автореферат диссертации по истории, специальность ВАК РФ 07.00.10
диссертация на тему: История, современное состояние и перспективы добычи мальт и природных битумов в Волго-Камском регионе

Полный текст автореферата диссертации по теме "История, современное состояние и перспективы добычи мальт и природных битумов в Волго-Камском регионе"

стл; ^' На правах рукописи

С с= со

БАКИРОВ ДАНИ ЯР ЛЯБИПОВИЧ

ИСТОРИЯ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ДОБЫЧИ МАЛЬТ И ПРИРОДНЫХ БИТУМОВ В ВОЛГО - КАМСКОМ РЕГИОНЕ

07.00.10 - История науки и техники

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа - 1997

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Мовсумзаде Э.М..

доктор технических наук,

профессор

Агзамов Ф.А.

доктор технических наук, профессор Хабибуллин P.P.

кандидат технических наук, Кутьин Ю.А.

Ведущая организация:

Региональный научно-технологический центр ВНИИнефть по добыче природных битумов и высоковязких нефтей Урало-Поволжья (РНТЦ ВНИИнефть)

Защита состоится " 23 " октября 1997 г. в 17.00 на заседании диссертационного совета Д 063.09.01 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, д. 1, ауд. 357.

С работой можно ознакомится в библиотеке УГНТУ Автореферат разослан " 22 " сентября 1997 г.

Ученый секретарь диссертацион! к.х.н., профессор

ого совета,

Сыркин A.M.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На пороге нового тысячелетия остро стоит проблема изыскания альтернативных нефти источников сырья. Одним из наиболее перспективных заменителей нефти являются ее дериваты - мальты (тяжелая нефть) и природные битумы. Исследования, проведенные в последние годы показали, что запасы и ресурсы этих ископаемых соизмеримы с ресурсами нефтей; характеризуются содержанием (часто в промышленных концентрациях) различных металлов (V, № и т.д.) и других ценных компонентов (дитрикарбоновые кислоты, ароматические кислоты, их эфиры, сульфиды, сульфоксиды и т.д.), а так же серы, что позволяет их рассматривать как многопрофильное комплексное сырье; сами битуми-носные породы (без извлечения углеводородной части) могут использоваться в качестве сырья для дорожного и промышленного строительства.

Наряду с этим отсутствует совокупная информация из различных источников (геологических, физико-химических, по групповому составу, содержанию металлов и др.), которая необходима для построения классификаций нафтидов н нафтоидов (от нефтяных газов до высших классов битумов) для расширения поисково-разведочных работ, выбора способа разработки мальт и природных битумов, и особенно - в выборе схемы их комплексной переработки.

Актуальной является в настоящее время проблема исследования исторического развития способов добычи и переработки, поскольку ранние исследования проводились согласно известной идеологии, а по сему некоторые цифры, факты, и что особенно важно, судьбы людей представлены в субъективно-идеологическом свете. Кроме того, отсутствуют работы в которых изучался бы вопрос о способе добычи и использовании мальт и природных битумов на территории Волго-Камского региона в древние времена и в современную эпоху до первого сведения о "казанской черной нефти".

Хотя однозначно можно сказать, что мальты и природные битумы

послужили основой для возникновения всех сфер человеческой деятельности, связанной с нефтью, тем не менее, следует признать, что на сегодняшний день весьма актуальна проблема изыскания достаточно эффективных, и главное экологически безопасных, технических средств и технологий разработки этих ископаемых.

Самые большие в России ресурсы мальт и природных битумов сосредоточены на территории Волго-Камского региона, главным образом в Татарстане. Поэтому исследования истории освоения ресурсов мальт и природных битумов, современного состояния проблемы эффективной их добычи и перспектив вовлечения в активную разработку, связанного с этим регионом, представляют несомненный интерес.

Цель работы. На основе детального изучения архивных материалов, публикаций, документов обосновать возможность применения знаний и опыта прошлых лет добычи и переработки мальт и природных битумов на территории Волго-Камского региона в современных условиях и определить перспективы развития способов их освоения.

Научная новизна. Систематизированы существующие классификации нафтидов и нафтоидов, выявлены их достоинства и недостатки. Установлен приоритет российской науки в создании генетической классификации битумов, признаваемый в настоящее время большинством ученых. Уточнены некоторые термины, которыми именовались мальты и природные битумы на протяжении последних 250 лет.

На основе историко-архивных материалов, с использованием методов исторического анализа, систематизированы современные представления о технике и технологии освоения залежей мальт и природных битумов на территории Волго-Камского региона.

Практическая значимость работы. Материалы представленные в диссертации по геологии, физико-химическим свойствам, групповому составу, содержанию металлов, обеспеченности ресурсами, методам диагностики мальт и природных битумов могут послужить информационным ис-

точником для решения практических задач в геологии, добыче и комплексной переработке мальт и природных битумов.

