НОВОСТИ СИБИРИ
20.09.2018
Источник: Наука в Сибири, 20.09.18
Чтобы
понять, с помощью каких технологий добывать нефть из того или иного коллектора,
нужно знать в том числе и то, из каких пород этот коллектор состоит.
Специалисты из Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука
СО РАН провели масштабную интерпретацию данных геофизических исследований
скважин баженовской свиты.
Эта
интерпретация основана на классификации пород баженовской свиты, которую
недавно предложил главный научный сотрудник ИНГГ СО РАН академик Алексей
Эмильевич Конторович с коллегами. Итогом стала новая методика литологической
интерпретации данных каротажа — в дальнейшем это поможет в освоении
нетрадиционных нефтяных месторождений.
«Баженовская
свита – уникальный объект. Одной из характерных её особенностей является высокая
степень неоднородности состава, что обусловлено изменением содержания по
разрезу глинистого, кремнистого, карбонатного и органического вещества, а также
пирита. Удалось решить важную задачу интерпретации — определить объемное
содержание основных породообразующих компонент в породе и выделить основные
литологические типы баженитов по данным каротажа, — комментирует заведующий
лабораторией многомасштабной геофизики ИНГГ СО РАН доктор физико-математических
наук Вячеслав Николаевич Глинских. — Кроме того, нами детально изучены
электрофизические свойства баженовской свиты и установлены их связи с
литологией».
Ученые
ИНГГ СО РАН выполнили лабораторные литологические, геохимические и петрофизические
исследования более тысячи образцов керна из десятков скважин, пробуренных на
территории центральной части Западной Сибири. Эти работы были в значительной
мере дополнены результатами геофизических исследований скважин, выполненными с
помощью комплекса СКЛ (прибора, предназначенного для каротажа глубоких скважин)
— он позволяет за один спуск и подъем «снять» более 50 физических
характеристик.
По
этим данным специалисты ИНГГ СО РАН и построили модели относительного
содержания породообразующих компонент баженовской свиты, а также ряда ее
аналогов. В результате ученые классифицировали типы пород — силициты,
аргиллиты, карбонаты, а также микститы (смешанные
кремнисто-глинисто-карбонатные), в том числе обогащённые органическим веществом
— по данным каротажа скважин.
***
Установку
сделали в Томске по заказу Миланского политехнического университета. Ее презентация
прошла на VI международном конгрессе «Потоки энергии и радиационные эффекты» —
EFRE-2018.
Оборудование,
созданное Институтом сильноточной электроники СО РАН (Томский научный центр СО
РАН), предназначено для манипулирования поверхностями, состояние которых важно
для многих изделий. «Например, не всякий
металл выдерживает агрессивные коррозионные среды, — рассказывает заместитель
председателя Томского научного центра СО РАН кандидат физико-математических
наук Алексей Борисович Марков. — Конечно, в кислотах работает платина, но она
стоит дорого. На нашем оборудовании можно в более дешевую деталь, например из
титана, электронным пучком "вплавить" тонкий слой платины (меньше
микрометра) и получить свойства поверхности, близкие к свойствам чистой
платины. Другой пример: в состав никелида титана, который используется для
имплантов, входит никель, это токсичный материал по отношению к тканям
человека. Мы заменяем атомы никеля на атомы тантала на поверхности толщиной
порядка ста нанометров. Она становится безопасной, а функциональные свойства
детали сохраняются».
Высокотехнологичный
прибор задуман для решения сразу нескольких задач. «Оборудование будет полезно
в исследованиях как для университета, так и для некоторых промышленных задач,
его размеры позволяют проводить эксперименты не только с небольшими, но и с
достаточно крупными деталями», — говорит профессор Миланского политехнического
университета Массимилиано Бестетти. Кроме того, на установке планируется
обучение будущих инженеров, специально для этого ее корпус сделали прозрачным.
