Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta Inziniring Georesursov

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ПНЕВМОПРУЖИННОГО КОМПЕНСАТОРА ДАВЛЕНИЯ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ

Зотов Алексей Николаевич (Аlеxеy N. Zоtоv) — 2019-04-03

Актуальность исследования обусловлена воздействием вибрации на элементы установки погружного электроцентробежного насоса. Наличие вибрационных процессов увеличивает количество преждевременных отказов узлов установки. Одной из причин проявления вибрационного воздействия на электроцентробежную насосную установку являются перепады давления на выкиде погружного электроцентробежного насоса, при этом частоты таких перепадов невелики. Цель: разработка лабораторной установки, которая имитирует колебательные процессы, происходящие на выкидной линии электроцентробежного погружного насоса в нефтяной добывающей скважине. Объекты: модель пневмопружинного компенсатора давления с квазинулевой жесткостью, конструктивно представляющего собой пневматическую пружину, внутри которой расположен пакет из пяти последовательно установленных тарельчатых пружин. Методы: численные решения дифференциальных уравнений, теория колебаний, математический анализ, математическая статистика, методы математического моделирования. Результаты. Разработана лабораторная установка, позволяющая провести исследования модели пневмопружинного компенсатора давления с квазинулевой жесткостью, конструктивно представляющего собой пневматическую пружину, внутри которой расположен пакет из пяти последовательно установленных тарельчатых пружин. Система с квазинулевой жесткостью представляет собой совокупность пневмопружины, имеющей силовую характеристику с рабочим участком положительной жесткости, и пакета последовательно соединенных тарельчатых пружин, имеющего силовую характеристику с рабочим участком отрицательной жесткости. Экспериментально подобраны параметры тарельчатых пружин таким образом, чтобы получить силовую характеристику с участком квазинулевой жесткости при заданном давлении. Результатом исследований на лабораторном стенде стало совпадение с заданной погрешностью замеров размаха колебаний и теоретически предсказанных результатов, что позволило доказать правильность теоретических выводов.

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ТИПЫ ВОД ХВОСТОХРАНИЛИЩ СВИНЦОВО-ЦИНКОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

Чечель Лариса Павловна (Larissa P. Chechel) — 2019-04-03

Актуальность обсуждаемой темы обусловлена необходимостью решения задачи сохранения качества водных ресурсов в условиях воздействия горного производства. Цель: изучение химического состава техногенно-трансформированных вод в районах отработки трех свинцово-цинковых месторождений Забайкалья и их геохимическая типизация. Объекты: воды, формирующиеся в пределах хвостохранилищ Благодатского, Акатуевского и Кадаинского свинцово-цинковых месторождений, расположенных в Восточном Забайкалье. Методы. Концентрации анионов измерялись турбидиметрическим, потенциометрическим, колориметрическим методами; катионы и металлы определялись атомно-адсорбционным методом и масс-спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS). Для определения состава равновесных вторичных минеральных фаз применялись диаграммы полей устойчивости алюмосиликатных минералов, построенные по методу, предложенному Р.М. Гаррелсом и Ч.Л. Крайстом. Результаты. По соотношению основных ионов рассматриваемые воды относятся к гидрокарбонатному, сульфатно-гидрокарбонатному, гидрокарбонатно-сульфатному и сульфатному магниево-кальциевому и кальциево-магниевому химическим типам. Дренажные стоки свинцово-цинковых месторождений характеризуются значительным превышением содержаний металлов (As, Zn, Cd, Pb, Sb, Mn, Mo, U, La) над средним составом вод выщелачивания, с максимумом для мышьяка более чем в 800 раз и цинка – в 200 раз. Характер расположения точек состава вод на диаграммах устойчивости алюмосиликатных минералов свидетельствует об их насыщении относительно глинистых алюмосиликатов и кальцита, что с учетом особенностей их химического состава позволяет говорить о принадлежности последних к двум геохимическим типам – кремнисто-кальциево-магниевому и кремнистому карбонатно-кальциевому, ведущая роль в смене которых принадлежит интенсивности водообмена. Типизация аномальных гидрогеохимических полей в горнодобывающих регионах направлена на совершенствование эколого-геохимического мониторинга природных вод и может использоваться при разработке мероприятий по предотвращению загрязнения и очистке вод.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ С КОНТРОЛИРУЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ПРИЧИН РАЗВИТИЯ СУФФОЗИОННО-ПРОСАДОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ

Шалагинов Александр Евгеньевич (Aleksandr E. Shalaginov) — 2019-04-03

Актуальность работы обусловлена недостаточностью знаний о причинах развития суффозионных процессов, выраженных в виде провалов земной поверхности, угрожающих инфраструктуре промышленного производства в Прикаспийской впадине. Цель: определение приповерхностного и глубинного геоэлектрического строения участка проявления суффозионно-просадочных образований для выяснения возможных причин их возникновения. Объектом исследования являются суффозионно-просадочные образования в виде воронкообразных провалов земной поверхности глубиной от 1 до 6 м в количестве 15 штук, расположенных в трёх практически параллельных зонах. Методы. Весь объем полевых данных получен тремя разноглубинными методами геоэлектрики: электротомография, вертикальное электрическое зондирование, нестационарное электромагнитное зондирование. Обработка, интерпретация, визуализация данных осуществлялась с помощью интерактивных программных комплексов моделирования и инверсии ЭРА, EMS, Zond, Res2D, ERTLab. Обоснование результатов проведено на основе анализа и сопоставления полученных данных геоэлектрики с априорными геологическими данными. Результаты. По результатам выполненных работ с максимальной глубинностью до 400–500 м построены разрезы и карты распределения удельного электрического сопротивления на разных глубинах, трехмерные геоэлектрические модели, как для приповерхностной, так и глубинной части участка. В результате геологической интерпретации данных выделены зоны (по параметру УЭС), к которым приурочены существующие воронки, определено направление выноса разрушенных (размытых) горных пород. Выявлены структуры, связанные с зонами развития суффозионно-просадочных процессов, и сформулированы возможные причины их формирования. Выводы. Показана высокая эффективность комплекса электромагнитных методов, использованных на участке с деструктивными явлениями. Сделан вывод, что основной механизм образования воронок связан с вымыванием известнякового и солевого «цемента» из неоген-четвертичных отложений, с дальнейшей разгрузной в более глубокие обводненные горизонты. Этот комплекс может быть рекомендован при решении аналогичных задач в других регионах, где имеются зоны проявления суффозионных процессов, а также для мониторинга их развития.