Шахтно-термоскважшшая технология, предложенная автором на основе изучений истории освоения мальт и природных битумов, рекомендуется для разработки залежей этих ресурсов на территории Волго-Камского региона. Подобную технологию возможно осуществить для решения ряда других проблем, в частности для очистки почв от нефтепродуктов.

Карта мест поверхностных нефтебитумопроявлений может служить еще одним поисковым критерием археологических исследований в Волго-Камском регионе.

Основные выводы исследований, приведенные в диссертационной работе, включены в программу научно-технических и опытно-промышленных работ опытно-экспериментальным нефтегазодобывающим управлением (ОЭ.НГДУ) "Татнефтебитум" на 1998 г и долгосрочного развития на период до 2010 г.

Апробация работы. По материалам диссертации были представлены сообщения на IX Всероссийской конференции по химическим реактивам (Уфа - Краснодар, 1996); "Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность" - II Всероссийская научно-техническая конференция (Уфа, 1996); конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 1995, 1996)

Основное содержание диссертации опубликовано в б печатных работах, в том числе в одной обзорной статье.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка архивных фондов, литературы (222 наименования) и приложений. Основная часть работы изложена на 180 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц и 26 рисунков.

Первая глава включает обзор литературы по истории учета и классификации пафтидов, классификации залежей мальт и природных биту-

мов, особенностей мирового их распределения, в том числе на территории Волго-Уральской провинции.

Вторая глава охватывает материалы, посвященные исследованию исторического развития добычи и переработки мальт и природных битумов на территории Волго-Камского региона.

В третьей главе дан обзор современного состояния проблемы добычи и переработки мальт и природных битумов на крупнейших месторождениях мира.

В четвертой главе приведен анализ существующих способов и перспектив вовлечения в разработку ресурсов мальт и природных битумов Волго-Камского региона.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава. В настоящее время в литературе под термином "мальта" и "природный битум" понимается чрезвычайно пестрая номенклатура полезных ископаемых. Следует сразу оговориться, что в работе под этими терминами принята классификация, предложенная комиссией ученых СНГ на Международной конференции "Нефть и битумы", прошедшей в г. Казани в 1994 г. (табл. 1).

Для того чтобы применить методы исторического анализа для обработки фактического материала, необходимо уточнить термины, которыми руководствовались в тот или иной исторический период. Поэтому проанализированы 17-ть ранее предложенных классификаций, которые встречались за последние 250 лет. Выделены две большие группы нафтидов. Первая основана на логико-гносеологическом принципе построения: по физико-химическим свойствам с элементами генетического ряда; генетические классификации нафтидов и нафтоидов, границы которых диагностируются физико-химическими параметрами принятыми в геохимической науке; практические классификации нафтидов для решения задач в геологии, добыче и переработке, которые дифференцированы по легко определяемым

в промысловых условиях показателям. Вторая - с применением современных математических методов (автоматическая классификация).

Таблица 1

Практическая классификация нафтидов

Нафтиды Коксуемость,% (вес.) Плотность, 1 Содержание кг/мл ! масел, % (вес.) 1 Содержание смол и асфадьтенов, % (вес.)

Нефти < 8... 12 <910...980 >65 <35

Мальты 12...20 970...1030 35...65 25...60

Природные битумы >20...25 >1000...1030 <25...30 >65...75

Основоположником современной генетической классификации нафтидов следует признать взгляды М.В. Ломоносова (1759 г.), а не Ле Сажа (1777 г.), как было принято считать ранее. М.В. Ломоносов впервые, наряду с углями и горючими сланцами, выделял нефть, смолу, т.е. мальту, и асфальт (класс природных битумов). Кроме того, общеизвестно, что он впервые в мировой науке заложил четкую концепцию классификации нафтидов, строящуюся на данных об их образовании (биогенная теория) и преобразовании (концепция миграции нефти).

Анализ указанных 17-ти классификаций показал, что при наличии их достоинств и недостатков остались не дифференцированными большая группа нафтидов - пиронафтоиды (класс антраксолитов и др.) и тектопаф-тоидов (озокериты, гильсониты, вурцилиты, альбертиты и др.), т.е. не выявлена четкая концепция нафтоидогенеза. Хотя нафтоиды имеют сугубо локальное значение и в практическом смысле малоперспективные ископаемые, однако, понимание линий битумогенеза имеют фундаментальную роль в процессе познания генезиса углеводородов.

