Безопасность и качество — в России придумали, как улучшить условия добычи нефти

Мировые запасы нефти, требующей особых технологий для извлечения, оцениваются в огромные объемы, от 600 миллиардов до триллиона тонн. В то же время, доступ к традиционным, "легким" запасам жидкой нефти в России, как и во всем мире, постоянно сокращается, и разработка месторождений перемещается в регионы, которые изучены недостаточно.

Фото: Openverse by Paul Lowry, https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/

Добыча нефти

В связи с этим возникает необходимость в разработке и совершенствовании технологий, позволяющих добывать более вязкие нефтепродукты. Для их извлечения применяется термошахтный метод, основанный на разжижении нефти путем закачки горячего пара в пласт. Несмотря на то, что этот метод повышает нефтеотдачу, он негативно сказывается на условиях труда, приводя к превышению допустимой температуры воздуха в рабочей зоне, которая составляет 20-24 градуса.

Существующие на данный момент способы решения этой проблемы характеризуются низкой эффективностью и значительными финансовыми затратами. Ученые из Пермского Политеха предложили новый результативный подход, который позволит поддерживать температуру под землей в пределах нормы и снизит риски для здоровья персонала.

Результаты исследования были опубликованы в журнале "Безопасность труда в промышленности". Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.

Термошахтная добыча осуществляется в специализированных шахтах, где добычные участки, называемые уклонными блоками, располагаются под землей. Они включают в себя насосную станцию, галерею для бурения и укрепления скважин, уклон и ходок — проход для перемещения рабочих и оборудования. Этот метод позволяет добывать больше ресурсов при меньших теплопотерях и обеспечивает прямой доступ к нефтяным пластам.

Процесс добычи включает несколько этапов. В пласты закачивают водяной пар для нагрева и улучшения текучести нефти. Затем ее собирают в уклонных блоках, где также необходимо поддерживать высокую температуру, чтобы предотвратить загустение флюида. Однако, как отмечалось ранее, это создает неблагоприятные условия для работы. В настоящее время существует ряд предложений по устранению избыточного тепла в уклонном блоке, начиная от систем кондиционирования и заканчивая теплоизоляцией горных выработок. Тем не менее, эти решения либо не обеспечивают желаемого эффекта, либо требуют значительных капиталовложений.

Новаторская идея ученых Пермского Политеха заключается в применении нового способа проветривания уклонного блока. Суть предложения состоит в разделении открытого пространства буровой галереи продольной теплоизоляционной перегородкой. Таким образом, поступающий в уклон свежий воздух разделяется на два потока. Один поток направляется под давлением непосредственно в рабочую зону, а второй отводится через вентиляционную скважину на поверхность. Благодаря тому, что нагретый воздух становится легче, возникает естественная тяга, усиливающая процесс вентиляции.

Экспериментальные исследования подтвердили, что такой подход полностью решает проблему превышения допустимых температур в рабочей зоне. Специалисты Пермского Политеха провели моделирование распределения воздушных потоков не только в отдельном блоке, но и в масштабе всей нефтешахты. Это позволило оценить эффективность и практическую применимость предложенного метода в условиях реального производства.

Профессор кафедры "Горная электромеханика" ПНИПУ, доктор технических наук Александр Николаев, комментируя результаты моделирования распределения воздуха, отметил, что во всех горных выработках воздух циркулирует в заданном направлении.

Поскольку первостепенной задачей является обеспечение комфортных условий труда, были проведены тепловые расчеты, которые продемонстрировали полное удаление нагретого воздуха на поверхность через вентиляционную скважину. При этом, по его словам, температура остается в пределах 20-22 °С, что соответствует установленным требованиям.

Главный специалист АО "ВНИИ Галургии" Станислав Куимов добавил, что максимальная эффективность предложенной технологии достигается при переходе от всасывающего режима проветривания, который используется в настоящее время и подразумевает откачивание свежего воздуха из рабочей зоны, к нагнетательному, при котором воздух подается под давлением. Он объяснил это тем, что всасывающий режим потребует дополнительного внедрения системы кондиционирования.

Уточнения

Нефть — природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений.