Spatial Learning and Action Planning in a Prefrontal Cortical Network Model

The interplay between hippocampus and prefrontal cortex (PFC) is fundamental to spatial cognition. Complementing hippocampal place coding, prefrontal representations provide more abstract and hierarchically organized memories suitable for decision making. We model a prefrontal network mediating distributed information processing for spatial learning and action planning. Specific connectivity and synaptic adaptation principles shape the recurrent dynamics of the network arranged in cortical minicolumns. We show how the PFC columnar organization is suitable for learning sparse topological-metrical representations from redundant hippocampal inputs. The recurrent nature of the network supports multilevel spatial processing, allowing structural features of the environment to be encoded. An activation diffusion mechanism spreads the neural activity through the column population leading to trajectory planning. The model provides a functional framework for interpreting the activity of PFC neurons recorded during navigation tasks. We illustrate the link from single unit activity to behavioral responses. The results suggest plausible neural mechanisms subserving the cognitive “insight” capability originally attributed to rodents by Tolman & Honzik. Our time course analysis of neural responses shows how the interaction between hippocampus and PFC can yield the encoding of manifold information pertinent to spatial planning, including prospective coding and distance-to-goal correlates

Drilling large diameter intake wells with cutter bits in loose and weakly consolidated rocks

Most of the useful aquifers in Poland occur in the Quaternary and Tertiary horizons, which are deposited at a depth of tens to hundreds of meters. Owing to the need of providing large quantities of water for municipal and industrial purposes, the aquifers are more and more frequently opened with large diameter wells of various designs. Such wells are mostly drilled with the rotary method with reverse mud circulation with the use of various bits. The Quaternary and Tertiary strata abound in loose and weakly consolidated rocks therefore cutter bits are predominantly used. They allow for high rates of drilling and shorter time of drilling of the well. This significantly influences the negative influence of drilling mud on the near screen zone of the aquifer and better hydraulic properties of the well. Drillability tests were performed with cutter bits of 0.86 and 0.67 m diameter for providing high rates of drilling of large diameter intake wells in loose and weakly consolidated rocks. The research was made for measurement sections 0.5 to 1.0 m long, and each of them was drilled at con- stant rotational velocity and axial weight on bit. Prior to the drillability tests the limitation of weight on bit and rotational velocity of bit imposed by the technical characteristic of Prakla B50 rig, strength of the string and butter bit were established. Various regression models were analyzed for the sake of finding a dependence between drilling rate and axial weight on bit and rotational velocity of bit for particular macroscopically homogeneous layers. The best results were obtained for the exponent model illustrating the influence of axial weight on bit and rotational velocity of bit on the drilling rate, which has been proved by the calculated regression coefficients and statistical parameters

Environmental pollution with oil-products in the refinery area

Niekontrolowane wycieki węglowodorów są istotną ingerencją w środowisko gruntowe. Hamują one wymianę gazową, ograniczają dostęp światła, zmniejszają stężenie rozpuszczonego tlenu, zanieczyszczają glebę i grunty, zaburzają homeostazę, a przede wszystkim mają działanie toksyczne, mutagenne i kancerogenne na wszystkie organizmy żywe. W artykule przedstawiono wyniki badań stanu jakościowego środowiska gruntowego w rejonie instalacji petrochemicznych w zakresie zawartości w nich węglowodorów. Na podstawie porównania wyników badań geochemicznych do wartości progowych zawartych w rozporządzeniu Ministra Środowiska dotyczących standardów jakości gleby i ziemi stwierdzono, że gleby i grunty na terenach rafineryjnych są zanieczyszczone substancjami ropopochodnymi ponad dopuszczalne wartości, co kwalifikuje je do oczyszczania.Uncontrolled seepages of hydrocarbons significantly affect the ground environment. They hinder gaseous exchange, limit access of the light, reduce concentration of dissolved oxygen, contaminated the soil and ground, disturb homeostasis, and before all - are toxic, mutagenic and cancerous to all living organisms. The results of analyses of the qualitative state of ground environment in the area of petrochemic installations on hydrocarbon content are presented in the paper. Basing on the comparison of geochemical analyses and threshold values in the Regulation about soil and ground standards of the Minister of Environment it was stated that soils and grounds in the refinery areas were polluted with oil-products. The admissible concentrations were exceeded, and thus the grounds were qualified to the treatment programs