В работе сделан первый шаг к построению практической классификации нафтидов для решения задач в геологии, добыче, комплексной переработке и получения товарных продуктов. С этой целью представлены геологические характеристики залежей мальт и природных битумов, их физико-химические свойства и групповой состав, содержание некоторых

металлов, технологии извлечения, а также ряд зарубежных и отечественных оценок ресурсов этих ископаемых.

Вторая глава. В связи с поставленной целью настоящей работы систематизированы современные представления о технике и технологии добычи мальт и природных битумов на территории Волго-Камского региона. В качестве критериев выбраны: уровень добычи мальт и природных битумов, объем переработки битуминосных пород и развитие способов их добычи. Комплекс этих факторов, на наш взгляд, наиболее полно освещают историю развития технологии добычи этих ископаемых. Указанные критерии исключают субъективно - идеологический подход, присущий ранним исследованиям. Исходя из этих положений выделено четыре этапа (рис. 1).

I этап (ямная добыча) - от древних времен до первого упоминания о потреблении "казанской черной нефти". К сожалению, не сохранились или пока не обнаружены следы, свидетельствующие о том, когда и в каких местах впервые началось использование мальт, природных битумов и вмещающих их пород человеком для своих нужд. По нашему мнению, они могли применятся уже в древние времена. Наше предположение вытекает из следующих соображений. Если сопоставить карту мест поверхностных проявлений эт[1х нафтидов (рис. 2) с картой археологических памятников эпохи камня, бронзы и железа, то обнаружиться их совпадение. Особенно четко это выражено на примере эпохи бронзы (конец IV... начало I тыс. до н. э.). Наше предположение было подтверждено археологами, обнаружившими в период 1994...1996 гг. останки этой эпохи в Зай-Чишминском районе, где издавна были известны проявления мальт.

Первый этап заканчивается первым сведением о "казанской черной нефти" (1637 г.), т.е. мальты, в росписи Пушкарского приказа о пушечных запасах. В ней говорится, что "в приходе за этот год 43 пуда 35 гривенок с полугривенкого..." (0,7 т). Если принять эту величину за максимальную

Добыча и переработка мальт и природных битумов в Волго-Камском регионе

а)

в)

16 16 16 16 17 17 17 17 17 17 1S 18 18 13 13 19 19 19 19 19 13 37 55 73 91 C927 45 63S199 17 35 53 71 89Cn2543SL7997

---► Т. год

g2C0 >3X0

10Х)

■I КО о

II этап

Ш этап

16 16 16 16 17 17 17 17 17 17 17 17 17 18 18 18 13 18 13 18 18 19 53 65 77 93 С? 14 26 38 53 62 74 86 93 10 22 3J '17 59 71 83 95 07

!V этап

19 19 19 19 55 61 79 91

Г)

•Т. год

= 16X0 <14000-гюзэ-юга-

9X0" 6X0'

«пи

ZX0

о

III этап

IV этап

1S 18 18 18 18 18 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 й>717? 83 89 95 &07 131Э25313Г7 43 49 5561 67 73 79

♦Т. год

а) - ямная добыча (I этап);

б) - ямная добыча (II, III, IV этапы);

в) - шахтная добыча и переработка битуминосных пород;

г) - скважшшая добыча и переработка мальт и природных

битумов (Шугуровский нефтебитумный завод).

Рис.1

Места поверхностных проявлений мальт и природных битумов на территории Татарстана и прилегающих районов

1 - Сюкеевское; 2 - Фиков-Колокское; 3 - Сарабикуловское; 4 -Нижне-Кармальское; 5 - Шугуровское; б - Сугушлинское; 7 - Петропавловское; 8 - Улеминское; 9 - Кичуйское; 10 - Алексеевское; 11 - Старо-Семенкинское; 12 - Байтуганское; 13 - Сергиевское

Рис. 2

ежегодную добычу за весь первый этап, то гипотетический уровень добычи можно представить, как показано на рис. 1 а. Конечно, указанная в этом документе мальта не является предельной годовой добычей, а только та. которую доставили в Петербург.

Для того чтобы обосновать диаграмму первого этапа была изучена всеобщая история региона. Установлено, что на территории Татарстана и смежных районов издавна существовали весьма высокоразвитые по тем временам государства, например, общеизвестная Волжская Булгария. Сохранившиеся останки этого государства находятся на левобережье р. Волга, именно в том месте, где по другую сторону реки просматривались (до строительства Куйбышевского водохранилища) на 11 км битумопроявле-

ни я Сюкеевского взвоза. Мальты, асфальты, а также вмещающие их породы, могли использовать в хозяйственно-бытовых и лечебных целях, а также при строительстве и в военном деле.

