастворимые в бензоле асфальтены (фракция Б) технологических проблем развития Рос сии. 2007. № 2. С. 54–68.

5. Zhang C., Lee C.W., Keogh R.A., Demirel B., Davis B.H. Thermal and catalytic onversion of asphaltenes. Fuel. 2001. № 80. pp. 1131-1146.

6. Каюкова Г.П., Романов Г.В., Муслимов Р.Х., Лебедев Н.П., Петров Г.А.

Химия и геохимия пермских битумов Татарстана. М.: Наука, 1999. 304 с.

7. Рахманкулов Д.Л., Бикбулатов И.Х., Шула ев Н.С., Шавшукова С.Ю. Микроволновое излучение и интенсификация химических процессов. М.: Химия, 2003. 220 с.

8. Саяхов Ф.Л., Маганов Р.У., Ковалева Л.А.

Применение электромагнитного воздей ствия при добыче высоковязких нефтей // Изв. вузов. Нефть и газ, 1998. № 1. C. 35–39.

9. Саяхов Ф.Л., Багаутдинов Н.Я., Салихов Ю.Б. Физико-технические основы Рис. 4 — Хроматограмма по общему ионному току (TIC) углеводородной фракции асфаль электромагнитной технологии извлече- тенов спиридоновского битума после их микроволновой обработки в течение 30 мин при ния нетрадиционных углеводородов // температуре 360оС. nС13-nC33 — н-алканы, Х — непредельные алканы Вестник БГУ. 2001. № 1.

10. Батурин Ю.Я. Технологическая Режимы Оптическая плотность D в максимуме Спектральные показатели схема разработки Русского микро- полос поглощения l, см- месторождения. Тюмень: 1740 1710 1600 1465 1380 1030 720 С1 С2 С3 С4 С волновой Отчет СибНИИНП по НИОКР, 1987. обработки 11. Дворецкий Д.С., Нагорнов С.А., Асфальтены спиридоновского битума Асфальтены 0,87 1,92 1,76 1,45 0,99 0,37 0,19 9,32 1,31 0,68 0,67 0, Ермаков А.А., Неизвестная С.В.

до обработки Технология получения биодизельного Время – 0,89 1,86 1,62 1,50 0,94 0,31 0,15 11,08 1,24 0,63 0,67 0, топлива с использованием гетерофазных 15 мин, катализаторов и СВЧ-нагрева // Т=145оС Вопросы современной науки Время – 0,86 1,39 1,77 1,62 1,02 0,29 0,16 11,26 1,19 0,62 0,66 0, и практики. Университет им. В.И.

20 мин, Вернадского. 2012. № 39. С. 136–143.

Т=208оС 12. Иванов Б.Н., Гурьянов А.И., Гумеров А.М.

Время – 0,71 1,81 1,59 1,61 1,16 0,30 0,14 11,49 1,12 0,72 0,82 0, Волновые процессы и технологии добычи 30 мин, и подготовки нефти. Казань: Издательство Т=230оС «ФЭН» АН РТ, 2009. 400 с.

Время – 0,90 1,89 1,28 1,74 0,84 0,20 0,21 6,22 1,09 0,48 0,82 0, 13. Еl harfi K, Mokhlisse A., Chana M.B., 60 мин, Outzourhit A. Pyrolysis of the Moroccan Т=360оС: Фр. А (Tarfaya) oil shales under microwave Фр. Б 0,78 1,77 1,98 1,50 1,23 0,53 0,22 8,99 1,18 0,82 0,73 0, irradiation. Fuel, 2000, issue 7, Vol, 79, Асфальтены из экстракта спиридоновского битума P. 733–742. Время – 0,82 1,84 1,55 1,74 0,97 0,17 0,19 6,81 0,95 0,50 0,83 0, 14. Битумные установки. Режим 60 мин, доступа: http://www.ufa-term.ru/ Т=360оС: Фр. А (дата обращения 09.11.2007). Фр. Б 0,86 1,84 1,80 1,92 1,05 0,20 0,23 9,09 1,15 0,76 0,75 0, 15. Leite L.F., Borschiver S., Canongia C., Antunes Таб. 5 — Характеристика асфальтенов спиридоновского битума до и после микроволнового воздействия по данным ИК Фурье спектроскопии A. M. S. Survey of microwave technology *С1=D1600/D720 (ароматичности);

C2=D1710/D1465 (окисленности);

C3=D1380/D1465 (разветвленности);

potential application in heavy crude oil C4=(D720+D1380)/D1600 (парафинистости);

C5=D1030/D1465 (осерненности) upgrading. ENPROMER-2 Mercosur Congress on Chemical Engineering 4 Mercosur № Режимы микроволновой Выход Компонентный состав, мас. % Congress on Process Systems Engineering, УВ Сб ССб смол Сб/ССб обработки* экстракта 2005, Angra dos Reis RJ. ENPROMER 2005.

Rio de Janeiro: e-papers, 2005.

2 Время – 20 мин, 4,05 15,70 3,50 80,80 84,30 0, 16. Якупов А.А., Екимова А.М., Зиятдинов H2O — 200 %, T=2080C А.Ш., Гильманов Х.Х., Лиакумович А.Г., 3 Время – 30 мин, 5,26 16,98 1,94 81,08 83,02 0, Ахмедъянова Р.А., Яруллин Р.С., H2O — 200 %, T=2300C Мустафин Х.В., Мюллер Р.Ф. Интенсифика 4 Время – 60 мин, 4,98 16,43 24,76 58,81 83,57 0, ция процесса термического пиролиза H2O — 200 %, T=3600C углеводородов с использованием микро Таб. 6 — Компонентный состав органических экстрактов волнового излучения // Нефтепереработка с асфальтенов спиридоновского битума после их микроволновой обработки и нефтехимия, 2008. № 6. С. 22–24. освоение высоковязких нефтей и при- 19. Сафиева Р.З. Нефтяные 17. Горячих Д.В., Каюкова Г.П., Нигмедзя- родных битумов. Материалы Междунар. дисперсные системы: состав и свой нова Л.З., Киямова А.М., Ганеева Ю.М. научно-практической конф. Казань, ства (часть 1). Учебное пособие. М.:

Влияние микроволнового нагрева на 4–6 сентября 2007. Казань: Фэн АН РТ, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, выход и состав природного битума из 2007. С. 178–183. 2004. 112 с.