Ученые
надеются, что электронно-пучковая машина положит начало созданию в Италии международного
центра пучковых технологий. Помимо поставки оборудования, договор о сотрудничестве
между ИСЭ СО РАН и Миланским политехом предполагает совместные исследования и обмен
специалистами. Молодые ученые из томского Академгородка в ближайшее время
поедут в Милан, чтобы наладить там работу машины и пройти стажировку на
итальянских приборах.
***
Исследователи
Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН предлагают возвести в
рамках ЦКП «Междисциплинарный исследовательский комплекс по аэрогидродинамике,
машиностроению и энергетике», планируемого в программе «Академгородок 2.0»,
экспериментальную установку для моделирования течения вращающейся жидкости.
«Россия
обладает достаточно большими амбициями в освоении Мирового океана. Эта
установка нужна для развития науки о нём. Океанология — привилегия богатых
стран, имеющих сильный военно-морской флот, в том числе подводный. А для
подводных лодок крайне важно знать все параметры среды, в которой они будут
работать», — рассказывает заместитель директора Института гидродинамики им.
М.А. Лаврентьева СО РАН доктор физико-математических наук Евгений Валерьевич
Ерманюк. Кроме того, прибор позволит исследовать, по каким законом развиваются
снежные лавины, цунами и даже песчаные бури.
На
данный момент самая крупная установка такого типа находится во Франции. В ИГиЛ
СО РАН планируется создать установку более скромную, её диаметр будет порядка
6-ти метров, глубина — около 2-х метров,
а скорость вращения — примерно такая же,
как у французского аналога (от 0,06 до 12 оборотов в минуту). Ориентировочная
стоимость — порядка трёх миллионов евро. Чтобы реализовать проект, нужно
построить отдельное здание с мощным фундаментом. Также необходимо разработать
очень сложный привод с широким диапазоном скоростей вращения и специальные
емкости для создания определённых оптических свойств жидкости. Эскизные проекты
такой установки уже готовы.
По
словам исследователя, все накопленные на ней знания будут использоваться для
уточнения имеющихся и вновь создаваемых моделей. Например, в Севастополе есть
огромный суперкомпьютер, в котором постоянно рассчитывается модель циркуляции
вод в Чёрном море. С её помощью по данным космического мониторинга можно
вычислить, какой танкер пролил несколько дней назад нефтяное пятно или откуда
приплыл найденный в воде труп.
«Для
этого нужно очень хорошо знать, как устроен океан. То есть мы тестируем
кирпичики, которые дальше используются для постройки здания. Кроме того, это
нужно при выборе места для некоторых
технических сооружений. Например, нефтяных причалов, чтобы знать, куда будут относиться
примеси. Также с помощью нашей установки можно будет тестировать модели глобального
потепления, — говорит Евгений Ерманюк. — Например, сегодня Арктика
освобождается ото льда, и если удастся доказать, что через 30 лет она большую
часть времени будет свободна, Северный морской путь составит сильную
конкуренцию обычному пути через Суэцкий канал. Это значит, что в инфраструктуру
этой артерии надо инвестировать десятки
миллионов долларов — всё окупится».
***
Молодые
ученые из Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН изучают свойства расплавов
редкоземельных металлов. Эта группа химических элементов используется в
инновационных направлениях производства: металлургии, атомной энергетике,
медицине, химической и стекольной промышленности и других областях.
Возможность
эффективного промышленного применения редких земель зависит от научных изысканий
в этой области. Надежные данные о свойствах РЗМ и их изменениях при фазовых
превращениях могут пригодиться в оптимизации высокотехнологичных процессов.
Редкоземельные
элементы — металлы серебристо-белого цвета, некоторые с желтоватым оттенком,
обладающие сходными химическими свойствами (наиболее характерна степень
окисления +3). В природе, как правило, они встречаются в рассеянном виде и в
форме оксидов, что осложняет их добычу в промышленных масштабах — отсюда и
термин «редкоземельные». В группу РЗЭ входят 15 лантаноидов (лантан, церий,
празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий,
гольмий, эрбий, туллий, иттербий, лютеций), а также иттрий и скандий.
