Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных и

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

ся значения суммарной мгновенной и активной мощности и в конечном счете вычисляется приращение активной мощности рассеяния в сопротивлениях изоляции

Pcp.з. Одновременно вычисляем показатель изменения напряжений Uф и в ре-

зультате получаем значение сопротивления изоляции фазы относительно земли Rиз согласно выражению (5).

При реализации устройства для реальной сети необходимо, чтобы все математические операции выполнялись автоматически по заданному алгоритму. Для этого целесообразно применять программируемый микроконтроллер, выпускаемый промышленностью. Также необходимо будет дополнительно установить трансформаторы тока в каждую фазу отходящих от секции шин линий.

Разрабатываемая модель устройства позволит определить влияние ряда параметров сети на точность измерений сопротивления изоляции новым способом и выявить особенности, которые необходимо учитывать при разработке реального устройства. Если обеспечить систематический контроль изоляции кабельной линии под рабочим напряжением и особенно всей группы линий, отходящих от секции шин, то можно создать эффективную систему мониторинга состояния изоляции без отключения потребителей. Это повысит безопасность и надежность электроснабжения предприятия в целом.

Список литературы

1.Плащанский Л.А. Основы электроснабжения горных предприятий. – М.: Изд-во Моск. гос. горн. ун-та. 2006. – 499 с.

2.Пат. РФ № 2478975. Способ контроля состояния изоляции в трехфазной электрической сети / М.Л. Сапунков и др.; опубл. 10.04.13, Бюл. № 10.

3.Щуцкий В.И., Волощенко Н.И., Плащанский Л.А. Электрификация подземных горных работ. – М.: Недра, 1986. – 364 с.

311

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕГО ПРОВЕТРИВАНИЯ

ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НЕФТЕШАХТ Н.С. Макарычев, И.К. Шеин

Научный руководитель – канд. техн. наук, доцент А.В. Николаев Пермский национальный исследовательский политехнический университет

На Ярегском месторождении (ООО «ЛУКОЙЛ-Коми») применяется термошахтный способ добычи нефти. При подобном способе наблюдаются значительные тепловыделения в рабочих зонах нефтешахт, что становится причиной нарушения санитарно-гигиенических норм и снижения производительности труда горнорабочих. В связи с тем что предложенные и используемые в настоящее время мероприятия и способы снижения температуры требуют значительных финансовых затрат, предлагается способ проветривания уклонного блока нефтешахты, позволяющий повысить энергоэффективность производства и обеспечить ресурсосбережение.

Ключевые слова: нефтешахта, проветривание, естественная тяга, тепловая депрессия, уклонный блок, главная вентиляторная установка.

При добыче нефти термошахтным способом, например, на Ярегском месторождении (ООО «ЛУКОЙЛ-Коми») возникает проблема высокой температуры в горных выработках (буровых галереях уклонных блоков) [1–3], при которой горнорабочим врабочих зонах разрешено находиться не более 1 ч при соблюдении соответствующих мероприятий и в специальной одежде. Связано это с тем, что повышенная температура воздухаснижаетпроизводительность трудагорнорабочих.

Для нормализации состава и параметров рудничной атмосферы в нефтешахту требуется подавать все большее количество свежего воздуха, что влечет за собой рост затрат на электроэнергию.

Однако в силу «вспомогательного» характера проветривания в общей структуре производства, физико-технических сложностей управления и расчета процессов проветривания вопросам, связанным с оптимизацией затрат на обеспечение безопасности средствами вентиляции и регулированием теплового режима нефтешахт, уделяется недостаточное внимание. В частности, расчеты расхода воздуха, необходимого для проветривания, ведутся по методике, созданной для угольных шахт и калийных рудников, далекой от учета реальных условий [4].

С целью обеспечения безопасности ведения добычных работ и нормализации труда горнорабочих необходимо соблюдать жесткие требования к энерго- и ресуросбережению. А именно исключать затратные процедуры и вводить «низкозатратные», обеспечивающие повышение общей эффективности производства [5].