Что касается технологии добычи, то эти ископаемые добывали в незначительных количествах ямным способом; диаметр ям составлял 0,5... 3,0 м (в зависимости от поверхности обнажения битуминосных пород). Как показывают поздние описания поверхностных проявлений, ямы не крепились никакими материалами. Отбирали выплывшую на поверхность мальту, или асфальт с помощью деревянных черпалок (ковшей). Собирали в небольшие деревянные бочки и отправляли гужевым транспортом в места их потребления и торговли. Периодичность отбора зависела от времени года и составляла, примерно, от одного раза в несколько дней до недель.

II этап - ямная добыча и полукустарная рудничиая разработка (1637 г - начало 1860-х годов). До периода правления Петра I здесь мальты и природные битумы добывали также ямным способом. В середине XVIII в. в районе с. Сюкеево возник полукустарный промысел по ломке "иудейской смолы" (асфальтит) и их выварке в котлах. К сожалению, точная дата и описание применяемого оборудования не сохранились. Кроме того, тяжелую нефть добывали ямным способом на двух рудниках графа С.П. Ягужинского (база предприятия находилась в г. Бугульме). Третьим предприятием был известный завод старшины Н. Уразметова, который начал, но не смог достроить земляные амбары для сбора выплывшей на поверхность мальты. На данном этапе поиск и разведка залежей нефти и битумов проводились не целенаправленно в силу объективных условий, складывающихся в общем процессе развития производства и экономики России.

III этап - рудничная (шахтно-очистная) добыча (начало 1860-х ... середина 1940-х годов). На протяжении около 80 лет на территории Татарстана всеми компаниями, товариществами, частными лицами и трестами нефтеразведки были заложены и (или) пробурены 44 скважины с целью поиска, разведки и добычи нефти ударно-штанговым (канатным) и враща-

тельным (роторным) способами (табл. 2). Суммарный объем проходки по этим скважинам составил более 2500 м. Хотя промышленного притока нефти получить не удалось, однако эти скважины дали богатейший материал для познания геологии мальт и битумов.

В то же время работы бугульминского помещика Я.Н. Малакиенко (1862...1863 гг.) и отставного майора В.В. Глинского (1870...1887 гг.) по выработке приповерхностных залежей мальт и битумов, показали принципиальную возможность рудничной (шахтной) разработки и получения нефтепродуктов. Я.Н. Малакиенко проводил впервые в регионе успешную добычу асфальта шахтным гадерейным способом. Время не сохранило каких-либо сведений о технической оснащенности нефтешахты и перегонной установки, однако, известно, что помещику удалось добыть около 32 т асфальта и 0,8 т мальты, из которой на своем перегонном заводе он получил осветительный керосин. -

Сначала компанией "Траузе и К0" (1879...1884 гг.), а затем "Товариществом Сызранско-Печорских асфальтовых заводов" (1881 г.) в районе селений Сюкеево и Шугур были построены современные по тем временам заводы по шахтной добыче и получению гудрона из битуминосных пород (карбонатных и терригенных) с ежегодным производством гудрона более 100 т каждая.

Сюкеевский асфальтовый завод был оснащен передовым по тому времени технологическим оборудованием. Например, на заводе имелось оборудование (экстрактор, отгонный куб и холодильники), позволявшее извлекать битум не только из карбонатов, но и из терригенных пород.

В качестве породоразрушающего инструмента в шугуровских штоль нях служил прототип современных лопастных долот, позднее были внедрены электрические отбойные молотки. Порода транспортировалась (тачки, вагонетки) на устье шахты, где измельчалась с помощью кувалд (позднее металлической дробилкой). Извлечение битума из пород осуществлялось, в основном, вываркой в больших котлах. Шугуровский завод

Таблица 2

Бурение скважин различного назначения на пермские битумы и мальту

Исполнитель Год бурения Кол-во СКВ Объем проходки м/скв. Конструкция скважины Способ углубления Цель работ

Ш ЭТАП

Бугульминский помещик Я.Н.Малакиенко 1864 2 27; 74, 7 без крепления ударный Добыча нефти

Американский предприниматель Ласло Ф. Шандор 18741877 3 353; 204;43 D,= 178,0 мм D,= 139,7 мм ударно-вращат.; высота вышки 19 м То же

Английская компания "Казан Ойл Филдс Лнмнтед" ^ 19111914 3 97; 55; 65,5 ll/д н/д

"Товарищество М.С.Демнп" ("Демин и К°") 19131914 3 ?;?;> 160,6 То же То же

Управление Волжских нефтеразведок (нач. П.С.Обуховскин) 19201922 заложено 13 скв.№ 10 250 -»- ударный; станок системы Нобеля

Улеминская нефтеразведка (трест "Восток нефть") 1931 2 н/д не обсаженные вращательный (станок "Крелиус")

То же 1932 2 27-47 То же То же _11 _

Трест "Татгеологоразведка" 1942 13 27-47 _" ~ Добыча малым

! V ЭТАП

б.ГЮ'Тач нефть" (АО"Татисфть"), Геолого-ноисковая контора с 1970 снец.>1820 нопут>2410 >580 тыс >1,0 млн различная вращательный Геол.исследования Опытло-промышл. н промышл. разр.