Физико-химические свойства этих элементов имеют противоречивые характеристики,
поскольку изучены недостаточно.
Сотрудники
лаборатории термодинамики веществ и материалов ИТ СО РАН — кандидат
физико-математических наук Игорь Васильевич Савченко, аспирант Дмитрий
Андреевич Самошкин и студент физического факультета НГУ Андрей Рашидович
Хайрулин — получили грант Российского научного фонда на исследование тепло- и
температуропроводности расплавов четырех легких РЗМ: лантана, церия, неодима и
самария. Проект рассчитан на два года, к настоящему моменту пройдена уже
половина пути. По словам ученых, за год удалось провести почти все измерения,
впереди — довольно длительный и трудоемкий процесс обработки результатов.
«Отслеживать
изменение свойств металлов в зависимости от фазовых превращений (перехода из
одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий, например
из твердого вещества в расплав) — очень интересная задача с точки зрения физики
и химии, — комментирует Игорь Савченко. — Фазовый переход в жидком самарии,
связанный с изменением концентрации электронов проводимости, сам по себе
является уникальным явлением, не наблюдающимся в других металлических расплавах».
По
словам ученых, данные по тепло- и температуропроводности легких РЗМ, которые
были получены раньше другими исследователями, плохо согласуются между собой.
Разброс в измерениях температурных коэффициентов теплопроводности достигает 400
%! Это связано со сложностью высокотемпературного эксперимента и специфическими
свойствами РЗМ — химической агрессивностью (в жидком состоянии они
взаимодействуют практически со всеми материалами, интенсивное окисление многих
из них происходит уже при комнатной температуре), а также высоким давлением
паров.
«Последовательное
экспериментальное изучение лантаноидов позволит нам понять, как локализованные
электроны внутренней оболочки атомов влияют на макроскопические характеристики
РЗМ, а конкретно — на теплопроводность, — рассказывает Игорь Савченко. — Это
ключ к решению важнейшей задачи по определению связи электронного строения
вещества с его структурой и физическими свойствами в конденсированном
состоянии».
В
распоряжении ученых — дорогостоящая установка LFA-427 немецкой фирмы NETZSCH.
По своим параметрам — точности измерений (2—5 %) и диапазону температур (от 20
°C до 2000 °C) — она является одной из лучших в мире. Поскольку аппаратура
такого класса предназначена в основном для измерений твердых веществ, сотрудники
лаборатории адаптировали стенд для работы с расплавами и пластичными
материалами: разработали конструкции измерительных ячеек и держателей, создали
алгоритмы и программы математической обработки данных. В установке реализован
метод лазерной вспышки (или флэш-метод). Его главные преимущества — универсальность,
бесконтактность и малое время проведения единичного измерения (порядка
секунды).
В
чем заключается процесс? Металл, находящийся в специальном контейнере,
предотвращающем его окисление, помещается в химический бокс с инертной
атмосферой. В боксе металл извлекается из контейнера и помещается внутрь
танталовой ячейки для опытов, где герметизируется дуговой сваркой. После этого
заваренная ячейка с металлом помещается в печь установки LFA, внутри которой и происходят
высокотемпературные измерения. Наконец, с помощью пакета программ,
разработанного в лаборатории термодинамики веществ и материалов, производится
вычисление исследуемых коэффициентов переноса тепла. Хотя единичное измерение
занимает меньше секунды, для определения температурной зависимости
теплопроводности требуется гораздо больше времени.
