Добірка наукової літератури з теми "Thermobaric chemical effect"

The existence of iron carbide in the upper mantle allows an assumption to be made about its possible involvement in the abyssal abiogenic synthesis of hydrocarbons as a carbon donor. Interacting with hydrogen donors of the mantle, iron carbide can form hydrocarbon fluid. In order to investigate the role of iron carbide in the abiogenic synthesis of hydrocarbons, the chemical reaction between cementite Fe3C and water was modeled under thermobaric conditions, corresponding to the upper mantle. A series of experiments were conducted using a high-pressure high-temperature Toroid-type large reactive volume unit with further analysis by means of gas chromatography. The results demonstrated the formation of hydrocarbon fluid in a wide range of thermobaric conditions (873–1223 K, 2.5–6.0 GPa) corresponding to the upper mantle. A strong correlation between the composition of the fluid and the pT conditions of the synthesis was illustrated in the investigation. The higher temperature of the synthesis resulted in the formation of a “poor” hydrocarbon mixture, primarily comprising methane, while a higher pressure yielded the opposite effect, converting iron carbide into a complex hydrocarbon system, containing normal and iso-alkanes up to C7 and benzene. This correlation explains the diversity of hydrocarbon systems produced experimentally, thus expanding the thermobaric range of the possible existence of complex hydrocarbon systems in the upper mantle. The results support the suggestion that the carbide—water reaction can be a source of both the carbon and hydrogen required for the abyssal abiogenic synthesis of hydrocarbons.

Associated gas of coal and minor oil deposits emitting into the atmosphere is considered to be valuable energy resource requiring proper utilization both from the economic and environmental viewpoints. It is proposed to develop mobile gas-hydrate plants to utilize associated gas of mines and minor oil and gas deposits. Hydrogenerating technology to collect and utilize coalmine methane immediately at the degassing wells of coal mines and oil extraction platform has been developed. Thermobaric parameters along with physical and chemical effect upon hydrate-formation process have been substantiated and selected. Certain degree of mechanical impact as well as magnetic field and ultrasound influence upon the process of hydrate formation has been proved. The technology will make it possible to obtain end product within the degassing area for its further transportation to consumers at long distances.

This work represents and reviews a compilation of investigations into improving anaerobic digestion performance of high-strength wastewater in the Australian Red Meat Processing industry. The industry produces significant quantities of organic-rich wastewater which requires treatment prior to release to the environment. Anaerobic lagoons are a cost-effective method of waste treatment where land availability is not an issue; however, the high fat load in the wastewater can negatively impact the anaerobic lagoon system and result in compromised anaerobic digestion performance. This paper will discuss the importance of upstream primary pre-treatment and review a series of investigations focused on optimising digester performance and improving fat biodegradability. These studies include: 1. the effect of temperature and mixing; 2. the influence of feedstock trace element composition and supplementation, and; 3. the potential benefit from pre-treatments such as chemical, thermobaric, thermochemical and bio-surfactant. This paper discusses the implications of these findings for covered anaerobic lagoon operation and provides recommendations to promote optimum digester performance and future opportunities in adopting alternate anaerobic digestion technology options. Finally, the paper provides recent trends toward the use of other waste streams for co-digestion and discusses this in terms of digester optimization and technology options.

