Свердловинна технологія видобутку корисних копалин у середньовічній Європі та Євразії
Лекція 11. Свердловинна гірнича технологія (Частина 1)
План
· підземне розчинення
· свердловинний гідровидобуток
· підземне вилуговування
· підземна сублімація корисних копалин
· підземна газифікація корисних копалин
Література: 1. Маланчук З.Р., Боблях С.Р. , Маланчук Є.З. М 39 Гідровидобуток корисних копалин. Навчальний посібник. – Рівне: НУВГП, 2009. – 280 с. 2. Табаченко М.М. та ін.. Фізико-хімічна геотехнологія. Дніпропетровськ. 2012. 310 с. 3. Аренс В.Ж. та ін.. Скважинная гидродобыча полезных ископаемых. Москва: Горная книга. 2007. 295 с. 4. Аренс В.Ж. Физико-химическая геотехнология. Москва: Московский гос. Университет. 2001. 656 с. 5. Крейнин Е.В. Нетрадиционные термические технологии добычи трудноизвлекаемых топлив: уголь, углеводородное сырье. Москва. 2004. 6. Мала гірнича енциклопедія. В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Донбас, 2004. 7. Яремійчук Р., Возний В. Основи гірничого виробництва. – К.: Кондор, 2006. – с. 232 – 250.
Примітка: Так як матеріал Лекції 11 суттєво кореспондується з предметом «Геотехнології гірництва», який студенти вже прослухали, ця лекція провадиться в інтерактивному спілкуванні «викладач-студенти».
Свердловинна гірнича технологія – наукова дисципліна про свердловинні способи розробки родовищ корисних копалин.
Загальна характеристика
Вивчає питання видобутку рідких, напіврідких, газоподібних, а також твердих корисних копалин шляхом переводу їх у текучий стан. Базується на досягненнях фізики, хімії, математики, геології, термодинаміки пластів, трубної гідравліки, підземної гідрогазодинаміки та ін. Тісно пов’язана з технологіями буріння свердловин, первинної переробки корисних копалин. Вперше була застосована у ХІІ ст.
|
|
|
Використовується при видобутку нафти й газу (методи видобутку нафти під дією природних сил, що діють всередині пласта, з допомогою глибинних насосів, ерліфтів, розробка родовищ законтурним та внутрішньоконтурним заводненням, технологія внутрішньопластового горіння); підземній газифікації вугілля, вилуговуванні міді, розчиненні мінеральних солей, виплавці сірки; гідровидобутку руд; у морській гірничій технології.
Історія свердловинних гірничих технологій
Видобуток корисних копалин свердловинним методом має надзвичайно давню історію. Передчасся цього методу включає створення людиною колодязів – аналогів свердловин, які датуються епохою неоліту і розповсюджені на всій ойкумені. Спершу це були неглибокі ями з берестяними контейнерами для збору води. Найстаршою з відомих у Європі є свердловина-колодязь глибиною 7-8 метрів, знайдена на Кіпрі. Епохою неоліту відзначені колодязі-свердловини в Ізраїлі, зокрема часті посилання на рукотворні колодязі-свердловини у Біблії (цікаво, що ці колодязі називалися іменами їх будівель-ників). Австралійські аборигени в суворих умовах австралійської пустелі викопували в піску колодязь до рівня чистої води і накривали джерело від забруднень. В Індії колодязі використовували не тільки як джерело води, але і для охолодження. Давні свердловини глибиною 10 метрів знайдені й у Єгипті, на обширах двох Америк (особливо в межах земель розвинених культур інків, майя, ацтеків та ін.). Спершу оснастка колодязів була з дерева, згодом стало застосовуватися армування з плетіння, кераміки, цегляна кладка.
|
|
|
Вважається, що власне свердловинна технологія видобутку корисних копалин зароджується у ІІІ-VI ст. до Р.Х. на території Китаю (в деяких джерелах також згадується Японія і М’янма). Примітно, що технологічні особливості китайського буріння базувалися не на вже відомому на той час свердлінні, а на ефекті руйнування породи за рахунок удару.
Початки: від неоліту до середини І тис. до Р.Х.
У роботах китайського філософа Конфуція (551-479 до Р.Х.) описані китайські свердловини для видобутку води і соляних розсолів, споруджені за часів династії Чоу (початок правління 1122 р. до Р.Х.). Свердловини мали глибину близько 100 м та бурились в області Чун Канг, поблизу кордону з Тибетом. Деякі свердловини досягали 500 м, а окремі навіть 1242 м. Ці глибини шляхом буріння було досягнуто тільки у кінці XIX - на початку ХХ ст.
|
|
|
Отже, перші в історії свердловини споруджувалися за допомогою методу, який згодом назовуть ударно-канатним бурінням. Дослідник зі США К.С. Том так описує процес буріння: «Китайський метод глибокого буріння використовував групу чоловіків, які стрибали по брусу бурового долота, в той час, як буровий інструмент обертався буйволами і биками». Цікаво, що, як повідомляє К.С.Том, цей же метод використовувався для видобутку нафти в Каліфорнії в 1860-і роки (процес називали «копати ногами вниз» - англ. "Kicking Her Down").