песчаников Шугуровского месторожде- 18. Каюкова Г.П., Киямова А.М., Романов 20. Туманян Б.П. Научные и прикладные ния. Повышение нефтеотдачи пластов Г.В. Гидротермальные превращения аспекты теории нефтяных дисперсных на поздней стадии разработки нефтя- асфальтенов // Нефтехимия, 2012. систем.

ных месторождений и комплексное Т. 52. С. 7–16. М.: Техника, 2000. 136 с.

ENGLISH BITUMEN Effect of microwave exposure on the extraction and composition UDC 665.775.032. of natural bitumen from bituminous sands and properties of their asphaltenes Authors:

Ilmira M. Abdrafikova — ph.D. student1;

nofretary@mail.ru Galina P. Kayukova — doctor of chemistry, leading research worker2;

galina.kayukova@rambler.ru Sergey M. Petrov — cand.Sc. (engineering), junior research worker2;

psergeim@rambler.ru Yulia M. Ganeeva — cand.Sc. (chemistry), research worker2;

ganeeva@iopc.ru Denis V. Goryachikh — master specialist3;

degol85@gmail.com Kazan National Research Technology University (KNRTU), Kazan, Russian Federation Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry, Kazan Scientific Center, Russian Academy of Sciences, Kazan, Russian Federation LLC "Promyshlennaya khimiya (Industrial chemistry)", the Group of companies "Mirriko", Kazan, Russian Federation Abstract following temperatures: 145, 230 and 3600C. Results In recent years, scientists have been actively 2. Determination of organic matter in the rock In this paper researches on influence of developing integrated technologies, which before and after the experiments carried out microwave effects on the extraction of natural consist of the thermal methods of reservoir by thermal analysis derivatograph Q-1500D bitumen from bituminous sands, as well as the stimulation with wave processes. However, the produced by MOM. properties and composition of asphaltenes effect of microwave radiation on the oil and 3. The extracts from the rocks and liquid subjected similar treatment are done. The bitumen systems is not studied enough, that conversion products of asphaltenes features of changes in the composition of requires a more in-depth scientific research in were studied by use of liquid-adsorption the investigated products depending on this area. chromatography on silica gel ASA their length of microwave treatment are The efficiency of extraction of high molecular with release of hydrocarbons and found out. The most efficient is short-time hydrocarbons from bituminous sands at the resins of two groups: benzene microwave affecting which increases the yield microwave exposure is evaluated. The features and alcohol-benzene. of extract, with a simultaneous increase in of the element composition, component, 4. Determination of the structural-group its composition of hydrocarbons, and lower structural-group and hydrocarbon composition composition of extracts from rocks and asphaltene content, and with the increase of of bitumen changes depending on their asphaltenes were determined by FTIR aromaticity and oxidation degree of bitumen chemical types and modes of microwave spectroscopy on the infrared spectrometer extracted from rocks.

exposure are found out. New data on the Vector 22 (Bruker) in the range of 4000- change in the structure and properties of cm-1 with a resolution of 4 cm-1. Сonclusions asphaltenes under microwave exposure and 5. The study of individual hydrocarbon Currently new integrated methods for the composition of the liquid products of their composition of n-alkanes and acyclic increasing of oil recovery, combining thermal destruction is gained. isoprenoid saturated fractions of oils methods of stimulation with the wave and bitumens was made by use of methods are developing. This study has shown Materials and methods chromatograph AutoSystem XL produced that microwave treatment of formation can be 1. Experiments on microwave treatment of by Perkin Elmer firm using a flame used as a promising improvement of existing bituminous sands held in the microwave ionization detector (FID) and high- technologies.

oven Elenberg MS-1400 with an output effective silica capillary column with a Keywords power of 600 W at the intensive irculation of phase of SE 30.

oil, natural bitumen, composition, properties, air in the system. Rock samples subjected 6. The elemental composition of asphaltenes high-viscous, asphaltenes, super-high to microwave radiation in three modes: 15, was determined by burning at the semi frequency (SHF), microwave affecting 30 and 60 min, which corresponded to the automatic CHN analyzer.

References reproduction]. Neft'. Gaz. Novatsii, 2012, Academy of Sciences), 2012, 396 p.

1. Muslimov R.Kh., Romanov G.V., Kayukova issue 2, pp. 21–29. 4. Nikolin I.V. Metody razrabotki tyazhelykh G.P., Yusupova T.N., Petrov S.M. Perspektivy 3. Muslimov R.Kh., Romanov G.V., Kayukova neftey i prirodnykh bitumov [Heavy tyazhelykh neftey G.P., Iskritskaya N.I., Shargorodskiy I.E., oils and natural bitumen development [Heavy oils prospects]. Uspenskiy B.V., Volkov Yu.A., Sagdeeva methods]. Nauka – fundament resheniya EKO, 2012, issue 1, pp. 35–40. M.M., Yakubov M.R., Borovskiy M.Ya., tekhnologicheskikh problem razvitiya Rossii, 2. Muslimov R.Kh., Romanov G.V., Kayukova Kemalov R.A., Yusupova T.N., Kopylov A.Yu., 2007, issue 2, pp. 54–68.

