В Новосибирском государственном университете разработали способ борьбы с асфальтосмолопарафиновыми отложениями в нефтяных скважинах. Он позволяет не останавливать процесс добычи во время очистки оборудования и эффективно удалять парафиновые пробки, не повреждая трубы.
По словам авторов разработки, способ предполагает применение специального состава. Он представляет собой сухое горючее — многокомпонентное вещество, способное разогреваться в воде. По форме оно является тонким гибким наборным стержнем, состоящим из таблеток горючего. Он опускается в скважину и под собственным весом движется вниз, пока не достигает парафиновой пробки.
Под действием температуры асфальтосмолопарафиновые отложения разлагаются и вместе с буровым раствором поднимаются к устью скважины. Оттуда их можно без проблем удалить.
— Сергей Сухинин. Профессор кафедры гидродинамики механико-математического факультета Новосибирского государственного университета.
По словам Сергея Сухинина, применение состава не требует остановки скважины и подвода к ней дополнительных труб и агрегатов. Температуру его разогрева можно варьировать в зависимости от плотности пробок.
Ученые Уральского федерального университета совместно с коллегами из Института проблем химической физики РАН нашли способ в разы продлить срок жизни перовскитных солнечных батарей для космических аппаратов — от научно-исследовательских спутников до МКС. Для этого они модифицировали их европием (Eu): выяснилось, что добавление небольшого количества этого металла делает перовскит намного более устойчивым к космическим излучениям и продлевает срок его службы.
По словам авторов исследования, под действием солнечного света, тепла и космических излучений перовскит может разлагаться, выделять новые фазы химических компонентов и вещества. Из-за этого батареи начинают работать хуже, а срок их службы сокращается. В частности, из перовскита могут выделяться металлический свинец или его соединения, которые препятствуют поглощению света.
Чтобы защитить батареи от воздействия внешней среды, мы на этапе выращивания перовскита добавили в раствор с исходными компонентами немного солей европия. Этот металл внедряется в структуру перовскита и блокирует образование свинца, что позволяет повысить показатели батарей по фото- и радиационной стабильности в 1,5–2 раза.
— Никита Жидков. Заведующий лабораторией фотовольтаических материалов Уральского федерального университета.
Как показали исследования, перовскитные батареи, модифицированные европием, способны работать под воздействием солнечного света до трех лет без существенной потери свойств и сопротивляться радиации до десяти лет.
Научный коллектив продолжает совершенствовать разработку.
В Передовой инженерной школе Санкт-Петербургского политеха создали виртуальный стенд для испытаний газотурбинных двигателей. Он позволяет в режиме реального времени вносить в проект двигателя изменения и получать данные о том, как это влияет на параметры его работы.
По словам автора разработки, студентки Передовой инженерной школы Элеоноры Никольской, стенд представляет собой цифровую модель, в которой все параметры связаны динамически: изменение одного влечет изменение других.
При проектировании двигателя регулярно возникает необходимость оценки его характеристик — например, уровня вибрации, перемещений под действием нагрузок, прочности. Оценить их позволяют специальные программные комплексы и модели. При этом если в конструкцию нужно внести изменения — подкорректировать геометрию, нагрузку или материалы, — проводить расчеты и строить модели приходится заново.
— Элеонора Никольская. Студентка Передовой инженерной школы Санкт-Петербургского политехнического университета.
Виртуальный стенд, разработанный Элеонорой Никольской, позволяет не проделывать все необходимые процедуры с нуля, а вносить изменения в уже спроектированную конструкцию. Для этого нужно подкорректировать соответствующие строки в текстовом файле — модель отобразит правки и покажет, как они влияют на другие узлы и детали двигателя и как в зависимости от них изменится его работа.
Сейчас стенд позволяет динамически изменять около 50 параметров. В будущем их количество должно вырасти до нескольких сотен. Как отмечают в вузе, решения, предложенные Элеонорой Никольской, после проведения итогового тестирования будут использоваться при разработке программной среды для создания цифровых двойников авиадвигателей.
За счет ежедневного наблюдения за солнечным ветром китайские специалисты смогут обеспечить стабильную работу электросетей. С мониторингом солнечной активности им поможет один из крупнейших радиотелескопов в мире, который построили благодаря ученым Академии наук Китая.
Телескоп расположен на севере Китая, в автономном районе Внутренняя Монголия, сообщает информационное агентство Xinhua. На сегодня он успешно прошел испытания и в ближайшее время будет введен в эксплуатацию.