Drilling large diameter water wells in carbonate strata in the Lublin area

One of the most important sources of water for communal purposes in the Lublin area are the useful groundwater aquifers intaken with deep drilled wells. Such wells should be highly efficient and localized in a close vicinity of the local water supply network to lower the cost of transport. Large amounts of water can be produced by large diameter wells, where heavy duty pump aggregates can be installed. High rates of penetration cannot be obtained if the profile abounds in hardly drillable carbonate. This elongates the time of drilling and increases negative impact of mud on the near well zone of the aquifer. It also lowers hydraulic parameters of the well. To improve the efficiency of the wells, drillability tests with cogged bits were performed in carbonate rocks to optimize the mechanical parameters of drilling. Measurement sections, each 0.3 to 0.5 m long, were selected for the tests. Each section was drilled at constant rotational speed and weight of bit values. Prior to the drillability tests, the limits on the weight of bit and rotational speed of the bit were established, in line with the technological characteristic of rig Wirth B3A, strength of the string and of the cogged bit

Wpływ pracy urządzeń do szczelinowania skał łupkowych na jakość powietrza atmosferycznego w trakcie wykonywania zabiegu

The hydraulic fracturing jobs performed on shale rocks are connected with atmospheric emissions of dusts and exhaust gases from high-power motors supplying pump aggregates used for fracturing operations and from other technological devices. The total power of motors driving technological systems depends on the specific character of deposit and well and may range between a dozen to tens of thousands kW. An exemplary set of technological systems used for frac jobs is presented in figure 1. The following substances are emitted to the atmosphere during engine operation, e.g. nitrogen oxides (NOx), sulfur dioxide (SO2), carbon oxide (CO), dust PM10, ammonia, benzo(a)pyrene (B(a)P), benzene, toluene, xylene, formaldehyde, acetaldehyde, acrolein. As a consequence admissible concentrations of these substances in air can be exceeded. The influence of dust and gaseous emissions accompanying shale rock fracturing jobs is addressed in this paper. Model analyses were performed. An exemplary model of a process used for simulating propagation of atmospheric emissions in a specified calculation area (1,150 m × 1,150 m) were based on the analysis of hydraulic fracturing jobs performed in wells in Poland and abroad. For making calculations more actual, the model was located in the Gdańsk area and was ascribed its typical meteorological and orographic parameters. In the center of this area a rig site 150 m x 150 m was distinguished. The emission field was generated by 12 high-power engines supplying pump aggregates, 1680 kW each. The time of work of particular engines was established for 52 hrs (13 frac jobs, each lasting 4 hrs). It was assumed that all engines will operate simultaneously and using 100% of their power. Attention was paid to the correct modelling of the real emission field. Technical parameters of motors and the applied fuels were characterized. Emission indices were worked out by, e.g. U.S. Environmental Protection Agency or European Environment Agency. The calculations of air pollutions from analyzed motors were performed with a mathematical modelling method using Gaussian plum. The results of calculations could be used for evaluating spatial distribution of maximum 1 hour concentrations (S1), incidence of exceeding admissible 1 hour concentration values (P(D1)), percentile 99.8 or 99.726 from 1 hour concentrations and average concentrations (Sa) for selected most important for the air quality contaminants, i.e. NOx (as NO2), SO2, CO, PM10, benzo(a)pyrene, benzene, toluene, xylene, formaldehyde, acetaldehyde and acrolein. The results of calculated air concentrations of selected substances on the rig border are listed in table 9, whereas spatial distributions of NOx and PM10 concentrations in figures 3 to 8. The analysis of the obtained results did not reveal cases of exceeding Polish emission standards. However, nitrogen oxide (NOx) or dust PM10 can be expected to exceed these values, e.g. in a situation when the total power installed in motors driving technological systems in the course of hydraulic fracking will be higher than assumed in the analyses. The results of calculations show to a significant impact of nitrogen oxides (NOx) and dust PM10 emissions on air quality. The risk that emission standards are exceeded beyond the rig area is conditioned both by technological