Современное производство битума. Технологии и оборудование

Два образца Садкинского асфальтита из геологического музея Оренбургского государственного университета (ОГУ) были проанализированы в лаборатории физических методов исследования кафедры геологии ОГУ методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермическим атомизатором на содержание благородных металлов (БМ), в том числе платиноидов, по методике количественного анализа, разработанной во ВСЕГЕИ (2006), которая предусматривает определение металлов платиновой группы (МПГ) и золота. Также определялось содержание ванадия, никеля и кобальта в этих же образцах (аналитик Пономарева Г. А.) [16].

В связи с тем, что изучаемые образцы содержат углеродистое вещество (УВ), применялась специальная дополнительная операция окисления УВ, позволяющая в ряде случаев определять с платиной, палладием, золотом и серебро. УВ, как известно, обладает особо высокими адсорбционными свойствами как для МПГ, так и для золота и серебра [16].

В результате проведенных исследований асфальтита, были получены следующие данные (приведены средние значения): Au— 5 мг/т, Ag – 5,343 г/т, Pd – 3 мг/т, V – 98,50 г/т, Co – 0,81 г/т, Ni – 15,39 г/т. Из полученных данных следует, что Pd явно преобладает над Pt, хотя нефти практически всех месторождений Оренбургской области по данным, имеют, как правило, платиновую специализацию, а содержания Ag гораздо выше, чем Au, что, в общем-то, согласуется с данными по месторождениям нефти платформенной части Оренбургской области [16].

Суммируя все выше сказанное, следует отметить, что особая геохимическая обстановка, создавшаяся на Садкинском месторождении, обязана существованию тектонической трещины и накоплению в ней углеводородов нефтяного ряда, а металлы, возможно, сорбируются вмещающимися породами из газов, нефти и битумов на небольшую глубину в зоне осветления пород.

Самой поразительной особенностью Садкинского месторождения асфальтита является обнаружение в шлифах приповерхностных пород, вмещающих жилу асфальтита, обломков «эффузивов» и вулканического стекла в количестве 20—30% [16].

Стекла обнаружены в керне скважины №10, пробуренной примерно в 50 м от жилы асфальтита на глубине 38 м от поверхности (кутулукская свита – 40 м, мало-Кинельская – 90 м). Как следует из описания шлифов (на примере шлифа №1), исследуемый образец – «песчаник мелкозернистый с железисто-глинистым и кальцитово-глинистым цементом. Минералогический состав: кварц – 10%, полевой шпат – 10%, обломки эффузивов и вулканического стекла – 30%, мусковит, биотит, хлорит – 5%, обломки карбонатов менее 1%. Цемент: гидроокислы железа – 5%, глинистое вещество – 30%, кальцит – 5%, углистое вещество – 5%, глауконит – единичные зерна».

При описании шлифа №3 (глубина 45 м) также указывается на наличие «обломков кремней и эффузивов в количестве 20%» [16].

Рис. 3. Образец №1. Садкинское месторождение, карьер. Известняк с малахитом, азуритом и купритом по трещинке: [16]

1 – медные минералы на поверхности образца (серое); 2 – то же по трещине

Так представляется механизм появления в породе обломков эффузивов и вулканического стекла [16]: в начальную стадию образования трещины к поверхности шли разогретые газы, у поверхности произошел взрыв; захваченные потоком газа глинистые частицы при поверхностных породах сплавились и образовали стекла, которые выпали вместе с привнесенным газом «эффузивным» веществом недр в водную среду.

Можно было бы отнести такой взгляд к нереальному, но в 2012 г. при просмотре проб песчано-гравийной смеси (ПГС) из аллювиальных террасовых отложений реки Урал (около г. Оренбурга) Овчинниковым В. В. были обнаружены стекла (естественный керамзит) в пробах ПГС №1, 2, 4, 8, 9, отобранных по скважинам шнекового бурения с глубин 2—7 м от поверхности земли, пробуренным по залежам песчано-гравийно-галечной смеси, во фракции 10—20 мм в виде идеально круглых (шарообразных) и некруглых включений, а так же в виде обломка, с сохранившейся боковой поверхностью [16].

Керамзит представляет собой ячеистое стекло со сплошной коричневой поверхностью и внешне мало отличим от техногенного керамзита из неизвестковых аптских глин раннемелового возраста, получаемого путем обжига во вращающейся печи при температуре порядка 1000 oС (рис. 4) [16].