G.P., Yusupova T.N., Iskritskaya N.I., Petrov Yangurazova Z.A., Petrov G.A., Plotnikova 5. Zhang C., Lee C.W., Keogh R.A., Demirel B., S.M. Strategiya razvitiya neftebitumnogo I.N., Petrov S.M. Kompleksnoe osvoenie Davis B.H. Thermal and catalytic conversion kompleksa Tatarstana v napravlenii tyazhelykh neftey i prirodnykh bitumov of asphaltenes. Fuel, 2001, issue 80, pp.

vosproizvodstva resursnoy bazy permskoy sistemy respubliki Tatarstan 1131–1146.

uglevodorodov [Strategy of development of [Integrated development of heavy oils and 6. Kayukova G.P., Romanov G.V., Muslimov the oil-bitumen complex of Tatarstan on the natural bitumen of the Permian system of R.Kh., Lebedev N.P., Petrov G.A. Khimiya i direction of the hydrocarbons resource base Tatarstan Republic]. Kazan: FEN (Tatarstan geokhimiya permskikh bitumov Tatarstana [Chemistry and geochemistry of the Voprosy sovremennoy nauki i praktiki, 17. Goryachikh D.V., Kayukova G.P., Permian bitumen of Tatarstan]. Moscow: Universitet im. V.I. Vernadskogo, 2012, Nigmedzyanova L.Z., Kiyamova A.M., Nauka, 1999, 304 p. issue 39, pp. 136–143. Ganeeva Yu.M. Vliyanie mikrovolnovogo 7. Rakhmankulov D.L., Bikbulatov 12. Ivanov B.N., Gur'yanov A.I., Gumerov nagreva na vykhod i sostav prirodnogo I.Kh., Shulaev N.S., Shavshukova A.M. Volnovye protsessy i tekhnologii bituma iz peschanikov Shugurovskogo S.Yu. Mikrovolnovoe izluchenie dobychi i podgotovki nefti [Wave mestorozhdeniya [Effect of microwave i intensifikatsiya khimicheskikh processes and technologies of heating on the yield and composition of protsessov [Microwave irradiation and production and treatment of oil]. Kazan: natural bitumen from the Shugurovskiy intensification of chemical processes]. FEN (Tatarstan Academy of Sciences), field sands]. Povyshenie nefteotdachi Moscow: Khimiya, 2003, 220 p. 2009, 400 p. plastov na pozdney stadii razrabotki 8. Sayakhov F.L., Maganov R.U., Kovaleva 13. El harfi K, Mokhlisse A., Chana M.B., neftyanykh mestorozhdeniy i L.A. Primenenie elektromagnitnogo Outzourhit A. Pyrolysis of the Moroccan kompleksnoe osvoenie vysokovyazkikh vozdeystviya pri dobyche vysokovyazkikh (Tarfaya) oil shales under microwave neftey i prirodnykh bitumov. Materialy neftey [The use of electro-magnetic irradiation. Fuel, 2000, vol. 79, Mezhdunar. nauchno-prakticheskoy konf.

affecting at the extraction of the high- issue 7, pp. 733–742. (Proc. Int. Sci.-Techn. Conf. “Increasing viscosity oils]. Izv. vuzov. Neft' i gaz, 14. Bitumnye ustanovki [Bitumen plants], of oil recovery in the late period of 1998, issue 1, pp. 35–39. Available at: http://www.ufa-term.ru/ development of oil fields and the 9. Sayakhov F.L., Bagautdinov N.Ya., (accessed 09 November 2007). comprehensive development of high Salikhov Yu.B. Fiziko-tekhnicheskie 15. Leite L.F., Borschiver S., Canongia C., viscosity oils and natural bitumens”) osnovy elektromagnitnoy tekhnologii Antunes A. M. S. Survey of microwave Kazan, 4–6 September 2007. Kazan: FEN izvlecheniya netraditsionnykh technology potential application in (Tatarstan Academy of Sciences), 2007, uglevodorodov [Physical and technical heavy crude oil upgrading. ENPROMER- pp. 178–183.

bases of the electro-magnetic technology 2 Mercosur Congress on Chemical 18. Kayukova G.P., Kiyamova A.M., Romanov of unconventional hydrocarbons Engineering 4 Mercosur Congress on G.V. Gidrotermal'nye prevrashcheniya extraction]. Vestnik Bashkirskogo Process Systems Engineering, 2005, Angra asfal'tenov [Hydrothermal conversion of universiteta, 2001, issue 1. dos Reis RJ. ENPROMER 2005. Rio de asphaltenes]. Neftekhimiya, 2012, vol.

10. Baturin Yu.Ya. Tekhnologicheskaya Janeiro: e-papers, 2005. 52, pp. 7–16.

skhema razrabotki Russkogo 16. Yakupov A.A., Ekimova A.M., 19. Safieva R.Z. Neftyanye dispersnye sistemy:

mestorozhdeniya [Technological scheme Ziyatdinov A.Sh., Gil'manov Kh.Kh., sostav i svoystva (chast' 1). Uchebnoe of the development of Russian oilfield]. Liakumovich A.G., Akhmed'yanova posobie [Oil dispersed systems: structure Tyumen: Otchet SibNIINP po NIOKR. 1987. R.A., Yarullin R.S., Mustafin Kh.V., and properties (part 1). Textbook].

11. Dvoretskiy D.S., Nagornov S.A., Ermakov Myuller R.F. Intensifikatsiya protsessa Moscow: Gubkin Russian State University A.A., Neizvestnaya S.V. Tekhnologiya termicheskogo piroliza uglevodorodov of Oil and Gas, 2004, 112 p.

polucheniya biodizel'nogo topliva s ispol'zovaniem mikrovolnovogo 20. Tumanyan B.P. Nauchnye i prikladnye s ispol'zovaniem geterofaznykh izlucheniya [Intensification of thermal aspekty teorii neftyanykh dispersnykh katalizatorov i SVCh-nagreva [Technology pyrolysis of hydrocarbons using system [Scientific and applied aspects for producing biodiesel using hetero microwave radiation]. Neftepererabotka i of the theory of oil dispersed systems].

catalysts and microwave heating]. neftekhimiya, 2008, issue 6, pp. 22–24. Moscow: Tekhnika, 2000, 136 p.

34 бУРЕНИЕ УДК 622.24+519. Современные информационные технологии в проектировании строительства скважин Линд Ю.б. Развитие вычислительной техники на является минимум исходной информации по кандидат физико-математических наук, современном этапе позволило экспери- скважинам — их пространственное располо ученый секретарь1 ментаторам обратиться к таким классам жение и характеристики зафиксированных в lindub@bashneft.ru задач, решение которых традиционными них осложнений (глубина по стволу, наличие методами крайне затруднено или вообще и интенсивность осложнения), поэтому для Кабирова А.Р. невозможно, и вывести компьютерное мо- ее решения авторами предложено использо аспирант делирование на уровень одного из важней- вать искусственные нейронные сети.