factors (total power of operating motors, parameters of combusted fuel, reduced emission technologies applied to engines, duration of frac jobs, etc.) and a number of external factors, e.g. meteorological and orographic factors or high level of emitted substances in air within the rig area.Proces hydraulicznego szczelinowania skał łupkowych wiąże się z emisją do powietrza zanieczyszczeń pyłowo-gazowych z silników wysokoprężnych dużej mocy napędzających agregaty pompowe do szczelinowania skał oraz inne urządzenia technologiczne. Łączna moc silników napędzających urządzenia technologiczne uzależniona jest od specyfiki złoża oraz specyfiki odwiertu i waha się od kilkunastu do kilkudziesięciu tysięcy kW. Przykładowy zestaw urządzeń technologicznych wykorzystywanych w procesie szczelinowania zamieszczono na rysunku 1. Podczas pracy silników do atmosfery emitowane są między innymi następujące substancje: tlenki azotu (NOx), ditlenek siarki (SO2), tlenek węgla (CO), pył PM10, amoniak, benzo(a)piren (B(a)P), benzen, toluen, ksylen, formaldehyd, acetaldehyd, akroleina. Skutkiem emisji mogą być przekroczenia dopuszczalnych, określonych prawem wartości stężeń substancji w powietrzu. W artykule skoncentrowano się na ocenie wpływu na jakość powietrza atmosferycznego emisji substancji pyłowo-gazowych towarzyszących procesowi szczelinowania skał łupkowych. Badania miały charakter modelowy. W oparciu o analizę przebiegu szeregu procesów szczelinowania hydraulicznego wykonywanych na wiertniach zlokalizowanych w Polsce i za granicą zbudowano przykładowy model procesu, który posłużył do wykonania symulacji propagacji zanieczyszczeń emitowanych substancji w powietrzu w zadeklarowanym obszarze obliczeniowym stanowiącym teren o wymiarach 1150 m × 1150 m. Dla urealnienia wyników obliczeń umiejscowiono model badanego obszaru w okolicach Gdańska i przypisano mu charakterystyczne dla tego rejonu parametry meteorologiczne i orograficzne. W środku analizowanego obszaru zlokalizowano teren wiertni o wymiarach 150 m x 150 m. Pole emisji kształtowane było przez 12 silników wysokoprężnych napędzających agregaty pompowe, każdy o mocy 1680 kW. Czas pracy pojedynczego silnika ustalono na 52 godziny w roku (13 zabiegów szczelinowania, każdy trwający 4 godziny). W obliczeniach założono, że podczas trwania szczelinowania wszystkie silniki będą pracowały równocześnie i będą obciążone w 100 %. W artykule dużo uwagi poświęcono poprawnemu zamodelowaniu rzeczywistego pola emisji. Scharakteryzowano parametry techniczne silników oraz zużywanych przez nie paliw. Zaadoptowano na potrzeby obliczeń modelowych wskaźniki emisji opracowane między innymi przez Amerykańską Agencję ds. Środowiska, czy Europejską Agencję ds. Środowiska. Obliczenia propagacji w powietrzu zanieczyszczeń pochodzących z analizowanych silników wykonano metodą modelowania matematycznego wykorzystując w tym celu model smugi Gaussa. Wyniki obliczeń pozwoliły na ocenę rozkładu przestrzennego stężeń maksymalnych 1-godzinnych (S1), częstości przekroczeń wartości dopuszczalnej stężeń 1-godzinnych (P(D1)), percentyla 99,8 lub 99,726 ze stężeń 1-godzinnych oraz stężeń średniorocznych (Sa) dla wybranych, najbardziej istotnych z punktu widzenia wpływu na jakość powietrza zanieczyszczeń tj.: NOx (jako NO2), SO2, CO, PM10, benzo(a) pirenu, benzenu, toluenu, ksylenu, formaldehydu, aldehydu octowego oraz akroleiny. Wyniki obliczeń stężeń wybranych substancji w powietrzu na granicy wiertni zestawiono w tabeli 9, natomiast rozkłady przestrzenne stężeń NOx oraz PM10 przedstawiono na rysunkach 3-8. Analiza wyników obliczeń nie wykazała wprawdzie dla analizowanego przypadku występowania przekroczeń obowiązujących w Polsce standardów imisyjnych, ale w przypadku takich zanieczyszczeń jak tlenki azotu (NOx) czy pył PM10 istnieje realne zagrożenie wystąpienia takich przekroczeń, między innymi w sytuacji, gdy łączna moc zainstalowana w silnikach napędzających urządzenia technologiczne w czasie procesu szczelinowania będzie wyraźnie większa niż przyjęta w opisanych badaniach. Wnioski z przeprowadzonych obliczeń wskazują na istotny wpływ na jakość powietrza emisji tlenków azotu (NOx) i pyłu PM10. Ryzyko wystąpienia przekroczeń obowiązujących standardów imisyjnych poza granicą wiertni jest uwarunkowane zarówno czynnikami technologicznymi (łączna moc pracujących silników, parametry spalanego paliwa, zastosowane w silnikach techniki ograniczenia emisji, czas trwania szczelinowania itp.) jak i szeregiem czynników zewnętrznych takich jak czynniki meteorologiczne, orograficzne czy wysoki poziom tła emitowanych substancji w powietrzu w lokalizacji wiertni

Wpływ prac wiertniczych prowadzonych za gazem ziemnym w łupkach na jakość powietrza atmosferycznego