Various metal components like Al, B, Zr etc., as energetic particles are employed in thermobaric explosives. In composite systems compatibility of ingredients with each other is an important point to be considered. In the present study, effect of zinc on TEX, which is a caged explosive of nitramine type is investigated within the constraints of density functional theory at the levels of B3LYP/6-31+G(d), ωB97X-D/6-31G(d) and ωB97X-D/6-31+G(d). Various quantum chemical properties have been calculated for the TEX+Zn composite and compared with TEX. The zinc atom interacts with TEX molecule via destructive reduction of the explosive. The B3LYP/6-31+G(d) level of calculation predicts cleavage of one of the etheric bond of the cage as well as N-NO2 bond. Whereas, ωB97X-D/6-31G(d) and ωB97X-D/6-31+G(d) level of treatments show cleavage of only one of the N-NO2 bonds. In all the cases the zinc atom acquires some positive charge development.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 − процеси та обладнання хімічної технології (16 – хімічна та біоінженерія). ˗ Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2020 р. Аналіз сучасних технологій підвищення видобутку вуглеводнів виявив, що найбільш ефективними та перспективними є методи, які комплексно впливають на продуктивний горизонт, поєднуючи ефективні тепловий, хімічний та механічний впливи на продуктивний горизонт. Однією з найбільш перспективних технологій інтегрованої дії на пласт є технологія комплексного водневого термобарохімічного впливу (КВТБХВ), хіміко-технологічний процес (ХТП) якої ґрунтується на ефекті водневої активації процесів дифузії та фільтрації флюїду в пористому середовищі гірської породи продуктивного горизонту під час протікання складної екзотермічної реакції в свердловині. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності хіміко-технологічного процесу КВТБХВ, зокрема його водневих стадій, шляхом фізичного та математичного моделювання. Для дослідження кінетики термобарохімічних процесів та фізичного моделювання комплексного впливу, в тому числі водневого, на зміну фільтраційно-ємнісних характеристик та проникності гірської породи створено експериментальний комплекс, який дозволяє відтворювати технологічні особливості здійснення хіміко-технологічного процесу технології КВТБХВ. Комплекс забезпечує його протікання в умовах, максимально наближених до реальних пластових, дає можливість не тільки досліджувати кінетику складної гетерогенної хімічної реакції під час перебігу ХТП, але й визначати термобаричний та хімічний впливи рідких та газоподібних продуктів реакції горючо-окислювальних складів і гідрореагуючих речовин (ГОС-ГРР), в тому числі водню, на зміну фільтраційних характеристик кернів гірської породи. Розроблено методику проведення експериментальних досліджень кінетики ХТП, яка ґрунтується на послідовному змішуванні в реакторі двох технологічних рідин, вимірюванні та фіксації основних параметрів протікання термобарохімічного процесу та відтворює його максимально близько до реального, який відбувається в свердловині. Аналіз одержаних експериментальних графічних залежностей основних параметрів кінетики ХТП, утвореного технологічними рідинами з базовим хімічним складом, дозволив зробити висновки про неефективність його водневих стадій ХТП та необхідність проведення подальших досліджень для вирішення цієї проблеми. Запропоновано методи впливу на характер протікання багатостадійного ХТП термобарохімічного впливу, зокрема його водневих стадій. Тривалість низькотемпературної стадії досягнуто за рахунок використання в складі базової системи ГОС–ГРР суміші до 50 % пасивованих гранул від загальної кількості нітрату амонію. Визначено основні типи швидкореагуючих ГРР на основі лужних металів алюмінію та натрію. Зважаючи на високу хімічну активність цих ГРР, запропоновано та опрацьовано методи їх практичного застосування з використанням захисних оболонок. Експериментально доведено, що додавання до базових технологічних рідин гідрореагуючих речовин на основі алюмінію та натрію дозволяє на низькотемпературній стадії процесу генерувати водень, який виступає як активатор дифузії та фільтрації флюїду в гірській породі, а використання як активатора процесу горіння синтезованого за удосконаленою технологією полімерного нітрилу параціану в кількості 0,7-0,95 %, дозволяє підвищити температуру та тривалість протікання високотемпературної стадії ХТП до рівня, на якому при наявності активованого водню відбуваються процеси часткового гідрокрекінгу важких вуглеводнів безпосередньо в пласті. Відновлено технологічну лінію з синтезу