СПОСОБ ВИБРОСТРУЙНОЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ СОХРАНЕНИЯ ТЕКУЧЕСТИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВ И НЕФТЕПРОДУКТОВ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

Азин Антон Владимирович (Anton V. Azin) — 2019-04-04

Актуальность работы обусловлена необходимостью создания энергоэффективного способа сохранения текучести углеводородного топлива в условиях низких температур, при температурах существенно ниже температуры застывания продукта. В условиях низких температур высоких широт Сибири и Арктики имеются проблемы с запуском энергетических установок, работающих на углеводородном топливе и маслах. Применяемые термические и химические методы сохранения текучести топлива, масла и охлаждающей жидкости не дают полной гарантии в оперативной подготовке к работе автономных объектов. Вибрационные технологии могут существенно изменить реологические свойства углеводородного топлива посредством создания высоких сдвиговых скоростей и гистерезисного нагрева нефтепродуктов. Процесс вибрационного создания высоких сдвиговых скоростей сплошной среды имеет затраты энергии в десятки раз меньше, чем термический метод сохранения текучести топлива. Низкая теплопроводность углеводородного топлива способствует образованию возле внутренних стенок резервуаров застывшего топлива, которое является теплоизоляцией. При внесении внутрь резервуара механической вибрационной мощности топливо внутри данной системы будет достаточно жидким и готовым к применению по требованию. Цель: создание методики расчета теплоизоляционного эффекта застывшего нефтепродукта, определение количества энергии, необходимой для поддержания топлива в жидком состоянии при разных температурах окружающей среды. Методы: математический расчет перепада температур в системе «стенка резервуара – слой застывшего топлива» и экспериментальные исследования изменения реологических свойств нефтепродуктов под воздействием системы затопленного вибрирующего конфузора. Результаты. Предложен инженерный метод расчета толщины застывшего топлива на внутренних стенках резервуара при отрицательных температурах окружающей среды и величины механической энергии, необходимой для сохранения текучести топлива.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ НИЗКОВОЛЬТНОГО УДАРНОГО ГЕНЕРАТОРА В УСТРОЙСТВЕ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ МАЛОГЛУБИННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Пустынников Сергей Владимирович (Sergey V. Pustynnikov) — 2019-04-05

Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки новых источников мощных импульсов тока для работы на электрогидравлический излучатель с раздвигающимися электродами, который может применяться для возбуждения сейсмических волн в невзрывной сейсморазведке. Цель: провести расчетные и экспериментальные исследования работы низковольтного ударного генератора на дугу в воде, инициированную раздвигающимися электродами в режиме одиночных импульсов и при получении серии импульсов давления. Провести оптимизацию параметров ударного генератора и электрогидравлического излучателя с целью получения максимального импульса давления. Объекты: низковольтный ударный генератор, выполненный в габаритах кранового асинхронного двигателя МТН-612, подключенный к электрогидравлическому излучателю с раздвигающимися электродами. Методы: согласование параметров ударного генератора и дугового разряда методом планирования эксперимента с помощью математической модели. Результаты. Проведены лабораторные исследования работы низковольтного ударного генератора на дугу в воде, инициированную раздвигающимися электродами в режиме одиночных импульсов и при получении серии импульсов. Методом планирования эксперимента получена математическая модель работы ударного генератора на дугу в воде, инициированную раздвигающимися электродами в режиме одиночных импульсов, получены уравнения регрессии для выходных параметров дугового разряда, проведена оптимизация параметров ударного генератора и электрогидравлического излучателя, что позволяет получить максимальный импульс давления для проведения малоглубинной сейсморазведки. Полученный амплитудно-частотный спектр импульса давления показал, что основная энергия импульса давления лежит в среднечастотном диапазоне от 50 до 100 Гц, что обеспечивает высокий сейсмический КПД для проведения малоглубинной сейсморазведки.

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ СПЕЦИАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ СПЕКТРОВ ВИБРОСКОРОСТИ

