Умови залягання і способи видобутку горючих копалин

У геології Землі особливе місце займає верхня оболонка земної кулі, товщиною 15-70 км, яка називається земною корою. Вона складена різними гірськими породами, у числі яких і усі види ГК. За збереженими залишками органічного життя на землі в різні періоди геологічного часу складена геохронологічна схема, що відбиває час і послідовність утворення тих чи інших відкладів у земній корі (табл.1.3).

Геохронологічна схема охоплює період часу від зародження життя на землі понад 2 млрд. років тому до сучасної епохи. Відповідно до цієї схеми вся історія появи і розвитку органічного життя на Землі підрозділена на ери (групи), кожна ера розділена на періоди (чи системи), які у свою чергу розділені на епохи (чи відділи).

Утворення ГК відбувалося нерівномірно. В окремі геологічні періоди воно різко підсилювалося, сповільнювалося чи припинялося, у результаті чого ГК розподілені дуже нерівномірно в гірських породах, що належать до різних геологічних епох. Так, наприклад, накопичення викопного вугілля віналежить в основному до карбону (9 %), пермського (35 %), юрського і крейдового (53 %) періодів, поклади нафти і природного газу зустрічаються у всіх геологічних ерах, крім протерозою.

Протягом усіх періодів існування Землі відбувалися зрушення і переміщення земної кори, причому розмір і характер їх були неоднаковими, як за періодмих, так і за територією. На території материкових платформ протягом геологічних епох відбувалися лише повільні рухи у вертикальному напрямку, причому при опусканні ці області, як правило, затоплялися морями, а при підйомі виступали з води. Розташовані між платформами області тектонічних рухів, переміщалися у вертикальній і горизонтальній площинах, і утворювали геосинкліналі, для яких характерна наявність великих товщ осадових порід. Шари осадових порід накопичувалися й у платформних областях, утворюючи шари різних гірських порід, серед яких накопичувалися і ГК.

Великі площі суцільного безупинного чи острівного залягання ГК, які характеризуються спільністю умов утворення у часі, називають басейнами. Вони займають нерідко десятки тисяч квадратних кілометрів. Окремі частини басейнів, відособлені географічними, геологічними чи іншими ознаками, які вміщають ГК, називають родовищами чи районами. Тверді горючі копалини залягають у вигляді горизонтальних чи похилих пластів різної потужності, що знаходяться на різній глибині від денної поверхні, а також у вигляді лінз різної товщини і довжини.

Таблиця 1.3 - Геохронологічна таблиця

Розрізняють лімничні (озерні) і паралічні (приморські) вугільні басейни. Вугільні шари підрозділяються на автохтонні, що утворилися на місці існування вихідного матеріалу, і алохтонні, що утворилися з принесеного вихідного матеріалу.

Пласти вугілля мають просту і складну будову. У більшості випадків вугільні пласти складаються з декількох вугільних пачок, розділених породними прошарками. Породи підошви пласта утворюють його ґрунт, а що перекривають -- покрівлю. Відстань по нормалі від ґрунту до покрівлі складає потужність пласта, корисна потужність пласта -- це сума потужностей вугільних пачок. Робочою потужністю пласта чи шару називають ту частину пласта, що виймають за один технологічний цикл. Мінімальна робоча потужність пласта -- це та потужність, при якій розробка пласта технологічно можлива й економічно доцільна. Ця величина залежить від гірничогеологічних умов, якості вугілля, кута падіння пласта і різна для різних басейнів. На Донбасі вона складає 0,45, для порівняння - у Кузбасі 0,85, у Караганді -- 0,6 м.

Коефіцієнт вугленосності басейну характеризує відношення сумарної потужності вугільних пластів до загальної потужності вугільних відкладів. НА Донбасі він дорівнює 0,6 %, у Кузбасі -- 1,6, а в Караганді на деяких ділянках доходить до 5,0 %.

У залежності від кута падіння пласти поділяють на положисті (кут падіння до 25 Л), похилі (25-45Л) і круті чи крутопадаючі (більш 45Л).

Гірничі роботи з виїмки вугілля можуть проводитися відкритим способом і підземним. Розробка вугільних пластів у розрізах (кар'єрах) і шахтах проводиться шляхом його розпушення і виймання з наступним навантаженням і транспортуванням на поверхню. Способи розробки вугільних пластів і транспортування вугілля впливають на властивості і склад гірської маси -- крупність, кількість домішок породи, вологість і ін.

Встановлено, що нафта залягає у всіх геологічних формаціях і на різній глибині, іноді виходячи на земну поверхню. Усі нафтові родовища укладені в осадових порах, що утворилися у морських басейнах. Нафта і природний газ (ПГ) залягають звичайно у пористих гірських породах під великим тиском, заповнюючи пори. Тому гірські породи, здатні містити в собі нафту і газ і віддавати їх при розробці називають колекторами, найбільш характерними з яких є проникні піщані колектори нафти, газу і води, яка їх супроводжує. Колектори нафти і ПГ (піски, піщаники, вапняки), які знаходяться між погано проникними породами (глина, глинисті сланці, мергелі), утворюються так звані природні резервуари (пастки) в складках земної кори, у яких утворюють куполоподібні перекриття (купола). Скупчення нафти і ПГ у таких куполах називають покладами, а якщо кількість нафти в покладі велика чи в даній структурі гірських порід є кілька покладів, то цю структуру характеризують як нафтове, нафтогазове чи газове родовище.

