ФЕДЕРАЛЬНАЯ ЦЕЛЕВАЯ ПРОГРАММА «НАУЧНЫЕ И НАУЧНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ КАДРЫ ИННОВАЦИОННОЙ РОССИИ» НА ГГ. ФЕДЕРАЛЬНАЯ ЦЕЛЕВАЯ ПРОГРАММА «НАУЧНЫЕ И НАУЧНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ КАДРЫ ИННОВАЦИОННОЙ РОССИИ» НА ГГ. МЕРОПРИЯТИЕ ПРОВЕДЕНИЕ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАУЧНЫМИ ГРУППАМИ ПОД РУКОВОДСТВОМ КАНДИДАТОВ НАУК НОВЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ПЕРЕРАБОТКИ ОРГАНОСОДЕРЖАЩИХ СТОКОВ В ЛИТОСФЕРНЫХ РЕАКТОРАХ В НЕФТЕПОДОБНЫЕ ПРОДУКТЫ Отчет по 2 этапу Государственного контракта П1659 от 15 сентября 2009 г. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования " Российский университет дружбы народов "

ЦЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАБОТЫ Цель проекта - заключается в разработке эффективных методов утилизации углеродсодержащих стоков с одновременным обеспечением техногенного возобновления минерального сырья (синтетической нефти и нефтеподобных соединений) в литосфере. Теоретическое и экспериментальное изучение геолого-экологической модели (геохимической) формирования техногенного месторождения (залежи) искусственной (синтетической) нефти и нефтеподобных соединений было осуществлено на основе сравнения и обобщения данных, полученных с использованием следующих методических подходов: комплексного изучения минерального, фазового и элементного состава перерабатываемых жидких углеродсодержащих стоков и горных пород вмещающего массива (специально подготовленного реактора), каталитических и энергетических (давление, тепло недр), а также геологических характеристик литосферного реактора; термодинамического моделирования синтеза нефти и нефте- подобных соединений в условиях изменения координат Т-Р; использование методов жидкостной хроматографии. Изучена специализированная литература. Разработаны планы и методики проведения экспериментов.

ИНСТРУМЕНТАРИЙ Для проведения исследовательских работы был использован имеющийся лабораторный комплекс: комплект фотоупругих датчиков «Оптика-2» для измерения напряжений в горном массиве; для подготовки проб и проведения работ по определению коэффициента открытой пористости жидкостенасыщением (по ГОСТ ) были использованы аналитические весы; с помощью электронного светового микроскопа Nikon контролировалось состояние поверхности минералов, их пористости и трещиноватости. Для определения вязкости образцов геоматериалов применялся вискозиметр ГОИ, а кварцевый дилатометр использован для определения коэффициента линейного термического расширения, с помощью разрывной машины марки FM-500 проводились исследования по определению прочности при растяжении вязких тел. pH-метры фирмы HANA были задействованы для измерения кислотности и щелочности водной среды. Исользовался конструктив-датчик с системой управления КОПИР- RANK - малогабаритный рентгено-излучательный модуль-50 – переносная лабораторная установка по изучению состава горных пород.

КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ ТРЕЩИНОВАТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД При изучении трещиноватости горных пород необходимо определять следующие показатели, характеристики и параметры трещин: число систем трещин; расстояние между отдельными трещинами в системах; взаимную ориентировку систем трещин (азимут и угол падения); длину, ширину и форму поверхности стенок трещин. Анизотропия физических свойств (прежде всего упругих, плотностных и др.) обусловлена не только изменчивостью петрофизических характеристик (проницаемости, вторичной пористости и др.), но и направленностью (трендом изменения) разуплотнения минеральной матрицы, ее деформации посредством различных флюидотектонических процессов. В этом случае важным представляется анализ реальных трещин по их видам и типам, в соответствии с местом расположения и особенностями заполнения пространства пустот.

РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ ТРЕЩИНОВАТОСТИ Трещинная углефикация турбидитов тюменской свиты Развитие по трещинам вторичных битумоидов Латеральная трещиноватость, заполненная углеродистым материалом Зона латеральной флюидомиграции ( зона разгрузки флюидов ) Зона разгрузки флюидов в подошве продуктивного интервала Зона активной флюидомиграции продуктивного пласта

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ, УВЕЛИЧИВАЮЩИХ ПРОНИЦАЕМОСТЬ ГОРНОГО МАССИВА, РАЗМЕЩЕНИЯ ЛИТОСФЕРНОГО РЕАКТОРА Основным технологическим приемом, увеличивающим проницаемость горного массива, вмещающего реактор и коллектор в настоящее время служит его взрывание с помощью специально пройденных взрывных скважин, размещения в них заряда взрывчатого вещества ( ВВ ) и его инициирования ( взрывания ). При взрыве заряда взрывчатого вещества в породном массиве на стенки зарядной полости действует динамический удар. В горной породе возникают волновые явления, весьма интенсивные у заряда и ослабляющиеся по мере удаления от него. В результате породном массиве образуются зоны : сжатия ( вытеснения и уплотнения ); трещинообразования ( разрывов, сотрясения и растрескивания ); сотрясения. Механизм образования трещин в горном массиве вследствие взрывания зарядов ВВ обусловлен возникновением действующих в тангенциальном направлении усилий растяжения и сдвига. Они вызывают образование сети радиальных и кольцевых ( прерывистых сферических ) трещин.

ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ОСНОВНЫХ УГЛЕОБРАЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ РАСТЕНИЙ, % ВеществаСНОNS Белки50,6 - 54,56,7 - 7,321,5 - 23,515,0-17,60,3-2,5 Воски ,7отсутствуют Жиры »» Лигнин63,15,931,0»» Пектины42,9-43,75,2-5,451,1 - 51,7»» Смолы791011»» Целлюлоза44,46,249,4»»

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Возобновляемые источники энергии Солнечное излучение Солнечная энергия Вт Кинетическая энергия Вт Фотосинтез Вт Геотермальная энергия Тепло недр Вт Гравитация Природная энергия Вт

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ СОСТАВ ОСНОВНЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ Горючие ископаемыеC, %H, %N, %C/H Антрацит 952,5 38 Каменный уголь 855,49,615,7 Бурый уголь 685,526,512,3 Торф 606,233,89,7 Богхел 76,88,115,19,4 Асфальт тринидадский 82,310,777,7 Тяжёлая бакинская нефть 86,712,90,46,7 Пенсильванская нефть 84,913,71,46,2

ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ГОРОДСКИХ СТОКОВ И СООТНОШЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В НИХ

КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРОДСКОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА Показатели Средняя концентрация загрязняющих веществ в водах, мг / л дождевыхталыхмоечных рН7,758,157,75 Взвешенные вещества ХПК нефильтрованной воды ХПК фильтрованной воды40,7-- БПК БПК полн Эфирорастворимые Азот аммонистый2145,2 Азот общий4,934- Нитраты0,08-0,6 Нитриты0,080,360,3 Фосфор общий1,08-0,1

МЕТАНОВЫЕ БАКТЕРИИ НА МЕТАНОГЕННОЙ СТАДИИ ОБРАЗУЮТ МЕТАН Образование метана путем расщепления ацетата ( группа бактерий д ) CH3COOH СН 4 + СО 2 Образуется 72% метана восстановлением углекислоты водородом ( группа бактерий г ) СО 2+4 Н 2 CH Н 2O Образуется 28% метана

ГИДРОЛИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ОСАДКА В АЭРОБНЫХ (а) И АНАЭРОБНЫХ (б) УСЛОВИЯХ 1 – рН, 2 – концентрации сухого вещества, 3 – концентрация органического вещества по химическому потреблению кислорода (окисляемость)

УПРОЩЁННАЯ СХЕМА АНАЭРОБНОГО МЕТАНОВОГО СБРАЖИВАНИЯ ОСАДКОВ участвующие группы бактерий: а - ферментативные кислотогены; б - ацетогены, образующие H 2 ; в - ацетогены, использующие H 2 ; г - метаногены, восстанавливающие СО 2 ; д - метаногены, использующие СH 3 COOH

СНИЖЕНИЕ НАГРУЗКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРИ 100% ДОБЫЧЕ НЕФТИ (а) И С 20% -ОЙ ЕЕ КОМПЕНСАЦИЕЙ (б) ИСКУССТВЕННЫМИ АНАЛОГАМИ 1 – воздействие на литосферу (проходка скважин, извлечение нефти, закачка воды и реагентов, перераспределение напряжения и т.д.); 2 – воздействие на почву (проливы, занятие территорий, миграция); 3 – воздействие на гидросферу (проливы, миграция); 4 – воздействие на атмосферу (транспирация газов)

ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТОМОВ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Атомы Заряд ядра Орбитальная электронная конфигурация Терм основного состояния Потенциал ионизации, эВ Сродство к электрону, эВ Электроот- рицатель- ность по Полингу Н11s 2S2S13,9590,7472,20 С6[He] 2s 2 2p 23P3P11,2641,252,55 N7[He] 2s 2 2p 34S4S14,54-0,13,04 O8[He] 2s 2 2p 43P3P13,6141,473,44 S17[He] 3s 2 2p 23P3P10,3572,072,58

СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХАТОМНЫХ МОЛЕКУЛ Молекулаr, ÅD 0, эВ*D с, эВ**ω, см -1 μ 0, 1,6604· k 0, n·10 5, дин/см Н2Н2 0,74124,4784, ,5045,75 С2С2 1,2426,26, ,005512,2 N2N2 1,0989,769, ,00322,94 O2O2 1,2075,125, ,0011,8 S2S2 1,8894,44, ,984,96 *D 0 – энергия связи; ** D с – энергия связи с учетом нулевых колебаний

Системы σ- и π-связей в молекуле бензола C 6 H 6 а – все σ-связи лежат в молекулярной плоскости и образованы с участием sp 2 -гибридных орбиталей атомов углерода; б - система π-связей образована в результате бокового перекрывания 2 p-орбитали каждого атома углерода с 2 p- орбиталями обоих соседних атомов углерода

СКОРОСТЬ СВОБОДНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НЕФТИ ПО КОЛЛЕКТОРУ где:k н - проницаемость для нефти; н - вязкость нефти; - разница в плотности нефти и газа; - угол падения пласта. Если h мощность нефтяной зоны, перпендикулярная направлению падения коллектора, то объемная скорость свободного перемещения нефти будет исчисляться по выражению: где: н - коэффициент пластового объема нефти.

