Патенты

Maureen Zehring
Способ индивидуальной, активно-механической защиты транспортных средств МО от боевых дронов противника «Купол»
Опыт ведения боевых действий в период специальной военной операции показал высокую эффективность боевых дронов не только на поле боя, но и в тылу наших войск. Где они так же эффективно противодействуют логистическим операциям по обеспечению боевых действий войск и сил МО РФ. На сегодняшний день беспилотники-камикадзе контролируют небо не только над полем боя, но и в тылу, на путях подвоза и эвакуации, где любая остановка техники может стать последней. В этих условиях вопрос индивидуальной защиты транспортных машин стоит как никогда остро. Существующие на сегодняшний день средства защиты от дронов противника недостаточно эффективны, поэтому не всегда справляются с оптоволоконными дронами, а кустарные решетки, сетки и наваренные листы металла лишь частично снижают риски.
Представленное инновационное решение — активно-механическая защита «Купол», это динамическое оборонительное устройство, работающее по принципу вращающегося складного зонта. Оно не просто закрывает технику, оно активно взаимодействует с угрозой, нейтрализуя угрозу от БПЛА, ещё до контакта боевых дронов с корпусом транспортного средства.
Как это работает? Система крепится к шасси грузового автомобиля, или пикапа МО с помощью П-образного стального приспособления, закрепленного на болтовых соединениях (см Рис. 1):
Предложенная конструкция состоит из продольных и поперечных пустотелых штанг, выполненных из тонкостенных труб. Они образуют жесткий каркас, который механически воздействует на подлетающий дрон, вызывая его детонацию или отбрасывая в сторону. Конструкция устройства для защиты от дронов – активно – механическая защита, крепится болтовыми соединениями на кузове защищаемого шасси 15, с помощью П – образного, стального приспособления 13 и состоит из продольных, пустотелых штанг 8, выполненных из стальных, тонкостенных труб к которым с помощью шарниров 7 крепятся поперечные штанги 9, выполненные так же из стальных, пустотелых труб, имеющие шарниры 10, а продольные штанги 8 крепятся шарнирами 16 к несущей, дискообразной платформе 11, закрепленной легкосъёмным соединением (например на шлицах) (не показано на чертеже) с подшипником 12 и с вращающейся осью 4, также закрепленной легкосъёмным соединением (например на шлицах в подшипнике 12) (не показано на чертеже). Электромотор 14, закрепленный на П – образном стальном приспособлении 13, вращает ось 4 с закрепленной на ней дискообразной платформой 11 и верхним диском 3 с защелками 1, опирающимися на опорную пружину 2, фиксирующую защелки 1 закрытыми в походном положении. Кроме того, на дискообразной платформе 11, с помощью шарниров 17 крепятся дополнительные, пустотелые штанги 6, выполненные из тонкостенных труб, к которым крепится кевларовая сетка 5, защищающая узел крепления оси 4 и электромотора 14 на П – образном, стальном приспособлении 13. Порядок перехода конструкции в боевое положение показан на Рис. 2.
Преимущества предлагаемой конструкции:
  1. Непробиваемый периметр: Узел вращения и крепления двигателя защищен кевларовой сеткой. Эта сеть гарантированно останавливает обломки и нейтрализует дроны, нацеленные на самое уязвимое место системы. К тому же повреждение или потеря одной, или даже нескольких штанг в момент атаки не критично для осуществления защиты машины. А легкосъёмные штанги можно заменить сразу после окончания атаки.
  2. Интеллектуальная механика: Динамические защелки с опорной пружиной надежно фиксируют конструкцию в походном положении, исключая случайное раскрытие во время движения. При угрозе атаки БПЛА, конструкция приводится в боевое положение за считанные секунды. При этом нет необходимости не только выходить из машины, но даже не надо останавливаться. Достаточно включить электродвигатель на несущем П-образном приспособлении и с набором оборотов динамические защелки отклоняются под действием центробежной силы, освобождая конструкцию, что позволяет ей развернуться в боевое положение..
Ключевые преимущества вашего личного «Купола»
  • Надежность и эффективность: Система обеспечивает физическое уничтожение или отклонение дрона, работая независимо от типа его управления (радиоканал, оптоволокно).
  • Всеракурсная защита: Вращающаяся конструкция создает сплошную сферу защиты вокруг машины, прикрывая верхнюю полусферу, боковую и даже ходовую часть транспортного средства — самые уязвимые для FPV-дронов места.
  • Сохранение боеспособности: Даже при детонации дрона, с выходом из строя (потери) одной, или нескольких штанг конструкция не теряет свои защитные свойства, а техника остается невредимой и готовой к выполнению боевой задачи.
  • Мобильность и ремонтопригодность: Защита не мешает маневрам. Когда угроза миновала, всю конструкцию можно легко отремонтировать, или демонтировать прямо в полевых условиях для ремонта или безопасного перемещения по тыловым районам.