Проникність колекторів є причиною переміщення (міграції) нафти і газу з місць їхнього зародження, що відіграє істотну роль у процесі їхнього накопичування. У зв'язку з цим безпосереднього взаємозв'язку між місцями перебування покладів і місцями зародження нафти і ПГ часто не спостерігається. Бувають випадки, коли поклади нафти чи ПГ розташовуються на периферії вугільних басейнів, уздовж їхніх границь і навіть над вугільними шарами (Донбас). Тому важливе значення має проблема парагенезису (спільного зародження) вугілля і нафти. Зараз установлено, що 10-12 % промислових запасів нафти і газу зосереджено у вугленосних відкладеннях.

Нафта і ПГ залягають у надрах землі на різній глибині (1-5 км) і частіше їх виявляють на глибинах 4-5 км. Виявлення покладів нафти проводять шляхом великих розшукових робіт з використанням геологічних і геохімічних методів. Основою для організації розвідки нафти і ПГ є вивчення геологічної будови земної кори в районі пошукових робіт, виявлення перспективних геологічних структур, наявності порід, що можуть бути колекторами, і непроникних порід, що їх перекривають. Попередня розвідка ведеться за допомогою сучасних геофізичних методів -- вимірювання гравіметричних і магнітних аномалій, електрокаротажу, радіоактивності, звукопроникності й інших методів, основаних на використанні розходження фізичних властивостей різних порід.

У перспективних районах буряться спеціальні розвідувальні свердловини з відбором кернових проб порід. За допомогою петрографічних і геохімічних методів вивчають склад і властивості порід. Геохімічні методи дозволяють знайти і кількісно визначити вміст нафти і газу в досліджуваних зразках порід, наприклад, методом газової зйомки, який полягає в доборі проб породи і підземних вод із глибини, дегазації і мікроаналізу за допомогою хроматографії. За отриманими даними виявляють границі покладів нафти і газу, а також визначають їхні запаси в надрах.

Нафта знаходиться в земній корі під тиском 10-15 МПа і більше при температурі 100-200 °С і вище. Видобуток нафти і ПГ проводиться через спеціальні свердловини, пробурені до нафто- чи газоносних горизонтів. Природний газ, а іноді і нафта, знаходяться в покладі під тиском стовпа вищележачих порід, і фонтанує через пробурену свердловину в деяких випадках з дуже великими витратами. Однак, якщо у видобутку ПГ фонтанний спосіб видобутку є основним і єдиним, то випадки фонтанування нафти зустрічаються дуже рідко. Тому найчастіше для видобування нафти з свердловини застосовують глибинно-насосний спосіб зі спеціальними плунжерними глибинними насосами чи компресорний (газліфтний) спосіб, що полягає в тому, що стиснутий газ (чи повітря), надходячи по кільцевому простору між опущеними концентрично одна в іншу трубами, аерірує нафту і створює газонафтовий стовп зниженої густини, який під тиском нафти у пласті піднімається по внутрішніх (піднімальних) трубах на поверхню. Завдяки пористості пластів-колекторів нафта переміщується по них до свердловин за рахунок перепаду тиску, однак, основна маса нафти (40-60 %) залишається адсорбованою на поверхні частинок породи і не видається на поверхню. Для підвищення рівня вилучення нафти із пластів застосовують методи впливу на пласти (закачування в пласти газів і повітря, гідравлічний розрив пласта, закачування ПАР, гідроплоскоструминна перформація, тепловий вплив на пласт тощо).

Для буріння нафтових і газових свердловин сьогодні частіше за все застосовується обертальний спосіб -- роторне буріння, буріння турбобурами чи електробурами з виведенням з свердловин шламу і роздробленої породи глинистим розчином, який нагнітається в свердловину. Для стабілізації бурових розчинів і зменшення їхньої фільтрації через стінки свердловин застосовуються спеціальні речовини, у тому числі вуглелужний реагент (ВЛР), одержуваний з бурого вугілля.

Експлуатація свердловин на родовищах природного газу аналогічна фонтанному способу нафтовидобутку. Газ з окремих свердловин після відділення води, твердих домішок і газового конденсату направляється в промисловий газосбірний колектор і далі на газозбірний пункт.

ЛІТЕРАТУРA

1. Саранчук В.И., Айруни А.Т., Ковалев К.Е. Надмолекулярная организация, структура и свойства углей.- К.: Наукова думка.

2. Саранчук В.И., Бутузова Л.Ф., Минкова В.Н. Термохимическая деструкция бурых углей.- К.: Наукова думка, 1984.

3. Нестеренко Л.Л., Бирюков Ю.В., Лебедев В.А. Основы химии и физики горючих ископаемых.- К.: Вища шк., 1987.-359с.

4. Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов.-Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева,-1999.-195с.

5. Агроскин А. А., Глейбман В. Б. Теплофизика твердого топлива.-- М. Недра 1980.-- 256 с.

6. Глущенко И. М. Теоретические основы технологии твердых горючих ископаемых.-- К. : Вища шк. Головное изд-во, 1980.-- 255 с.

7. Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. -- М. : Недра, 1980. -- 266 с.

8. Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей.-- М : Недра, 1975.-- 159 с.

9. Раковский В. Е., Пигулееская Л. В. Химия и генезис торфа.--М. : Недра, 1978.--231 с.

10. Саранчук В. И. Окисление и самовозгорание угля.-- К. : Наук. думка, 1982.-- 166 с.

11. Стрептихеев А. А., Деревицкая В. А. Основы химии высокомолекулярных соединений.-- 3-е изд., перераб. и доп.-- М. : Химия, 1976.-- 436 с.