параціану з аміду щавлевої кислоти, визначено параметри його синтезу, які забезпечують покращення показників хімічної чистоти та питомої кількості кінцевого продукту. Удосконалено технологічний регламент синтезу. Розроблено методику оцінки ефективності ХТП, яку засновано на визначенні впливу різних за характером протікання ХТП технології КВТБХВ на відновлення проникності та фільтраційно-ємнісних характеристик закольматованих природних кернів, використання якої дозволяє визначати найбільш ефективний за характером протікання хіміко-технологічний процес для використання на свердловинах, у яких з різних причин зменшилася продуктивність. На створеному експериментальному комплексі в умовах, наближених до пластових, здійснена обробка попередньо закольматованих стійкою до руйнування водонафтовою емульсією кернів рідкими та газоподібними продуктами реакцій, що утворюються в реакторі під час різних за характером протікання ХТП. Експериментально встановлено, що ХТП КВТБХВ з активацією полімерним нітрилом параціану та ГРР на основі алюмінію та натрію є найефективнішим оскільки коефіцієнт відновлення проникності обробленого керну за зазначеним ХТП склав 1,05, що свідчить не лише про відновлення проникності, але й про її збільшення в порівнянні з початковою. Розроблені методи та методики можуть використовуватися для покращення керованості водневих стадій ХТП та визначення ефективності впровадження технології КВТБХВ на свердловинах з різними конструктивними та геолого-технічними характеристиками, а також причинами зменшення продуктивності. З метою подальшого підвищення ефективності впровадження технології запропоновано методику удосконалення якості комп’ютерного 3D моделювання КВТБХВ. Модель ґрунтується на розв’язанні системи рівнянь Нав’є-Стокса, яку описують закони збереження імпульсу, маси та енергії, що дає змогу описувати складні задачі фільтрації, в тому числі моделювати процес КВТБХВ на реальних об’єктах. Закон збереження імпульсу в задачах фільтрації залежно від характеру фільтрації представлено у вигляді законів Дарсі, Форхгеймера та Дарсі з урахуванням дифузії (закон Фіка). В усі рівняння системи, які описують закони фільтрації, входять коефіцієнти проникності. На відміну від більшості задач фільтрації, в яких коефіцієнти проникності є константами, створено методику уточнення комп’ютерної 3D моделі процесу водневого термобарохімічного впливу на продуктивні горизонти свердловин, в якій в математичній моделі ураховуються результати експериментальних досліджень нестаціонарного процесу відновлення проникності гірської породи внаслідок комплексного водневого термобарохімічного впливу. В математичну модель фільтрації замість розрахункових значень або констант проникності додається функція зміни коефіцієнта відновлення проникності від відносного об’єму продуктів реакції ХТП. Експериментальна верифікація удосконаленої комп’ютерної моделі, яка здійснювалася шляхом проведення порівняльного аналізу результатів чисельного моделювання процесу фільтрації продуктів реакції на водневих стадіях КВТБХВ та результатів експериментальних досліджень, проведених на реальних кернах гірської породи, підтвердила суттєве підвищення точності моделювання. Використання удосконаленої й верифікованої моделі дозволяє з високою точністю описувати протікання фільтраційно-дифузійних та тепломасообмінних процесів реальних ХТП під час обробки продуктивних пластів, дає можливість робити прогнозні оцінки щодо результатів обробки. Удосконалену математичну модель покладено в основу комп’ютерної 3D моделі для постадійного комп’ютерного моделювання КВТБХВ з урахуванням кінетики ХТП. Такий підхід набув особливої актуальності за умов, коли завдяки розробленим методам з’явилася можливість керування стадіями, особливо водневими, за тривалістю та температурними рівнями. Розроблено алгоритм підготовки до імплементації технології з урахуванням результатів фізичного й математичного моделювання. Розроблений алгоритм дозволяє визначати кількісні та якісні показники хімічних складів робочих технологічних рідин, які впливають на характер протікання ХТП КВТБХВ, особливо його водневих стадій, та необхідні для створення дизайну обробки кожної окремої свердловини з урахуванням її індивідуальних конструктивних та геолого-технічних характеристик та причин кольматації. За розробленим алгоритмом створено дизайни обробок, за якими виконано дослідно-промислові впровадження технології на свердловинах України, Індії, Грузії та Туреччини. Результати підтвердили високу ефективність удосконалених та використаних ХТП як у вертикальних, так і у горизонтальних свердловинах.