Shale gas is an alternative for conventional energy sources. When extracted in compliance with environmental and sustained development rules, it favors the concept of diversification of energy sources, giving spur to the development of economy and technology, and before all, to the energy safety of the country. Poland is among countries, where expectations regarding shale gas are very high. Most of the exploration works for shale gas there are performed with the use of rigs, whose subassemblies are driven by electrical motors powered by mobile generators driven by diesel engines. The number of aggregates and their total power are selected each time on the basis of power balance of particular technological subassemblies and the emergency generation system. Diesel combustion motors used for powering generators are the only source of dust and gaseous emissions to the air. A mobile technological boiler room fed with oil is another source of emissions in the winter period. For the purpose of evaluating impact of rigs on the air environment in the course of prospecting for shale gas an emission model was worked out with five emission points. Four sources were connected with the operation of combustion motors (each 1257 kW) powering generators, and the fifth one (375 kW) feeding technological boiler room. The results of the tests on the environmental impact on motors and boiler room used during shale gas prospecting on the quality of air have been presented in the paper. The tests were performed with the use of mathematical modeling employing real technological data from existing installations.Gaz z formacji łupkowych stanowi alternatywę dla konwencjonalnych źródeł energii. Wydobywany z poszanowaniem wymogów ochrony środowiska oraz w zgodzie z regułami zrównoważonego rozwoju jest elementem bezpieczeństwa energetycznego państwa, wpisuje się w logikę dywersyfikacji źródeł energii oraz stanowi impuls do rozwoju gospodarczego i naukowo-technicznego kraju. Polska należy do krajów, w których z gazem łupkowym wiąże się duże nadzieje. Tutaj proces wiercenia otworów poszukiwawczych za gazem ziemnych w skałach łupkowych w większości przypadków prowadzony jest przy wykorzystaniu urządzeń wiertniczych, w których poszczególne podzespoły napędzane są silnikami elektrycznymi. Jednak źródłem energii elektrycznej są dla nich mobilne zestawy generatorów napędzane silnikami wysokoprężnymi dużej mocy. Ilość agregatów oraz ich sumaryczna moc dobierana jest każdorazowo w oparciu o wykonany bilans mocy poszczególnych podzespołów technologicznych i systemu zasilania awaryjnego. Wysokoprężne silniki spalinowe dużej mocy, wykorzystywane do napędu generatorów prądu, stanowią istotne źródło emisji zanieczyszczeń pyłowo-gazowych do powietrza. Ponadto w okresie zimowym dodatkowym źródłem emisji do powietrza jest mobilna kontenerowa kotłownia technologiczna zasilana olejem opałowym. Dla potrzeb oceny wpływu pracujących urządzeń wiertniczych na jakość powietrza w trakcie prowadzenia prac poszukiwawczych za gazem ziemnym w skałach łupkowych, w stworzonym modelu emisyjnym założono pracę 5 punktowych źródeł emisji zorganizowanej. Cztery źródła są związane z pracą silników spalinowych, każdy o mocy 1257 kW, napędzających generatory, a piąty z pracą kotłowni technologicznej o mocy 375 kW. W artykule przedstawiono wyniki badań wpływu na jakość powietrza silników spalinowych oraz kotłowni wykorzystywanych przy realizacji prac wiertniczych związanych z poszukiwaniem gazu ziemnego w skałach łupkowych. Badania prowadzone były metodą modelowania matematycznego w oparciu o rzeczywiste dane technologiczne pochodzące z obszaru wierceń poszukiwawczych

Water well activation with application of clay minerals disintegration agent

While drilling a well using rotary drilling method with drilling mud application, permeability damage of aquifer layers in near-well zone takes place. It is caused mainly by inflow of both solid phase and filtrate originated from the mud into pores or fractures of drilled rock. In consequence of this phenomenon, pressure drawdown increase and well hydraulic efficiency decrease can be observed, what leads to exploitation capacity diminution. For the reparation of formation damaged permeability in near-well zone, new agent for disintegration of clay minerals called SKINAUT was developed at the Drilling, Oil and Gas Faculty of AGH-UST Krakow. In order to confirm its effectiveness in industrial conditions, it was conducted test of well activation for water intake from loose formation. Applied agent allowed to counteract the clogging of pore spaces and to reduce the hydraulic resistance of well thereby decreasing pressure drawdown and considerably improving well efficiency

New mud for hydrogeological drilling

A major source of valued water are groundwater deposits. Therefore, constantly growing water demand requires greater focus on the subject of hydrogeological drilling. The primary requirements for groundwater drilling are: protection of important aquifers as well as formations being drilled and further easy removal of the mud residues during well development. Both aspects are connected to mud ingredients and additives selection. This necessitates an improvement of drilling fluid formula for most effective borehole drilling and successive exploitation. This article concentrates on the drilling fluid for hydrogeological drilling. In order to validate the practical utility of developed mud, laboratory research was conducted. An analyses of the outcomes expose the mud improving drilling process and fulfilling above mentioned requirement