Байков Игорь Равильевич (Igor R. Baykov) — 2019-04-05

Актуальность исследованияобусловленанеобходимостью разработки дополнительных методов оценкитехнического состояния газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов. Аварийные ситуации на компрессорных станцияхвлекут за собой последствия глобального характера для материальной базы и окружающей среды. Основным направлением обеспечения безаварийной работы компрессорных станций является поддержка технического состояния газоперекачивающих агрегатов на требуемом уровне. Цель: разработка метода оценки технического состояния газоперекачивающих агрегатов интерпретацией виброспектра колебаний корпуса подшипника турбины низкого давления агрегата с формулировкой заключения «есть дефект/нет дефекта». Объекты:газоперекачивающие агрегаты ГТК-10, эксплуатируемые в ПАО «Газпром». Агрегаты данного типа обеспечиваютболее 8 ГВт установленной мощности, что составляет более 20% в газотранспортной системе страны. Базой данных для проведения исследований является система данных результатов вибродиагностики агрегатов за 4 года. Методы. Для повышения достоверности интерпретации спектров колебаний подшипниковых узловпредлагается использовать метод построения разделяющей поверхности в 340-мерном фазовом пространстве по характеристикам обучающей выборки виброспектров. Установлено, что достоверность определения состояния агрегата при этом связана прямо пропорционально с количеством спектров в обучающей выборке, сформированной на основе информации по вибрационным обследованиям. Максимальная адекватность выводов при идентификации состояния агрегатов имеет место при описании вибросигнала преобразованием Фурье с ярко выраженными амплитудами виброскорости. Результаты. Построена гиперплоскость для определения уровнятехнического состояния газовых турбинкомпрессорных станций ПАО «Газпром» интерпретацией спектров виброобследования. Учитывая уменьшение обучающей выборки при отсеивании части спектров, наиболее препятствующих реализации алгоритма, ошибка при распознавании текущего вибросигнала агрегата прогнозируется в пределах 15–30%.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА АГЛОМЕРАЦИИ ПЫЛЕВИДНОГО ГАЛУРГИЧЕСКОГО ХЛОРИДА КАЛИЯ

Черепанова Мария Владимировна (Mariya V. Cherepanova) — 2019-04-08

Актуальность. Образующийся в промышленности пылевидный галургический хлорид калия (КС1) смешивают с готовым кондиционным продуктом, что приводит к его пылимости и слеживаемости, а также потерям при транспортировании. Укрупнение пылевидного КС1 позволит повысить качество основного продукта за счет исключения стадии смешения разнофракционных компонентов. Агломерация формованием позволит получить продукт размером, близким к концентрату. Исследование особенностей агломерации с различными связующими позволит изучить их влияние на эффективность процесса и качество получаемого продукта. Цель: изучение процесса формования пылевидного галургического хлорида калия и установление особенностей агломерации увлажненной тукосмеси с использованием связующих различного вида. Методы. Для изучения состояния поверхности агломератов применяли электронно-сканирующую микроскопию с использованием режимов съемки BSE3D и SE при увеличении до 1500Х; для определения элементного состава образовавшихся в процессе формования и сушки тукосмеси областей использовали рентгеноспектральный анализ; качество получаемого продукта оценивали с применением ситового анализа и метода измерения статической прочности на приборе ИПГ-1М. Результаты. Установлено, что повышение влажности гранулируемой смеси способствует увеличению содержания товарной фракции до 84 % и статической прочности до 10 Н/гранулу; использование связующих оказывает положительное влияние на качество продукта (повышая выход и прочность агломератов), при этом они могут иметь принципиально различные особенности процесса формования пылевидного галургического КС1, приводящие к образованию агломератов с существенными отличиями структуры, что подтверждено применением электронной микроскопии. Применение метасиликата натрия позволяет получить агломераты с плотным прилеганием частиц между собой, а иглообразные кристаллы оксида кремния, образовавшиеся за счет термического разложения Na₂SiO₃·5H₂O, увеличивают шероховатость частиц КС1, число центров кристаллизации и способствуют упрочнению связей в грануле. При использовании мелассы образующиеся агломераты имеют частицы КС1 с плотным контактом, но между ними видны остатки связующего; на их поверхности присутствуют скопления микрочастиц размером 10–30 мкм исходного пылевидного сырья в виде «панциря».

АНАЛИЗ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ АНОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ФТОРА

Софронов Владимир Леонидович (Vladimir L. Sofronov) — 2019-04-10

Актуальность исследования. Единственным промышленным способом получения фтора является электролиз фтороводорода из расплавов гидрофторидов калия системы KF·nHF. При этом в основном используют среднетемпературные (95–105 °С) электролизеры с электролитом состава KF·2HF на силу тока от 5 до 40 кА. Электролизер является весьма сложным аппаратом, в котором решено множество проблем, связанных с агрессивностью сред фтора, фтороводорода и других фторидов. В то же время существует технологическая задача увеличения эксплуатационной стойкости анодов, которые изготавливают из углеродных пластин. Углерод имеет в зависимости от строения материала различную структуру: графит, сажа, кокс, алмаз и другие. Для среднетемпературного электролиза наиболее устойчивой формой углерода, в которой углерод имеет разупорядоченную рентген-аморфную структуру, оказался кокс, поэтому эти пластины называют коксовыми. Коксовые пластины получают в основном из нефтяного пиролизного малосернистого кокса определенного фракционного состава и каменноугольного пека. В последнее время качество коксовых пластин стало крайне низким: некоторые компоненты пластин были заменены на более дешевые, например, нефтяной пек – на каменноугольный. Качество коксовых пластин российских производителей должно соответствовать требованиям ТУ 48-12-34-95 «Пластины коксовые обожженные». В ТУ приведены следующие показатели и требования к ним: кажущаяся плотность – не менее 1,64 кг/дм³; прочность на сжатие – не менее 58,8 МПа; пористость – не более 21 %; содержание золы – не более 0,6 %; удельное электрическое сопротивление – (25–40) мкОм·м. При анализе фторного производства России было замечено, что срок службы многих коксовых пластин, удовлетворяющих требованиям ТУ, не является максимальным. Это свидетельствует о недостаточности числа показателей для оценки качества коксовых пластин, установленных этим ТУ. Поэтому исследования, направленные на разработку новых способов оценки качества коксовых пластин, являются актуальными. В связи с этим нами был проведен комплексный анализ качества коксовых пластин, выпускаемых зарубежными фирмами, с целью проверки возможности использования их при производстве фтора в России. Цель: проведение анализов по определению физико-механических, химических и физико-химических характеристик коксовых пластин зарубежных фирм и установление их качества. Методы: дифференциальный термический анализ, рентгеноструктурный анализ, атомно-эмиссионная спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия, физико-механические и электрические методы анализа. Результаты. Были определены: плотность, пористость, зольность, удельное электрическое сопротивление, прочность на сжатие коксовых пластин иностранных производителей, которые в основном удовлетворяют требованиям российского ТУ 48-12-34-95, но имеют и различия. Прочность на сжатие китайских пластин марки «HS» превосходит требования ТУ почти в 1,8 раз. Пористость и зольность японских пластин значительно ниже требований российского ТУ. В связи с этим провели элементный анализ пластин методом атомно-эмиссионной спектроскопии и установили, что химические составы коксовых пластин близки. Суммарное содержание примесей в исследованных коксовых пластинах не превышает 0,5–0,6 мас. %, причем содержание основной вредной примеси – серы – в образцах не превышает 0,1–0,3 %. Определили размеры пор и их распределение в пластинах с применением сканирующей электронной микроскопии. В целом для французских и китайских образцов характерны поры с размерами в интервале 2,9–117 мкм, для немецких образцов – с размерами менее 5,9 мкм. Почти 70 % пор японских образцов соответствуют трем интервалам: 2,9–5,9; 2,0–2,3 и 0,9–2,0 мкм. Анализом с использованием рентгеновских лучей установили, что материалы всех производителей имеют схожие дифракционные картины, кроме японских «GS-R», для которых характерно наличие значительного количества углерода со структурой графита, определенных по положению рефлексов. Это, видимо, связано с различными условиями процесса кристаллообразования при изготовлении данных коксовых пластин. По результатам дифференциально-термического анализа определили характеристики основных процессов, протекающих при нагревании образцов коксовых пластин в атмосфере воздуха, и провели их классификацию по термической стойкости.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКИ ГОРИЗОНТАЛЬНО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ ПИЛОТНЫХ СКВАЖИН ДЛЯ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ

Саруев Лев Алексеевич (Lev A. Saruev) — 2019-04-22

Актуальность. В процессе реализации технологии горизонтально-направленного бурения скважин нередко возникают проблемы, связанные с необходимостью преодоления включений или горных пород высокой твердости, что требует использования рационального способа разрушения их ударом. Однако существующие ударные механизмы современных буровых установок формируют силовые импульсы нерациональной формы, не учитывающей свойства горной породы к сопротивлению для её разрушения. Такая форма силовых импульсов и кратковременность их воздействия на горную породу снижает глубину внедрения в нее коронки, формируя волну растяжения, разрушающую буровой инструмент, прежде всего соединения бурильных труб. В связи с этим возникла необходимость в научном обосновании и разработке принципиально нового формирователя силовых импульсов, соответствующих процессу сопротивления горной породы внедрению в нее породоразрушающего инструмента, а также резьбовых соединений бурильных труб, учитывающих волновой характер распространения силовых импульсов по бурильной колонне. Цель: научное обоснование и разработка принципиально нового формирователя силовых импульсов в бурильной колонне, учитывающего характер изменения сопротивления внедрению породоразрушающего инструмента в грунт, и новой конструкции резьбовых соединений бурильных труб, учитывающей волновой характер распространения через них энергии силовых импульсов на забой применительно к бурению пилотной скважины при бестраншейной прокладке трубопроводов. Объекты: технология и техника процесса горизонтально-направленного бурения пилотных скважин с использованием энергии силовых импульсов, распространяющихся по бурильной колонне. Методы: обобщение и анализ научно-технической информации; методы теоретической и прикладной механики; тензометрирование процессов передачи упругих волн деформаций на стенде, имитирующем искусственные скважины; математическое моделирование работы системы формирования силовых импульсов и процесса распространения их через резьбовые соединения бурильной колонны. Результаты. Приведен обзор способов бестраншейной прокладки трубопроводов. Определены перспективы совершенствования технологии и техники горизонтально-направленного бурения пилотных скважин как начального этапа технологии бестраншейной прокладки трубопроводов. Предложены технические решения по совершенствованию технологии и техники горизонтально-направленного бурения пилотных скважин, обеспечивающих существенное увеличение механической скорости проходки скважины.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ СУНГУЛИТ-ВЕРМИКУЛИТОВЫХ КОНГЛОМЕРАТОВ

Нижегородов Анатолий Иванович (Anatoly I. Nizhegorodov) — 2019-04-22

Актуальность. Усовершенствованная энерго- и ресурсосберегающая технология, реализуемая в новых технологических комплексах с предварительным «холодным» дообогащением, позволяет вернуть в промышленный оборот ценные сырьевые ресурсы и получить вермикулитовые и сунгулитовые концентраты из горнопромышленных отходов, накопленных на Ковдорском флогопит-вермикулитовом месторождении. В связи с этим данная работа посвящена вопросам совершенствования технологии переработки сунгулит-вермикулитовых конгломератов. Цель: анализ возможности совершенствования технологии получения термоактивированного сунгулита и вспученного вермикулита из горно-промышленных отходов Ковдорского флогопит-вермикулитового месторождения и повышение ее энергоэффективности. Объект: технологическое оборудование по переработке сунгулит-вермикулитовых конгломератов, реализующее энерго- и ресурсосберегающую технологию получения активированного сунгулита и вермикулитового концентрата. Методы исследования базируются на экспериментальных данных и анализе процессов аэродинамического отделения вермикулита и сунгулита от оливин-пироксеновой породы и повышения доли сунгулита в сунгулит-вермикулитовом концентрате. Результаты подтверждают достижение цели исследования. На их основе можно создать усовершенствованную технологию получения вермикулита, в том числе вспученного и магнезиально-силикатного реагента (термоактивированный сунгулит) из горно-промышленных отходов с экономией энергии до 182 кДж/кг, что уменьшает энергоемкость их переработки на 28 % по сравнению с предшествующей технологией. Кроме того, дополнительные технологические операции позволяют получить 350 кг вермикулита-сырца, 68 кг чистого магнезиально-силикатного реагента с размерами зерен 2,4…3,5 мм и 158 кг сунгулитового концентрата в термоактивированном виде с зернами 1,3…2,4 мм при почти 86 процентной концентрации. В целом можно сделать вывод о перспективности продолжения работ в области развития и совершенствования технологий переработки сунгулит-вермикулитовых конгломератов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЖИВУЧЕСТИ ЗАЩИЩЕННЫХ ОТВЕТСТВЕННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ УДАРНО-ВОЛНОВОМ НАГРУЖЕНИИ

