Введение к работе
Актуальность проблемы.
Исследования в области повышения эффективности разработки нефтяных и битумных месторождений, направленные на увеличение основного показателя - конечного коэффициента нефтеизвлечения, ведутся в широких масштабах практически во всех нефтедобывающих странах мира в течении многих десятилетий. За это время предложены, исследованы в лабораторных условиях, испытаны на опытно-промышленных объектах до двух десятков новых методов воздействия на пласт, проведен значительный объем научно-исследовательских работ по повышению эффективности разработки нефтяных и битумных месторождений.
Существующие методы повышения нефтеотдачи направлены на улучшение нефтеотмывающих способностей закачиваемого в пласт рабочего агента, снижение вязкости пластовой нефти, поверхностного натяжения на границе фаз, выравнивание скоростей вытеснения нефти из неоднородных пластов и т.д. Во всех этих методах предусматривается применение скважин обычной конструкции, которая, практически не менялась со времен появления вращательного бурения.
Между тем известно, что можно бурить горизонтальные, пологонаклонные и восстающие скважины не только с поверхности земли, но и из подземных горных выработок в нефтяных шахтах. Эти скважины могут быть пробурены по очень плотной сетке и иметь большую протяженность по пласту. В связи с этим, обеспечивается высокая степень вскрытия пласта, являющаяся предпосылкой для его широкого охвата воздействием рабочего агента.
Учитывая, что стоимость бурения 1 метра таких скважин значительно ниже (в 3 - 5 раз) стоимости бурения скважин
с поверхности земли, что в шахте возможно более эффективное использование всех применяемых методов увеличения нефтеотдачи из-за высокой степени вскрытия пласта плотной сеткой скважин, представляется целесообразным для повышения эффективности разработки нефтяных залежей, в первую очередь с нефтями средней и высокой вязкости и природных битумов, применять системы дренажной шахтной разработки, ^чатгпгоститшстемы термошахтной разработки.
Однако, следует иметь ввиду, что в результате ввода в пласт значительного количества тепла изменяются термодинамические характеристики рудничного воздуха и микроклимат горных выработок, что, в свою очередь, отрицательно влияет на производительность труда находящихся в выработках людей, вызывая производственный травматизм и заболеваемость. За счет значительных потерь тепла, в ряде случаев достигающих 50 - 70 %, снижается эффективность теплового воздействия на пласт. Необходимо проведение исследовательских работ по оценке применения различных систем разработки в шахтных условиях, обоснованию их рациональных параметров с учетом безопасности и экономичности добычи нефти и природных битумов.
Совершенствованию подземного способа разработки -нефтяных и битумных месторождений и решению вопросов, связанных с нормализацией климатических условий в горных выработках, посвящены работы М.Т. Абасова, А.А. Боксер-мана, Н.К Байбакова, А.Р.Гарушева, Ю.Д.Дядькина, Ю.Г.Мамедова, О.А.Кремнева, Ю.В.Шувалова, А.Н.Щербаня, БА.Тюнькина и др. Научные основы термодинамики нефтяного пласта изложены в работах Г.Г.Вахитова, О.Л.Кузнецова, КА.Оганова, Э.М.Симкина, Э.Б.Чекалюка.
Большое внимание, уделяемое термодинамическим процессам в нефтяном пласте свидетельствует об актуальности рассматриваемых в диссертационной работе вопросов, связанных с регулированием температурного режима горных выработок.
Цель работы:
Выбор и разработка мероприятий, позволяющих нормализовать тепловой режим в условиях эксплуатации нефтяных месторождений шахтным способом с применением теплового воздействия на продуктивный пласт.
Идея работы:
Регулирование теплового режима массива и горных выработок должно обеспечиваться направленным изменением термодинамических параметров нефтяного пласта и атмосферы выработок с учетом горно-физических факторов и тепловых процессов, определяющих их тепловой режим.