The thesis for scientific Degree of the Candidate of Technical Sciences in the specialty 05.17.08 – Processes & Equipment of Chemical Technology (16 – Сhemical and bioengineering). – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2020. Analysis of modern technologies for increasing the production of hydrocarbons has shown that the most effective and promising techniques are those that have an integral effect on the production horizon by combining effective thermal, chemical and mechanical actions. One of the most promising technologies with an integral effect on the reservoir is that of complex hydrogen thermobaric-chemical effect (CHTBCE). Its chemical-technological process (CTP) is based on the effect of hydrogen activation of the processes of diffusion and fluid filtration in the rock porous medium of the production horizon during the complex exothermal reaction in the well. The objective of the dissertation is to improve the effectiveness of the IHTBCA chemical-technological process, in particular, its hydrogen stages by using physical and mathematical simulation. An experimental complex was developed to study the kinetics of thermobaric processes, and for physical simulation of the integral action, including the hydrogen one, on the alteration of rock porosity-permeability properties. The complex recreates the technological features of the chemical-technological process of the CHTBCE technology. The complex ensures its flow in conditions most closely approximating actual reservoir ones. It helps study not only the kinetics of the complex heterogeneous chemical reaction during CTP flow, but also allows determining the thermobaric and chemical effect of liquid and gaseous products of the reactions of combustible-oxidation compositions and hydroreacting substances (COC-HRS), including hydrogen, on the change of the filtration properties of rock core samples. A technique was developed for experimental research into CTP kinetics. It is based on mixing two process fluids in sequence in a reactor, and measuring and registering the basic parameters of the thermobaric-chemical process to recreate it most closely to the actual one in the well. Analysis of the experimental graphs of the key kinetic parameters of the CTP created by the process fluids with the basic chemical composition demonstrated the ineffectiveness of the CTP’s hydrogen stages and the need to conduct follow-up research to solve this problem. Techniques were suggested for influencing the character of the flow of the multistage CTP thermobaric-chemical action, in particular, its hydrogen stages. The continuance of the low-temperature stage was achieved by using a mixture of up to 50 % of passivated granules of the total amount of ammonium nitrate in the base COC-HRS system. The main types of fast-reacting HRS based on alkali metals, aluminium and sodium were determined. With account of the high chemical activity of these HRS, methods were suggested and developed for their practical application with the use of protective sheaths. Experiments confirmed that adding hydroreacting substances based on aluminium and sodium to basic process fluids produces hydrogen at the low-temperature stage of the process. This hydrogen acts as an activator of diffusion and filtration of the fluid in the rock. Using 0,7-0,95 % of polymer nitrile paracyanogen synthesised by a refined technology as an activator of the combustion process increases the temperature and duration of the flow of the high-temperature CTP stage to a level at which, with the presence of activated hydrogen, partial hydrocracking of heavy hydrocarbons occurs directly in the reservoir. A process line was restored for synthesis of paracyanogen from oxamide. Parameters of its synthesis were found that ensure the improvement of the chemical purity and specific amount of the final product. The synthesis process regulations were refined. A CTP effectiveness assessment method was developed. It is based on determining the impact of CHTBCE technologies with different CTP flow on the recovery of porosity and permeability properties of colmataged natural rock core samples. This method helps determine the most effective chemical-technological process for usage in wells whose productivity has dropped due to different reasons. In conditions close to reservoir ones, the experimental complex developed was used to treat core samples, preliminarily colmataged with a decompositionresistant water-petroleum emulsion, with liquid and gaseous reaction products formed in the reactor with different CTP flow profiles. Experiments established that the CHTBCE CTP, with activation by the polymer nitrile paracyanogen and HRS based on aluminium and sodium, is most effective because the return permeability of the treated core for the specific CTP was 1,05. This is indicative not only of permeability recovery, but also of its increase as compared to the initial one. The developed methods and techniques can be used for improving the controllability of CTP hydrogen stages. They can also be used for