Рис. 4. Образцы керамзита [16]:

1 – природный керамзит (№3) из террасовых отложений р. Урал

(Чернореченско-Павловское месторождение ПГС); 2 – техногенный керамзит

Плотность обнаруженного керамзита, как правило, меньше единицы, но есть невспучившиеся включения размером 2—3 мм с плотностью больше единицы, выделенные из песчаных фракций ПГС. Отличия выявленного естественного керамзита заключаются в следующем [16]:

– Белая известковая пленка на поверхности и пелитоморфный кальцитовый цемент песчанистого наполнителя части гранул, а также включения пелитоморфного известняка размером 1—2 мм в ячейках гранул;

– Меньший размер гранул против обычного размера техногенного керамзита;

– Наличие наполнителя внутри некоторых гранул и на их боковой поверхности кремнисто-халцедоновых песчинок размером до 5 мм (кремни и яшмы разных красивых оттенков).

Чернореченско-Павловское месторождение ПГС находится в пределах горного отвода Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения (ОНГКМ). Выявленный «керамзит» свидетельствует о том, что в недавнее прошлое время поверхности Земли достигали разогретые до 1000o С (негорящие) газовые струи с небольших глубин. Захваченные газом частицы вспучивающихся глин (вероятно известковистая глина акчагыльский ярус (N2ак)) проталкивались в ПГС, влага из которой должна была предварительно испариться. Начавшийся процесс выброса газа прекратился самопроизвольно [16].

С абсолютной долей вероятности можно предположить, что обнаруженный керамзит есть результат длительного пожара на газоразведочной скважине бывшего объединения «Оренбурггеология». Аварийная скважина находилась не далее 8—10 км на юго-восток от месторождения ПГС. Другой вариант – истечение разогретого до 1000 oС газа из пластов ОНГКМ абсурден [16].

Описанный пример образования стекол в ПГС террасовых отложений реки свидетельствует в пользу правильности объяснения природы появления стекол в приповерхностных водноосадочных породах Садкинского месторождения асфальтита. Заполнение образовавшейся полости (трещины), по нашему мнению, происходило послевзрывным веществом, возможно разогретыми углеводородами, с больших глубин, которые содержали и известные мантийные элементы, и уран. Осадочные вмещающие породы могли обогащаться при этом металлами за счет углеводородов лишь в приконтактовой зоне жилы [16].

Время образования Садкинского месторождения асфальтита самое позднее – пермское, позднетатарское. Основанием для такого утверждения служит наличие «эффузивов» и вулканических стекол в позднетатарских (малокинельских) отложениях, лежавших в то время вблизи поверхности земли.

Таким образом, своеобразие геохимической обстановки Садкинского месторождения комплексного сырья обусловлено следующими факторами [16]:

– Приуроченность месторождения к тектонической трещине, осложняющей практически горизонтально лежащие водно-осадочные (лагунные и др.) отложения позднетатарского-кунгурского времени;

– Присутствие аномально высоких содержаний следующих, возможно мантийных элементов – V, Ni, Mo, Со, Mg, Cu, Ag, U в асфальтитах, а также наличие медной минерализации во вмещающих породах;

– Обнаружение обломков «эффузивов» и вулканического стекла в шлифах приповерхностных пород, вмещающих жилу асфальтита.

Строение битумной залежи и характеристика коллекторов глинисто-песчаной толщи Больше-Каменского месторождения природных битумов

Природные битумы (ПБ) пермских отложений Республики Татарстан (РТ) по своим физико-химическим свойствам и составу значительно отличаются от «традиционных» нефтей карбона и девона и является в разной степени окисленными, гипергенно преобразованными высоковязкими нефтями жидкой, полужидкой и твердой консистенции (с вязкостью около 600—440 тыс. мПа·с) с высоким содержанием помимо углеводородной основы, серы – 3,7—7%, масел – 5,8—88%, смол – 8,7—57%, асфальтенов – 3,3—61% [7].

Татарстан занимает ведущее место в России по степени изученности и количеству запасов природных битумов, которые составляют более 55% запасов и ресурсов всей Волго-Уральской провинции. Так, по мнению ряда исследователей, общие запасы и ресурсы природных битумов в Республике Татарстан составляют от 2—7 млрд. т до 21 млрд. т, разработка которых может внести существенный вклад в объем добычи нефти, в производство нефтепродуктов и расширение их ассортимента [7].

На сегодняшний день в Республике Татарстан выявлено более 450 скоплений природных битумов. Все они связаны с продуктивными отложениями пермского возраста, залегающими на глубинах до 300—400 м и представленными терригенными и карбонатными отложениями – это породы-коллекторы казанского, уфимского ярусов верхней перми и сакмарского яруса нижней перми [7].

Наиболее исследованными районами Республики Татарстан являются территории западного склона Южно-Татарского свода и восточного борта Мелекесской впадины (рис. 1) [7].

К Основным объектам по степени разведанности и количеству запасов относятся залежи природных битумов в отложениях уфимского и казанского ярусов верхнепермского возраста (рис. 2) [7].

