Научно-исследовательское направление

1. Разработка новых технологий сооружения подземных резервуаров

Широкомасштабное использование природных газов диктует необходимость регулирования, магазинирования и аккумуляции потребляемых углеводородных газов с помощью ПХГ, которые позволяют сгладить сезонные колебания в потреблении и поступлении энергоресурсов, снять пиковые нагрузки, ликвидировать дефицит в горючих газах при изменении коньюктуры, оперативно реагировать на аварийные и непредвиденные ситуации (например, отключение крупного потребителя), варьировать ценовой политикой, рационально согласовывать энергетические потоки и создавать стратегические резервы энергоресурсов. Для этих целей, а также регулирования транзитных потоков сооружаются крупные ПХГ. Их наличие, вместе с тем, не решает целый ряд практических задач газоснабжения и газосбережения для потребителей, имеющих несовпадающие с общепринятыми закономерностями регулирования газопотребления пиковые нагрузки (например, цементные предприятия, сахарные заводы и ряд других). Локальное регулирование газопотребления имеет практический смысл и для заводов по сжижению газа, а также объектов тепло- и электроэнергетики, которые вынуждены содержать большие запасы резервного топлива (угля, мазута). Для вышеперечисленных объектов целесообразно создание в непосредственной близости дешевых мини-ПХГ, которые могут сглаживать пиковые нагрузки за пределами зимнего сезона.

Отличительные особенности предлагаемой технологии. Как известно, для создания ПХГ требуется наличие структурных, литологических, гидродинамических и иных ловушек или формирование искусственных полостей с использованием технологии выщелачивания. Все это сопряжено со значительными капитальными затратами. Поэтому вместе с ВНИИГАЗом была проведена исследовательская работа по оценке возможности использования емкостных свойств меловых пород для формирования ПХГ. Такие породы широко развиты на территории РФ и Украины. Суть технологии заключается в том, что карбонатные породы через скважины насыщаются активированной газовоздушной смесью (на основе отходящих газов), в результате чего резко повышается проницаемость изначально слабопроницаемых пород.

Идея формирования подземных резервуаров посредством воздействия газовоздушной смеси на карбонатные породы является весьма продуктивной в экологическом отношении, ибо, наряду с выполнением главной задачи, позволяет сократить квотируемые газовые выбросы в атмосферу. При этом существует возможность самоочистки некондиционных углеводородных газов карбонатными породами. В качестве таких газов может быть биогаз (получаемый из местных отходов сельскохозяйственного производства, активного ила и т.п.), а также природный газ, загрязненный метилмеркаптаном, сероводородом и другими кислыми газами.

Для создания ПХГ в писчем мелу пригодна практически вся толща мела под мергельной покрышкой, мощность которой достигает более 100 м. Исключение составляют известные неотектонические зоны, по которым возможно растекание закачиваемого газа. Из-за площадного развития мелов ПХГ могут быть максимально приближены к магистральному трубопроводу и промышленным объектам.

Для подземного хранения газа используется площадная система вертикальных скважин. Для улучшения фильтрационных свойств массива (увеличение открытой пористости до 1-2%) в каждую из них закачиваются отходящие газы. Полезная емкость по углеводородным газам при этом достигает 5 млн. м³ на 1 вертикальную скважину. Для создания давления используется энергия магистрального газопровода. Остаточное давление газа в массиве составляет ~ 6 атм. Надежная локализация газа достигается, в том числе, с использованием физико-химических барьеров. Преимущества такого хранения газов являются: отсутствие компрессорных станций высокого давления и возможность использования для закачки газа избыточных давлений магистрального трубопровода, малые буферные объемы газа, небольшие затраты на газоподготовку, гибкая реакция на суточные и сезонные колебания в потреблении газа, экологическая безопасность хранения.

Хранение газа характеризуется следующими ориентировочными показателями. Глубины скважин около 300 м, объем буферного газа - 15-20%, давление закачки - до 35 атм. Ввод в эксплуатацию по модульному принципу (по 2 скважины). Стоимость сооружения 1 модуля ПХГ (емкостью 10 млн. м³) составит 425 тыс. долл. США. Срок сооружения 1 модуля не превысит 6-7 месяцев. Более подробно технико-экономические показатели модуля ПХГ представлены в табл. 1.

№№ п/п	Название	Стоимость, тыс. долл. США
1	Земельный горный отвод	15
2	Бурение скважин	60
3	Оборудование для скважин и подготовки газа	30
4	Соединительные газопроводы	10
5	Шлейфы	10
6	Буферный газ	150
7	Инжиниринговые работы	50
8	Геологоразведочные и технологические работы	100
Итого		425

Окупаемость проекта может быть достигнута за счет дополнительной прибыли, возникающей у потребителя природных газов в работе с пиковой загрузкой или повышенных тарифов, учитывающих такой режим работы.

Готовность проекта. Требуется проведение промышленных испытаний способа формирования подземных ёмкостей, а также составление технологического регламента. Ориентировочная стоимость работ – 250 тыс. долл. США

2. Математического моделирования сложных гидрогеологических объектов

Используемая технология построения математических моделей базируется на последовательном (как минимум двухэтапном) улучшении их качества. На 1-м этапе воссоздается гидродинамическая обстановка в ненарушенных условиях. При этом обычно оцениваются величины питания (разгрузки) гидродинамической системы и поле водопроводимости в стационарном режиме. При поиске оптимальных параметров используются элементы теории планирования экспериментов. Для двухмерного пространства фильтрационных параметров реализуется графический поиск оптимальных значений принятого критерия решения обратной задачи (минимума среднеквадратичного отклонения модельных напоров от фактических).