Чтобы поддержать или повысить дебит (продуктивность) нефтяной или газовой скважины, нередко применяют технологию поддержания пластового давления (ППД). Один из способов ППД — это организация так называемых напорных (нагнетательных) скважин, которые служат для закачки воды или газа обратно в пласт. В чем заключается сущность технологии?

  1. Назначение напорных скважин: Напорная скважина предназначена специально для закачки воды или газа в продуктивные пласты с целью компенсации падения давления в месторождении. Давление поддерживается искусственно, что стимулирует приток нефти или газа к добывающим скважинам.
  2. Механизм действия: Вода или газ закачиваются в продуктивную зону, вытесняя находящиеся там углеводороды и перемещая их в сторону добывающих скважин. Это помогает увеличить коэффициент нефтеотдачи и предотвратить преждевременное истощение ресурса.
  3. Преимущества:
  • Поддержание стабильного дебита скважины.
  • Продление сроков эксплуатации месторождения.
  • Увеличение общей выработки нефти или газа.

Метод водонагнетания, хотя и популярен, ограничен рядом технических и практических факторов. Практика показала, что этот способ не позволяет повышать эффективность традиционных месторождений при значительном уменьшении дебита скважины по причине:

  • Низкая проницаемость пластов.
  • Сложные условия залегания (глубина, наклонность, сложность рельефа).
  • Невысокое качество самого сырья (вязкость, парафинность, сернистость).

Эти признаки характеризуют категорию трудноизвлекаемых запасов. Трудноизвлекаемые запасы (ТИЗ) — это категория запасов нефти и газа, характеризующихся повышенной сложностью и высокими затратами на добычу вследствие неблагоприятных геологических условий, низкого качества сырьевых ресурсов или уникальных технологических особенностей. Типичными примерами ТИЗ являются сланцевая нефть, тяжелые сорта нефти, глубоко расположенные и рассеянные скопления углеводородов. И таких запасов в России становится всё больше. Согласно информации, представленной Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых (ГКЗ), трудноизвлекаемые запасы составляют 52% от общего объема нефти в России. Ожидается, что к 2035 году доля трудноизвлекаемых запасов в добыче нефти в России увеличится до 83%. Кроме того, средний коэффициент нефтеотдачи (КИН) на действующих российских месторождениях составляет около 30-35%, это означает, что лишь треть имеющихся запасов реально извлекается из земли. Остальные две трети остаются не извлеченными ввиду сложных геологических условий и ограниченных технологий.

Применение современных технологий, таких как горизонтальное бурение и гидравлический разрыв пласта (ГРП) позволяет коэффициенту нефтеотдачи вырасти до 40-45%. Суть ГРП в том, чтобы создать в горной породе (нефтяном пласте) искусственные трещины — и дать нефти или газу путь к скважине. Делают это так: в скважину под очень высоким давлением (иногда до 650–1000 атм.) закачивают специальную жидкость. Когда давление преодолевает прочность породы, она трескается. Сразу в поток добавляют проппант — гранулированный материал (кварцевый песок, керамические гранулы). Он работает как распорка: после того как давление сбросят, трещина не сомкнётся полностью, а проппант сохранит её открытой — по этому каналу флюид и будет поступать к забою скважины.

Однако, наряду с преимуществами существуют и существенные недостатки этого способа:

  • Экологические риски. Один из главных поводов для дискуссий. Есть опасность загрязнения подземных и поверхностных вод химическими реагентами, которые входят в состав жидкости для ГРП. Также процесс потребляет большие объёмы воды, что создаёт нагрузку на водные ресурсы. cyberleninka.ru +1
  • Выбросы метана. Метан — мощный парниковый газ, его неконтролируемые выбросы усугубляют проблему изменения климата. 
  • Риск индуцированной сейсмичности. Закачка жидкости под давлением может дестабилизировать геологические структуры и провоцировать микроземлетрясения. 
  • Технические сложности и риски. Если проппант разрушится, вдавится в породу или забьётся мелкими частицами, проводимость трещины снизится. Неправильный расчёт параметров или ошибка на каком-то этапе операции тоже могут свести эффект на нет. 
  • Экономическая зависимость. Эффективность и целесообразность ГРП сильно зависят от цен на нефть и газ. 
  • Краткосрочный эффект в некоторых случаях. В сланцевых скважинах после ГРП добыча может резко вырасти, но спустя 1–2 года заметно упасть — тогда приходится бурить новые стволы и повторять операции.

