CC BY
33
К 70-летию КАФЕДРЫ «АЭРОЛОГИЯ И ОХРАНА ТРУДА»
С
овершенствование буровой техники и технологического оборудования позволило увеличить глубину добычных скважин при разработке пластов каменной соли методом подземного растворения (выщелачивания) до 2000-2500 м. В настоящее время при глубине скважин от 1300 до 2500 м разрабатываются пласты каменной соли Усольской свиты Ангаро-Ленского бассейна. Это Зиминский, Братский рассолопромыслы и Усолье-Сибирский комбинат “Сибсоль”. Изменение горногеологических условий, вызванное увеличеснием глубины разработок, показало повышенную аварийность рабочих скважин и увеличение времени простоев, что негативно отражается на технико-экономичнских показателях горных предпритий. Исследование причин аварийности рабочих скважин на примерах Зимин-ского рассолопромысла и комбината “Сибсоль” показали, что часть аварийных ситуаций вызвана газовыде-лениями на скважинах, разрабатывающих Усольскую свиту [1].
На стадии геологоразведочных работ Зиминского месторождения пробы керна Усольской свиты показали в образцах соляной породы повышенное содержание газов, представленных в виде пузырьков газа и газовых скоплений, и в условиях разработки газоносной породы метод подземного растворения рассматривался как наиболее благоприятный, поскольку предполагалось, что освободившийся газ будет равстворяться в рассоле и вместе с рассолом поступать на дневную поверхность по скважине [2].
Однако эксплуатация скважин рассолопромыслов Зиминского,
Усольского и Братского месторождений показали другие результаты, чем предполагалось ранее. Большое количество скопившегося в скважине и самой камере газа осложняет работу скважин. Газ не только выделяется вместе с рассолом, а также отмечаются порционные выделения сухого газа с нерастворителем, переливы газонасыщенного рассола из устья скважины, выделение газовых потоков и фонтанирования газонасыщенного рассола, требующие остановки скважины и времени на ее дегазацию. Сначала дегазация скважин объяснялась скоплением газов, выделяющихся из рассола при выходе на дневную поверхность в условиях атмосферного давления. Однако случаи крупных выделений сухого газа, сопровождающиеся шумом и треском в стволе скважины, а также случаи внезапных выбросов газонасыщенного рассола и растворителя (техно-ло-гических реагентов) свидетельствуют о поступлении в подземную выработку больших объемов газа из растворяемого породного массива. Таким образом, разработка пластов камерной соли Усоль-ской свиты методом подземного растворения (выщелачивания) осложнена проявлением газодинамических явлений и внезапных выбросов на скважинах.
Проблема снижения аварийности рабочих скважин требует последовательного изучения газодинамических явлений и внезапных выбросов рассолов и газа на скважинах подземного растворения и связана с необходимостью разработки пластов каменной соли Усольской свиты, поскольку общий объем геологических запасов каменной соли Усольской свиты по Иркутскому амфитеатру составляет 75 % и содержит 9 промышленных пластов
мощностью от 10 до 140 м [3,4]. Кроме этого, действующим рассоло-промыслам Зиминского, Усольского и Братского месторождений, разрабатывающих пласты Усольской свиты необходимо обеспечить рентабельность работы скважин. Другой стороной необходимости проведения исследований газодинамических явлений на скважинах подземного выщелачивания является вопрос экологии горно-добывающих районов, поскольку случаи крупных выбросов технологических реагентов на земную поверхность и даже переливы через скважины отравляют флору и земной зимнфхшитерхшстакжеі нанежв ные водоемы и водоносные горизонты.
В связи с вышеизложенным, целью настоящей статьи является ознакомление читателей с газодинамическими явлениями и внезапными выбросами на скважинах подземного выщелачивания и освещение некоторых результатов исследований.
В качестве примеров внезапных выбросов и их последствий приведем характерные случаи для рассолопро-мыслов. На скважине 14 в Усолье-Сибирском с глубины 1300 м наблюдалось выделение газового потока, который потребовал остановки скважины на 12 суток. На скв. 6 Зимин-ского рассолопромысла при глубине разработки 1710 м наблюдался выброс в виде фонтана газонасыщенной смеси рассола и нерастворителя. В результате выброса скважина вышла из строя. На скважинах 1-8 Зиминского рассолопромысла при глубине 16001790 м наблюдалось периодическое увеличение давления на линии подачи нерастворителя, а также выделение через устье скважины газонасыщенного рассола и нерастворителя. В этих случаях время дегазации скважин составило от 2 часов до 3 суток. На скв. 4 с глубины 1700-1720 м наблюдалось выделение сухого газа и нераствори-теля, что потребовало остановки работы скважины до 7 суток.
На Зиминском рассолопромысле, где отмечается обильное выделение газов на всех 8-ми рабочих скважинах, отбирались пробы рассола для определения состава выделяемого газа. Пробы отбирались с поверхности из устья скважины, а также дистанционно из объема камеры и из скважины в интервалах глубины.
Рис. 1. Гидролокаторная съемка камеры на скв. № 6 после выброса рассола и газа
Результаты хроматографического анализа, проведенного лабораторией изучения газовых систем ВСНИИГГ и МСА показали, что газ по составу близок к нефтяному: СО2, О2, СН4, С2Н6, С3Н8, Н2, N2, Аг, Не. Основным компонентом газа в пробе является азот при содержании от 73 до 89 % с присутствием кислорода от 0,4 до 21,32 % со средним показателем 8-10 % в пробе и 0,3 % содержания остальных газов. По результатам анализа проб, отобранных из дегазирующих скважин 1-8 на Зиминском рассоло-промысле отмечается изменение процентного содержания О2 в зависимости от глубины отбора пробы. Так, например, до глубины 1637 м содержание кислорода в пробе не превышало 4,84 %. Ниже глубины 1665 м характерно повышенное содержание кислорода от 9 до 21,32 %, и при отборе проб на скважине 7 на глубине 2460 м содержание кислорода резко уменьшается до 0,4-0,5 %. Поверхностные и глубинные пробы рассола отмечают присутствие метана от 0,3 до 6 %, причем независимо от глубины отбора. Содержание водорода в пробе составляет от 0,008 до 3,5 %. Таковы основные показатели составляющих компонентов газа дегазирующих рабочих скважин.
Хроматографический анализ газо-носыщенного рассола, пробы которого были отобраны на момент проявления внезапного выброса показал иные результаты. Так, например, на скважине 6 резко возросло содержание метана до 51,7 %, тогда как в рабочем состоянии скважины, содержание СН4 в пробе не превышало 6 %. На скважине 7 с глубины 2460 м при внезапном выбросе рассолов соотношение метана в пробе составило 62,16-65,58 %, кроме того возросло содержание водорода до 19,4- 24,3 %, а содержание азота уменьшилось до 6,94 %. На контрольной скважине 8-а при выбросе на поверхность рассола анализ пробы показал: 33,2 % - Н2;
12,25 % - метана и уменьшение содержания азота до 42,11 %. На 12-ой скважине во время газовыделения зафиксировано 79,87 % - Н2 и повышение азота до 1,01 % при соотношении 11,86 % - О2 и 6,28 % - СН4. На 4-ой скважине при глубине 1660 м, когда наблюдалось выделение сухого газа через устье скважины, в пробе рассола отмечалось присутствие О2 от
18,79 до 20,08 % [5].
Перераспределение процентного соотношения газов в пробах рассола в случаях внезапных выбросов относительно проб, отобранных до и после выброса, говорит о вскрытии участков соляной породы, содержащих свободные газы, в данных случаях по объему выделенного газа представленные СН4 и Н2. Вскрытие характерных выбросоопасных очагов или участков подтверждается гидролокаторной съемкой, проведенной на скважине 6 после внезапного выброса в виде фонтана смеси газонасыщенного рассола и нерастворителя, и представлено на рис. 1. Форма полости после выброса напоминает линзу с размером диаметра 27 м, при вскрытии которой под большим давлением в выработку поступило большое количество соли и газа, что и явилось причиной выброса на земную поверхность через скважину.
Пониженная прочность, повышенная трещиноватость, характеризующие газоносную соляную породу, а также неустойчивость боковых пород и кровли выработки предполагают проявление газодинамических явлений внутри формируемой выработки. Практически на всех скважинах при растворении в камерах наблюдаются обрушения кусков соли с потолочины и стенок емкости, зависание и обрушение подработанных пропластков несоляной породы с последующим вывалообразованием каменной соли, неравномерное растворение стенок выработки вследствии вскрытия и быстрого растворения газосодержащих участков соли. Все это приводит к по-
вышению потерь полезного ископаемого, поскольку обрушенные куски соли, попадая на дно камеры в зону тяжелых рассолов уже не растворяются, а неравномерное растворение стенок камеры приводит к обрушению зависающих участков соли и недоработке запасов проектного контура.
В результате проведенного анализа разработки газоносных и выбросоопасных пластов каменной соли Усольской свиты методом подземного выщелачивания при использовании управ-ляемых способов растворения с помощью жидкого нерастворителя были выделены основные проблемы, определяемые:
1. Увеличением потерь полезного ископаемого и технологического реагента - нерастворителя, использемого в управлении формой подземной выработки;
2. Неустойчивостью подземной камеры и возможной недоработкой запасов в размерах проектного контура;
3. Повышенной аварийностью рабочих скважин и увеличением времени простоев по причине газодинамических явлений и внезапных выбросов;
4. Ухудшением экологии горнодобывающего района вследствие утечек технологических реагентов на земную поверхность.
Повышение эффективности разработки газоносных и выбросоопасных пластов каменной соли в условиях глубокого залегания возможно при совершенствовании технологии подземного растворения, направленного на:
1. исключение нерастворителя из процесса формообразования подземной камеры;
2. формирование выработки округлой формы (рационального формообразования), что в свою очередь повысит устойчивость подземной камеры, сократит обрушение боковых пород и пород кровли, а также сократит потери нефтепродуктов, используемых в управляемых способах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Айруни А.Т., Смайльс Н.Ю. Развитие теории создания высоко-эффетивных технологий предотвращения интенсивных газопылепро-явлений для обеспечения комплексного безопасного освоения месторождений твердых полезных ископаемых // ИПКОН РАН, отчет 1998г.
2. Дополнение к характеристике продуктивной толщи и горногеологических условий разработки Зиминского месторождения пластов каменной соли // Фонды ПГО “ВостСибнефтегеология” (Вос-тСибНИИГТ и СМ). - Иркутск: 1985 г.
3. Привалова. Л.А., Антипова А.С., Савицкая В.Н. Соляные месторождения и солепроявления европейской части СССР и Кавказа //Труды ВНИИСоль, Л., Недра, вып. 13/21. 1968.
4. Материалы по геологии и гидрогеологии районов соленакоп-ления. - Л: Госхимиздат, ВНИИГ, вып. ХХХУ, 1959 г. с. 170-210.
5. Смайльс Н.Ю. Разработка способа беспослойного растворения газоносных пластов каменной соли // Дисс. канд. техн. наук. - М., 1991.
Смайльс Н.Ю. кандидат технических наук, научный со|рудник Инсшта проблем комплексною освоения недр РАН.
