Use of alternative energy sources to improve the efficiency of natural gas hydrate technology for gas offshore deposits transportation

Purpose. Justification of the principal schemes acceptable for the existing level of technology, methods of extraction and transportation of offshore natural gas deposits. Increase in their efficiency by maximum reduction of energy consumption resulting from complex considerations of thermal and physical properties and parameters of the system components interaction. The work is focused on the improvement of borehole products preparation system according to the gas hydrate technology during the development of offshore gas fields. The research objects were thermodynamic parameters of the system “gas – water – gas hydrate” in a vertical pipeline under nonadiabatic conditions. Methods. Analysis and generalization of the results obtained from the complex experimental research. Mathematical modeling and software development. Findings. The technology of gas transfer into a gas hydrate form without energy consumption for phase transition was proposed. The expediency of gas deposits development by its binding into the gas hydrate form during passage through the sea layer in the appropriate thermobaric conditions was substantiated. Mechanism of the alternative energy sources use for the production of gas hydrates, as the most energy-consuming process in technology of transporting gases in the form of gas hydrates, was grounded. Originality. The principle possibility of binding the extracted gas into the gas hydrate form due to the energy of the productive layer and salt water was estimated. A mathematical model and software product for the description of the hydrate formation process in the presence of excess water in a vertical pipe under non-adiabatic conditions were developed. Practical implications. The proposed gas hydrate technology creates important prerequisites for the development of small and medium remote gas deposits, improves the efficiency and competitiveness of technology for marine transportation of natural gas in hydrate form.Мета. Підвищення ефективності технології транспорту газу морських родовищ шляхом максимального зниження енерговитрат на основі дослідження термодинамічних параметрів системи “газ – вода – газовий гідрат” у вертикальному трубопроводі за неадіабатних умов. Методика. В роботі використано комплексний науково-методичний підхід, що включає аналіз літературних та інформаційних джерел, що стосуються енерговитрат при газогідратних технологіях, основні положення термодинаміки, аналітичні та експериментальні дослідження. Експериментальні дослідження проведені на ділянці вертикального трубопроводу, що моделює з’єднання морської газової свердловини із видобувною платформою, в якому рухається видобутий зі свердловини газ. Ділянка трубопровода розглядалась як реактор гідратоутворення, де досліджувались термобаричні умови формування гідрату. Для встановлення формули газогідрату використано метод Форкрана. Для чисельного розв’язання процесу утворення газових гідратів застосовано метод кінцевих різниць, а розрахунок процесу гідратоутворення виконано у середовищі Matlab. Результати. Запропоновано технологію переведення газу у газогідратну форму без витрати енергії на фазовий перехід. Доведено доцільність розробки газових родовищ шляхом зв’язування газу в газогідрат за рахунок наявності необхідних термобаричних умов при його проходженні крізь морську товщу. Обґрунтовано передумови і механізм використання альтернативних джерел