Однокопылов Георгий Иванович (Georgy I. Odnokopylov) — 2019-04-22

Актуальность работы связана с тенденцией возникновения чрезвычайных ситуаций аварийного характера на предприятиях нефтегазовой промышленности. В связи с чем необходимо проектировать железобетонные конструкций, на которые возможно воздействие интенсивных кратковременных динамических нагрузок аварийного типа, носящих ударно-волновой характер. Учет реакции распора при проектировании позволяет выявить скрытые запасы несущей способности в изгибаемых железобетонных конструкциях, а также снизить трещинообразование, за счет увеличения жесткости. Эффективным способом снижения величины динамического воздействия является применение податливых опор в виде сминаемых вставок кольцевого сечения. Таким образом, совместное применение податливых опор и учет реакции распора дает возможность предотвратить повреждения, полное или частичное разрушение конструкций. Кроме того, повреждения строительных конструкций ответственных зданий и сооружений нефтегазового комплекса приводят к остановке технологического процесса, что в ряде случаев не только экономически не выгодно, но и недопустимо, а также может привести к значительному материальному ущербу и гибели людей. Цель: разработать методику и алгоритм построения энергетической диаграммы, выполнить числовую оценку применения податливых опор на живучесть защищенных строительных конструкций при интенсивном нагружении Методы: экспериментальные исследования: реакция входного силового воздействия, реакция выходного силового воздействия, ускорения, перемещения методами тензометрии, численное интегрирование методом Симпсона. Результаты. Разработана методика и алгоритм построения усредненной энергетической диаграммы. Выполнена числовая оценка применения податливых опор на живучесть защищенных строительных конструкций сооружений нефтегазового комплекса при кратковременном динамическом нагружении.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОПЕРЕНОСА ПРИ РАБОТЕ ТЕПЛОНАСОСНЫХ СИСТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ

Максимов Вячеслав Иванович (Vyacheslav I. Maksimov) — 2019-04-22

Актуальность. Использование теплонасосных установок для отопления вместо традиционных систем, которые получают энергию в процессе сжигания различных видов топлива, имеет ряд экологических и экономических преимуществ. Тепловые насосы могут получать энергию из воздуха, грунта и воды. Их сферы применения разнообразны: горячее водоснабжение и кондиционирование помещений, нагрев и охлаждение воды для различных нужд, сушки/осушения воздуха, производства пара, испарения, дистилляции. При применении природных водоёмов (озёра, пруды, водохранилища) в качестве низкопотенциального источника энергии теплонасосных установок на поверхности трубки испарителя образуется лёд. Важно рассматривать закономерности и характеристики процессов теплообмена между водой и трубкой испарителя при образовании льда на её поверхности. Цель: математическое моделирование нестационарного конвективного теплообмена между водой и трубками испарителя теплонасосных установок в условиях формирования льда на их поверхности. Объект: теплообменник испарителя теплового насоса, погружённый в воду. Методы: численное решение задач конвективного теплообмена в условиях фазового перехода воды методом конечных элементов в среде COMSOL. Результаты. Установлены закономерности нестационарного конвективного теплопереноса вблизи трубок испарителя водяного теплового насоса с температурой, при которой образуется лёд на их поверхности. Показана необходимость учета влияния термогравитационной конвекции в воде на тепловой поток и процесс образования льда на поверхности трубки испарителя теплонасосной установки. Получены зависимости числа Нуссельта от характеристики конвективного теплообмена в воде (чисел Рэлея, Фурье и Стефана). Выявлено, что перепад температур в воде вблизи трубки увеличивался при уменьшении глубины её расположения относительно поверхности водного источника при показателях температур воды выше 277 К. При температурах воды ниже 277 К тепловой поток достигал максимального значения у поверхности трубки, которая находилась глубже.

ГЕОХИМИЯ УРАНА И ТОРИЯ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ МАЛЫХ ИСКУССТВЕННЫХ ВОДОЕМОВ И ОЗЕР НА ТЕРРИТОРИИ ЮГА ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Иванов Андрей Юрьевич (Andrey Y. Ivanov) — 2019-04-22