«Можно
сказать, что эксперименты, проводимые в стенах нашей лаборатории, — уникальные,
— говорит Дмитрий Самошкин. — Нам удалось первыми разработать новую методику по
исследованию теплопроводности и температуропроводности металлов, проявляющих
высокую активность на воздухе, в жидком состоянии. Опыты, проведенные ранее с
расплавленными металлами (ртутью, индием, оловом, свинцом) подтвердили
надежность результатов, полученных на установке».
Ученые
признают, что их работа по большей части носит фундаментальный характер. Выводы
и обобщения представляют интерес прежде всего для теории теплофизических
свойств веществ, физики металлов, жидкостей и фазовых превращений. Однако
числовой материал может быть использован в расчетах разнообразных тепловых
процессов.
Ограничиваться
лантаноидами физики не хотят, а стремятся охватить весь спектр металлов, чтобы
выявить общие закономерности теплопроводности и температуропроводности. Ими уже
получены данные о некоторых свойствах тяжелых РЗМ, в планах — изучение
теплофизических свойств щелочных и щелочноземельных металлов.
«Скорее
всего, мы будем подавать заявку на новый грант, чтобы закончить этот ряд, —
делятся планами исследователи. — Имея полную информацию о редкоземельных
металлах, мы сможем сделать обобщение и создать модель для прогнозирования
свойств сплавов и соединений. В этом заключается фундаментальность нашей
работы».
Юлия
Клюшникова
***
Сообщается,
что установка для моделирования течения вращающейся жидкости также позволит
исследовать, по каким законом развиваются снежные лавины, цунами и песчаные
бури
Экспериментальную
установку для моделирования течения вращающейся жидкости, с помощью которой
можно будет исследовать океан, а также законы формирования снежных лавин,
песчаных бурь и цунами, предложили построить сибирские ученые. Об этом в среду
сообщает издание Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН)
"Наука в Сибири"
"Исследователи
Института гидродинамики имени М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской
академии наук (СО РАН) предлагают построить в рамках ЦКП
"Междисциплинарный исследовательский комплекс по аэрогидродинамике,
машиностроению и энергетике", планируемого в программе "Академгородок
2.0", экспериментальную установку для моделирования течения вращающейся
жидкости", - отмечается в сообщении.
В
настоящее время самая крупная установка такого типа находится во Франции. В СО
РАН предлагают создать аналогичную установку, но меньшего размера с диаметром
около восьми метров. Для ее создания потребуется построить отдельное здание с
мощным фундаментом. Отмечается, что эскизные проекты установки уже готовы.
Ориентировочная стоимость проекта - около €2 млн.
"Россия
обладает достаточно большими амбициями в освоении Мирового океана. Эта
установка нужна для развития науки о нём. Океанология - привилегия богатых
стран, имеющих сильный военно-морской флот, в том числе подводный. А для
подводных лодок крайне важно знать все параметры среды, в которой они будут
работать", - сказал заместитель директора Института гидродинамики Евгений
Ерманюк. Кроме того, прибор позволит исследовать, по каким законом развиваются
снежные лавины, цунами и песчаные бури.
По
словам исследователя, все полученные на новой установке данные будут
использоваться для уточнения имеющихся и вновь создаваемых моделей. Например, в
Севастополе есть суперкомпьютер, который рассчитывает модель циркуляции вод в
Черном море. С её помощью по данным космического мониторинга можно вычислить,
например, какой танкер оставил нефтяное пятно.
"Кроме
того, это нужно при выборе места для некоторых технических сооружений.
Например, нефтяных причалов, чтобы знать, куда будут относиться примеси. Также
с помощью нашей установки можно будет тестировать модели глобального
потепления", - пояснил Ерманюк.
По
его словам, полученные с помощью установки данные можно также применить для
исследования Арктики и прогнозирования процессов в регионе. "Арктика
освобождается ото льда, и если мы сможем предсказать, что в течение 30 лет она
будет свободна, то мы можем сказать, что она создает конкуренцию пути через
Суэцкий канал", - отметил Ерманюк, подразумевая Северный морской путь.