низькопотенційної енергії для виробництва газогідрату як найбільш енерговитратного процесу технології транспортування газів у газогідратній формі. Наукова новизна. Надана наукова оцінка принципової можливості зв’язування видобутого газу у газогідратну форму за рахунок енергії продуктивного пласта і низькопотенційної енергії морської води. Розроблено нову математичну модель та алгоритм у програмному продукті для опису процесу гідратоутворення при надлишку води за неадіабатних умов у вертикальній трубі, що омивається водою. Практична значимість. Запропонована газогідратна технологія створює важливі передумови розробки малих та середніх віддалених родовищ газу, підвищення ефективності й конкурентоздатності технології морського транспортування природного газу у газогідратній формі.Цель. Повышение эффективности технологии транспорта газа морских месторождений путем максимального снижения энергозатрат на основе исследования термодинамических параметров системы “газ – вода – газовый гидрат” в вертикальном трубопроводе при неадиабатных условиях. Методика. В работе использован комплексный научно-методический подход, включающий анализ литературных и информационных источников, касающихся энергозатрат при газогидратных технологиях, основные положения термодинамики, аналитические и экспериментальные исследования. Экспериментальные исследования проведены на участке вертикального трубопровода, моделирующего соединение морской газовой скважины с добывающей платформой, в котором движется добытый из скважины газ. Участок трубопровода рассматривался как реактор гидратообразования, где исследовались термобарические условия процесса формирования гидрата. Для получения формулы газогидратов использован метод Форкрана. Для численного решения процесса образования газовых гидратов применен метод конечных элементов, а расчет процесса гидратообразования выполнен в среде Matlab. Результаты. Предложена технология перевода газа в газогидратную форму без затрат энергии на фазовый переход. Доказана целесообразность разработки газовых месторождений путем связывания газа в газогидрат за счет наличия необходимых термобарических условий при его прохождении через морскую толщу. Обоснованно предпосылки и механизм использования альтернативных источников низкопотенциальной энергии для производства газогидратов как наиболее энергозатратного процесса технологии транспортировки газов в газогидратной форме. Научная новизна. Дана научная оценка принципиальной возможности связывания добытого газа в газогидратную форму за счет энергии продуктивного пласта и низкопотенциальной энергии морской воды. Разработана новая математическая модель и алгоритм в программном продукте для описания процесса гидратообразования при избытке воды в неадиабатных условиях в вертикальной трубе, омываемой водой. Практическая значимость. Предложенная газогидратная технология создает важные предпосылки разработки малых и средне удаленных месторождений газа, повышение эффективности и конкурентоспособности технологии морской транспортировки природного газа в газогидратной форме.This work has become possible due to financial and organizational support within the frames of the state budget research project under the auspices of the Ministry of Education and Science of Ukraine “Application of gas hydrate technology in the development of traditionaland gas hydrate gas deposits” No.0113U00857, “Research of influence of thermodynamic parameters of phase transitions in systems with gas hydrates on the efficiency of gas hydrate technology” No.0115U002420