несколько раз реконструировался; годовой объем производства битума в 1937 г. составил 2400 т, что равно 45% от общего объема производства нефтепродуктов из природных битумов в стране.

Помимо того, на территории современного Татарстана были сделаны попытки рудничной разработки и переработки битуминосных муромским купцом Смольяниновым (1868 г.), американским предпринимателем Л.Ф. Шандором (1874... 1877 гг.), вологодским мещанином Брагиным (1887 г.), бельгийским акционерным обществом "Броун и

К0" (1878...1880 гг.), английской компанией "Казан Ойл филдс лимитед" (I9I3...1917 гг.), но из-за ограниченности финансовых средств, технико-технологического несовершенства применяемого оборудования и появления искусственных битумов они просуществовали не долгое время. В течение III этапа было добыто рудничным способом и переработано (битуминосных пород) более 45 тыс. т битума. Тем самым была показана целесообразность нефтешахтной разработки залежей мальт и природных битумов.

IV этап - термоскважинная добыча (с середины 1940-х годов). Внимание исследователей к битумной теме, с которой начиналась вся мировая история нефтяного дела, с бурным развитием нефтяной промышленности резко снизилось.

Экспериментальные и опытно-промышленные работы были начаты лишь с 1970 г. По данным Р.Х. Муслимова, за год бурится около 140 специальных скважин, в 120 попутных отбирается керн и в 60 проводится геофизические исследования, апробируется около 10 скважин, проводится более 55 тыс. лабораторных анализов. Вместе с тем, надо заметить, слабо изучена восточная половина Закамья Татарстана; северные и северо-западные, менее перспективные земли.

В начале 80-х годов институтом ТатНИПИнефть проведено технико-экономическое обоснование карьерной и термошахтной разработок некоторых залежей мальт и природных битумов. Практической реализации они не получили в первую очередь с точки зрения экологической их неотрабо-

танности. В дальнейшем основное усилие было направлено, к сожалению, лишь на опробование термоскважинных систем разработки. В результате, на сегодняшний день, эти технологии не могут быть рекомендованы для широкомасштабных промышленных работ (по той же причине). За эти годы (с 1970 г.) с опытных участков добыто около 120 тыс. т тяжелой нефти.

Третья глава. По данным Института Энергетики США широкомасштабное освоение тяжелых нефтей и природных битумов в мире начнется к 2010 г., а к 2075 г. будут покрывать на 70% общее потребление нефтепродуктов.

В настоящее время, не смотря на многочисленность существующих систем извлечения мальт и битумов, которые предопределяют схемы их переработки, в основном они сводятся к карьерному, шахтно-очистному, термошахтному и термоскважинному способам. Рассмотрена история их становления и развития. Показаны положительные и отрицательные стороны каждого способа извлечения углеводородов и, связанных с этим методов переработки.

На основе анализа проводимых в мире проектов по извлечению мальт и битумов обобщены и несколько уточнены геолого-промысловые показатели, выявленные И.М. Акишевым, И.М. Климушиным и др., определяющие целесообразность применения тех или иных способов.

Мировая тенденция такова, что при разработке залежей мальт предпочтение отдается термоскважинным технологиям, несмотря на более низкую нефтеотдачу (Ю...35%). Этому служит несколько причин: во-первых, скважинные способы являются более или менее отработанной технологией, применяемой при разработке месторождений высоковязких нефтей (ВВН); во-вторых, они менее энергоемкие но сравнению с карьерными и шахтными способами; в-третьих, считается, что скважинные системы разработки менее экологически опасны, с чем нельзя полностью согласится.

В целом, следует заметить, что, несмотря на довольно высокую себестоимость получаемой синтетической нефти, разработка залежей мальт и природных битумов позволяет обеспечить энергетическую независимость государств, на территории которых производится их добыча.

Четвертая глава. Анализ геолого-промысловых показателей по залежам и месторождениям (около 500) Волго-Камского региона показал, что выделяются следующие их особенности: значительная рассредоточенность в нефтебитуминосной зоне; средние глубины залегания - 100...250 м; размеры - 2...6 км2; запасы, в основном, малые и средние - 1 ...5 млн. т; биту-монасыщенность - 5...8% (вес.). Этими факторами, в основном, определяется выбор способа разработки ресурсов мальт и природных битумов.