Актуальность. Радиоактивные элементы являются эффективными маркерами состояния донных отложений малых водоемов и озер. Актуальность проблемы определяется слабой изученностью радиоактивных элементов в донных осадках озер и искусственных водоемов на территории юга Томской области. Цель: изучение радиогеохимических особенностей донных осадков озер и искусственных водоемов на территории юга Томской области. Объектом исследования являются донные отложения малых водоемов и озер юга Томской области. Методы: детальное опробование донных отложений малых водоемов, многоэлементный инструментальный нейтронно-активационный анализ, обработка и интерпретация полученных данных методами прикладной статистики. Результаты. Проведены радиогеохимические исследования донных осадков озер и искусственных водоемов на территории юга Томской области. Сделаны оценки среднего содержания урана и тория в донных осадках озер и искусственных водоемов на территории юга Томской области. В процессе исследований установлено, что содержание как урана, так и тория зависит от минерального типа донных осадков. Наименьшие концентрации урана были установлены в торфянистом типе, а наиболее высокие концентрации – в терригенном типе донных осадков. Установлено две зоны с повышенным содержанием урана. Первая зона пространственно приурочена к Кожевниковскому и Шегарскому районам Томской области. В этом районе выделяется Осиновско-Бабарыкинская радиогеохимическии аномальная зона повышенного накопления урана, которая очень четко прослеживается в субмеридиональном направлении. В пределах Кожевниковского района она может быть связана с разгрузкой подземных вод в зоне Колыванского разлома. В Шегарском районе повышенные содержания урана пространственно приурочены к гранитоидам позднепалеозойского фундамента. Вторая зона накопления урана простирается вдоль южного обрамления Западно-Сибирской плиты в пределах Кузнецко-Алатаусского блока.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ И РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНОГО ГЕЛЯ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ

Нажису (Narisu) — 2019-04-22

Актуальность. Полимерное заводнение широко применяется на практике при разработке нефтяных месторождений. Высококонцентрированные растворы полимера с высокой массовой концентрацией обладают повышенной вязкоэластичностью, но с увеличением массовой концентрации полимерного раствора возникает проблема о совместимости между размером агрегата молекул полимера и размером пор в пласте. Cr³⁺полимерный гель, основанный на внутримолекулярном сшивании молекул, имеет меньший размер агрегата и хорошую совместимость с пластом, поэтому очень актуальными являются исследования эффекта гелеобразования. Цель: исследование фильтрационных и реологических свойств водного геля на основе полиакриламида в присутствии ацетата хрома для повышения нефтеотдачи платов. Методы: физическое моделирование процесса нефтевытеснения и процесса фильтрации жидкости при пластовых условиях на фильтрационной установке, определение вязкости полимерного геля на вискозиметре Брукфилда DV-II, измерение размера полимерного молекулярного клубка Dh на установке Brookhaven BI-200SM, широкоугольная динамическая/статическая система рассеяния света (Brookhaven Instruments Cop., США), определение вязкоэластичности с помощью реометра Harke10. Результаты. Регулированием массовой концентрации полимерного раствора, степени минерализации воды и соотношения содержания полимера к хрому (w(П/Cr³⁺)) можно получить Cr³⁺полимерную гелевую систему, основанную на внутримолекулярном сшивании молекул с меньшим размером молекулярной агрегации и большим фильтрационным сопротивлением. После реакции внутримолекулярного сшивания полимерного раствора, с одной стороны, вязкоэластичность системы значительно улучшается и коэффициент вытеснении нефти из пластов увеличивается. С другой стороны, реакция внутримолекулярного сшивания молекул снижает гибкость агрегатов полимерной молекулы, повышает их жесткость, ухудшает их деформируемость в процессе прохождения через поры и увеличивает задержки молекул полимера в слое с высокой проницаемостью пласта. Cr³⁺полимерная гелевая система не только обладает хорошей приемистостью, но может также постепенно достигать более высокого давления нагнетания, за счет этого увеличивается коэффициент охвата пласта. В итоге коэффициент извлечения нефти с применением системы полимерного геля становится выше, чем коэффициент извлечения нефти из пласта с использованием системы полимерного раствора.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВИБРАЦИОННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО АКТИВАТОРА ПО ГРАНИЧНЫМ ОКОЛОРЕЗОНАНСНЫМ ЧАСТОТАМ

Гаврилин Алексей Николаевич (Alexey N. Gavrilin) — 2019-04-22

Актуальность исследования обусловлена тем, что вибрационные электромагнитные активаторы являются эффективными устройствами для перемешивания суспензий, эмульсий, приготовления буровых растворов, разжижения высоковязких нефтепродуктов. Якорь специальной конструкции представляет собой гидравлический вентиль. При вибрации якоря на частотах, близких к резонансной частоте, в обрабатываемой жидкой среде создаются глубоко затопленные струи, которые при относительно невысоком энергопотреблении вибрационного электромагнитного активатора обеспечивают высокую эффективность перемешивания жидкой среды и снижение вязкости нефтепродуктов на достаточно продолжительном интервале времени. Резонансная частота механической системы зависит от жесткости пружины, массы якоря-активатора, присоединенной массы колеблющейся с якорем жидкой среды и от коэффициента вязкого трения, определяющего отведение энергии из колеблющейся механической системы. При изменении реологических свойств обрабатываемой жидкой среды изменяются как параметры механической колебательной системы, так и вид амплитудно-частотных характеристик вибрационного электромагнитного активатора. Способ организации мониторинга изменения реологических свойств обрабатываемой вибрационным электромагнитным активатором жидкой среды на основе прямых измерений, например с помощью вискозиметров, пригоден только для лабораторных условий и не годится для промышленного внедрения. По мнению авторов, более перспективным является подход, основанный на решении обратной математической задачи, когда, анализируя вид амплитудно-частотных характеристик вибрационного электромагнитного активатора, в частности граничные околорезонансные частоты, можно получить достоверные оценки параметров механической колебательной системы вибрационного электромагнитного активатора. Эти оценки удобно применять для организации как косвенного мониторинга изменения реологических свойств обрабатываемой жидкости в процессе работы вибрационного электромагнитного активатора, так и для усовершенствования структуры системы автоматического управления вибрационным электромагнитным активатором. Цель исследования заключается в разработке метода идентификации параметров механической системы вибрационного электромагнитного активатора на основе анализа граничных околорезонансных частот и определении границ применимости метода в сильно нагруженных колебательных механических системах. Методы: обыкновенные дифференциальные уравнения, преобразование Лапласа, передаточные функции, амплитудно-частотные характеристики, алгебраические уравнения. Результаты. Получены аналитические выражения, связывающие граничные околорезонансные частоты с параметрами механической колебательной системы, на основе которых составляются системы алгебраических уравнений. Показаны границы применимости метода в сильно нагруженных колебательных механических системах.

