Современное производство битума. Технологии и оборудование

В многочисленных экспериментах, меняя те или иные характеристики среды, Сухарев добивался направленного структурирования геля. В результате он получал спирали с разными свойствами и различного диаметра, от видимых под электронным микроскопом до наблюдаемых невооруженным глазом (рис. 12.11.) [21].

Рис. 12.11. Спиральные (а) и концентрические (б) узоры волн в химической реакции Белоусова-Жаботинского и спиральные системы [6] в оксигидратных гелях (в, г) [21]

На огромном экспериментальном материале этот исследователь установил даже зависимость шага спирали от pH среды. В гелях, синтезированных в щелочной среде (pH = 10,15), шаг спирали меньше, чем в кислой, что находит свое объяснение в фундаментальных свойствах коллоидов [21]. Сухарев подчеркивает фрактальность спиралевидных структур в оксигидратных гелях: спираль состоит из более мелких спиралей, которые, в свою очередь, сложены еще более мелкими спиралевидными частицами. Это свойство структурообразующих компонентов в оксигидратных гелях перекликается с отмеченными в предыдущем разделе элементами самоподобия и в изучаемых спиралях. Волновой характер эволюционных процессов пока что наиболее изучен в оксигидратных гелях [21].

Однако не обнаружено подобных исследований в области органических гелей, но открытые Сухаревым нелинейные системы скорее всего могут характеризовать не только оксигидратные, но и любые другие гели, в том числе и органические [21]. Спирали в каустобиолитах – это запечатленные на страницах геологической летописи диссипативные пространственно- временные структуры, эволюционировавшие в далеком прошлом в процессе структурообразования органических гелей. Не исключено, что такие структурные неоднородности геля ответственны за появление глазковых образований при расколе каустобиолитов. Они же обусловливают морфологически сходный излом «при отрывании кусков вара или полутвердой смолы», на который указывают Жемчужников и Гинзбург [21].

Парагенетическая связь глазков с системами трещин никак не противоречит предлагаемой генетической модели. Дело в том, что трещины образуются не только при тектонических напряжениях. Они возникают и по причине синерезиса – самопроизвольного уменьшения объема геля при его старении. Поскольку морфологические особенности глазков зависят от свойств геля, в котором они рождаются, то изучение этих неоднородностей, включая морфологические характеристики, сулит получение новых знаний об условиях формирования каустобиолитов [21].

Основные технологии разработки природных битумов и тяжелых нефтей

Есть многие методы разработки залежей тяжелых нефтей и природных битумов, отличаться чем технологический и экономический характеристиками. Пригодность той или иной методов разработки обусловлено геологическим постройкой и требованиями залегания пластов, физико-химическими признаками пластового флюида, состоянием и запасами углеводородного сырья, климатогеографическими факторами. Относительно их можно подразделить на трех группах [1]:

– карьерный и шахтный методы разработки;
– «холодные» методы добычи;
– тепловые технологии добычи.

При карьерной технологии разработки (рис. 1) открытым методом добывают насыщенную битумную породу. Вероятно, использование этого метода ограничивается глубиной залегания пластов до 50 метров. В этом методе разработки капитальные и эксплуатационные затраты на месторождении небольшие, потом извлечения породы следует организовать вспомогательные работы по получению из неё углеводородов, гарантирует высокий коэффициент нефтеотдачи: от 65 до 85% [1].

Шахтная производства могут быть в двух моделях: очистная шахтная – с подъемом углеводородонасыщенной породы на поверхность (рис. 2) и шахтно-скважинная – с проводкой горных выработок в над пластовых породах и бурением из них кустов вертикальных и наклонных скважин на продуктивный пласт для сбора нефти уже в горных выработках.

Очистной-шахтный технология применяется до глубин 200 метров, но имеет более высокий коэффициент нефтеотдачи (до 45%) по сравнении со скважинными технологиями. Большой объем проходки по пустым породам уменьшается рентабельности метода, который в данный момент экономически эффективен только при наличии в породе (кроме углеводородов) ещё и редких металлов [1].

Рис. 1. Карьерная разработка [1]:

1 – лопата; 2 – бульдозер; 3 – самосвал; 4 – экскаватор; 5 – приемный бункер; 6 – питатель; 7 – грохот; 8 – щековая дробилка; 9 – конвейер; 10 – транспортировочный жёлоб; 11 – молотковая дробилка; 12 – грохот; 13 – погрузчик

Рис. 2. Схема разработки шахтным способом

В разработке шахтно-скважинный технология используется на более значимых глубинах (до 400 м.), но имеет низкий показатель нефтеотдачи и требуется большого количества бурения работ по пустым породам. Для повышения темпов добычи тяжелых нефтей и природных битумов и обеспечения полноты выработки запасов в шахтно-скважинном способе разработки используют паротепловое воздействие на пласт. Термо-шахтный технология используется на глубинах до 800 м, имеет высокий показатель нефтеизвлечения (до 50%), но более сложенным будет в управлении, сравнение с шахтный и шахтно-скважинный методами. Больше всего распространённым примером шахтно- скважинной разработки залежей тяжелых нефтей является разработка Ярегского месторождения [1].

Более продвинутым технологиям является «холодным» добычи тяжелой нефти, прежде всего, может быть отнесен метод «CHOPS», который предполагает добычу нефти вместе с песком за счет разрушения слабосцементированного коллектора и создания в пласте условий для течения смеси нефти и песка. Использование метода CHOPS не требует больших инвестиционных средств на обустройство и обеспечивает незначительное эксплуатационные расходов, но показатель нефтеотдачи не превышает 10%. Технология не используется для добычи битумов и месторождений с подошвенной водой [1].

Кроме того среди распространённом методов «холодных» добычи тяжелых нефтей и битумов с применением растворителей есть так называемый VAPEX технология (рис. 3) – закачивается растворитель в пласт в режиме гравитационного дренажа. Это технология воздействия предполагает применение пары горизонтальных скважин. С помощью закачки растворителя в верхнюю из них, формируется камера- растворитель (углеводородные растворители, а также этан или пропан). Нефть разжижается с помощью диффузии в нее растворителя и стекает по границам камеры к добывающей скважине под воздействием гравитационных сил. Процент извлечения нефти этим технология доходит до 60%, однако темпы добычи чрезвычайно низки [1].