Наибольшую перспективу для разработки ресурсов мальт и битумов Волго-Камского региона представляют шахтные способы. Карьеры губительно сказываются на естественном рельефе местности, а термоскважин-ные системы для большинства объектов (более 50...70%) не эффективны или просто неприменимы в силу физико-химических свойств битумов. В свою очередь, с одной стороны, шахтно-очистная система не так пагубно влияет на окружающую среду (если приемлемы по геолого-гидрогеологическим условиям), обладая всеми преимуществами карьерной добычи. С другой стороны, в отличие от скважин, пробуренных с поверхности, непосредственный доступ к продуктивному пласту позволяет произвести высокоэффективную их разработку очистными способами, обеспечивая практически полное извлечение углеводородов из пород независимо от специфики битумов. Применение термошахтных методов также позволит за счет эффективного применения различных систем теплового воздействия на пласт, путем бурения многочисленных нагнетательных и добывающих скважин небольшой глубины и различного направления, обеспечить высокие коэффициенты (до 0,6) извлечения углеводородов. Кроме того, неф-тешахтное производство было достаточно хорошо отработано в ряде реги-

и

онов и, в частности,-на Шугуровском месторождении.

Однако широкое применение нефтешахтной добычи в Волго-Кам-ском регионе ограничивается рядом факторов, а именно: относительно небольшими запасами объектов; малой эффективностью пластов и содержания в них битума; низкой плотностью размещения залежей, что ограничивает масштабы работ на одном объекте; осложненными гидрогеологическими условиями, вследствие наличия поверхностных сточных и напорных пластовых вод по разрезу; необходимостью проведения мер по охране окружающей среды и человека; большими первоначальными капитальными вложениями, которые необходимо произвести задолго до получения продукции.

С учетом вышеназванных особенностей (малые размеры (2...6 км2) и глубины (100...250 м) и др.) и перечисленных ограничивающих факторов применения нефтешахт, предлагается шахтно-термоскважинная технология, заключающаяся в сооружении шахтного ствола, из которого в зоне продуктивного пласта разбуривается система горизонтальных и (или) по-логовосходящих скважин в любом радиальном направлении. В настоящее время для осуществления этой технологии можно использовать оборудование горнорудной промышленности и геолого-поисковой практики.

Недостаток данной технологии так же, как и скважинной и термошахтной, - не позволяет разрабатывать неподвижные, нетекучие разности нафтидов, которые в природе встречаются реже и могут добываться лишь рудничными способами (шахтно-очистной, карьерный).

При шахтно-термоскважинном способе, в отличие от скважинного, не происходит загрязнение и разогрев вышележащих водоносных горизонтов, из-за нарушения герметичности заколонного пространства под действием постоянных или переменных высоких температур; не значительно воздействие на воздушный бассейн (расход воздуха на добычу 1 т битума методом площадного внутрипластового горения (ВГ) составляет, по данным ОЭ НГДУ "Татнефтебитум", около 5 тыс. м3). Двухгоризонтная

термошахтная система разработки (Ярегское месторождение) также неприменима с этой точки зрения, поскольку нагнетание пара с надпластово-го горизонта через многочисленные нагнетательные скважины приводит к перетокам газов, свободной минерализованной воды, самой нефти. Это подчеркивает актуальность проблемы крепления паронагнетательных скважин (ПНС).

Данной технологией можно разрабатывать залежи или их части, расположенные в санитарно-защитных зонах населенных пунктов, охранных зонах родников, колодцев, рек и озер, доразработать выработанные месторождения нефти.

Шахтно-скважинный метод можно использовать для подземной прокладки трубопроводов, высоковольтных кабелей и других целей в экологически охраняемых зонах, под водными бассейнами, пересеченными местностями, авто - и железных дорог, городской коммуникации и т.д.

В разработанном ранее технико-экономическом обосновании, на примере акционерного общества "Уфимский нефтеперерабатывающий завод", была показана целесообразность шахтно-термоскважинной очистки грунтов от нефтепродуктов на нефтеперерабатывающих предприятиях.

В дальнейшем должны быть разработаны новые технологии шахтной добычи нефти и битумов, которые позволили бы исключить постоянное присутствие обслуживающего персонала под землей.

Основными тепловыми методами в настоящее время являются ВГ и нагнетание перегретого пара, причем, наибольшее предпочтение отдается последнему методу.

Анализ литературных данных результатов опытно-промышленных работ по разработке ВВН, мальт и битумов с тепловым воздействием на пласт позволил сформулировать ряд технических и технологических вопросов, которые необходимо решать в первую очередь.

Одна из актуальных задач связана с негерметичностью нагнетательных скважин при длительном и циклическом воздействии высоких темпе-

ратур. Случаи потери герметичности наблюдались уже после нескольких циклов теплового воздействия.