Радиотелескоп позволит следить за потоком заряженных частиц, которые вызывают изменения в магнитосфере и ионосфере Земли и могут негативно воздействовать на работу энергосистем, систем связи и навигационные приборы. Опасное воздействие на энергетические сети вызывают индукционные токи, возникающие в линиях электропередачи из-за колебаний магнитного поля. В результате усиливается намагниченность сердечников трансформаторов и выделяется тепло, которое может расплавить изоляцию обмоток. По этой причине в 1989 году в канадской провинции Квебек произошло массовое отключение электричества, затронувшее шесть миллионов человек.
Предполагается, что мониторинг с помощью радиотелескопа позволит своевременно готовиться к опасным изменениям. Получив сигнал о выбросах солнечной энергии, генерирующие компании смогут понизить рабочее напряжение в электросетях и ограничить нагрузку, чтобы обеспечить штатную работу подстанций.
Ветроэнергетические установки (ВЭУ) — дальние родственники ветряных мельниц. Внешне ветрогенератор напоминает своих мукомольных предков, но в глаза бросается одно важное конструктивное отличие: у старинных мельниц было больше лопастей — четыре, шесть, а то и восемь. Почему же у подавляющего большинства современных ветряков их всего три и как конструкция ветрогенератора связана с олимпийским девизом «Быстрее, выше, сильнее»?
Выше
Ветроэнергетическая установка, даже небольшая, выглядит гигантом по сравнению с ветряной мельницей. ВЭУ стараются проектировать и изготавливать настолько высокими, насколько позволяет экономическая целесообразность. Чем выше, тем сильнее и устойчивее захватываемый лопастями ветер — и тем большее энергии вырабатывается.
Китайский ветряк-рекордсмен MingYang Smart Energy MySE 16-260. Фото China Three Gorges Corporation / ctg.com.cn
На сегодня высочайший и крупнейший в мире ветрогенератор установлен в Тайваньском проливе в Китае. Он называется MingYang Smart Energy MySE 16-260, где 16 — мощность установки в мегаваттах, 260 — диаметр вращающейся части в метрах. Сердцевина установки с машинным отделением расположена на высоте 152 метра. С учетом 123-метровой длины лопастей общая высота объекта достигает 275 метров. И это не предел: китайские специалисты трудятся над созданием установок мощностью 18 и 20 мегаватт — еще более крупных и высоких.
Средний «рост» современных ветряков гораздо меньше: обычно высота мачты достигает 70 метров, длина лопасти — 50 метров.
Сильнее
Чем сильнее ветер воздействует на установку, тем больше электроэнергии она выработает. Силу ветра нужно захватить и заставить выполнить полезную работу. Для этого предназначена лопасть, которая вращается воздушным потоком и тем самым генерирует крутящий момент. Эта физическая величина равна произведению силы на радиус вращения, то есть на длину лопасти: М = F*r.
Чем лопасти длиннее и чем их больше, тем больше общий крутящий момент. Значит, тем больше энергии ветра можно собрать и превратить в электричество. Однако количество энергии зависит не только от силы воздействия на лопасти: важна еще и скорость вращения.
Быстрее
Чем быстрее вертится ротор с лопастями, тем больше механической энергии передается генератору, тем больше сила тока и, соответственно, количество производимого электричества. При этом чем больше лопастей у ветряка и чем они длиннее, тем ротор тяжелее и тем труднее ветру его крутить.
Разработчики ветроэнергетических установок нашли сбалансированное решение — ротор с тремя лопастями. Двухлопастные быстро вертятся, но создают малый крутящий момент, и это снижает выработку электроэнергии. Ротор с четырьмя лопастями повышает крутящий момент по сравнению с трехлопастным, но ненамного, при этом замедляет вращение — и показатели работы установки не улучшаются.
Проектируя ветрогенератор, инженеры оперируют многими конструкционными параметрами: длиной лопастей, углом их наклона, формой, материалом и другими. При этом учитывают климатические особенности региона — в первую очередь, ветровые потоки и силу ветра. Всегда имеются ограничения по высоте мачты, мощности установки, размерам лопастей и другим факторам.
— Андрей Бритвин. Эксперт по технологическому развитию в сфере энергетики «Газпром нефти».
