Введение к работе
Актуальность работы обусловлена тем, что в связи с истощением активно разрабатываемых в настоящее время традиционных месторождений нефти (рис. 1) необходимо всё большее внимание уделять развитию методов получения нефти из твердых полезных ископаемых, в первую очередь – путем освоения месторождений горючих сланцев, запасы которых составляют около 6,51013 т. В пересчете на эквивалентную нефть (условное топливо), выделяемую в стандартной реторте, запасы нефти в горючих сланцах составляют 630 млрд т, что значительно превышает мировые ресурсы жидких углеводородов – 280 млрд т.
Рис. 1. Соотношение разведанных
запасов легкой и тяжелой нефти, битума и сланцевой нефти
При добыче полезного компонента (нефти) из пластов горючих сланцев традиционными методами происходит воздействие природных и горнотехнических факторов на развитие деформационных процессов во вмещающем горном массиве, что приводит к сдвижению пород и руд и образованию провалов.
Кроме этого, применяющиеся в настоящее время на практике технологии освоения месторождений горючего сланца (открытая и подземная разработка) способствуют существенному загрязнению окружающей среды газами, пылью, сточными водами, токсичной горной массой. К тому же они не являются особо ресурсосберегающими.
Все эти факторы предопределяют необходимость и возможность разработки новых ресурсосберегающих методов освоения месторождений горючих сланцев, обеспечивающих защиту верхней части литосферы (до глубины 300 м) от последствий техногенной нагрузки. Основой таких методов будет являться перевод органической составляющей горючих сланцев по месту их залегания в литосфере в жидкую фазу (прежде всего за счет их термообработки), целенаправленное и контролируемое перемещение образуемой сланцевой нефти (на основе воздействия знакопеременного напряжения) по продуктивному пласту к эксплуатационной скважине (пробуренной с земной поверхности), т.е. полный уход от традиционных шахтных или карьерных систем разработок, от извлечения сланцевой руды на дневную поверхность (отсутствие отвалов и обрушения (опускания) земной поверхности), ее обогащения (отсутствие отсева), прямого сжигания сланцевого концентрата на ТЭС (отсутствие золоотвалов).
Вместо того, чтобы добывать горючий сланец и затем его перерабатывать в заводских условиях, на земной поверхности целесообразно обеспечить конверсию керогена (твердого органического вещества, содержащегося в минеральной матрице) в высококачественный промпродукт - жидкие углеводороды на месте залегания в пласте.
Целью работы является обоснование рационального использования минеральных ресурсов горючих сланцев.
Задачи, которые необходимо решить для достижения указанной цели:
-
Исследование геологических особенностей приповерхностных слоев литосферы, как основной компоненты, вмещающей месторождение горючих сланцев, обеспечивающих ресурсосберегающую и геоэкологически безопасную добычу ископаемого.
-
Исследование термодеструкционных свойств горючих сланцев, обеспечивающих их рациональное использование.
-
Определение и исследование геомеханических характеристик горного массива, повышающих эффективность рационального недропользования на месторождениях горючего сланца.
Идея работы заключается в использовании имеющихся закономерностей горного массива для рационального использования минеральных ресурсов месторождений горючего сланца.
Методы исследований:
– анализ научной литературы и патентов в области обоснования защиты верхнего слоя литосферы и возможностей рационального использования минеральных ресурсов месторождений горючего сланца;
– научная систематизация и группирование известных и разработанных автором возможностей геоэкологически щадящего освоения месторождений горючего сланца;
– лабораторные эксперименты.
На защиту выносятся:
-
Интенсивность воздействия на окружающую среду разработки месторождений горючих сланцев определяется их геологическими особенностями, обусловливающими технологию добычи полезного ископаемого. Минимальным геоэкологическим воздействием на окружающую среду обладают скважинные методы.
-
Освоение минеральных ресурсов горючих сланцев рационально с использованием технологии скважинной термодеструкции и выщелачивания. Интенсивность процессов определяется физико-химическими свойствами вмещающих пород и руд.
-
Рациональное использование минеральных ресурсов горючего сланца зависит от проницаемости горного массива, повышение которой основано на выявленных тенденциях её деформации с использованием возможностей знакопеременного воздействия на продуктивный пласт.
Научная новизна работы заключается в следующем:
определена взаимосвязь геологических особенностей и способов освоения месторождений горючего сланца, обусловливающих интенсивность геоэкологического воздействия на окружающую среду;
выявлены закономерности процессов термодеструкции при скважинном освоении месторождений горючего сланца;
впервые предложено использование знакопеременного воздействия на продуктивный пласт для формирования зон деформации горного массива, определяющего эффективность освоения месторождений горючего сланца.
Практическая значимость работы состоит в том, что определены оптимальные характеристики горного массива, обеспечивающие существенное повышение коэффициента получения полезного компонента, а также значения ресурсосбережении снижение геоэкологической нагрузки на окружающую среду.
Реализация результатов работы. Научные положения диссертации были использованы в курсах лекций: «Комплексное использование минерального сырья», «Управление качеством минерального сырья», «Физические и химические процессы горного и нефтегазового производства», «Геоэкология» и «Инновационные методы шахтной разработки месторождений горючего сланца», читаемых студентам на кафедре нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела в Российском университете дружбы народов, Южнорусском государственном технологическом университете и Владикавказском горно-металлургическом техникуме.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается комплексным подходом к решению задач диссертации, высокой надежностью использованных методов экспериментальных и теоретических исследований и удовлетворительной сходимостью их результатов.
Личный вклад автора. Все защищаемые результаты диссертационной работы получены лично автором или в соавторстве.
Апробация работы. Материалы исследований были доложены на научных семинарах кафедры нефтепромысловой геологии, горного и нефтегазового дела РУДН (г. Москва, 2006-2010 гг.) в Российском государственном геологоразведочном университете (г. Москва, 2008 г.) и Владикавказском горно-металлургическом техникуме (г. Владикавказ, 2004-2009 гг.), на Международной научно-технической конференции «ISTIQLOL» «Современная техника и технология горно-металлургической отрасли и пути их развития» (г. Навоий, Узбекистан, 2008, 2010 гг.), VI, VII, VIII и IX Международных конференциях «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (г. Караганда, Казахстан, 2007г.; г. Ереван, Армения, 2008 г.; г. Таллинн, Эстония, 2009 г.; г. Котону, Бенин (Африка), 2010 г.), II, III и IV Международных конференциях «Горное, нефтяное, геологическое и геоэкологическое образование в ХХI веке» (г. Кызыл-Кия, Кыргызтан, 2007г.;г. Горно-Алтайск, Россия,2008 г.; г. Алушта, Крым, 2009 г.; г. Грозный, Россия, 2010г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 учебных пособия, 1 монография, 10 статей (в том числе 6 статей в журналах, рекомендуемых ВАК РФ для специальности «Геоэкология») и 18 тезисов докладов (на международных и российских конференциях).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 159 страницах машинописного текста и включает введение, заключение, пять глав, 63 рисунка и 20 таблиц, а также библиографию из 145 наименований; каждая глава завершается выводами.