Анализ условий работы крепи в таких скважинах показал, что наиболее слабым звеном является тампонажный камень, поэтому к тампонаж-ным материалам, по нашему мнению, должно быть предъявлено основное требование - твердение при обычных условиях и работа при повышенных температурах. Кроме того, цементный камень должен обладать повышенной термоусталостью, минимальным линейным расширением, повышенной пластичностью, удовлетворительной седиментационной устойчивостью, долговечностью в коррозионных средах.

В наибольшей степени к указанным выше требованиям для ПНС могут удовлетворять композиционные вяжущие, включающие компоненты, обеспечивающие твердение при нормальных температурах и компоненты, предотвращающие развитие термической коррозии при повышенных температурах.

Анализ выпускаемых промышленностью материалов из отходов промышленных производств показал, что в качестве сырьевых компонентов могут быть использованы бесклинкерные вяжущие (БКВ), выпускаемые под торговой маркой БКВ-150 и представляющие собой смесь запечной пыли и доменного шлака. В качестве компонента, обеспечивающего твердение камня при нормальных температурах, предложено использовать портландцемент.

Экспериментально установлено, что тампонажный состав из портландцемента, БКВ-150 и молотого песка обладает повышенной термоуста-лостыо на 20...55% по сравнению с цементом типа ЦТПН, предложенным для этих целей институтом ВНИИКРнефть, и может представлять перспективу для крепления ПНС.

Перспективы производства нефтепродуктов из мальт и природных битумов. Все существующие на сегодняшний день долгосрочные прогнозы в ТЭК России исходят из того, что к 2010 г. будет создана целесообраз-

ная законодательно-правовая и ценовая основа, стимулирующая рост развития производства в указанной сфере экономики страны.

Перспективы ввода в активную разработку ресурсов мальт и природных битумов в Волго-Камском регионе определяются следующими факторами: объемом добычи нефти; эффективностью технологий и технических средств; рентабельностью разработки, определяемой стратегией освоения (вид и количество конечного продукта), себестоимостью и конъюнктурой рынка; экологической безопасностью процессов извлечения и переработки; результатами поиска нефти в нетрадиционных объектах (рифей-вендские отложения и породы кристаллического фундамента).

На примере Татарстана проанализирован основной показатель - объем добычи нефти по АО Татнефть с начала ее промышленной добычи и по 1995 г. (рис.3).

По данным Р.Г. Галеева, И.Н. Диярова, Р.Н. Дияшева необходимый объем потреблен™ нефтепродуктов в республики (3,8 млн. чел.) должен составлять в настоящее время 8,5..Л 1,5 млн. т. Можно предположить, что объем добычи на этом уровне (примем 10 млн. т) будет удовлетворять не только В1гутренние ее потребности, но и разумный экспорт.

Прогнозировать дальнейшее падение добычи нефти, целесообразно применяя математические методы обработки фактического материала, которые включают нахождение выборочных средних и дисперсий, параметров эмпирических зависимостей, определения доверительных интервалов. Кроме того, полученные результаты необходимо представлять в графическом виде. Такие возможности реализованы в специализированном пакете для обработки статистических данных "ЙТАТОНАРШСЗ 3.0".

Результаты обработки данных показали, что если не будут предприняты меры по увеличению нефтеизвлечения, то в 2007 г. объем добычи нефти снизится до принятых 10 млн. т. Дальнейшее падение добычи необходимо будет компенсировать ресурсами тяжелых нефтей и природных битумов, а к 2040 г. эти ископаемые будут вносить до 80% всей добычи.

Добыча нефти по АО Татнефть

Рис. 3

К 2010...2015 гг. доля трудноизвлекаемых запасов нефти в республике составит не менее 95% (в настоящее время более 80%) и, соответственно, себестоимость добычи такой нефти будет намного выше, чем она стоит сегодня. Намерение нефтяников Татарстана на стабилизацию объема добычи нефти на уровне 25 млн. т/год, по-видимому, приведет к тому, что принятый 10 млн. рубеж достигнет только к 2010...2015 гг. Пожалуй, не позже второго десятилетия следующего века залежи мальт и природных битумов начнут разрабатывать с целью компенсации необходимого объема нефтепродуктов. В нашем понимании, это около 2 млн. т/год. К 30-м годам XXI в., извлекаемая из битуминосных пород синтетическая нефть будет обеспечивать до 30...40% общего объема потребности республики в углеводородном сырье.

Высокий уровень издержек при добыче мальт и битумов любыми системами разработки не позволяет пока конкурировать с добычей нефти в республике. Это в свою очередь требует, на основе сырьевых качеств этих нафтидов и вмещающих их пород, получать не только нефть, но и другие сырьевые продукты с учетом конъюнктуры рынка.