ДИАГНОСТИКА УРАВНОВЕШЕННОСТИ ШТАНГОВОЙ ГЛУБИННОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ ПО ВАТТМЕТРОГРАММЕ

Зюзев Анатолий Михайлович (Anatoliy M. Zyuzev) — 2019-04-22

Актуальность исследования обусловлена широким распространением штанговых глубинных насосных установок с нерегулируемым приводом, которые в основной своей массе оснащены исключительно средствами механической настройки. Эксплуатация установок данного типа сопровождается значительными потерями как потребляемой электроэнергии, так и добытой нефти, связанными с работой установки в неоптимальном режиме. Для решения данной проблемы как новые, так и уже эксплуатируемые штанговые глубинные насосные установки оборудуют станциями управления, в состав которых входят преобразователь частоты и программируемый логический контроллер, оснащенный средствами интеллектуального управления и диагностики. Реализация данных функций на контроллере станции управления штанговых глубинных насосных установок требует разработки соответствующих алгоритмов, обеспечивающих автономное, высокоэффективное, экономичное и надежное функционирование установки в течение всего срока эксплуатации. Цель: разработка алгоритмов определения уравновешенности станка-качалки, оптимального положения противовеса и моментов прохождения штоком «мертвых точек». Объекты: штанговая глубинная насосная установка в различных режимах работы, уравновешенность станка-качалки, определяемая положением противовесов на кривошипе. Методы: математический аппарат дифференциальных уравнений и передаточных функций, компьютерное моделирование, сопоставление и анализ графиков и диаграмм. Результаты. Рассмотрены способы определения уравновешенности, существующие в настоящий момент, и выявлены их недостатки. Наиболее доступным и надёжным средством диагностирования штанговых глубинных насосных установок, не требующим установки дополнительных навесных датчиков, является ваттметрирование. Для исследования закономерностей и режимов работы разработана компьютерная модель штанговых глубинных насосных установок. На основе данных, полученных в ходе моделирования, разработаны алгоритмы определения уравновешенности станка-качалки, оптимального положения противовеса и «мертвых точек», которые не требуют установки на станок внешних датчиков, могут работать в составе программного обеспечения интеллектуальных станций управления штанговых глубинных насосных установок, обеспечивая простоту контроля, обслуживания и сокращение издержек.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЗРЫВНОЙ ОТБОЙКИ РУДЫ В ПОЛОГИХ МАЛОМОЩНЫХ ЗАЛЕЖАХ

Лукьянов Виктор Григорьевич (Victor G. Lukyanov) — 2019-04-22

Актуальность исследования объясняется тем, что большинство руд цветных, благородных и редких металлов добывается в сложных условиях, где применение высокопроизводительной техники невозможно. Выбор варианта отработки таких рудных тел осуществляется в результате компромисса между производительностью добычи и качеством добываемой руды. Эффективнее других сплошная отбойка руд уступами по руде. Другие варианты являются более затратными по причине проходки специальных выработок для обойки руды. Целью исследования является доказательство того, что альтернативные варианты добычи руды в тех же условиях могут конкурировать с базовым вариантом по показателям производительности и качества, будучи значительно более безопасными, исключая нахождение работающих в открытом выработанном пространстве. Основным методом исследования является моделирование показателей отработки в экспериментальных блоках при соблюдении условий на конкретном месторождении. Полученные показатели систематизируются и интерпретируются графически. Результаты. Приведены результаты моделирования вариантов сплошной системы разработки: вариант с отбойкой руды уступами из очистного пространства сравнивается с вариантом с отбойкой руды из буровых выработок: подэтажных штреков и восстающих. Установлены количественные показатели альтернативных вариантов. Определено, что трудоемкость проходки буровых выработок компенсируется удобством доставки руды и относительной безопасностью работ. Доказано, что варианты сплошной и камерно-столбовой систем разработки, использующие фактор бурения в рудном массиве из специальных выработок и отбойки руд направленным действием взрыва, экономически целесообразнее и безопаснее. Выводы. При мало различающихся показателях сравниваемых вариантов увеличивающаяся трудоемкость проходки специальных буровых выработок для отбойки руды компенсируется снижением затрат на доставку руд при создании рудного вала использованием направленного действия взрыва.

ПОСТРОЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕЖДУ ГОРИЗОНТАМИ ПОЧВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИССЛЕДОВАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАЛОГЛУБИННЫХ СКВАЖИН