Пермские природных битумов на территории Республики Татарстан залегают в виде локальных скоплений, что объясняет неоднородность и замещение коллекторов непроницаемыми породами, а также влияние ряда факторов (в оснавном генетического характера). Битуминозность пермских отложений была обеспечена за счет вертикального движения нефти из каменноугольных пород, представляющих собой основные источники поступления углеводородов в верхние горизонты разреза, что подтверждается совпадением в плане пермских битуминозных ареалов с зонами концентрации залежей нефти в карбоне [7].

Больше-Каменское месторождение является месторождением природных битумов (с неправильной, вытянутой в северо-западном направлении формой), промышленные запасы, которого приурочены к глинисто-песчаной толще шешминской свиты верхней перми, в которой битумный продуктивный пласт образует 2-а линзовидных тела пластово-сводового типа. При этом Эффективная толщина битумного пласта находится в пределах 3—21,3 м, что составляет в среднем 14,6 м. Эффективные толщины находятся в обратной корреляционной зависимости от глубины залегания кровли глинисто-песчаной толщи, т.е. увеличиваются с уменьшением глубины залегания (рис. 3) [7].

В разрезе глинисто-песчаной толщи встречаются песчаники с редкими маломощными прослоями и линзами алевролитов и глин. Эти Песчаники известковистые, реже глинистые, серые, буровато- и темно-серые, темно-коричневые, зеленовато-черные, черные мелко- и тонкозернистые косо- и волнисто-слоистые в различной степени битумо-насыщенные. Отдельные разности включают иногда обугленные растительные остатки. Песчаники состоят преимущественно из обломков кремнистых и эффузивных пород, но встречаются в определимых количествах кварц и полевой шпат, а также пироксен, пирит, амфибол, магнетит, сфен. Причем рыхлые породы преобладают, а существенно реже встречаются крепко сцементированные разности [7].

Рис. 1. Карта размещения месторождений (залежей) природных битумов Республики Татарстан [7]

Рис. 2. Распределение ресурсов и запасов природных битумов по стратиграфическим комплексам и степени изученности, %

Рис. 3. Зависимость эффективных толщин битумного пласта от глубины залегания его кровли

Гранулометрический состав песчаников содержит преимущественно фракцию 0,25—0,1 мм (рис. 4): ее содержание в породе изменяется в диапазоне 57,5—80,7%, а в отдельных случаях снижается до 44% [7].

Рис. 4. Гранулометрический состав песчаников битумного пласта

Наблюдается шрокое колебание коллекторских свойств пород: пористости пород от 2,4 до 44,5% (в среднем 31,5%), карбонатности от 0,6 до 30,1% (в среднем 6,7%), минералогической плотности от 2,3 до 3,3% (в среднем 2,7%), битумонасыщенности от 0,1 до 14,9% (в среднем 7,8% масс. или 45,5% объема). А в продуктивном пласте намечается улучшение значений свойств пород: средней пористости – 36,2%, средней карбонатности – 3,6%, средней плотности – 2,7%, средней битумонасыщенности – 9,4% [7].

Коллекторские свойства пород глинисто-песчаной толщи корреляционно взаимосвязаны. А эти связи между свойствами устанавливались в логарифмических значениях, исходя из логнормального распределения параметров. Так, существует хорошая прямая корреляционная зависимость (коэффициент корреляции 0,5352) между пористостью и проницаемостью по газу (параллельной) (рис. 5), а также четкая обратная зависимость между карбонатностью и пористостью (коэффициент корреляции = – 0,7659) (рис. 6).

Рис.5. Статистическая зависимость значений открытой пористости и проницаемости по газу параллельной напластованию

Рис. 6. Статистическая зависимость значений карбонатности и открытой пористости

Наиболее тесная положительная корреляционная связь является установленноая связь пары пористость – массовая битумонасыщенность (с коэффициентом корреляции 0.75087). Такая корреляционная связь обусловлена приуроченностью концентрации битумов к проницаемым и высокопористым породам (рис. 7) [7].

Рис. 7. Статистическая зависимость значений битумонасыщенности и открытой пористости

По степени битумонасыщенности выделяются песчаники сильно битумонасыщенные состоящие из более 7 вес. % битума, средне битумонасыщенных – 3—7% и слабо битумонасыщенных – менее 3%. В целом на Больше-Каменском месторождении породы, содержащие более 4,5% битумов составляют большей части (76%) разреза глинисто-песчаной толщи [7].

Доля сильно битумонасыщенных песчаников в разрезе составляют 60%, средние битумонасыщенных —17%, слабо битумонасыщенных —23% (рис. 8). Средне и в особенности слабо насыщенные пород характерны селективной пропиткой битумом, обусловившей образование грубо слоистых, полосчатых, пятнистых, пятнисто-полосчатых, линзовидных, вкрапленных и другого вида текстур [7].

Корреляционный анализ с использованием набора статистических значений открытой пористости, битумонасыщенности массовой и карбонатности позволил определить кондиции продуктивных пород [7].