Основные задачи исследования:
выявить основные определяющие факторы и установить закономерности изменения температурного поля пласта в процессе эксплуатации месторождения;
установить особенности и закономерности формирования теплового режима горных выработок с учетом основных источников тепла, разработать методику прогноза тепловых параметров рудничного воздуха в выработках добычных участков нефтяных шахт;
оценить методы и средства нормализации теплового режима горных выработок в условиях разработки нефтяных месторождений шахтным способом, дать рекомендации по их практическому использованию;
разработать рекомендации по совершенствованию систем разработки нефтяных месторождений с учетом установленных закономерностей формирования теплового и гидродинамического режима пласта.
Научная новизна:
установлены закономерности формирования неста
ционарного температурного поля нефтяного пласта и
покрывающих пород с учетом суперпозиции действия
паронагнетательных скважин, пробуренных из полевых
штреков верхнего горизонта;
*~установлены закономерности формирования термо-влажностного режима пластовых и полевых горных выработок выемочных участков с учетом выделения в них парогазового флюида.
Практическая ценность:
разработаны научно-обоснованные методики, позволяющие, с достаточной для проектных расчетов точностью определить температуру шахтного воздуха в горных выработках добычных участков;
на основе экспериментальных данных применительно к условиям нефтяных шахт разработаны методики расчета тепловыделений от раз- личных источников тепла, которые нашли свое применение в "Инструкции по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания нефтяных шахт по тепловому фактору";
разработаны рекомендации, позволяющие нормализовать тепловой режим горных выработок на основе горнотехнических и теплотехнических способов регулирования, совершенствования систем разработки нефтяных месторождений.
Основные защищаемые положения.
1. Температурное поле горного массива при паротепло-вой обработке пласта формируется как система взаимодей-
ствия квазистационарного поля греющей пластины в неограниченном объеме с динамическими локальными полями от действия греющих и охлаждающих источников с подвижными флюидами.
2. Тепловой режим выработок добычных участков
определяется тепло- и влаговыделением из окружающего
горного массива с интенсификацией процесса на участках
теплоотдачи и теплосъема и поступлением в рудничный воздух
пара из данного массива, увеличивающего энтальпию и
влагосодержание воздуха с определенной для различных
выработок интенсивностью, а также интенсифицирующего
процессы нестационарного теплообмена воздуха с массивом.
3. В результате тепло- массообмена горного массива и
других источников тепла с воздухом в выработках температура
и влажность (влагосодержание) последнего изменяются,
достигая предельных значений в наиболее напряженных по
условиям труда участках. Нормализация климатических
условий должна производиться с использованием горно
технических способов.
4. Наиболее рациональным способом нормализации
климатических условий в горных выработках нефтяных шахт
является внедрение двухъярусной системы разработки,
позволяющей с учетом трещиноватости продуктивного пласта
и направления фильтрационного потока технически и
технологически разделить зоны нагнетания и отбора.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
большим объемом многолетних экспериментальных
исследований, выполненных в условиях нефтяных шахт с
различными горно-геологическими, физическими и тепловыми
условиями;
корректностью постановок задач и использовании при
их решении методов математического моделирования;
сравнением и удовлетворительной сходимостью ре
зультатов расчетов по разработанным методикам с экспери
ментальными данными.
Личный вклад автора:
постановка задач, выбор необходимых методик и
средств—проведения—термометрических—исследований—W
тепловых съемок;
организация,научное руководство и непосредственное участие в проведении экспериментальных исследований в шахтных условиях;
разработка научно-обоснованных методик определения температуры воздуха в горных выработках добычных участков и расчета тепловыделений от различных источников тепла;
выбор способа и средств регулирования теплового режима горных выработок, разработка рекомендаций по совершенствованию систем термошахтной разработки.
Публикации.
По результатам теоретических и экспериментальных исследований автором по теме диссертации опубликовано 2 печатные работы.
Автор выражает благодарность проф. Шувалову Ю.В., сотрудникам ПЕЧОРНИПИНЕФТЬ Тюнькину Б.А., Коноплеву Ю.П., сотрудникам производственно-технического отдела НШП "Яреганефть" Герасимову И.В., Вахнину Г.И., Питиримову В.В., начальнику нефтяной шахты №3 Власенко В.И., главному инженеру нефтяной шахты №3 Маркину Н.Л., другим инженерно-техническим работникам НШП "Яреганефть", оказавшим научную и организационную помощь в проведении исследований и оформлении работы.
Объем и структура диссертации.