VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Особенностью геологического строения районов месторождений алмазосодержащих кимберлитов в Западно-Якутском регионе, препятствующей безопасному проведению горных работ, является существование метегеро-ичерского комплекса подземных рассолов с высоким содержанием сероводорода. Наличие сероводорода в пластовых водах было установлено еще при предварительном геологическом исследовании районов разработки алмазных месторождений, кроме того, в результате тех же исследований, а также по данным, полученным при промышленном освоении основных кимберлитовых трубок в Мирнинском районе (трубка «Интернациональная», трубка «Мир») было установлено, что в рассолах метегеро-ичерского комплекса содержатся также азот, метан, этан, углекислый газ, инертные газы.

Газопроявления на месторождении зафиксированы в процессе бурения скважин д е т а л ь н о й р а з в е д к и в виде разгазирования промывочной жидкости и незначительных выбросов. Данные процессы можно объяснить присутствием свободного газа в виде отдельных «карманов», микрозалежей и небольших газовых скоплений из-за высокой растворимости газа в нефти.

Отмеченные газопроявления зафиксированы в интервалах нефтенасыщенных пород и пластового силла долеритов. Длительность разгазирования промывочного раствора в 9 скважинах колебалась от нескольких минут до 4-6 дней (единичный случай 22 дня). Выбросы газа зафиксированы в 3 скважинах (№ 64, 68 и 70). По химическому составу газы, отобранные при выбросах, идентичны газам, полученным при комплексных газовых исследованиях в скважинах.

При бурении контрольно-стволовых скважин (№№ 303-305) подобных вышеописанных газопроявлений не наблюдалось. По данным испытаний скважин на стационарных режимах (измерение дебита газа, давления на устье, температуры газа на выходе) получены низкие забойные и устьевые давления (интервалы олекминской и толбачанской свит), характеризующие незначительную энергию пластов при пластовых давлениях до 157 атм.

Установлено также, что основной приток газа происходит из коллекторов толбачанской свиты (интервал 1135-1274 м), и в момент вскрытия ее пропластов, содержащих растворенные газы при высоких давлениях, возможны выбросы пластовых флюидов.

По результатам обработки испытаний, абсолютно свободный дебит скважин варьирует в пределах от 0.151 до 2.67 тыс.м³/сут, а свободный дебит скважин, т.е. практически наибольшее количество газа, которое можно получить из скважин при абсолютном давлении на устье равном 1 кг/см², в 2 раза больше, т.е. до 5.3 тыс.м³ /сут.

Следует отметить, что после окончания бурения контрольно-стволовых скважин, зафиксирован факт газирования скважины 305 с глубины 800 м. Газовыделение началось в 1988 г. (окончание бурения скважины - июнь1988 г.) и продолжается до сих пор. По-видимому, этой скважиной вскрыта тектоническая трещина, по которой газ поступает с более глубоких газонефтенасыщенных горизонтов.

В разрезе месторождения четко выделяются два типа газов: серводородно-азотно-метановые и углеродные (метановые).

Сероводородно-азотно-метановые газы приурочены к подмерзлотному метегеро-ичерскому водоносному комплексу, в котором они находятся преимущественно в растворенном в рассолах состоянии.

Содержание метана, выделяющегося из рассолов колеблется в пределах 59-65 %, а максимальное его содержание достигает 73.9% по объему. Из углеводородных газов, кроме метана, фиксируется этан, содержание которого колеблется от 0.3 до 2.2%. По данным режимных наблюдений в пробах присутствует также пропан (0.02-0.06%). Других гомологов не обнаружено. Азот присутствует в количествах от 30 до 33%. Содержание углекислого газа составляет 0.1-0.4%. Водород присутствует в отдельных пробах с содержанием до сотых долей процента. Наличие его объясняется взаимодействием сероводорода с металлом обсадных труб.

Характерной особенностью состава газов водоносного комплекса является наличие сероводорода. Содержание его колеблется от 25.0 до 136.0 мг/л и находится в прямой зависимости от содержания сульфатов.

Общая насыщенность газами рассолов составляет 2.5 м³/м³ при температуре воды 0 - (-0.5)°С. Остаточная газоносность пород не превышает 0.39 м³/м³. Газоотдача рассолов достигает 0.165 м³/м³. Из них 1% по объему приходится на сероводород, 53-74% на метан и 35-40% на азот. При снижении давления до атмосферного из рассолов комплекса выделяется около 96% от всего растворенного в них газа. В основном, это касается углеводородных газов и метана. Что касается сероводорода, то 99% его объема остается в рассоле и его удельное выделение составляет 2.2 мг/л.