determining the effectiveness of introducing the CHTBCE technology at wells with different structural and geological-engineering characteristics, and for identifying the causes of production decrease. To increase technology introduction effectiveness, a method was suggested for refining the quality of computer 3D CHTBCE simulation. The model is based on solving a system of Navier-Stokes equations that describe the laws of conservation of momentum, mass and energy. This helps describe complex filtration problems and enables simulating the CHTBCE process in actual objects. The law of conservation of momentum in filtration problems, depending on the character of filtration, is presented as the Darcy law, the Forchheimer law and the Darcy law with account of diffusion (Fick’s law). All the equations of the system that describe filtration laws include the permeability coefficient. In contrast to the majority of filtration problems, in which permeability coefficients are constants, a technique was developed for refining the 3D computer model of the process of hydrogen thermobaric-chemical action on the well production horizons. The mathematical model accounts for the results of experimental research into the unsteady process of recovery of rock permeability due to the integral hydrogen thermobaric-chemical action. The computational values or the permeability constants in the mathematical model of filtration are replaced with the return permeability change function depending on the relative volume of CTP reaction products. The refined computer model was verified experimentally by comparative analysis of the following: the results of numerical simulation of the reaction products filtration process at the CHTBCE hydrogen stages; and the results of experimental research conducted with actual rock cores. The verification confirmed a significant increase in simulation accuracy. The refined and verified model describes with high accuracy the flow of filtration-diffusion and heat-andmass transfer processes in the actual CTP during the treatment of production formations, and helps estimating treatment results. The refined mathematical model served as the basis of the computer 3D model for stepwise CHTBCE computer simulation with account of CTP kinetics. Such an approach became especially relevant under the condition when, owing to the developed methods, it became possible to control the stages, especially the hydrogen ones, for duration and temperatures. A procedure was developed for preparing to implement the technology with account of physical and mathematical simulation results. The developed procedure enables determining the quantitative and qualitative indicators of the chemical compositions of process fluids that affect the CHTBCE CTP flow, especially those of its hydrogen stages, and the treatment designs required the treatment of each well with account of its individual structural and geological-engineering characteristics and colmatation causes. The developed procedure was applied to creating the treatment design used for pilot industrial implementation of the technology on wells in Ukraine, India, Georgia, and Turkey. The results have confirmed the high effectiveness of the refined and used CTP in both vertical and horizontal wells.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 − процеси та обладнання хімічної технології. − Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2020 р. Дисертація присвячена підвищенню ефективності хіміко-технологічного процесу комплексної водневої термобарохімічної технології інтенсифікації видобутку вуглеводнів, в основу якого покладено інтегроване використання аномальних властивостей водню як активатора процесів дифузії та фільтрації. Для дослідження кінетики термобарохімічних процесів та фізичного моделювання комплексного впливу, в тому числі водневого, на зміну фільтраційно-ємнісних характеристик та проникності гірської породи створено експериментальний комплекс, який дозволяє відтворювати технологічні особливості здійснення хіміко-технологічного процесу, забезпечує його протікання в умовах, максимально наближених до реальних пластових. Експериментально доведено, що шляхом додавання до базових технологічних рідин гідрореагуючих речовин на основі алюмінію та синтезованого за удосконаленою технологією полімерного нітрилу параціану як активатору горіння, можна впливати на характер протікання водневих стадій хіміко-технологічного процесу. Розроблено методику експериментального визначення найбільш ефективного за характером протікання хіміко-технологічного процесу для використання на свердловинах з різними причинами зменшення продуктивності. Удосконалено комп’ютерну 3D модель багатостадійного процесу водневого термобарохімічного впливу на продуктивні горизонти свердловин, в якій ураховуються результати експериментальних досліджень. Результати дослідно-промислових впроваджень технології комплексного водневого термобарохімічного впливу в Україні та закордоном підтвердили високу ефективність удосконалених та використаних хіміко-технологічних процесів.