Ботыгин Игорь Александрович (Igor A. Botygin) — 2019-04-22

Актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения геологических объектов путем прямых геофизических измерений их параметров и применения полученных данных и результатов математической обработки для решения задач рационального природопользования. Эффективное решение этих задач особенно важно при исследовании влияния метеорологических параметров на водно-тепловой режим горных пород в районах с глубоким сезонным промерзанием. Цель: разработать и провести испытания геофизического комплекса для определения пространственного распределения температуры в грунте, динамики изменения этого распределения во времени и корреляционные соотношения его промерзания на различных горизонтах в условиях Сибири и Крайнего Севера. Объекты: федеральная автомобильная дорога «Сургут–Салехард» в пределах Ямало-Ненецкого автономного округа и дорога территориального значения «Коротчаево–Уренгой». Методы: методы анализа статистических данных для изучения взаимосвязей между значениями переменных, включая исследование статистической взаимосвязи двух или более случайных величин (корреляционный анализ), методы функционального анализа для исследования статистических данных в частотно-временном диапазоне (вейвлет-преобразование). Результаты. Показано, что с увеличением глубины грунта, график значений температур промерзания принимает более плоский характер и с увеличением удаленности между горизонтами наблюдений уменьшается температурная корреляционная связь между ними. В частности, в слоях грунта 1,9–2,1 м значения коэффициентов температурной корреляции практически не изменяются на всех временных масштабах выборки. В слоях грунта 0,9–1,2 м, 1,2–1,5 м, 1,5–1,8 м на средних временных масштабах выборки наблюдается незначительное изменение коэффициентов температурной корреляции, а максимальное отклонение коэффициентов корреляции наблюдается на больших временных масштабах выборки. В слоях грунта 0,3–2,1 м, 0,3–1,8 м, 0,6–2,1 м на средних временных масштабах выборки наблюдается значительное отклонение коэффициентов температурной корреляции, а максимальное отклонение коэффициентов температурной корреляции также наблюдается на больших масштабах выборки. На базе полученных температурных рядов были построены спектрограммы вейвлет-преобразований для классических базисных вейвлетов (вейвлет Морле, DOG-вейвлет, вейвлет Пауля), косвенно демонстрирующие волнообразное «продвижение» фронта (фазы) холода в грунте.

РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ СКЛОНОВ НА УЧАСТКАХ СТРОИТЕЛЬСТВА ОБЪЕКТОВ СПОРТИВНО-ТУРИСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА «ГОРНЫЙ ВОЗДУХ» (ГОРА БОЛЬШЕВИК, Г. ЮЖНО-САХАЛИНСК)

Ильин Владимир Вениаминович (Vladimir V. Ilin) — 2019-04-22

Актуальность исследования обусловлена необходимостью обеспечения безопасности эксплуатации объектов СТК «Горный воздух». На склоновой части СТК опасность могут представлять оползневые процессы. Для оценки динамики развития оползневых процессов в местах массового скопления людей при эксплуатации СТК выполнена первая стадия специализированного мониторинга. Цель: изучить динамику оползневых процессов и выполнить оценку устойчивости склонов в местах скопления большого количества отдыхающих и спортсменов для целей их безопасного пребывания. Объекты: Северный, Южный и Западный склоны горы Большевик; грунты, слагающие верхнюю часть литосферы до глубины 10 м; подземные воды. Методы: выполнение профильных исследований в крест простирания склона – маршрутные рекогносцировочные обследования, проходка шурфов до двух метров глубиной (полное прохождение делювиальных отложений и вскрытие элювиальных пород), отбор проб ненарушенной структуры с интервалом 0,2–0,3 м, геофизические исследования методом георадиолокационного просвечивания с использованием мобильной георадарной установки ОКО-2, лабораторное тестирование отобранных образцов грунта. Грунтовые воды в процессе исследований не встречены. Результаты. По данным исследований в ноябре–декабре 2017 г. на трех участках СТК «Горный воздух» – Северный склон, Южный и Западный склоны – выделены репрезентативные участки на склонах, выполнено уточнение инженерно-геологического разреза перечисленных склонов, в частности – положение границы «делювий–элювий», произведен расчет инженерно-геологических элементов и расчеты коэффициентов устойчивости склонов в пределах изученных участков по методике касательных сил для прислоненного откоса при отсутствии грунтовых вод.

ИНДИКАТОРЫ ЯДЕРНОГО ТЕХНОГЕНЕЗА НА ПРИМЕРЕ ТЕРРИТОРИИ, ПРИЛЕГАЮЩЕЙ К БЫВШЕМУ СЕМИПАЛАТИНСКОМУ ИСПЫТАТЕЛЬНОМУ ПОЛИГОНУ

Джамбаев Мерей Тлеуканович (Merey T. Jambayev) — 2019-04-23

Актуальность исследования определяется необходимостью выявления индикаторных свойств химического состава компонентов природной среды, локальных и региональных особенностей их состава с учетом природных и антропогенных факторов воздействия в целях проведения экологической оценки и районирования на территориях, испытывающих специфическое воздействие объектов ядерного техногенеза. Экологическое районирование исследуемых территорий ранее проводилось только с учетом дозовых нагрузок населения, полученного в результате деятельности бывшего Семипалатинского испытательного полигона. В этой связи необходимо изучение природной геохимической специфики, что позволило бы более точно подходить к вопросу экологической оценки изучаемых территорий с учетом комплексного воздействия природных и техногенных факторов. Цель: комплексное изучение элементного состава компонентов природной среды на территории, прилегающей к бывшему Семипалатинскому испытательному полигону. Объекты: компоненты природной среды (почва, солевые отложения питьевой воды, продукты питания, биологические объекты). Методы. Комплекс компонентов природной среды отбирался в жилых дворах – максимально сближено во времени и пространстве. Главным критерием при выборе исследуемых жилых дворов был факт проживания респондентов в них не менее 10 лет. После соответствующей подготовки образцы отобранных компонентов исследовались с помощью инструментального нейтронно-активационного анализа. Результаты. Показаны результаты комплексного изучения элементного состава компонентов природной среды (почва, солевые отложения питьевой воды), биологических объектов и продуктов питания на территориях, испытывающих воздействие бывшего Семипалатинского испытательного полигона. В исследуемых компонентах природной среды установлены элементы-индикаторы воздействия ядерного техногенеза, а также региональная специфика химического состава природной среды исследуемой территории в целом, проявляющаяся в накоплении U и Zn.