Углеводородные (м е т а н о в ы е) газы нефтяного ряда приурочены ко всей толще отложений, залегающих ниже водоносного комплекса. Граница между различными газовыми зонами проходит по контакту водоносного комплекса с подстилающим его силлом долеритов.

Суммарное содержание углеводородных газов достигает 95%. Основным компонентом их является метан (71-90%).

В газах пpиcутcвyют пpaктически все предельные и непредельные гомологи метана. Их суммарное содержание редко достигает 10% (в контрольно-стволовых скважинах -7.2%), причем на этан приходится до 5-8%.

Сероводород, гексан и этилен в газах не обнаружен. Содержание углекислого газа не превышает десятых долей процента.

В составе газа зафиксирован водород содержанием в пределах 0.3-2.28%. Незначительная доля водорода образуется за счет техногенных процeccoв (в частности за счет перфорации стволов скважин кислотой). Большая же часть водорода объясняется его присутствием во вмещающих нефтегазонасыщенныx породах.

Присутствие водорода и тяжелых углеводородов в газовой смеси значительно расширяют пределы ее взрывоопасных концентраций. Концентрация водорода в атмосфере подземных выработок в любом случае, даже при отсутствии других горючих газов не должна превышать 0.5%. Если в составе горючих газов имеется водород, то его содержание должно считаться равнозначным вдвое большей концентрации метана.

Воздействие агрессивной среды отрицательно сказывается на внутришахтных коммуникациях и работе всего горного оборудования. Срок службы подземных капитальных горных выработок составляет 10 лет, нормативный срок службы смонтированных предусмотренных проектом задвижек составляет 36 месяцев, фактический срок эксплуатации задвижки в связи с воздействием агрессивной среды составляет 6 месяцев. В настоящее время на подземном руднике эксплуатируется порядка 400 задвижек, ориентировочной стоимостью 80 т.р. каждая. Себестоимость 400 задвижек при нормальной эксплуатации составляет 890 тыс. руб., при фактической эксплуатации себестоимость составляет 5330 тыс. руб. Это потери по 4440 тыс. руб. в месяц, без учета затрат на текущие ремонты пожарно-оросительного трубопровода. На поиск решения этой проблемы и направлены исследования. На примере так же рассмотрен износ рабочих колес от насосов ЦНС ориентировочной стоимостью 80 т.р. Нормативный срок эксплуатации составляет 36 месяцев фактический срок эксплуатации 1 месяц, потери составляют 3,840 тыс.руб. Сильное коррозийное воздействие агрессивная среда оказывает на сплавы цветных металлов на примере рассмотрим клапаны управления перемещением бурового станка СММ-2А введенного в промышленную эксплуатацию после капитального ремонта в июле 2012 г. Эксплуатация бурового станка проводилась в выработках II класса опасным по горючим газам (зонам) в которых прогнозируется или выявлена возможность струйного или диффузионного выделения природных газов в результате чего при проектных (паспортных) параметрах вентиляции может быстро образовываться газовая смесь с содержанием горючих газов в пределах от 0,2 % по объему (далее%) до 0,5% (10 НКПР) и опасных по сероводороду в которых имеет место или прогнозируется приток рассолов метегеро-ичерского водоносного горизонта а так же в (зонах) выработках в которых при отсутствии притока рассолов фиксируется сероводород или ощущается его запах.

При осмотре выявлены дефекты.

Вся поверхность корпуса клапанов управления перемещением оплавлена и пришла в негодность в связи с воздействием на него химической агрессивной среды в процессе эксплуатации в горных выработках II класса, опасных по горючим газам. Корпус поврежден коррозией, нарушена герметичность и в связи с этим клапаны управления перемещением ремонту не подлежат. В настоящее время на рудниках закупаются задвижки в полном коррозионностойком исполнении стоимость которых 10 и более раз выше стоимости задвижек предусмотренных проектом. Что ведет к повышению затрат на добычу и соответственно ведет к удорожанию себестоимости конечного продукта.

Предлагаемые исследования направлены на поиск эффективного решения для защиты от коррозии на подземных рудниках «АК АЛРОСА».

Считаю необходимым: провести работы по исследованию агрессивной среды с целью изучения основных агентов коррозии (Ph - среды, наличие солей газов температуры) и создать рациональную систему нейтрализации сероводорода на основе экономичной и безопасной технологии электрохимической водоподготовки; сделать воду восстановительной средой при рН 8-12 и ОВП 300-400 мВ, что сделает невозможным коррозионные процессы в ней; придать оборудованию антикоррозийные свойства; разработать единый метод воздействия на минерализованные водные системы объектов АК "АЛРОСА" для изменения их состава, дегазации, деминерализации.