Для минимизации указанных рисков при проведении гидроразрыва плата и предназначен предлагаемый инновационный способ воздействия на продуктовый пласт. Инновационность этого способа заключается не только в возможности создания гидроударных волн путем разряда постоянного тока высокого напряжения между двумя электродами в воде, но и возможность инициировать сейсмические волны на разной глубине, что позволяет сделать полную сейсмограмму расположения существующих разломов, трещин и полей напряжения. Таким образом можно рассчитать точку приложения мощных, как единичных, так и с регулируемой частотой, гидроударных волн, на любой глубине скважины, чтобы предотвратить распространения трещин от гидроудара вверх, в водоносные пласты, чего невозможно точно определить при классическом ГРП. Кроме того, инициацию гидроударных волн можно проводить изнутри продуктового пласта, из водонапорных или поглотительных скважин, без остановки добычи, не теряя времени на замену оборудования. Современные тенденции развития ГРП направлены на разработку экологически чистых методов. Данный проект предлагает самый экономичный путь – использовать электрогидравлический эффект для интенсификации нефтеотдачи существующих малодебитовых скважин.

Предлагаемое устройство для осуществления предлагаемого способа приведено на рисунке 1 и представляет собой 2,3 или 4 излучателя гидроударных волн, выполненных в одном корпусе 1. Корпус 1 изготовлен из высоколегированной стали, которая позволяет не только выдерживать большие нагрузки во время инициации сейсмических или гидроударных волн, но и длительное время работать в агрессивных условиях скважин, обладая большим ресурсом до технического обслуживания, или ремонта.




В корпусе излучателя гидроударных волн 1 выполнены несколько полостей 5 внутри (3 или 4 шт.), каждая из этих полостей имеет форму усеченного эллипса и закрыта крышкой 2, имеющей резьбу для накручивания на выступающие концы полостей 5 и с дренажными отверстиями 4, выполненными в выступающей части полости 5, которые можно закрывать герметичными пробками в случае необходимости (на чертеже не показаны). Излучатель позволяет создавать гидроударные (в случае необходимости – сейсмические) волны с давлением во фронте до 2000 Мпа.
                                                                   Рис. 2.
На рисунке 2 видно, что каждая крышка 2 имеет мембрану 3 в форме акустической линзы, что совместно со сферической поверхностью полости 5, позволяет фокусировать фронт гидроударных волн на призабойной зоне скважины в районе её перфорации, или в любом другом месте напорной скважины для воздействия на поле повышенных напряжений, найденном по сейсмограмме, полученной с помощью этого же устройства. В задней части каждой полости 5 выполнен ввод положительного и отрицательного электродов 6, закрепленных в пластиковых изоляторах 7 с рабочим искровым промежутком (РП) между ними.
Моделирование нелинейных процессов воздействия на пласт позволяет рассматривать залежь как совокупность колебательных систем на которую можно воздействовать внешними принудительными колебаниями. Важнейшая особенность которой то, что даже небольшая возмущающая сила может привести к непропорционально большому эффекту (триггерный эффект). Этот эффект может возникнуть как при периодическом воздействии, так и при разовом (с большими интервалами времени между импульсами).
Ещё одним важнейшим элементом предлагаемого устройства является генератор импульсов тока, схема которого показана на рисунке 3:
                                         Рис. 3.
На схеме генератора импульсов тока буквами обозначены:
 - Тр – трансформатор;
- R – сопротивление на входе;
- V – постоянный ток высокого напряжения
- Ср – конденсатор;
- РП – рабочий промежуток (зазор между электродами в излучателе гидроударных волн);
-ФП – формирующий промежуток, позволяющий создавать импульс в рабочем промежутке в строго установленное время и с регулируемым интервалом между импульсами, что позволяет добиться эффекта резонанса при воздействии на нефте - газовые пласты.
 Это достигается тем, что между контактами формирующего промежутка вращается регулятор частоты импульсов 13, представляющий собой диск из диэлектрического материала, с нанесенным на нём одним, или несколькими медными секторами, который приводится во вращательное движение низковольтным электромотором малой мощности 14. Предлагаемая схема использования устройство для увеличения дебита нефтяных скважин отражена на рисунке 4:
На схеме видно, что нефтяные насосы 8 продолжают работать на промысловых скважинах 10 во время проведения манипуляций по увеличению дебита в этих скважинах с помощью излучателя гидроударных волн 12 в поглощающей, или водонапорной скважине 11, осуществляемые с пульта управления 9 на поверхности, что позволяет производить манипуляции по увеличению дебита эксплуатационной скважин без остановки добычи, не теряя времени не замену оборудования в скважине. А это, не только позволяет периодически инициировать новые импульсы (даже с одновременным созданием повышенного давления в напорной скважине, соблюдая герметичность в ней), но и оценивать результаты воздействия на продуктовый пласт производя сейсмограммы, контролируя раскрытие разломов и трещин, находя новые неустойчивые поля нефтеносного пласта, фокусируя на них гидроударные волны, маневрируя по глубине и направлению излучателем в скважине.