ОЦЕНКА ПОРОВОГО ДАВЛЕНИЯ ПО АКУСТИЧЕСКИМ ТРЕНДОВЫМ ЛИНИЯМ СДАВЛИВАНИЯ (МЕТОД ИТОНА) И ДАННЫМ КАВЕРНОГРАММЫ

В нефтяных пластах следует рассматривать истинное давление: P = p - rgz, где: r - плотность флюида, g - ускорение свободного падения, z - глубина (высота) рассматриваемой точки над некоторым расчетным уровнем. Уравнение можно записать как v = - (k / m)grad(P + rgz) В гидротехнических расчетах обычно используется напор: Н = p / rg. Тогда: v = - C grad H; C = kr / m, где: С - коэффициент фильтрации, имеющий размерность скорости.

СВЯЗЬ МЕЖДУ РАСХОДОМ ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА И ПЕРЕПАДОМ ДАВЛЕНИЯ СВЯЗЬ МЕЖДУ РАСХОДОМ ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА И ПЕРЕПАДОМ ДАВЛЕНИЯ Dp /1 = aQ + bQ 2. Определение коэффициентов a и b На основании полученных экспериментальных данных строится график зависимости Dp /Q1 = f(Q).. - определение параметров фильтрации a и b для расчета проницаемости образца породы

Схема процесса формирования залежей УВ за счет радикальных реакций с последующим гидрированием ОВ, образующимся донорным водородом Вследствие большего объема газожидкостной фазы (по сравнению с исходным твердым веществом) давление увеличивалось и в дальнейшем, что приводило к образованию в горном массиве новых трещин, соединяющих микролинзы ОВ, и увеличению общей площади нефтяной залежи. Этот процесс происходил до тех пор, пока не наступало равновесное состояние между количеством новообразующихся из ОВ продуктов, давлением и прочностью скелета вмещающей породы. Описанный механизм формирования залежей УВ предусматривает резкое снижение неспаренных электронов в молекулах продуктов преобразования ОВ по сравнению с исходным веществом.

Точное знание величины порового давления необходимо для моделирования механики горных пород, а также предсказуемой стабильности работы искусственного реактора. В частности, примерно через 3 года после начала работы реактора внутренне и внешнее горное давление выравниваются в результате вязкопластичного течения пород продуктивного пласта. Горное давление обычно изменяется линейно с глубиной залегания и находится в динамическом равновесии с гидростатическим напором столба воды соответствующей высоты. Горное давление изменяется с глубиной приблизительно на гидравлический градиент, составляющий от 9,7 до 12,4 ат на каждые 100 м глубины, в зависимости от солености и плотности эквивалентного столба воды данного участка литосферы. Высокое давление, сжимая макромолекулу ОВ, способствует его сохранению в генерационной ячейке, а также обеспечивает перестройку углеродного скелета в направлении его уплотнения и структурирования. Высокое давление, возникающее в закрытой системе, наряду с высокой температурой может также считаться главным фактором генерации микронефти. При этом, как бы не было неизбежно возникает активная внутримолекулярная миграция атомов и синтез молекул микронефти на периферии конденсированных ароматических кластеров.

ВЫВОДЫ 1. Определены природная и наведенная (искусственная) пористость и трещиноватость горного массива, расположение литосферного реактора. 2. Исследованы технологические приемы, увеличивающие проницаемость горного массива, размещения литосферного реактора. 3. Выполнен анализ захораниваемых и термоперерабатываемых органосодержащих отходов на содержание основных компонентов в лабораторных условиях. 4. Произведено разложение образцов органической составляющей отходов при их термообработке с разным температурным режимом. 5. Осуществлен анализ продуктов деструкции органического вещества исследуемых проб. 6. Исследовано влияние параметров пористости и трещиноватости вмещающего горного массива на скорость и объемы миграции жидких углеводородов. 7. Изучено перераспределение жидкой фазы в горном массиве при термическом и динамическом воздействии на литосферный реактор. 8. Исследовано контролируемое выдавливание жидкости на основе проявления горного давления 9. Исследовано влияния дополнительных воздействий (ПАВ, колебательные процессы и др.) на миграционную способность жидких углеводородов. 10. Опубликованы 2 статьи в Международном журнале, приняты к печати 2 научные статьи в реферируемых (рекомендованных ВАК )журнал. 11. Подготовлены презентация и отчет о ходе выполнения этапа 2.