ших методов решения прикладных задач. Нейронные сети обладают способно Елкибаева Г.Г.

Многие физико-химические задачи, возни- стью предсказания ситуаций с неизвестным студент кающие при проектировании строительства видом связей между входными и выходными скважин, характеризуются разнотипностью параметрами, благодаря чему позволяют мурзагалин А.Р.

и неполнотой обрабатываемой информа- найти наилучшие значения свойств модели, студент ции, многокритериальностью этих задач минимизирующие погрешность вычислений и отсутствием формальных подходов к их внутри заданной области (в рассматривае мулюков Р.А.

решению, а также предполагают значитель- мом случае это границы месторождения).

кандидат технических наук, главный специалист ный объем вычислений, обеспечивающих, Проведен вычислительный эксперимент по ООО «БашНИПИнефть», Уфа, Россия тем не менее, достаточно низкую точность выбору наиболее эффективной нейронной Институт нефтехимии и катализа РАН, Уфа, Россия [1]. Повысить эффективность решения этих сети, который показал, что наилучшее соот Башкирский государственный университет, задач позволяет использование современ- ношение точности и скорости вычислений Уфа, Россия ных вычислительных технологий, таких как для решения поставленной задачи дает ра параллельные вычисления и искусственные диально-базисная сеть (РБС), обучающаяся В работе рассматривается нейронные сети. В данной работе рассма- на основе алгоритма k-средних (таб. 1).


применение современных тривается применение указанных инфор- Стандартные радиально-базисные сети информационных технологий, мационных технологий к решению задач состоят только из одного скрытого слоя и прогнозирования осложнений при бурении не требуют специализированных нейро таких как искусственные нефтяных скважин и оптимизации состава компьютеров для реализации (рис. 1), они нейронные сети и параллельные буровых растворов. обучаются на порядок быстрее, чем при вычисления, к решению задач Прогнозирование осложнений, возни- использовании наиболее популярного алго прогнозирования осложнений кающих при строительстве скважин (по- ритма обратного распространения ошибки, при бурении нефтяных скважин глощений бурового раствора, флюидопро- и не испытывают трудностей с локальными явлений, осыпей, обвалов и т.п.), является минимумами, но при этом могут работать и оптимизации состава буровых важной и актуальной задачей при проекти- медленно при большом количестве элемен растворов.

ровании бурения, поскольку они сопрово- тов (количество нейронов скрытого слоя ждаются значительными затратами времени обычно соответствует числу элементов обу материалы и методы и средств на ликвидацию их последствий и чающей последовательности) [2].

Искусственные нейронные сети, могут привести к серьезным авариям. Од- Алгоритм k-средних позволяет скоррек параллельные вычисления.

ним из способов эффективного предупреж- тировать число нейронов радиально-базис дения осложнений является обоснованный ной сети и повысить ее производительность.

Ключевые слова подбор буровых растворов для бурения Предложенный алгоритм обучения нейросе прогнозирование осложнений, опасных интервалов на основе анализа дан- ти показан на рис. 2.

оптимизация состава буровых растворов, ных по ранее пробуренным скважинам. На основе спроектированной нейрон искусственные нейронные сети, Формально рассматриваемая задача ной сети разработан алгоритм программ параллельные вычисления сводится к задаче классификации: для каж- ного построения кластеризованной карты дого объекта осложнения требуется разбить месторождения по наличию/интенсивности все множество точек месторождения на не- осложнений, которая позволяет отследить сколько классов на основе множества мар- тенденцию их распространения для каждого кированных примеров (в качестве которых стратиграфического объекта в любой точке выступают уже пробуренные скважины ме- в пределах месторождения. При вводе ко сторождения). Спецификой данной задачи ординат новой скважины с использованием № Тип нейронной сети Параметры сети Время счета 1 Многослойный 1 скрытый слой, 11 мин персептрон 4 нейрона 2 Многослойный 2 скрытых слоя, 8 мин персептрон 4 и 6 нейронов 3 Радиально-базисная 30 нейронов 7 сек сеть 4 Радиально-базисная 8 нейронов 0,5 сек сеть с алгоритмом k средних 5 Карта Кохонена 300 нейронов 16 сек Рис. 1 — Структура стандартной радиально-базисной сети Таб. 1 — Выбор нейронной сети кластеризованной карты месторождения про- платформы параллельных вычислений оптимизированных библиотек, в частности, граммно строится прогноз по наличию/интен- NVIDIA CUDA, позволяющей существенно CUBLAS, основными функциями которой яв сивности осложнений для всех объектов, раз- увеличить вычислительную производи- ляются создание матриц и векторных объ буриваемых данной скважиной (рис. 3). тельность благодаря использованию GPU ектов в пространстве памяти GPU, заполне Тестирование разработанной програм- (графических процессоров). CUDA пре- ние их данными, вызов последовательных мы проводилось для нескольких место- доставляет возможность использования функций CUBLAS, и загрузка результатов рождений РБ [3]. С целью сравнения про гнозных значений с фактическими данными расчет был проведен для уже пробуренных скважин, результаты совпадают в 79% случа ев. На основе построенного прогноза прово дится корректировка технологических пара метров используемого бурового раствора.

Для того чтобы по требуемым значениям технологических параметров бурового рас твора определить его состав, необходимо построить математическую модель зависи мости свойств раствора от его состава и ре шить обратную задачу оптимизации состава бурового раствора. Решение этой задачи со стоит в подборе такого компонентного соста ва раствора, при котором достигаются тре буемые ограничения на его технологические параметры при одновременной минимиза ции выбранного технологического критерия.

Прямая задача состоит в структурной и Рис. 2 — Алгоритм обучения предложенной радиально-базисной сети (РБС) параметрической идентификации матема тической модели технологических параме тров бурового раствора, т.е. выборе вида и расчете коэффициентов модели (рис. 4) [4].

