Система проветривания уклонного блока нефтешаты
Владельцы патента RU 2642893:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский Федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук (ПФИЦ УрО РАН) (RU)
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для экономичного проветривания уклонных блоков на месторождениях высоковязкой нефти и природного битума, разрабатываемых термошахтным способом. Технический результат заключается в снижении энергозатрат на проветривание уклонного блока нефтешахты за счет снижения энергопотерь на разогрев продуктивного нефтяного пласта. Система проветривания уклонного блока нефтешахты, включающая датчики расхода воздуха и температуры, связанные с микропроцессорным блоком, воздухоподающую и воздуховыдающую выработки с воздушными тамбурами, а также источник перегретого пара, снабжена тепловым насосом, включающим змеевик-конденсатор, расположенный в канале конденсатора воздухоподающей выработки, также змеевик-испаритель, размещенный в канале испарителя воздуховыдающей выработки. Указанные змеевики соединены с компрессором, перекачивающим теплоноситель, и с управляемым дросселем, а вентиляционные окна обоих каналов снабжены управляемыми жалюзи. Микропроцессорный блок выполнен с возможностью управления расходом перегретого пара, поступающего в продуктивный нефтяной пласт, режимом работы теплового насоса и объемным расходом воздуха, поступающим в уклонный блок в зависимости от показаний датчика расхода воздуха, размещенного в воздухоподающей выработке по ходу потока воздуха, а также датчиков температуры воздуха, расположенных в воздуховыдающей выработке и буровой галерее. 4 ил.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для экономичного проветривания уклонных блоков на месторождениях высоковязкой нефти и природного битума, подземная добыча которых производится шахтным способом с тепловыми методами воздействия на пласт (термошахтный способ).
В нефтешахтах применяется термошахтный способ добычи высоковязкой нефти, при котором в нефтяной пласт закачивается перегретый пар. В результате этого вязкость нефти снижается и нефть выдается из добывающих скважин, расположенных в буровой галерее уклонного блока. Проблема заключается в том, что от стен буровой галереи излучается тепло (температура воздуха в буровой галерее может достигать 70°C). Нагретый воздух выдается в исходящие выработки нефтешахты. Вследствие этого в данных выработках нарушается санитарно-гигиенические условия труда горнорабочих.
В случае, если охлаждать воздух, поступающий в буровую галерею, температура воздуха в ней будет снижаться, что приведет к снижению температуры пласта и соответственно к снижению эффективности нагрева нефти и перерасходу пара, т.е. к увеличению энергопотерь на разогрев продуктивного нефтяного пласта. При этом охлаждение воздуха, исходящего из буровой галереи, будет нецелесообразным с экономической точки зрения.
Известна система проветривания уклонного блока нефтешахты, в которой воздух, поступающий в уклонный блок и нагретый в буровой галерее, удаляется по вентиляционной скважине на поверхность за счет действия естественной тяги (тепловой депрессии) и работы вентилятора (дефлектора). Прохождению нагретого воздуха в исходящие выработки препятствует воздушный тамбур с перемычками (Николаев А.В., Файнбург Г.З. Об энерго- и ресурсосберегающем проветривании подземных горных выработок нефтешахт // Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2015. №14. С. 92-98 http://vestnik.pstu.ru/qeo/archives/?id=&folder_id=4397).
Недостаток известной системы заключается в том, что вследствие установки воздушного тамбура с перемычками исходящие выработки не проветриваются, в результате чего создается опасная ситуация для находящихся там горнорабочих.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является система проветривания нефтешахты (RU №2582145, опубл. 20.04.2016 г.), в которой одна часть воздушного потока, поступающего в уклонный блок, поступает в буровую галерею и потом удаляется по вентиляционной скважине на поверхность, а другая часть воздушного потока за счет работы вентилятора местного проветривания поступает в исходящие выработки нефтешахты.
Однако для проветривания уклонного блока требуется определенный объем воздуха, который в дальнейшем будет поступать в исходящие выработки. В известной системе объем воздуха, необходимый для проветривания, увеличивается в 2 раза, т.к. поступающий в буровую галерею воздух удаляется по вентиляционной скважине на поверхность. В том же объеме необходимо подавать его и в исходящие выработки. В этом случае в 2 раза увеличиваются затраты электроэнергии, расходуемой на проветривание уклонного блока и нефтешахты в целом.
Основной недостаток системы-прототипа заключается в том, что поступающий воздух, имеющий температуру, равную температуре горных пород (7-10°C), попадая в буровую галерею, будет охлаждать стенки горного массива буровой галереи. Это приведет к увеличению объема пара, требуемого для разогрева продуктивного нефтяного пласта, что увеличит энергопотери при его подготовке. Кроме того, на проветривание уклонного блока потребуется в 2 раза большее количество свежего воздуха, т.е. увеличатся энергозатраты на проветривание уклонного блока нефтешахты в целом.
