Застосування енергії надвисокочастотного електромагнітного випромінювання для підвищення ефективності процесів підготовки газу в умовах гідратоутворення

Автор(и)

  • Тарас Михайлович Подоляк Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка», Україна https://orcid.org/0009-0008-5287-0880
  • Вікторія Іванівна Дмитренко Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка», Україна https://orcid.org/0000-0002-1678-2575

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.354467

Ключові слова:

гідрати, низькотемпературна сепарація, мікрохвильове випромінювання, інгібітори, метанол, підготовка газу, енергоефективність

Анотація

Ефективна робота сучасних газових систем вимагає нових підходів до боротьби з гідратними пробками, які обмежують рух потоку та спричиняють аварійні зупинки. Об’єктом дослідження є процес утворення та руйнування газових гідратів у промислових трубопроводах під дією мікрохвильового випромінювання. Дослідження спрямоване на розв'язання проблеми надмірного використання метанолу для боротьби з гідратами. Цей реагент дуже токсичний та дорогий, а його реальні витрати на родовищах України часто на 15–20% вищі за норму через застарілі методи дозування.

Отримані результати роботи базуються на моделюванні технологічних процесів Мачухського родовища (Україна) в програмі Aspen HYSYS. Було виявлено найбільш небезпечну зону гідратоутворення на 20-метровій ділянці одразу після дроселя при падінні температури газу до –30,11°С. Для захисту цього вузла розроблено нову конструкцію знімної вставки з магнетроном, що забезпечує термодинамічний розклад кристалогідратів шляхом безпосередньої передачі енергії мікрохвильового поля молекулам води в об’ємі потоку.

Відмінною рисою розробки є створення резонансної зони між дроселем та діафрагмою, що дозволяє сконцентрувати поле та прискорити дисоціацію гідратів у 1,5–3 рази порівняно з термічним нагрівом. Оптимізована геометрія діафрагми забезпечує високе відбиття хвиль без суттєвого зростання гідродинамічного опору газового потоку.

Практична цінність роботи полягає в можливості інтеграції розробленої конструкції пристрою надвисокочастотного електромагнітного випромінювання у вузли низькотемпературної сепарації газу та системи збору вуглеводнів зі складним температурним режимом. Впровадження пристрою дозволяє підтримувати стабільний безгідратний режим експлуатації трубопроводів, зменшити споживання хімічних реагентів та підвищити екологічну безпеку видобутку газу на родовищах України за рахунок мінімізації використання токсичного метанолу.

Біографії авторів

Тарас Михайлович Подоляк, Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»

Аспірант

Кафедра нафтогазової інженерії та технологій

Вікторія Іванівна Дмитренко, Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»