Обратная задача в математической по становке представляет собой задачу услов ной минимизации на основе построенной математической модели. Для ее решения реализован автоматизированный выбор математического метода в зависимости от вида математической модели технологи ческих параметров раствора: методы ли нейного программирования (в частности, симплекс-метод) для линейной модели, чис ленные методы перебора и покоординатно го спуска в случае нелинейной модели.

Как видно из таб. 2, решение поставлен ной задачи даже для одной рецептуры пред полагает значительный объем вычислений для достижения требуемой точности. Меж ду тем, при проектировании строительства скважин иногда необходимо одновременно рассчитать оптимальный состав для несколь Рис. 3 — Построение прогноза для новой скважины ких рецептур, что вызывает целесообраз ность использования технологии высокопро изводительных параллельных вычислений.

Для эффективной организации вычислитель ного процесса при решении поставленной задачи разработана трехуровневая модель распараллеливания:

• распараллеливание по эксперименталь ной базе (проведение однотипных вы числений для разных наборов начальных данных, т.е. типов и рецептур буровых растворов);

• использование внутреннего параллелиз ма задачи (построение математической модели разных технологических параме тров производится независимо от других, т.к. на основании корреляционного ана лиза из рассмотрения предварительно ис ключена взаимозависимые параметры);

• распараллеливание численных методов решения обратной задачи (декомпозиция расчетной области по числу вычислителей с поиском оптимального значения вы бранного критерия).

В настоящее время проводится реали зация данной модели с использованием Рис. 4 — Параметрическая идентификация модели технологических параметров из области памяти GPU обратно к хосту [4]. совпадают с измеренными в лаборатории Список используемой литературы Чтобы достичь этого, CUBLAS предоставляет значениями соответствующих свойств с точ- 1. Егоров А.А. Роль интеллектуальных си вспомогательные функции для создания и ностью 82%, что говорит об адекватности стем в нефтегазовой отрасли: предпо уничтожения объектов в памяти GPU, и для предложенной методики. Разработанный сылки и перспективы // записи данных и извлечения информации программный продукт применяется при Автоматизация и ИТ в нефтегазовой из этих объектов. На центральном процес- составлении проектной документации на области. 2013.

соре (CPU) выполняются только последова- строительство скважин. Режим доступа: http://www.avite.ru/ тельные части алгоритма программы, подго- ngk/stati/rol-intellektualnyih-sistem товка и копирование данных на устройство, Итоги v-neftegazovoy-otrasli-predposyilki задание параметров для ядра и его запуск;

В работе разработана и реализована ме- i-perspektivyi.html (дата обращения само ядро, т.е., операции, которые будут ис- тодика решения задач прогнозирования 20.08.2013) полнены над данными, выполняется на GPU. осложнений в бурении и оптимизации со- 2. Haykin S. Neural Networks — a Данная технология позволяет повысить эф- става буровых растворов на основе исполь- Comprehensive Foundation.

фективность работы программы, не меняя зования современных информационных Pearson Education, 2005. 823 p.

конфигурацию аппаратной части компьюте- технологий (параллельных вычислений и 3. Линд Ю.Б., Мулюков Р.А., Кабирова А.Р., ра, т.е. используя имеющиеся ресурсы. искусственных нейронных сетей). Мурзагалин А.Р.

Тестирование разработанной програм- Оперативное прогнозирование мы проводилось для линейки полимерных Выводы осложнений при бурении // буровых растворов, разрабатываемых в Полученные результаты позволяют увеличить Нефтяное хозяйство. 2013. №2. С. 55–57.

ООО «БашНИПИнефть» [4]. Рассчитанные эффективность расчетов и снизить влияние 4. Линд Ю.Б., Клеттер В.Ю., Ахматдинов значения технологических параметров человеческого фактора при проектировании Ф.Н., Мулюков Р.А. Оптимизация соста для полученного оптимального состава строительства скважин. ва буровых растворов и оперативное управление их свойствами // Нефтяное хозяйство. 2009. №5. С. 90–93.

№ Размерность Вид мат. метод решения Время, мин Точность, % 5. Елкибаева Г.Г., Линд Ю.Б. Оптимизация (кол-во параметров) модели обратной задачи состава буровых растворов на основе 1 13 Линейная Симплекс-метод 16,2 75, решения задачи линейного программи 2 13 Квадратичная Метод перебора 382,1 87,3 рования // Тезисы докладов III Всероссийской на 3 13 Квадратичная Метод покоорди- 24,0 83, учно-практической конференции «Прак натного спуска тические аспекты нефтепромысловой химии». Уфа, 2013. С. 42–44.


Таб. 2 — Методы решения обратной задачи ENGLISH D RILLIN G Actual information technologies in designing well construction UDC 622.24+519. Authors:

Yuliya B. Lind — phD, science secretary1;

lindub@bashneft.ru Aigul R. Kabirova — phD student Galiya G. Elkibaeva — student Azamat R. Murzagalin — student Rinat A. Mulyukov — chief specialist BashNIPIneft LLC, Ufa, Russian Federation Institute of Petrochemistry and Catalysis of RAS, Ufa, Russian Federation Bashkir State University, Ufa, Russian Federation Abstract parallel computations. Conclusions The paper is devoted to use of state-of- Obtained results allow raising efficiency the-art information technologies, such Results of calculations and reduce impact of as artificial neural networks and parallel Algorithms for solving problems of human factor during design of wells computations, to solving problems of troubles prediction in design of wells construction.

troubles prediction in design of wells construction and optimization construction and optimization of drilling of drilling fluids composition have been Keywords fluids composition. developed and implemented. troubles prediction, They are based on optimization of drilling fluids Materials and methods artificial neural networks and parallel composition, artificial neural networks, Artificial neural networks, computations use. parallel computations References Education, 2005. 823 p. their peoperties]. Neftyanoe khozyaistvo, 1. Egorov A.A. Rol’ intellektualnykh system v 3. Lind Yu.B., Mulyukov R.A., Kabirova 2009, issue 5, pp. 90–93.