Технический результат выражается в снижении энергозатрат на проветривание уклонного блока нефтешахты за счет снижения энергопотерь на разогрев продуктивного нефтяного пласта.
Сущность изобретения заключается в том, что система проветривания уклонного блока нефтешахты, включающая датчики расхода воздуха и температуры, связанные с микропроцессорным блоком, воздухоподающую и воздуховыдающую выработки с воздушными тамбурами, а также источник перегретого пара, согласно изобретению снабжена тепловым насосом, включающим змеевик-конденсатор, расположенный в канале конденсатора воздухоподающей выработки, также змеевик-испаритель, размещенный в канале испарителя воздуховыдающей выработки. Указанные змеевики соединены с компрессором, перекачивающим теплоноситель, и с управляемым дросселем, а вентиляционные окна обоих каналов снабжены управляемыми жалюзи.
Микропроцессорный блок выполнен с возможностью управления расходом перегретого пара, поступающего в продуктивный нефтяной пласт, режимом работы теплового насоса и объемным расходом воздуха, поступающим в уклонный блок в зависимости от показаний датчика расхода воздуха, размещенного в воздухоподающей выработке по ходу потока воздуха, а также датчиков температуры воздуха, расположенных в воздуховыдающей выработке и буровой галерее.
Заявляемая система проветривания уклонного блока нефтешахты обеспечивает снижение энергопотерь на разогрев продуктивного нефтяного пласта за счет того, что поступающий в канал конденсатора воздух, имеющий температуру 7-10°C, нагревается при протекании через змеевик-конденсатор, охлаждая в нем теплоноситель. За счет того, что в буровую галерею поступает нагретый воздух, степень охлаждения стенок продуктивного пласта будет снижаться, и для его нагрева, т.е. для подготовки нефти, содержащейся в пласте, потребуются меньшие энергозатраты.
Исходящий из буровой галереи нагретый воздух поступает в канал испарителя, где проходит через змеевик-испаритель. В змеевике-испарителе циркулирует теплоноситель, охлажденный в змеевике-конденсаторе. Исходящий из канала испарителя воздух охлаждается и подается в исходящие горные выработки.
При этом на нагрев пласта потребуется меньшее количество перегретого пара, а за счет того, что воздух, поступающий из буровой галереи, будет охлаждаться, не потребуется установка высокозатратной системы кондиционирования и/или дополнительного объема воздуха, т.е. увеличения энергозатрат на проветривание.
Микропроцессорный блок по показаниям датчиков осуществляет регулирование процесса подачи перегретого пара, режимом теплового насоса и расходом воздуха, подаваемого для проветривания уклонного блока нефтешахты.
Изобретение проиллюстрировано следующими чертежами.
На фиг. 1 показана схема уклонного блока нефтешахты с заявляемой системой проветривания, вид сверху, на фиг. 2 - канал конденсатора теплового насоса, на фиг. 3 - канал испарителя теплового насоса, фиг.4 - схема работы микропроцессорного блока.
1 - свежий воздух;
2 - воздухоподающая выработка уклонного блока;
3 - воздушный тамбур в воздухоподающей выработке 2;
4 - перемычка воздушного тамбура 3, расположенная со стороны набегающего потока воздуха;
5 - перемычка воздушного тамбура 3, расположенная со стороны исходящей струи воздуха;
6 - двери в перемычках 4, 5;
7 - канал конденсатора теплового насоса;
8 - вентиляционное окно;
9 - змеевик-конденсатор теплового насоса;
10 - нагретый воздух;
11 - буровая галерея;
12 - датчик температуры воздуха в буровой галерее 11;
13 - датчик расхода воздуха;
14 - воздуховыдающая выработка уклонного блока;
15 - воздушный тамбур в воздуховыдающей выработке 2;
16 - канал испарителя теплового насоса;
17 - змеевик-испаритель теплового насоса;
18 - регулируемый дроссель;
19 - трубопровод с теплоносителем;
20 - соединительная выработка;
21 - охлажденный воздух;
22 - датчик температуры воздуха в воздуховыдающей выработке 14;
23 - компрессор теплового насоса;
24 - глухая перемычка с дверьми;
25 - перегретый пар;
26 - исполнительное устройство подачи перегретого пара 25;
27 - управляемые жалюзи;
28 - микропроцессорный блок;
29 - регулируемая вентиляторная установка.
Процесс проветривания уклонного блока нефтешахты с помощью заявляемой системы осуществляется следующим образом.
Свежий воздух 1, нагнетаемый регулируемой вентиляторной установкой 29, по воздухоподающей выработке 2 поступает в уклонный блок. Воздухоподающая выработка 2 по ходу движения свежего воздуха 1 делится на два параллельных участка: воздушный тамбур 3, включающий перемычки 4 и 5 с дверьми 6, и канал конденсатора теплового насоса 7.