Для локального снижения температуры воздуха в рабочей зоне при ограниченности подачи поверхностного воздуха в стволы нефтешахты было предложено осуществлять обособленное проветривание уклонного блока через скважины [6]. Вариант индивидуальной подачи воздуха на каждый уклонный блок предполагает, что с поверхности пробурены воздухоподающие и вентиляционные скважины диаметром 800 мм. На воздухоподающей скважине располагаются нагнетательные венти-

312

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

ляторы, оборудованные частотными преобразователями, и промышленные кондиционеры. В холодное время года для предотвращения обмерзания скважины воздух, подаваемый в нее, предполагается подогревать в небольших калориферных установках. Таким образом, каждый уклонный блок проветривается обособленно и индивидуально. Данная установка, безусловно, будет способствовать улучшению условий работы в уклонном блоке нефтешахты, но смотря с экономической точки зрения, она выглядит не совсем рентабельной. Кроме того, нагрев пласта производится с целью повышения текучести нефти, следовательно, охлаждение воздуха, подаваемого в уклонный блок, повлечет за собой охлаждение пласта, в результате чего снизится нефтеотдача и эффективностьсамого термошахтногоспособадобычи.

Предложенный способ снижения температуры воздуха в уклонных блоках требует значительных финансовых затрат: на внедрение, т.е. оснащение холодильными и калориферными установками вентиляционных скважин, проходку самих скважин, а также на процесс воздухоподготовки, затраты электрической энергии на кондиционирование (охлаждение) и энергетических ресурсов (в основном природного газа), на подогрев воздуха, подаваемого в скважины в холодное время года.

С целью повышения ресурсо- и энергоэффективности работы нефтешахт был разработан способ проветривания уклонного блока нефтешахты, в котором используется положительное действие тепловых депрессий, возникающих естественным путем [3]. Основная идея предложенного способа проветривания заключается в следующем. Нагретый в уклонном блоке воздух предлагается удалять по вентиляционной скважине на поверхность (рисунок). В этом случае по закону

Рис. Упрощенная схема предлагаемого способа проветривания уклонного блока нефтешахты: а – вид сверху; б – вид сбоку; 1 – ходок; 2 – буровая галерея; 3 – вентиляционная скважина; 4 – воздушный тамбур из перемычек; 5 – двери для прохода рабочих; 6 – уклон; 7 – устье скважины; 8 – труба; 9 – источник тяги (дефлектор или вентилятор)

313

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

конвективного теплообмена нагретый (легкий) воздух будет стремиться подняться вверх по вентиляционной скважине за счет действия естественной тяги (тепловой депрессии) hе [7, 8]. Вентилятор (либо дефлектор) необходим только для регулирования (автоматизированного) выдачи нагретого воздуха из скважины в зависимости от величины hе, т.е. минимизируются затраты электроэнергии на проветривание. За счет установки воздушного тамбура из перемычек в уклоне практически исключаются тепловыделения в выработки нефтешахты.

Кроме того, естественная тяга действует между стволами нефтешахты [7, 8]. Причем направление ее действия совпадает с требуемым направлением движения воздуха, т.е. она способствует проветриванию [3]. В этом случае в нефтешахту будет поступать больший, чем требуется объем воздуха, т.е. режим работы главной вентиляторной установки (ГВУ) можно будет перевести в область меньшего энергопотребления. Для этой цели разработана система автоматизации процесса проветривания с учетом действия естественной тяги [9, 10-15].

Таким образом, предложенный способ и регулирование режимов работы ГВУ и вентилятора на скважине позволяют осуществлять проветривание уклонного блока и нефтешахты в целом с минимальными энергетическими затратами. При этом практически исключается тепловыделение в выработки нефтешахты без ущерба эффективности теплоотдачи пласту, т.е. без негативного влияния на процесс добычи нефти.

Список литературы

1.Термошахтная разработка нефтяных месторождений / Ю.П. Коноплев, В.Ф. Буслаев, З.Х. Ягубов, Н.Д. Цхадая; под ред. Н.Д. Цхадая. – М.: НедраБизнесцентр, 2006. – 288 с.

2.Chertenkov M.V., Mulyak V.V., Konoplev Y.P. The Yarega Heavy Oil Field History, Experience, and Future // Journal of Petroleum technology. – 2012. – No. 4. – Р. 158–160.