Следует так же учитывать, что перспективы разработки залежей мальт и природных битумов будут зависеть от результатов поиска нефти и газа в породах кристаллического фундамента. В частности, возвращаясь к Татарстану, большие надежды возлагаются на обнаружение углеводородов при проводке сверхглубокой параметрической скважины № 20009, с проектной глубиной 7000 м. Кроме того, ряд геологов весьма оптимистично оценивают возможности поиска нефти в нетрадиционных объектах - осадочных рифей-вендских отложениях. Возможно, со временем будут обнаружены углеводороды в указанных отложешшх, может быть и под фундаментом, однако весь вопрос заключается в сроках открытия и стоимости добычи этой нефти.

Основными способами разработки залежей мальт будут высокоперспективные геотермические способы: шахтные системы - для глубин до 150...300 м, свыше этой величины - скважинные системы. Для высших классов нафтидов перспективны шахтно-очистные системы разработки.

ВЫВОДЫ

1. Проанализированы и систематизированы существующие классификации нафтидов и нафтоидов (по физико-химическим свойствам, основанные на генетических принципах построения и практические для решения задач в геологии, добыче и переработке).

2. Обобщены характерные особенности залегания скоплений мальт и битумов, данные по геологии, физико-химическим свойствам, групповому составу, содержанию некоторых металлов, способам разработки и ресурсам.

3. На примере наиболее перспективного региона систематизирована история битумного дела по технологическим критериям, что позволило: впервые обосновать возможность применения мальт и битумов в древние времена и в современную эпоху до первого сведения о "казанской черной нефти". Установлено, что на территории современного Татарстана в конце

XIX в. весьма успешно производилась рудничная разработка залежей природных битумов, которая в сочетании с тепловыми методами разработки, появившихся в 1960-х годах, показывает широкую возможность для рентабельного освоения этих ресурсов в следующем столетии.

4. Обобщены геолого-промысловые показатели, определяющие выбор способа разработки мальт и природных битумов. Выявлено, что превалирующим способом их извлечения следует ожидать геотермические системы разработки: шахтные и скважинные.

5. С учетом выявленных особенностей скоплений мальт и природных битумов на территории Волго-Камского региона разработаны основные положения шахтно-термоскважинной технологии добычи, принципиально отличающейся от двухгоризонтной меньшим воздействием на естественное состояние недр, в том числе питьевые водоносные горизонты.

6. Обобщены технические и технологические проблемы, препятствующие промышленному внедрению термических методов. Предложенная шахтно-термоскважинная технология извлечения мальт, с применением разработанного тампонажного материала, позволит повысить экономическую эффективность и экологическую безопасность за счет снижения пе-ретокоз энергоносителя из ПНС в заколонное пространство.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Бакиров Д.Л., Агзамов Ф.А. Роль природных битумов в России. // IX Всероссийская конференция по химическим реактивам "Реактив-96": Тез. докл. - Уфа: ГИНТЛ "Реактив", 1996. - С. 138.

2. Бакиров Д.Л., Агзамов Ф.А. Сравнительный анализ факторов, влияющих на выбор способа освоения природных битумов. И Материалы ХХХХУН научн-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Том 1. -Уфа:УГНТУ, 1996.-С. 90...91.

3. Бакиров Д.Л. Истоки зарождения нефтедобычи на территории

Урало-Поволжья. I! IX Всероссийская конференция по химическим реактивам "Реактив-96": Тез. докл. - Уфа: ГИНТЛ "Реактив", 1996. - С. 139... 140.

4. Бакиров Д.Л., Кузнецова A.B. Вопросы выбора схемы переработки природных битумов. // Материалы XXXXVII научн-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Том 1. - Уфа: УТНТУ, 1996. - С. 91 ...92.

5. Мовсумзаде Э.М., Бакиров Д.Л. О классификации и скоплениях битумов. П Башкирский химический журнал. - Уфа: Изд-во "Реактив", -1996. - Том 3, № 5-6, - С. 13...23.

6. Кузнецова A.B., Бакиров Д.Л. Освоение месторождений ВВН и ПБ - как возможный вариант решения энергопроблемы. П Материалы II Всероссийской научн-техн. конф. "Техническая диагностика, промышленная и экологическая безопасность". - Уфа: УТНТУ, 1996. -с.181.

Соискатель

Д.Л. Бакиров

Подписано к печати « 19 » 09 1997 г. Формат бумаги 60 х 90 /16. Бумага писчая. Печать плоская. Печ. листов 1,0. Тираж 100. Заказ 618 . Ротапринт-УГНТУ. Адрес издательства: 450062, Уфа, ул. Космонавтов, 1.