Для реализации моделей используется программный комплекс ASM (Aquifer Simulation Model), который позволяет решать задачи плановой фильтрации и массопереноса. Это программное обеспечение позволяет вести расчеты фильтрации и массопереноса в двумерной постановке для следующих условий:

- стационарный (нестационарный) режим фильтрации;

- однородный (неоднородный) пласт;

- пласт напорный (безнапорный) с перетеканием;

- изотропный (анизотропный) пласт;

- откачка (нагнетание);

- наличие граничных условий I,II, III рода;

- переменное в пространстве и времени инфильтрационное питание;

- непрерывное или мгновенное поступления загрязнений в пласт.

По результатам расчета на экран монитора можно вывести:

- карту гидроизогипс (изопьез);

- графики понижения уровней по пьезометрам;

- водный баланс для всей области и для выбранной ее части;

- траектории перемещения загрязняющих веществ по схеме «поршневого вытеснения»;

- положения фронта загрязнения, при перемещении его по схеме «поршневого вытеснения», на определенные моменты времени;

- дисперсию загрязняющих веществ на определенный момент времени;

- распространение концентраций загрязняющих веществ.

Используемое программное обеспечение ASM учитывает все особенности решаемых геофильтрационных задач такие, как наличие существенной пространственной неоднородности фильтрационных свойств водовмещающих пород, сложные геометрические очертания области фильтрации, необходимость отображения различных типов граничных условий и разновременности ввода водозаборов, а также неоднородности площадного питания продуктивного комплекса.

3. Кондиционирования мягких вод

С водой человек получает 25% суточной потребности биогенных химических элементов (при этом химические элементы, поступающие с водой, физиологически более ценные, чем поступающие с продуктами питания). В частности, вода обеспечивает от 10 до 30% потребности в кальции и магнии, суточная потребность в которых составляет 800 и 500-600 мг соответственно. Проблема дефицита кальция особенно остра для России, в связи с низким потреблением молочных продуктов и невысоким содержанием его в почве северных регионов. Установлено, что ряд заболеваний связан с употреблением мягкой ультрапресной питьевой воды. Это характерно, в первую очередь, для гипертонической болезни, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, хронического гастрита, холецистита, нефрита и ишемической болезни сердца.

Присутствие в воде ионов тяжелых металлов и одновременно с этим дефицит кальция являются комплексом, способствующим напряжению регуляторно-приспособительных систем организма, ибо токсичность металлов в мягких водах резко увеличивается.

Поверхностные мягкие воды северных городов России крайне неполноценны в физиологическом отношении и, как правило, загрязнены органическими веществами, которые при хлорировании превращаются в диоксины и другие вредности.

Учитывая вышесказанное ООО "Ингеострой" предлагает резко улучшить качество питьевых вод с использованием мицелатной технологии водоподготовки и карбонизации ультрапресных вод на базе выпускаемого ЗАО «Петрохим» (г. Белгород) мицелата углекислого кальция (торговая марка «Алексанат-С» ТУ5743-001-54651030-02). Последний получен путем глубокой деструкции писчего мела с применением кавитационных процессов в резонансном режиме, из-за чего обладает высокой нестехиометричностью состава (нескомпенсированностью электрических зарядов на поверхности кристаллохимически несовершенных минералов), что проявляется аномально высокими сорбцией, адгезией, направленной диффузией, автолизией, катализом и другими физико-химическими свойствами. Отметим, что «Алексанат-С» по физиологичности сопоставим с «коралловым кальцием», продажная цена которого достигает 1000 долл США/кг.

Cущность мицелатной технологии состоит в:

- сорбции органических и неорганических загрязнителей исходной воды мицелами писчего мела;

- карбонизация очищенной воды до физиооптимальных норм за счет растворения биоактивного кальцита.

Применение мицелатной технологии для очистки и минерализации, позволяя получить воду высшей категории качества, потребует дополнительных эксплуатационных затрат (5-6 руб за 1 м³ питьевой воды)

4. Умягчения жестких вод для теплоэнергетических нужд

Текущая практика умягчения жестких вод для теплоэнергетических нужд ориентируется на реагентные (например, известково-водовый) и безреагентные способы (электродиализ, нанофильтрация, обратный осмос, образование нерастворимой накипи). Важное значение имеют ионообменные способы, в частности, Na -катионирование, H-Na-катионирование, NaCl-катионирование, NH₄-катионирование и известково-катионитовое умягчение. Все перечисленные способы характеризуются большими затратами (энергетическими, по приобретению оборудования и реагентов), необходимостью утилизации жидких отходов и другими недостатками.

ООО «Ингеострой» предлагает более эффективную технологию бездифрагментного электрокоагуляционного умягчения жестких вод до 0,06 мг-экв/л. Её применение позволяет многократно снизить затраты на умягчение теплоэнергетических вод и существенно упростить процесс водоподготовки. При этом, удельные капитальные затраты на 1 м³/ч воды не превысит 300-500 долл США. Недостатком способа является его повышенная энергоемкость (2-3 кВт-ч на 1 м³ воды). Однако, возможность утилизации тонкодисперсного железистого осадка (в виде пигмента или сорбента) позволяет окупить затраты по снижению жесткости теплоэнергетических вод.