3.Николаев А.В., Файнбург Г.З. Об энерго- и ресурсосберегающем проветривании подземных горных выработок нефтешахт // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2015. – № 4. – C. 92–98.

4.Справочник по рудничной вентиляции / под ред. К.З. Ушакова. – М.: Недра, 1977. – 328 с.

5.Файнбург Г.З. Бережливое проветривание как неотъемлемый элемент рудника будущего // Рудник будущего. – 2013. – № 1 (13). – C. 53–57.

6.Исаевич А.Г. Особенности проветривания нефтешахты // Стратегия и процессы освоения георесурсов: материалы науч. сессии Горн. ин-та УрО РАН. –

Пермь, 2012. – Вып. 10. – С. 247–248.

7.Alymenko N.I., Nikolaev A.V. Influence of mutual alignment of mine shafts on thermal drop of ventilation pressure between the shafts //Journal of Mining Science. – 2011. – Vol. 47. – No. 5. – Р. 636–642.

314

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

8.Николаев А.В. Управление тепловыми депрессиями в системах вентиляции калийных рудников: дис. … канд. техн. наук. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 159 с.

9.Васильев Е.М., Николаев А.В., Королев Н.А. Система управления электроприводом нагнетательных вентиляторов и сетевого насоса для поддержания теплового режима в шахтных стволах // Горное оборудование и электромеханика. – 2015. – № 1. – C. 20–24.

10.Система регулирования воздухоподготовки на подземном горнодобывающем предприятии: пат. 2566546 РФ: МПК Е21F1/08; Е21F3/00 // А.В. Николаев, Н.И. Алыменко, Г.З. Файнбург, В.А. Николаев. – № 2014138291/03; завл. 22.09.2014; опубл. 27.10.2015, Бюл. № 30.

11.Николаев А.В., Файнбург Г.З. Об энерго- и ресурсосберегающем проветривании подземных горных выработок нефтешахт // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтега-

зовое и горное дело. – 2015. – № 14. – С. 92–98.

12.Николаев А.В. Вариант применения системы кондиционирования воздуха

внеглубоких подземных горнодобывающих предприятиях // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2014. – № 13. – С. 93–98.

13.Николаев А.В., Алыменко Н.И., Садыков Р.И. Расчет величины поверхностных утечек воздуха на калийных рудниках // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2012. – № 5. – С. 115–121.

14.Николаев А.В., Алыменко Н.И., Николаев В.А. Устройство для перекрытия рудоспуска // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2012. –

№ 4. – С. 118–123.

15.Николаев А.В. Зависимость потребления электроэнергии главной вентиляторной установки от способа проветривания добычных участков калийных рудников // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2011. – № 1. – С. 143–151.

315

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ НЕФТЯНЫХ ШАХТ

Д.Ю. Седнев

Научный руководитель – канд. техн. наук, доцент А.М. Седунин Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Нефтяные шахты являются уникальными предприятиями, работающими на стыке горных и нефтяных отраслей. Для нефтяной отрасли основные требования к производству – это снижение издержек на строительство и эксплуатацию в совокупности с высокими технологическими показателями, для горной отрасли – это поддержание работы инженерных систем и обеспечение выполнения показателей промышленной безопасности. Обеспечение выполнения всех условий возможно путем комплексной автоматизации.

Ключевые слова: нефтяная шахта, система автоматизации, проветривание, система разработки, проектирование.

Нефтяные шахты ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» – уникальные горные предприятия, осуществляющее добычу нефти подземным способом из горных выработок. Основное отличие нефтяной шахты от какой-либо другой в том, что после строительства и обустройства участка работ ведется только добыча флюидов из подземных горных выработок без выполнения горных работ в обычным смысле. На нефтяных шахтах внедрен термошахтный способ добычи нефти, предусматривающий снижение вязкости аномально вязкой нефти для повышения добычи путем закачки пара. В зависимости от системы разработки подача пара осуществляется из горных выработок либо «с поверхности», причем способ с поверхности является основным. Система разработки представляет собой участок шахтного поля, в центре которого расположена буровая галерея, из неё бурятся добычные и распределительные скважины. Соединения уклонных блоков с околоствольным двором осуществляется капитальными и вспомогательными выработками. Более подробно сведения о нефтяных шахтах изложены в [1; 2].