The thesis for scientific Degree of the Candidate of Technical Sciences in the specialty 05.17.08 – Processes & Equipment of Chemical Technology. – National Technical University "Kharkov Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2020. The dissertation is dedicated to solving a topical scientific-and-practical problem of increasing the effectiveness of the chemical-technological process for intensifying hydrocarbon production, which is based on an integrated usage of anomalous properties of hydrogen as an activator of diffusion and filtration processes. An experimental complex was developed to study the kinetics of thermobaric-chemical processes and for physical modelling of the integral effect, including the hydrogen one, on the change of flow properties and permeability of the rock. The complex recreates the technological features of the chemical-technological process and ensures its flow in conditions utmost close to those in real formation ones. Methods were suggested for affecting the character of flow of the multistage thermobaric-chemical process and increasing its effectiveness, in particular, its hydrogen stages. Experiments have proved that adding hydroreacting substances based on aluminium and sodium to basic process fluids helps produce hydrogen at the low-temperature stage of the process. Hydrogen acts as an activator of diffusion and filtration of the fluid in the rock. Using 0,7-0,95% of a polymer nitrile paracyanogen synthesised to a refined technology as an activator of the combustion process increases the temperature and duration of the high-temperature stage of the chemical-technological process. This is done to a level at which, with the presence of activated hydrogen, processes of partial hydrocracking of heavy hydrocarbons occur directly in the formation. A technique was developed for determining the most effective chemical-technological process for the technology of integrated hydrogen thermobaric-chemical effect. It is based on a comparative analysis of the results of action of chemical-technological processes, differing in nature, on the recovery of the permeability of colmataged rock cores. The computer 3D model of the multistage process of the hydrogen thermobaric-chemical effect on production horizons of wells was refined. Its refinement method accounted for the results of experimental study of the unsteady process of recovery of rock permeability due to the integrated hydrogen thermobaric-chemical action. The refined and verified model describes with high accuracy the flow of filtration-diffusion and heat-and-mass transfer processes in actual chemical-technological processes during the treatment of productive formations, enabling to make prognostic evaluations about treatment results. The algorithm developed for preparing to implement the technology with account of the results of physical and mathematical simulation was used in exploratory-industrial introductions of the technology at wells in Ukraine, India, Georgia, and Turkey. The results have confirmed the high effectiveness of the refined and used chemical-technological processes in both vertical and horizontal wells.

Abstract As known, fracture's capacity and penetration are two key factors for fulfillment of the fracturing jobs including conventional and acid fracturing process. Penetration of acid into existing fractures can improve fracture capacity by etching of fracture surface. Increasing temperature of reservoir rock results in reduction of breakdown pressure. Thermo-gas-chemical technology by in-situ releasing of extra hot gases (N2 and steam) and acid provides a series of network with long fractures and permanent conductivity. A series of experiments in high-pressure and high-temperature (HPHT) reactor were designed to understand the performance and effectiveness of thermo-gas-chemical reaction and determine the optimum binary composition in order to release maximum temperature, pressure and acid generation to provide long conductive fractures. In parallel, dependence of breakdown pressure and temperature was modeled. Moreover, to understand the geometry and propagation of fractures, the effect of thermo-gas-chemical method was studied on core samples in core holder and then cores were scanned by 4D tomography. The preliminary results showed that during the thermo-gas-chemical reaction temperature in reaction zone reaches 207 ℃ and pressure 893 psi due to reaction products. It was found that reaction initiates just after the injection of activator and temperature and pressure increased instantly. This phenomenon acts as a strong impact to break formation rock. The pH of aqueous solutions during the reaction decreased from 8 to 1 and below which provides etching the surface of existing and new fractures. Observed that thermobaric parameters of reaction closely depend on the concentration and reaction activator. Experimental results show that the application of thermo-gas-chemical fluid instead of ordinary fracturing fluid, results in reduction of breakdown pressure from 3400 psi to 121 psi, due to induced thermobaric shock. Experiments on core samples and 4D tomography confirmed the formation of new fractures and expansion of existing ones. Thermo-gas-chemical technology by generation of in-situ hot gases and acid can provide a new high efficiency, cost-effective and eco-friendly method of EOR method for tight low permeability reservoirs and even depleted reservoirs without increasing water cut.