Technological complex for production, transportation and storage of gas from the offshore gas and gas hydrates fields

Purpose. Substantiation and development of schematics acceptable for the existing technological methods of natural gas production and transportation from the offshore fields of gas or gas hydrates. Improvement of their efficiency by way of maximum reduction of energy consumption as the result of complex consideration of thermal and physical properties and parameters of the system components interaction in the deposit under development. Methods. Analysis and generalization of the results of complex experimental research performed on the multifunctional laboratory gas hydrate installation. Findings. The technology of gas hydrates extraction from the productive reservoir without energy consumption for the phase transition is proposed. It is proved that simultaneous development of gas hydrate fields and gas fields via binding free gas into gas hydrate by ensuring necessary temperature and pressure conditions during gas passing through the sea waterbody is expedient. The feasibility of combining in one chain the proposed technology of the developing the offshore gas and gas hydrate fields with technology of gas transportation in hydrate form and its preservation in ground storages is proved. Originality. It was substantiated that gas hydrates can be extracted from the productive reservoir without energy consumption for dissociation, by creating conditions of its recrystallization as a result of joint actions of submerged jets of sea water in the mixture with abrasive material and pressure fluctuations. Practical implications. The proposed gas hydrate technology creates important prerequisites for the development of small and medium remote gas deposits (including gas hydrate ones), the network of ground hydrates storages, improves the efficiency and competitiveness of technology for marine transportation of natural gas in hydrate formМета. Обґрунтування і розробка принципових схем, прийнятних для існуючого рівня техніки, способів видобування й транспортування природного газу, газових або газогідратних морських родовищ, та підвищення їх ефективності шляхом максимального зниження енерговитрат у результаті комплексного урахування теплофізичних властивостей і параметрів взаємодії складових системи у межах покладу, що розробляється. Методика. Аналіз та узагальнення результатів комплексу експериментальних досліджень, проведених на багатофункціональній лабораторній газогідратній установці. Результати. Запропоновано технологію вилучення газогідрату із продуктивного пласта без витрати енергії на фазовий перехід. Обґрунтовано доцільність сумісної розробки газогідратних і газових родовищ шляхом зв’язування вільного газу в газогідрат за рахунок наявності необхідних термобаричних умов при його проходженні крізь морську товщу. Обґрунтовано доцільність поєднання в один ланцюг запропонованої технології розробки морських газогідратних і газових родовищ з технологіями транспортування газу у газогідратній формі та його зберігання у наземних сховищах. Наукова новизна. Обґрунтовано можливість вилучення газогідрату із продуктивного пласта без витрати енергії на дисоціацію шляхом створення умов його перекристалізації у результаті сумісної дії затоплених струменів морської води у суміші з абразивним матеріалом та пульсацій тиску. Практична значимість. Запропонована газогідратна технологія створює важливі передумови розробки малих та середніх віддалених родовищ газу (у тому числі й газогідратних), створення мережі наземних гідратосховищ, підвищення ефективності та конкурентоздатності технології морського транспортування природного газу у газогідратній формі.Цель. Обоснование и разработка принципиальных схем, приемлемых для существующего уровня техники, способов добычи и транспортировки природного газа, газовых или газогидратных морских месторождений и повышение их эффективности путем максимального снижения энергозатрат в результате комплексного учета теплофизических свойств и параметров взаимодействия элементов системы в пределах разрабатываемой залежи. Методика. Анализ и обобщение результатов комплекса экспериментальных исследований, выполненных на многофункциональной лабораторной газогидратной установке. Результаты. Предложена технология извлечения газогидрата из продуктивного пласта без затрат энергии на фазовый переход. Обоснованно целесообразность совместной разработки газогидратных и газовых месторождений путем связывания свободного газа в газогидрат за счет наличия необходимых термобарических условий при его прохождении сквозь морскую толщу. Обоснованно целесообразность объединения в одну цепь предложенной технологии разработки морских газогидратных и газовых месторождений с технологиями транспортировки газа в газогидратной форме и его хранения в наземных хранилищах. Научная новизна. Обоснована возможность извлечения газогидрата из продуктивного пласта без затрат энергии на диссоциацию путем создания условий его перекристаллизации в результате совместного воздействия затопленных струй морской воды в смеси с абразивным материалом и пульсаций давления. Практическая значимость. Предложенная газогидратная технология создает важные предпосылки разработки малых и средних отдаленных месторождений газа (в том числе и газогидратных), создания сети наземных гидратохранилищ, повышения эффективности и конкурентоспособности технологии морской транспортировки природного газа в газогидратной форме.This work has become possible due to financial and organizational support within the frames of the state budget research project under the auspices of the Ministry of Education and Science of Ukraine “Application of gas hydrate technology in the development of traditional and gas hydrate gas deposits” No 0113U00857, “Research of influence of thermodynamic parameters of phase transitions in systems with gas hydrates on the efficiency of gas hydrate technology” No 0115U002420. The authors express their gratitude to the supervisor of these projects – Doctor of Sciences, Professor, Head of the Underground Mining Department at the National Mining University (Dnipropetrovsk) Volodymyr Bondarenko for his support in conducting the research

Analysis of gas hydrate deposits development by applying elements of hydraulic borehole mining technology

