По различным оценкам мировые запасы трудноизвлекаемой нефти составляют от 600 миллиардов до 1 триллиона тонн. Количество «легкодоступной» жидкой нефти в России, как и во всем мире, постоянно снижается, а разработка месторождений смещается в малоисследованные районы. В связи с этим требуется развитие и улучшение технологий добычи более вязких флюидов. Чтобы извлечь их, используют термошахтный способ, при котором нефть разжижают, закачивая в пласт горячий пар. Несмотря на увеличение нефтеотдачи, метод нарушает условия труда из-за превышения допустимой температуры воздуха в рабочей зоне, которая составляет 20-24 °C. Применяемые в настоящее время способы и технологии для решения этой проблемы малорезультативные и финансово затратные. Ученые Пермского Политеха разработали новый эффективный метод, который снижает риски для здоровья рабочих.
Статья опубликована в журнале «Безопасность труда в промышленности». Исследования выполнены при поддержке Минобрнауки России (проект № FSNM-2024-0005).
Термошахтный способ добычи осуществляют в специальных шахтах, в которых добычные участки (уклонные блоки) расположены под землей. Они состоят из насосной станции, галереи, где бурят и укрепляют скважины, уклона и ходка — места для передвижения людей и грузов. Этот метод позволяет извлекать больше ископаемых при меньших потерях тепла и обеспечивает прямой доступ к пластам.
Добыча проходит в несколько этапов. Водяной пар закачивают в пласты и подогревают, чтобы улучшить отток нефти. Затем ее собирают в уклонных блоках, где также нужно поддерживать высокую температуру для предотвращения загустения флюида, что вредит здоровью рабочих. В настоящее время есть много предложений по борьбе с повышенной температурой в уклонном блоке: от кондиционирования воздуха до теплоизоляции горных выработок. Но эти методы не дают нужного эффекта и/или очень финансово затратны.
Ученые Пермского Политеха предложили новый способ проветривания уклонного блока. Он заключается в том, что открытое пространство буровой галереи разделяется продольной теплоизоляционной перегородкой. Так, поступающий в уклон свежий воздух делится на два потока. Один под давлением подается в рабочую зону, а второй выходит через вентиляционную скважину на поверхность. Поскольку при нагреве воздух становится более легким, возникает естественная тяга, которая способствует проветриванию.
Исследования показали, что такой способ полностью решает проблему превышения температуры воздуха в рабочей зоне выше нормы. Ученые Пермского Политеха провели анализ воздухораспределения не только в одном отдельно взятом блоке, а по всей нефтешахте в целом. Это позволило оценить эффективность и применимость такого способа в нефтедобыче.
— В результате моделирования процесса воздухораспределения мы установили, что во всех горных выработках воздух движется в нужном направлении. Поскольку наша основная задача — обеспечение комфортных условий труда, мы провели тепловые расчеты, которые показали, что весь нагретый воздух удаляется через вентиляционную скважину на поверхность. При этом температура находится в пределах 20-22 °С, т.е. удовлетворяет требованиям, — комментирует Александр Николаев, профессор кафедры «Горная электромеханика» ПНИПУ, доктор технических наук.
— Максимальная эффективность предложенного метода достигается при изменении режима проветривания с всасывающего (используемого сейчас), где свежий воздух выкачивается из пространства, на нагнетательный, где он, напротив, подается под давлением. Это объясняется тем, что первый режим потребует дополнительной установки системы кондиционирования, — дополняет Станислав Куимов, главный специалист АО «ВНИИ Галургии».
Ученые Пермского Политеха разработали эффективный способ проветривания нефтяных шахт для добычи трудноизвлекаемой нефти, который позволит поддерживать под землей температуру в пределах нормы, чтобы снизить риски для здоровья рабочих.