В России есть уникальное месторождение по добыче тяжелой высоковязкой нефти, находящееся в Республике Коми. Для его эффективной разработки используется термошахтный способ, при котором из горных выработок в продуктивный нефтяной пласт закачивается перегретый пар. Такой метод позволяет понизить вязкость нефти и повысить ее текучесть. Однако при таком способе добычи в рабочей зоне температура воздуха становится очень высокой, в результате чего нарушаются условия работы горнорабочих. Существующие варианты решения данной проблемы неэффективны, трудоемки и затратны. Ученые Пермского Политеха предложили инновационный и экономичный способ проветривания добычных участков нефтяной шахты, который позволит нормализовать условия труда горнорабочих при оптимальных затратах.
Статья опубликована в научно-техническом журнале «Горный информационно-аналитический бюллетень», 2023. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Основной производственной единицей в шахте является уклонный блок, состоящий из буровой галереи, уклона, ходка и насосной станции. Для вентиляции галереи воздух подается по ходку и удаляется по уклону в общую вентиляционную систему. Нефть поступает в галерею, далее стекается по канавкам в насосную станцию, где с помощью насосов транспортируется на поверхность для дальнейшей отправки и переработки.
Нефтесодержащая жидкость, нагретые поверхности пласта и прорывающийся пар значительно повышают температуру воздуха в буровой галерее. Из-за чего температура в рабочем блоке достигает 40 °C, а влажность — 95%. Для безопасного ведения работ в шахте необходимо обеспечить нормативные значения параметров микроклимата.
Идея нового способа проветривания, предложенного учеными ПНИПУ, состоит в раздельном проветривании двух рабочих зон буровой галереи — горячей зоны (безлюдной) и остальной рабочей части, более холодной. Такое разделение может быть выполнено с помощью продольной воздухонепроницаемой и теплоизолирующей перегородки на протяжении всей буровой галереи.
При данном способе вентиляции сброс горячего воздуха будет производиться не в общую вентиляционную систему нефтешахты, а по вертикальной вентиляционной скважине на поверхность.
— Тем самым поступающий в уклон свежий воздух разделяется на два потока: один с помощью вентиляционного оборудования идет между продольной перегородкой и разогретым пластом, а второй поступает в рабочую зону буровой галереи. Перегородка устанавливается как можно ближе к горячей стенке галереи для максимального уменьшения влияния нагретой зоны нефтяного пласта на тепловую обстановку галереи, — объясняет профессор кафедры «Горная электромеханика» Александр Николаев.
Ученые отмечают, что при нагреве воздух становится более легким, поэтому при его удалении через вертикальную вентиляционную скважину на поверхность возникает естественная тяга, что позволяет снизить затраты электроэнергии на проветривание.
Проведение натурного эксперимента, особенно в условиях работающей шахты, сильно затруднительно. Поэтому для оценки работоспособности и эффективности предложенного способа политехники провели численный эксперимент, сочетающий математическое моделирование вентиляционных процессов и его реализацию численными методами в компьютерных программах.
Результаты численного моделирования позволили оценить функциональность рассматриваемого технического решения и свидетельствуют о том, что данный нестандартный способ проветривания буровой галереи нефтешахты действительно работоспособен и высоко эффективен.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60% — региональные университеты.