ФЕДЕРАЛЬНАЯ ЦЕЛЕВАЯ ПРОГРАММА «НАУЧНЫЕ И НАУЧНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ КАДРЫ ИННОВАЦИОННОЙ РОССИИ» НА 2009-2013 ГГ. ФЕДЕРАЛЬНАЯ ЦЕЛЕВАЯ ПРОГРАММА «НАУЧНЫЕ И НАУЧНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ. - презентация

1 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 "

2 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.

3 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.

4 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.

5 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

6 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.

7 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»»

8 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

9 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

10 ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ГОРОДСКИХ СТОКОВ И СООТНОШЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В НИХ

11 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

12 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

13 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)

14 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

15 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)

16 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

17 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

18 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

19 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.

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

21 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.

22 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

23 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.

24 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.

25 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.