Кандидат технічних наук, доцент, в.о. завідувача кафедри

Кафедра нафтогазової інженерії та технологій

Посилання

  1. Kutnyi, B., Krot, O., Chernetska, I. (2024). Intensification of Hydrate Formation by Microbubbles. Problems of the Regional Energetics, 4 (64), 200–213. https://doi.org/10.52254/1857-0070.2024.4-64.17
  2. Dmytrenko, V. I., Zezekalo, I. G., Vynnykov, Y. L. (2022). The use of bischofite in the gas industry as an inhibitor of hydrate formation. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1049 (1). https://doi.org/10.1088/1755-1315/1049/1/012052
  3. Kutnyi, B., Pavlenko, A., Cherednikova, O. (2023). Theoretical Foundations of Gas Hydrate Synthesis Intensification. Environmental and Climate Technologies, 27 (1), 666–682. https://doi.org/10.2478/rtuect-2023-0049
  4. Pedchenko, M., Pedchenko, N., Pedchenko, L. (2025). Reducing the man-made impact of hydrate formation inhibitors on the environment by applying gas hydrate technologies. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1491 (1). https://doi.org/10.1088/1755-1315/1491/1/012038
  5. Dmytrenko, V., Podoliak, T. (2024). Research of methanol content in technological flows of facilities that process gas preparation by low-temperature separation method. Technology Audit and Production Reserves, 6 (1 (80)), 46–53. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.318926
  6. Dmytrenko, V., Zezekalo, I., Vynnykov, Y., Manhura, A. (2021). Efficiency evaluation of using highly mineralized reservoir waters for preventing hydrate formation of natural gas in the conditions of Zakhidno-Radchenkivske gas-condensate field. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 628 (1). https://doi.org/10.1088/1755-1315/628/1/012015
  7. Obanijesu, E. O., Pareek, V., Gubner, R., Tade, M. O. (2011). Hydrate formation and its influence on natural gas pipeline internal corrosion. Nafta, 62 (5-6), 164–173. Available at: https://hrcak.srce.hr/file/104431
  8. Volovetskyi, V. B., Vytiaz, O. Yu., Shchyrba, O. M. (2010). Poperedzhennia vidkladannia hidrativ ta zbyrannia ridyny pid chas produvannia sverdlovyny ta shleifu. Rozvidka ta rozrobka naftovykh i hazovykh rodovyshch, 1 (34), 160–164. Available at: http://elar.nung.edu.ua/bitstream/123456789/4125/1/986p.pdf
  9. Sloan, E. D. (1998). Clathrate hydrates of natural gases. New York: Marcel Dekker, 705. Available at: https://www.abebooks.com/9780824799373/Clathrate-Hydrates-Natural-Gases-Second-0824799372/plp
  10. Fatykhov, M. A., Akchurina, V. A., Stolpovsky, M. V. (2020). Numbrigal simulation of a thermodynamic process to decompose gas hydrate in a gas production well using, radiofrequency electromagnetic radiation. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 862 (6). https://doi.org/10.1088/1757-899x/862/6/062075
  11. Yang, H., Liu, X., Yue, J., Tang, X. (2022). Analysis of factors affecting microwave heating of natural gas hydrate combined with numerical simulation method. Petroleum, 8 (3), 391–402. https://doi.org/10.1016/j.petlm.2021.12.003
  12. Bera, A., Babadagli, T. (2017). Effect of native and injected nano-particles on the efficiency of heavy oil recovery by radio frequency electromagnetic heating. Journal of Petroleum Science and Engineering, 153, 244–256. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2017.03.051
  13. Bondarenko, V. I., Sai, K. S., Hanushevych, K. A., Ovchynnikov, M. P. (2015). Rozrobka matematychnoi modeli intensyfikatsii protsesu hidratoutvorennia za rezultatamy eksperymentalnykh doslidzhen. Rozrobka rodovyshch, 9 (1), 259–266. Available at: https://rr.nmu.org.ua/pdf/2015/20150906-34.pdf
  14. Vysniauskas, A., Bishnoi, P. R. (1983). A kinetic study of methane hydrate formation. Chemical Engineering Science, 38 (7), 1061–1072. https://doi.org/10.1016/0009-2509(83)80027-x
  15. Pedchenko, M. M.; Biletskyi, V. S. (Ed.) (2014). Hidratoutvorennia vuhlevodnevykh haziv. Poltava: PoltNTU, 182. Available at: https://www.researchgate.net/publication/338117028_Pedcenko_MM_Gidratoutvorenna_vuglevodnevih_gaziv_monografia_MM_Pedcenko_za_red_VS_Bileckogo_-_Poltava_PoltNTU_2014_-_182_s_ISBN_978-966-616-129-4
  16. Balakirev, V. A., Sotnikov, G. V., Tkach, Yu. V., Yatsenko, T. Yu. (2001). Removal of asphalt-paraffin deposits in oil pipelines by a moving source of high-frequency electromagnetic radiation. Technical Physics, 46 (9), 1069–1075. https://doi.org/10.1134/1.1404155