Воздушный тамбур 3 предназначен для прохода горнорабочих по воздухоподающей выработке 2. Перемычка 4 воздушного тамбура 3 расположена под тупым углом, при котором снижается аэродинамическое сопротивление набегающему потоку свежего воздуха 1, который направляется в канал конденсатора 7. Воздух 1 из конденсатора теплового насоса 7 поступает через вентиляционные окна 8 с регулируемыми жалюзи 27. В канале 7 расположен змеевик-конденсатор 9, в котором циркулирует теплоноситель, например этиленгликоль.
Поступающий в канал 7 свежий воздух 1, проходя через змеевик-конденсатор 9, нагревается сам до близкой к температуре воздуха в буровой галерее 11 и охлаждает циркулирующий в змеевике теплоноситель.
При температуре воздуха в буровой галерее 11, равной 70°C, поступающего воздуха 1 по воздухоподающей выработке 2 в требуемом для нормального режима проветривания уклонного блока - 7-11°C, теплоноситель охладится до отрицательных температур, порядка -7÷-9°C.
Нагретый в канале 7 воздух 10 поступает в буровую галерею 11. Нефтяной пласт в буровой галерее 11 принудительно нагревается перегретым паром 25 для снижения вязкости нефти. В процессе омывания нефтяного пласта буровой галереи 11 нагретым воздухом 10 количество требуемого перегретого пара 25 потребуется меньше.
Изменение температуры воздуха в буровой галереи 11 контролирует датчик температуры 12. Информация с датчика температуры 12 поступает в микроконтроллерный блок 28. Блок 28 вычисляет значение требуемой температуры воздуха в буровой галерее 11 в зависимости от расхода подаваемого воздуха в нефтяной пласт буровой галереи 11 пара и скорости движения воздуха в нем, определяемой датчиком расхода воздуха 13 в воздуховыводящей выработке 14. Информация с датчика расхода воздуха 13 поступает в микропроцессорный блок 28.
Нагретый воздух 10 поступает в воздуховыдающую выработку 14, которая по ходу движения воздуха 10 разделена на два параллельных участка: воздушный тамбур 15 и канал испарителя теплового насоса 16. В канале 16 расположен змеевик-испаритель теплового насоса 17, в который через регулируемый дроссель 18 подается охлажденный теплоноситель.
Теплоноситель передается в змеевик-испаритель 17 от змеевика-конденсатора 9 по трубопроводу 19. Проходя через змеевик-испаритель теплового насоса 17, нагретый воздух 10 охлаждается, нагревая теплоноситель в нем. Теплоноситель, нагретый в змеевике-испарителе 17, передается в змеевик-конденсатор 9 за счет работы компрессора 23 теплового насоса, на выходе которого теплоноситель нагревается до большего значения.
Охлажденный воздух 21 поступает в воздуховыдающую выработку 14 и далее в выработки нефтешахты. Температура охлажденного воздуха 21 определяется датчиком температуры 22.
В зависимости от температуры исходящего из уклонного блока, нагретого в буровой галерее 11 и канале 7 воздуха 21 исполнительным устройством 26 регулируется расход перегретого пара, подаваемого в пласт буровой галереи 11, регулируемыми жалюзи 27, т.е. режим работы компрессора 23 и дросселя 18.
Регулируемая вентиляторная установка 29 задает объем подаваемого воздуха 1.
Компрессор 23 и дроссель 18 могут располагаться в соединительной выработке 20.
Расход воздуха контролируется за счет управления жалюзи 27 в вентиляционных окнах 8.
В соединительной выработке 20 установлены две глухие перемычки с дверьми 24 с целью предотвращения утечек воздуха из воздухоподающей выработки 2 в воздуховыдающую выработку 14.
Система проветривания уклонного блока нефтешахты, включающая датчики расхода воздуха и температуры, связанные с микропроцессорным блоком, воздухоподающую и воздуховыдающую выработки с воздушными тамбурами, а также источник перегретого пара,
отличающаяся тем, что
она снабжена тепловым насосом, включающим змеевик-конденсатор, расположенный в канале конденсатора воздухоподающей выработки, также змеевик-испаритель, размещенный в канале испарителя воздуховыдающей выработки, указанные змеевики соединены с компрессором, перекачивающим теплоноситель, и с управляемым дросселем, а вентиляционные окна обоих каналов снабжены управляемыми жалюзи, причем микропроцессорный блок выполнен с возможностью управления расходом перегретого пара, поступающего в продуктивный нефтяной пласт, режимом работы теплового насоса и объемным расходом воздуха, поступающим в уклонный блок в зависимости от показаний датчика расхода воздуха, размещенного в воздухоподающей выработке по ходу потока воздуха, а также датчиков температуры воздуха, расположенных в воздуховыдающей выработке и буровой галерее.