Вот одно из ограничений, которое, на первый взгляд, кажется парадоксальным: ВЭУ нужно обязательно защищать от… ветра. Если он слишком сильный, то может опрокинуть установку: его давление пропорционально площади ометаемой поверхности — площади круга, который описывают лопасти ветряка при вращении. Поэтому при слишком сильных порывах ветряк нужно остановить. Тогда давление ветра снижается в десятки раз, поскольку он воздействует на поверхность, равную сумме площади лопастей, — это гораздо меньше, чем площадь описываемого круга.
Пороговой величиной, на которую рассчитывают ВЭУ, стала скорость ветра 25 метров в секунду. По шкале Бофорта это 10 баллов со статусом «сильный шторм». Выше него только «жестокий шторм» (11 баллов, 26–32 метра в секунду) и «ураган» (12 баллов, 33 и более метров в секунду). При достижении скорости ветра 25 метров в секунду у ветрогенератора срабатывает автоматическая система буревой защиты — и вращение лопастей блокируется.
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета научились определять направление трещин в породе, чтобы эффективнее добывать природный газ. Они предложили метод анализа данных, которые дает сейсморазведка.
Большая часть крупных газовых месторождений России уже открыта и изучена, поэтому добывающие компании осваивают более мелкие и трудноизвлекаемые запасы газа. Чтобы увеличить объем добычи на таких месторождениях, применяется гидроразрыв пласта — технология, которая помогает «выдавить» газ на поверхность. При этом важно знать, в каком направлении расположены трещины в породе, чтобы процесс был эффективнее.
Сейсмическая волна распространяется вдоль трещин быстрее, чем поперек. Анализ скорости сейсмических волн под разными направлениями позволяет определить ориентацию трещин. Сам подход не нов, при этом исследователи подготовили подробное математическое обоснование метода, а затем проверили его эффективность на уникальном оборудовании, разработанном в университете. Для этого в вузе создали физические модели, имитирующие геологические слои с упорядоченными трещинами.
Сейчас идут переговоры о внедрении метода на отечественных нефтегазовых месторождениях.
Ученые Казанского федерального университета создали реагент для нефтяных и газовых трубопроводов. Он выполняет роль ингибитора образования гидратов — не дает воде и газу превращаться в похожие на лед частицы, которые могут слипаться друг с другом, создавать пробки и мешать работе оборудования.
По словам авторов разработки, новый ингибитор представляет собой полимер на основе малеинового ангидрида (C4H2O3). Это органическое вещество, которое очень быстро вступает в химические реакции и широко используется в промышленности: от нефтедобычи, производства труб и моторных масел до выпуска пищевых добавок и лекарств.
За счет фрагментов малеинового ангидрида и акриловой кислоты новый ингибитор способен в десятки и сотни раз замедлять образование гидратов. Благодаря этому флюид в трубах без проблем преодолевает сложные участки — например, проложенные в особенно холодных зонах, — не преобразуясь в гидраты.
По предварительным данным, новый ингибитор способен также препятствовать коррозии и образованию отложений минеральных солей в трубопроводах. Фрагмент малеинового ангидрида в воде преобразуется в кислоту, которая связывает положительно заряженные ионы металлов — кальция, бария и других. Благодаря этому отложения не будут образовываться.
— Роман Павельев. Ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории методов увеличения нефтеотдачи Казанского федерального университета.
Сейчас авторы разработки занимаются детальным изучением свойств полученного соединения.
Ученые Самарского государственного экономического университета нашли полезное применение побочному продукту нефтяной промышленности — замазученному грунту, который может образовываться при добыче, перевозке и переработке углеводородов. Такой грунт содержит, в том числе, тяжелые нефтяные фракции (мазут, гудрон). Ученые придумали, как перерабатывать его, чтобы получать пористые заполнители для легкого бетона и теплоизоляционных материалов.
Как пишут авторы исследования в статье, опубликованной в научно-техническом журнале «Нефтяное хозяйство», для приготовления заполнителя использовали замазученный грунт, легкоплавкую глину в качестве пластификатора и жидкое стекло (раствор силикатов натрия и калия) в качестве связующего. Твердые компоненты измельчили до размера крупиц меньше миллиметра и перемешали, после чего добавили тонкой струей жидкое стекло. Далее из полученной смеси сформировали гранулы, обожгли их в печи при температуре 250–300 градусов, выдержали 10 минут при температуре 1000 градусов и резко охладили. В результате органика, содержащаяся в грунте, выгорела, образовав в полученном материале сетку пор.
По словам ученых, заполнитель пригодится для производства бетона — одновременно прочного, долговечного, легкого и обладающего повышенными теплоизоляционными свойствами.