  17. Fatykhov, M. A., Idrisov, R. I. (2007). Degassing of a hydrocarbon fluid in a high-frequency electromagnetic field. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 80 (3), 630–633. https://doi.org/10.1007/s10891-007-0083-z
  18. Fatykhov, M. A., Bagautdinov, N. Ya. (2005). Experimental Investigation of the Decomposition of a Nonpolar-Gas Hydrate in a Pipe Under the Action of a Microwave Electromagnetic Field. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 78 (3), 524–531. https://doi.org/10.1007/s10891-005-0090-x
  19. Sarmento, R. C., Ribbe, G. A. S., Azevedo, L. F. A. (2004). Wax Blockage Removal by Inductive Heating of Subsea Pipelines. Heat Transfer Engineering, 25 (7), 2–12. https://doi.org/10.1080/01457630490495797
  20. Li, D.-L., Liang, D.-Q., Fan, S.-S., Li, X.-S., Tang, L.-G., Huang, N.-S. (2008). In situ hydrate dissociation using microwave heating: Preliminary study. Energy Conversion and Management, 49 (8), 2207–2213. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2008.01.031
  21. Tang, L. G., Xiao, R., Huang, C., Feng, Z. P., Fan, S. S. (2005). Experimental Investigation of Production Behavior of Gas Hydrate under Thermal Stimulation in Unconsolidated Sediment. Energy & Fuels, 19 (6), 2402–2407. https://doi.org/10.1021/ef050223g
  22. Khan, S. H., Misra, A. K., Majumder, C. B., Arora, A. (2020). Hydrate Dissociation Using Microwaves, Radio Frequency, Ultrasonic Radiation, and Plasma Techniques. ChemBioEng Reviews, 7 (4), 130–146. https://doi.org/10.1002/cben.202000004
  23. Wang, B., Dong, H., Fan, Z., Liu, S., Lv, X., Li, Q., Zhao, J. (2020). Numerical analysis of microwave stimulation for enhancing energy recovery from depressurized methane hydrate sediments. Applied Energy, 262. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.114559
  24. Fan, S., Wang, H., Zhang, X., Liu, Y., Lan, W., Ma, W. et al. (2024). Study on microwave heating energy supplement technology for gas hydrate reservoir. Energy, 286. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.129624
  25. Dreus, A. Y., Gubin, O. I., Bondarenko, V. I., Liu, B., Batuta, V. I. (2022). Numerical study of microwave impact on gas hydrate plugs in a pipeline. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4, 28–33. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-4/028
  26. Zhang, X., Guan, Y., Yue, C., Sun, Z., Guo, H., Zhang, Y., Wang, D., Wang, Y. (2026). Multiphysics modeling of synergistic microwave heating and nitrogen injection for methane hydrate recovery. Fuel, 410. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.137880
  27. Wang, S., Zhu, Y., Bondarenko, V., Dreus, A., Liang, J., Liu, B. (2021). Design and numerical simulation of a microwave antenna with coaxial slots for preventing secondary formation of gas hydrate. E3S Web of Conferences, 230. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202123001008
  28. Chong, Z. R., Yang, S. H. B., Babu, P., Linga, P., Li, X.-S. (2016). Review of natural gas hydrates as an energy resource: Prospects and challenges. Applied Energy, 162, 1633–1652. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.12.061
  29. Davletshina, M. R., Stolpovsky, M. V., Chiglintseva, A. S., Gimaltdinov, I. K. (2020). Features of decomposition of gas hydrate when exposed to microwave radiation. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 919 (6). https://doi.org/10.1088/1757-899x/919/6/062071
  30. Pat. WO2018191743A1 (2018). Microwave antenna assembly and methods. Available at: https://patents.google.com/patent/WO2018191743A1/en
  31. Kondrat, O. R., Hutak, A. D. (2015). Energy efficient modification of a low-temperature gas separation plant. Naftohazova haluz Ukrainy, 5, 26–30. Available at: http://elar.nung.edu.ua/handle/123456789/317
Application of ultra-high frequency electromagnetic radiation energy to increase the efficiency of gas preparation processes in hydrate formation conditions

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-04-30

Як цитувати

Подоляк, Т. М., & Дмитренко, В. І. (2026). Застосування енергії надвисокочастотного електромагнітного випромінювання для підвищення ефективності процесів підготовки газу в умовах гідратоутворення. Technology Audit and Production Reserves, 2(1(88), 46–54. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.354467

Номер

Том 2 № 1(88) (2026): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Технології та системи енергопостачання

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Taras Podoliak, Victoriia Dmytrenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.