Purpose. To substantiate and develop the principal schematics suitable for the existing technological level and method of gas hydrates production from the offshore fields. Methods. Analysis of properties inherent to gas hydrates and gas hydrate deposits and research into peculiarities of the technological operations of the hydraulic borehole mining. Findings. Basic processes related to the method of gas hydrate extraction from the productive stratum without energy consumption for phase transition on the basis of the hydraulic borehole mining technology are substantiated. Originality. The research provided rationale for manifestation of the group of factors involved in the process of immersed jets action on the gas hydrate in conditions of its natural occurrence. It was confirmed that gas hydrates can be extracted from the productive stratum without energy consumption for dissociation, by creating conditions for their recrystallization as a result of joint impact produced by immersed jets of sea water and a complex of related processes. Theoretical justification is given to the physical fundamentals of the processes associated with gas hydrates enrichment and concentration in the mine working. Practical implications. Technology for the development of gas hydrate deposits on the basis of hydraulic borehole mining without energy consumption for the phase transition is proposed.Мета. Обґрунтування і розроблення принципової схеми, прийнятної для існуючого рівня техніки, способу видобування газових гідратів морських родовищ. Методика. Аналіз властивостей газових гідратів та газогідратних покладів, а також особливостей протікання технологічних операцій свердловинного гідровидобутку. Результати. Обґрунтовано основні процеси способу вилучення газогідрату із продуктивного пласта без витрати енергії на фазовий перехід на основі технології свердловинного гідровидобутку. Наукова новизна. Встановлено та обґрунтовано прояв комплексу чинників у процесі дії затоплених струменів на газогідрат в умовах його природного залягання. Обґрунтовано можливість вилучення газогідрату із продуктивного пласта без витрати енергії на дисоціацію шляхом створення умов його перекристалізації у результаті сумісної дії затоплених струменів морської води і комплексу супутніх процесів. Теоретично обґрунтовано фізичні основи процесів збагачення і концентрування газових гідратів у гірничій виробці. Практична значимість. Запропоновано технологію розробки газогідратних покладів на основі свердловинного гідровидобутку без витрати енергії на фазовий перехід.Цель. Обоснование и разработка принципиальной схемы, приемлемой для существующего уровня техники, способа добычи газовых гидратов морских месторождений. Методика. Анализ свойств газовых гидратов и газогидратных залежей, а также особенностей протекания технологических операций скважинной гидродобычи. Результаты. Обоснованы основные процессы способа извлечения газогидрата из продуктивного пласта без затрат энергии на фазовый переход на основе технологии скважинной гидродобычи. Научная новизна. Установлено и обосновано проявление комплекса факторов в процессе действия затопленных струй на газогидрат в условиях его естественного залегания. Обоснована возможность извлечения газогидрата из продуктивного пласта без затрат энергии на диссоциацию путем создания условий его перекристаллизации в результате совместимого действия затопленных струй морской воды и комплекса сопутствующих процессов. Теоретически обоснованы физические основы процессов обогащения и концентрирования газовых гидратов в горной выработке. Практическая значимость. Предложена технология разработки газогидратных залежей на основе скважинной гидродобычи без затрат энергии на фазовый переход.Дана робота стала можливою завдяки фінансовій та організаційній підтримці в межах державних бюджетних науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України “Застосування газогідратних технологій при розробці традиційних і газогідратних родовищ газу” (№ держреєстрації 0113U00857) та “Дослідження впливу термодинамічних параметрів фазових переходів у системах із газовими гідратами на ефективність газогідратних технологій” (№ держреєстрації 0115U002420). Автори роботи висловлюють свою подяку керівнику даних проектів – доктору технічних наук, професору, завідувачу кафедри підземної розробки родовищ Національного гірничого університету (м. Дніпро) Бондаренку Володимиру Іллічу за підтримку у проведенні досліджень

Experimental model of the interfacial instability in aluminium reduction cells

A solution has been found to the long-standing problem of experimental modelling of the interfacial instability in aluminium reduction cells. The idea is to replace the electrolyte overlaying molten aluminium with a mesh of thin rods supplying current down directly into the liquid metal layer. This eliminates electrolysis altogether and all the problems associated with it, such as high temperature, chemical aggressiveness of media, products of electrolysis, the necessity for electrolyte renewal, high power demands, etc. The result is a room temperature, versatile laboratory model which simulates Sele-type, rolling pad interfacial instability. Our new, safe laboratory model enables detailed experimental investigations to test the existing theoretical models for the first time

ANALYSIS OF UKRAINIAN DIAGNOSTIC ARTICULATION TABLES

The problem of creating Ukrainian diagnostic tables for the testing of hearing impaired people has not yet been resolved. The article dedicated to the linguistic material of existing articulation tables. The basic methodology of creating such tables is the recommendations for the compilation of Russian-language tables according to the rhythmic-dynamic indicators of the language. For comparison, corresponding tables in Russian have been analyzed. The performed analysis shows significant differences between the indicators of statistical analysis of Ukrainian-language tables. The atypical frequency of the use of separate letters for the Ukrainian language, as well as other phonological indicators, is revealed. Additionally, the articulation tables are not balanced. Their linguistic material, selected by column, is different in its indexes and cannot be interchangeable. That is why the use of spectral analysis of speech material during the compilation of articulation tables is proposed. This approach is objective to ensure the matching of the dictionary sample with the integral characteristics of the given language and allows to create balanced tables. Due to the specifics of each language, it is necessary to create the appropriate language of their diagnostic tables, which should be used to test the state of hearing of the native speakers. This study will help to find out the feasibility of using existing Ukrainian language articulation tables and determine the ways to create an objective universal method for selecting a vocabulary that is typical of a given language