neftegazovoi otrasli: predposylki I perspektivy A.R., Murzagalin A.R. Operativnoe 5. Elkibaeva G.G., Lind Yu.B. Optimizatsiya [Role of intellectual systems in oil and prognozirovanie oslozhnenii pri burenii sostava burovykh rastvorov na gas industry: background and prospect]. [Prompt prediction of troubles in drilling]. osnove resheniya zadachi lineinogo Avtomatizatsiya i IT v neftegazovoi oblasti, Neftyanoe khozyaistvo, 2013, issue 2, programmirovaniya [Optimization 2013. Available at: www.avite.ru/ngk/stati/ pp. 55–57. of drilling fluids composition basing rol-intellektualnyih-sistem-v-neftegazovoy- 4. Lind Yu.B., Kletter V.Yu., Akhmatdinov on solution of linear programming otrasli-predposyilki-i-perspektivyi.html F.N., Mulyukov R.A. Optimizatsiya sostava problem]. III Vserossiiskaya nauchno (accessed 20 August 2013). burovykh rastvorov I operativnoe upravlenie prakticheskaya konferentsiya 2. Haykin S. Neural Networks – a ikh svoistvami [Optimization of drilling “Prakticheskie aspekty neftepromyslovoi Comprehensive Foundation. Pearson fluids composition and management of himii”, 2013, pp. 42–44.

бУРЕНИЕ УДК 622.24 (075.3) Использование особенностей газотурбинной силовой установки при эксплуатации оборудования для гидроразрыва нефтяных и газовых пластов в зимний период Работы ведутся при финансовой поддержке Минобрнауки РФ по государственному контракту №14.572.12.5001 от 14.07.2011 г.

А.Д. Касьянов Условия эксплуатации оборудования шинах требует сложного согласования или главный специалист1 комплексов машин, обслуживающих нефте запрещено. Гидравлические системы и gba@automatika.ru и газодобывающие предприятия в России трансмиссии требуют применения зимой характеризуются значительным диапазоном специальных маловязких масел. Это позво С.Л. макаров внешних погодных воздействий, определя- ляет «страгивать» их и приводить в движе главный конструктор1 емых географическим положением нашей ние на холостом ходу без предварительного страны и размерами территории, при этом подогрева, сократив время подготовки узла Л.П. Юнаков большая часть месторождений сосредо- к принятию нагрузки. Но для работы агрега кандидат технических наук, декан точена в регионах с холодным климатом. тов без ограничений по нагрузке и частоте komdep@bstu.spb.su Запуск и приведение машин в работоспо- вращения, температура масла должна быть собное состояние перед осуществлением доведена до требуемого уровня.

ЗАО «Проектно-конструкторское бюро технологического процесса зимой является В технологических установках для подо «Автоматика» — дочернее общество ОАО трудоёмкой, длительной и энергозатратной грева оборудования и используемых продук «Кировский завод» (ЗАО «ПКБ Автоматика»), операцией. Работа с холодным «металлом» тов в условиях низких температур применяют Санкт-Петербург, Россия Балтийский государственный технический на ветру и морозе крайне некомфортна. специальные подогреватели с теплообмен университет (БГТУ «Военмех» им.Устинова Д.Ф.), Особенно часто требует предпускового никами, в которых тепловая энергия отра Санкт-Петербург, Россия подогрева оборудование мобильных ком- ботавших газов, образовавшихся при сгора плексов гидравлического разрыва пластов, нии топлива, передаётся промежуточному Рассмотрены особенности выполняющее работу циклически, так как жидкому теплоносителю, подводимому к характеристик газотурбинных после проведения операции «разрыва» тре- теплообменнику на подогреваемом оборудо буется свернуть оборудование, совершить вании. Теплоноситель может также получать двигателей с точки зрения переезд, расставить машины и подготовить тепловую энергию из системы охлаждения использования их отработавших оборудование для работы на очередном двигателя технологической установки, однако газов для предпускового месте. Периодичность проведения гидро- предварительно двигатель сам должен быть подогрева масла и разрывов составляет от суток до недель. За разогрет до температуры, позволяющей его технологического оборудования это время неработающее оборудование и запустить. Дизельный двигатель, остывший их силовые установки успевают остывать до до температуры -15…20°С и ниже перед запу машин, предназначенных для уровня среднесуточной температуры окру- ском требует разогрева автономным предпу гидравлического разрыва жающего воздуха. Зимой эта температура сковым подогревателем, производительность нефтяных и газовых пластов. нередко ниже минимально допустимой для которого превышает 40 кВт. После запуска Приведено теоретическое работы агрегатов и узлов технологической двигателя производится разогрев масла обоснование и практическое установки. Обычно фирмы-производители трансмиссии, гидросистемы технологическо гидравлических узлов, трансмиссий, элек- го оборудования подачей горячего антифри решение по обеспечению подогрева тронных устройств, датчиков и других систем за водяным насосом запущенного двигателя, масла и оборудования на машинах, предельной для функционирования темпе- либо совместно с водяным насосом автоном оснащённых газотурбинными ратурой окружающей среды устанавливают ного предпускового подогревателя. Система двигателями. порог в -20…25°С. Узлы в «хладостойком» подогрева в таком виде достаточно сложна исполнении допускают работу при темпера- конструктивно, требует отладки распреде туре ниже -40°С, но стоят существенно доро- ления потоков антифриза по магистралям, же. Сфера их применения часто ограничена исключающую возможность недопустимого рамками продукции военного назначения, снижения расхода охлаждающей жидко и использование их на «гражданских» ма- сти через двигатель вследствие появления Рис. 1 — Влияние соотношения воздух-топливо Рис. 2 — Монтаж газотурбинного двигателя на состав отработавших газов на агрегат приготовления смеси фирмы МТТ параллельной трассы для охлаждающей жид- тепловыделения, поступающие от горячей кости в виде трассы обогрева оборудования. проточной части, редукторов и опор отводит материалы и методы Тепловыделения дизельного двигателя мощ- маслосистема смазки двигателя. Величина Реалии нефтесервисного рынка в России ностью 700 кВт в охлаждающую жидкость тепловыделений ГТД в масло невелика. Даже сложились таким образом, что зарубежные находятся в пределах 150…430 кВт. Меньшие на максимальном режиме работы тепловы- компании, обладая большими значения относятся к режиму работы при деление газотурбинного двигателя мощно- финансовыми возможностями и вводя малой частоте вращения. Суммарное время стью 900 кВт не превышают 60 кВт, а на ре- в российские нефтедобывающие компании подготовки технологической установки с ди- жиме малого газа в условиях отрицательных свою технику целыми флотами, обеспечили зельным двигателем, обусловленное доведе- температур из-за повышенной теплоотдачи себе доминирующие рыночные позиции.