Горные выработки оборудованы различными инженерными сетями: водоснабжения для пожаротушения, технологическими для откачки флюидов, сжатого воздуха, электроснабжения и связи. При этом добыча флюидов осуществляется фактически вручную оператором, управляющим режимом работы добычных скважин. Поскольку каждый оператор на добычном участке обслуживает более 100 добычных скважин, целесообразно автоматизировать работу скважин для добычи нефти.

Основныепринципыпостроениясистемыавтоматизациидлядобычныхскважин:

–автономность – каждая добычная единица (уклонный блок) должна быть самостоятельна;

–адаптируемость – режимы работы скважин должны меняться в соответствии со стадией разработки;

316

Секция 7. Автоматизация и вычислительная техника в нефтегазовом комплексе

–надежность – замена и ремонт оборудования в процессе эксплуатации сложны и трудозатратны и влияют на дебиты других скважин, что нарушает тепловой фронт в пласте;

–информативность – система автоматики должна собирать достаточное число сигналов для прогнозирования дебитов скважин;

–управляемость – система автоматики должна регулировать работу всех скважин, задействованных на участке добычи.

Для наглядности на рисунке представлена локально-вычислительная сеть, формируемая при выполнении проектных работ.

Рис. Локально-вычислительная сеть добычи нефти уклонного блока

В то же время основной системой для обеспечения возможности проведения работ в горных выработках является система проветривания. Взаимосвязанность системы добычи и системы проветривания являются основой работоспособности нефтяной шахты.

Система проветривания нефтяной шахты едина, схема проветривания фланговая или центральная. Уклонные блоки проветриваются последовательно или параллельно в зависимости от требований и возможностей вентиляционной сети. Допускается частично-секционное проветривание в виде вспомогательных вентиляционных скважин. Максимально-допустимые параметры вентиляции приведены в Правилах безопасности при разработке нефтяных месторождений шахтных способом [3] и в ФНиП «Правила безопасности при ведении горных работ по перера-

317

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

ботке твердых полезных ископаемых» [4]. В настоящее время расчет проветривания уклонного блока осуществляется по Руководству по проектированию вентиляции угольных шахт [5]. Данные правила не позволяют создать оптимальную систему автоматизации проветривания по причине устаревания.

Для создания системы автоматизации проветривания необходимо следовать следующим принципам:

–энергоэффективность – минимальные затраты на проветривание;

–безопасность – наличие запаса производительности системы проветривания при превышении различных факторов либо ошибок в распределении;

–надежность – подразумевает высокий совокупный показатель характеристик оборудования и устойчивость вентиляционной сети;

–регулирование – распределение потоков воздуха по добычным единицам;

–ПЛА – наличие в системе вариантов работы системы при действии плана ликвидации аварии.

Указанные принципы в связи с отсутствием нормативно-технической базы должны реализовываться в виде обоснования безопасности опасного производственного объекта в соответствии с [6].

Таким образом, реализация принципов автоматизации технологических процессов проветривания и добычи для нефтяных шахт позволит удовлетворять требованиям обеих отраслей с оптимальными технико-экономическими параметрами.

Список литературы

1.Термошахтная разработка нефтяных месторождений / Ю.П. Коноплев, В.Ф. Буслаев, З.Х. Ягубов, Н.Д. Цхадая. – М., 2006. – 288 с.

2.Тюнькин Б.А, Коноплев Ю.П. Опыт подземной разработки нефтяных месторождений и основные направления развития термошахтного способа добычи нефти. – М., 1996. – 158 с.

3.Правила безопасности при разработке нефтяных месторождений шахтных способом // Госгортехнадзор. Постановление. – 1986. – № 8. – 226 с.

4.Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых»: Приказ Ростехнадзора от 11.12.2013 № 599. Доступ через справ.-правовую систему КонсультантПлюс.

5.Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт / Министерство угольной промышленности СССР. – Макеевка-Донбасс, 1989. – 320 с.

6.Общие требования к обоснованию безопасности опасного производственного объекта: ФНП в области промышленной безопасности от 15.07.2013 № 306. Доступ через справ.-правовую систему КонсультантПлюс.

318