нием температуры до рабочего уровня зимой, в холодный металл и окружающий воздух, Отечественные разработчики и изгото достигает 2…2,5 часа. а также вследствие незначительных потерь вители подобной техники могут добиться Применение газотурбинного двигателя мощности в редукторной части двигателя паритета на рынке машиностроительной (ГТД) в качестве источника энергии, напри- оно снижается до 15…20 кВт. Такого количе- продукции, предназначенной для работы мер для привода трёхплунжерного насоса ства тепловой мощности недостаточно, что- в нефтедобывающих и нефтесервисных технологической установки, позволяет по- бы её использовать для подогрева холодных комплексах, только опираясь на высить эксплуатационные качества машин агрегатов и узлов насосной установки. В ави- существенные технико-экономические комплекса, включая пусковые при низких ации и наземных транспортных средствах, преимущества создаваемых машин.

температурах окружающего воздуха. ГТД оснащённых газотурбинным двигателем, В статье на основании теоретического анали надёжно запускается при температуре окру- для отопления используется горячий воздух, за, проведенных расчетов обоснована воз жающего воздуха до -45°С без предвари- отбираемый за компрессором ГТД. С целью можность использования отработавших газов тельного подогрева. Время его запуска не исключения недопустимого влияния отбора газотурбинного двигателя для предваритель зависит от внешних условий, и определяет- воздуха на параметры рабочего цикла ГТД, ного подогрева масла и технологического ся циклограммой, заложенной в пусковую количество обираемого воздуха ограничено оборудования в отечественном насосном аппаратуру. Цикл запуска длится 1 минуту. 0,5…0,7% от расхода воздуха, потребляемо- агрегате комплекса для гидроразрыва газо Практически после запуска двигатель спо- го двигателем. Реально ГТД мощностью 900 вых и нефтяных пластов (комплекса ГРП).

собен принимать нагрузку, но обычно для кВт допускает отбирать до 0,04 кг/с, при проведения технологических операций по этом тепловой поток, который может быть ис- Ключевые слова гидроразрыву требуется довести темпера- пользован в системе подогрева, составляет гидроразрыв нефтяных и газовых туру масла трансмиссии, технологического в зависимости от режима работы двигателя пластов, силовая установка, газотурбинный оборудования и компонентов закачивае- 1,5…3 кВт. Учитывая, что разогрев установ- двигатель, дизельный двигатель, система мого продукта до требуемого уровня. ГТД ки осуществляется без нагрузки, и ГТД ра- подогрева не имеет жидкостной системы охлаждения, ботает на режиме близком к малому газу, Рис. 3 — Система выпуска отработавших газов на УН-2250 Рис. 4 — Вид снизу на газовые каналы Рис. 5 — Разрез бокового отвода газового канала и масляного бака Рис. 6 — Очертание газовых каналов Рис. 8 — Линии тока отработавших газов под картером насоса Рис. 7 — Линии тока отработавших газов по каналам обогрева использовать можно не более 2 кВт. Этой степени этими факторами — меньшей темпе- смесеобразования вблизи стенок камеры мощности так же недостаточно для подогре- ратурой цикла и большим объёмом перека- сгорания и других местах, некачественной ва крупных агрегатов и объёмов жидкости чиваемого компрессором воздуха, обуслов- продувки камеры сгорания, из-за скоротеч установки насосной, но для доведения тем- лена худшая топливная экономичность ГТД. ности и цикличности процессов, угара мас пературы масла смазки плунжеров плунжер- Избыток кислорода, качественный распыл ла. На автомобильных дизельных двигателях ного насоса до эксплуатационных значений топлива и непрерывность горения приводят с целью доведения уровня токсичности отра тепловой энергии, содержащейся в ото- к более полному, чем у дизеля окислению ботавших газов до требований норм Евро бранном за компрессором воздухе вполне компонентов топлива, а низкая температура и Евро 5 коэффициент избытка воздуха до достаточно. Такая система реализована на в меньшей степени способствуют образова- стигает значений 1,5…1,7 для обеспечения установке насосной УН-2250, где воздух под нию окислов азота. каталитического дожигания выбрасываемых давлением 0,3… 0,5 мПа с температурой По этой причине в отработавших газах газов. Состав, температура и объём отрабо 400…500 К проходит через теплообменник, ГТД содержится мало сажи, окислов серы и тавших газов ГТД позволяют использовать их размещённый на внешних стенках бака с азота, следовательно, они не коптят, их со- для обогрева узлов технологического обору маслом, предназначенном для смазки плун- единения при взаимодействии с водяным дования, ёмкостей с рабочими жидкостями жеров объёмом 20 л. паром не образуют кислот, которые могут и маслом, трубопроводов и аппаратуры без Газотурбинный двигатель, изготовлен- повредить электрическую аппаратуру, кон- применения промежуточного теплоносителя.

ный на уровне технологических достижений, такты и покрытия. Газы могут быть направлены непосредствен позволяющих обеспечить его выпуск в про- По данным американской фирмы МТТ, но на разогреваемые узлы без опасения, что мышленных условиях, в силу особенностей выпускающей оборудование для гидрораз- они закоптятся, обгорят или подвергнутся лопаточной системы турбин и конструкции рыва с вертолётными и судовыми газотур- коррозии под воздействием кислот.

камеры сгорания работает при максималь- бинными двигателями, позиционирующих Система подогрева масла и оборудо ной температуре рабочего цикла не выше их работу экологически безвредной (“Green вания отработавшими газами выбрана для 1300…1450 К, в то время как дизельный дви- Field”), ГТД выбрасывают на 85…90% мень- установки насосной УН-2250, на которой гатель имеющий массивные детали, контак- ше окиси углерода и окислов азота, чем ди- установлены два газотурбинных двигателя тирующие с горячими газами, хороший отвод зельный двигатель. ГТД-1250. Об эксплуатационных особенно тепла от них и цикличный процесс сгорания Дизель с наддувом работает с коэффици- стях насосных агрегатов с газотурбинными топлива позволяет работать при соответству- ентом избытка воздуха, доходящим до 1,2, но двигателями см. статью «Применение газо ющем параметре достигающем 2000…2400 на переходных режимах кислорода в посту- турбинных двигателей в насосных агрега К. Снижение температуры газа ГТД достига- пающем воздухе может быть недостаточно тах комплексов гидроразрыва нефтяных и ется подачей компрессором ГТД в 4…5 раз для полного сгорания топлива. Даже при зна- газовых пластов» в журнале «Экспозиция большего количества воздуха, чем это тре- чительном избытке воздуха, дизельный дви- Нефть Газ», № 6(24), 2012г.

буется для обеспечения стехиометрического гатель не может обеспечить «экологичный Для реализации системы подогрева в вы процесса сгорания топлива. В значительной выхлоп» вследствие неизбежного ухудшения пускном патрубке одного из ГТД размещена Рис. 9 — Эпюры скоростей Рис. 10 — Эпюры скоростей газового потока в сечении 1,1 м газового потока в сечении 0,81 м Рис. 11 — Эпюра давления в сечении 1,1 м Рис. 12 — Эпюра давления в сечении 0,19 м регулируемая по положению заслонка, позво- трехмерного моделирования турбулентно- потока, связанный, прежде всего, с конфигу ляющая направлять часть отработавших га- го течения вязкого газа позволяет свести к рацией газохода. При этом неравномерность зов в боковой отвод, соединённый с каналом минимуму количество дорогостоящих фи- поля скорости находится в пределах допу обогрева, роль которого выполняют газоходы зических экспериментов, заменить их ма- стимых значений из условия обеспечения из труб, проложенных через бак с маслом для тематическим моделированием. В основе распределения потоков на обдув и обогрев смазки плунжерного насоса и пространство математического моделирования процессов агрегатов.

между лонжеронами монтажной рамы. В ме- течения и теплообмена газа в тракте обогре- Важную информацию несет распреде стах, где требуется подогрев узлов оборудо- ва лежит численное решение алгебраиче- ление поля давления. Основной показатель, вания, организованы окна, через которые ских аналогов дифференциальных уравне- который может быть получен из анализа рас газы выходят в атмосферу, омывая подлежа- ний переноса массы, количества движения пределения давления в канале — это гидрав щие подогреву узлы трансмиссии и корпус и теплоты, дополненных уравнениями для лическое сопротивление всей трассы. По плунжерного насоса. Конструкция каналов определения параметров турбулентности. этой величине можно определить возмож для прохода отработавших газов приведена Газовый канал имеет сложную форму ность реализации концепции отбора газа на на иллюстрациях. и включает в себя участок для обогрева обогрев и его количество. Некоторые эпюры Для оценки эффективности такой кон- масла в маслобаке в виде шести патруб- давления в канале представлены на иллю струкции и оптимизации распределения ков сечением 40100 мм. Тракт имеет одно страциях. Определено, что перепад давле потоков газа к подогреваемым узлам было входное отверстие и шесть окон для выхо- ния между входным и выходными сечениями выполнено численное моделирование те- да газа под узлами, которые желательно не превышает значения 11 кПа, что удовлет чения газов и расчет теплообмена в про- предварительно подогреть перед началом воряет условию забора газа из выходного точной части газового тракта выпускной работы оборудования. патрубка двигателя и прохождению заданно системы, определившие её основные экс- Область течения газа была построена го расхода по трассе канала подогрева.

плуатационные параметры. Решение данной с использованием программного продукта По результатам моделирования были задачи осложняется плотной компоновкой SolidWorks. Для расчета потока по области определены величины расходов в выходных обогреваемых агрегатов, которые располо- течения была построена трехмерная сетка, сечениях канала. Установлены расходы отра жены по принципу их оптимального функ- необходимая для численного решения уравне- ботавшего газа по каналам подачи их к подо ционирования в общей технологической ний переноса. Количество ячеек в расчетной греваемым узлам и выходу в атмосферу. Так схеме. Традиционно выбор и проработка области составило 1,2 млн. при положении регулирующей заслонки, обе конструкции магистралей газоходов прово- Проведенные расчеты выявили карти- спечивающем подачу в трассу подогрева 2, дились в ходе исследований, сочетающих ну течения газа в виде линий тока по тракту кг/с отработавших газов, на трансмиссию по инженерные методы расчета, методы мате- отвода отработавших газов, скоростей и ступает 38%, а на выходе из-под картера насо матического моделирования и сравнитель- давлений в нём. са 15% газов вытекает у передней стенки кор ные экспериментальные работы. В насто- Распределение скорости потока в сече- пуса, 32% у задней, 7% со стороны качающего ящее время использование возможностей ниях канала показывает сложный характер узла и 8% с противоположной стороны насоса.

Рис. 14 — Линии тока конвективного Рис. 13 — Расчетная модель маслобака течения масла в баке Рис. 15 — Эпюра температуры масла в поперечном сечении бака Рис. 16 — Эпюра температуры масла в продольном сечении бака Итоговой частью проводимых исследо- что связано недостаточно интенсивным кон- наиболее приемлемые с точки зрения ком ваний являлась оценка способности разо- вективным движением масла, обладающим поновочных требований и функциональной греть масло в баке от температуры -40оС до большей вязкостью. Видны циркуляционные эффективности конструктивные решения.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 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.