Соляний розсіл надходив на поверхню по бамбукових трубопроводах. До нижнього кінця бамбукового жердини прикріплювали зубило (долото), яким руйнувалася порода на вибої. Для вилучення шламу використовували приймальні желонки, що являли собою бамбукову трубу з клапаном на нижньому кінці, який відкривався при ударі труби об дно вибою. Після кількох таких ударів труба наповнювалася пульпою. Витягували трубу на поверхню за допомогою коловорота. При бурінні глибоких свердловин над гирлом споруджували бамбукову вежу на чотирьох опорах, у верхній частині якої розміщувався блок. Стійкість вишки, як і тепер, забезпечувалася канатними розтяжками. Сцени процесу свердловинного видобування розсолу зображені на цегельному рельєфі гробниці династії Хань (202-220 до Р.Х.) у провінції Сичуань .
|
|
|
Для випарювання солі, як вважає британський науковець-синолог Міхаел Леві, давні китайці використовували спеціальні дистиляційні печі, як паливо слугував природний газ, який міг видобуватися попутно. Така версія цілком можлива. Час від часу китайці в ході буріння натикалися на нафту або газ, як, наприклад, в Сичуані з свердловин глибиною близько 240 м добували газ, який використовувався для випарювання солі.
Подальше вдосконалення китайської техніки буріння призвело до появи більш складних установок, де окрім робочої живої сили використовувалися тварини. Опори бурової вишки, труби, інструменти, навіть бурове долото виготовлялися з бамбука. Устя свердловини щоб уникнути обвалення закривалося кам'яною плитою з отвором. Для аварійних випадків було створено численні конструкції різних допоміжних інструментів. Однак принципові засади винаходу китайців зі століттями майже не змінювалися.
Глибокі свердловини, які китайці використовували для добування розсолу, очевидно були артезіанськими, в яких вода сама підіймалася на поверхню під дією природного тиску. З європейців ударно-канатний спосіб буріння артезіанських свердловин вперше описав французький місіонер Георг Імберт, який на початку XIX ст. побував на китайських соляних промислах в районі міста Цзядін. Соляний розсіл видобувався тут з глибини до 900 м.
Свердловинна технологія видобутку корисних копалин у середньовічній Європі та Євразії
У середньовічній Європі натомість з’являється інший спосіб свердловинної технології – заснований на роторному бурінні. Відомо, що в 1126 р. у провінції Артуа (Франція) була пробурена артезіанська свердловина на воду. Звідси і пішла назва «артезіанські свердловини». Одним з перших зображень такої свердловини вважають малюнок італійця Джованні Фонтана (Giovanni Fontana) в його «Книзі приладів для ведення війни» (Bellicorum Instrumentorum Libri cum figuris et fictitijs literis conscriptus) (1420-1440 рр.). Таким чином, у Італії було опубліковане перше в Європі креслення бурового обертального пристрою для спорудження колодязів-свердловин. У нижній частині пристрій обладнувався буровою фрезою, яку обертали вручну за хрестовину. Видатний італійський вчений Леонардо да Вінчі (1452-1519) запропонував ряд технічних рішень у галузі буріння. Ним були побудовані 10 машин для горизонтального буріння. Розробки Леонардо активно використовувала Франція, що обумовило її лідерство у галузі буріння на багато століть. Машини для буріння Леонардо да Вінчі цікаві з технічної точки зору і до сьогодні. У його документах, датованих 1500 р., є зокрема креслення бурової установки з триногою. У буровій установці все просто і раціонально. Інструмент включав в себе спіральний бур, передбачені зручна рукоятка-хрестовина для ручного обертання штанги, отвір у штанзі по всій її довжині для перестановки хрестовини в міру поглиблення бура і багато іншого. Леонардо спроектував всі необхідні додаткові пристрої, у тому числі для самоцентрування інструменту. З метою виготовлення обсадних дерев'яних труб ним було запропоновано пристрій для свердління отворів. Взагалі геніальні розробки Леонардо суттєво випередили його час. Багато чого, створене ним, заново винаходити значно пізніше. Висота бурових веж, зображених на ескізах Леонардо да Вінчі, вирахувана за приблизним масштабом сягала 7 м. Леонардо запропонував також легкий верстат для ручного буріння. Однією рукояткою верстата здійснювалося буріння, другою витягувався снаряд зі свердловини.
Бурові установки Леонардо да Вінчі широко використовувалися для буріння численних свердловин на воду у Франції. Внесок обдарованого інженера, яким був Леонардо да Вінчі, у свердловинну технологію видобутку корисних копалин найбільший у Середні віки. Він залишив помітний слід в історії бурової техніки й загалом вплинув на розвиток буріння в Європі.
У 1580 р. французьким вченим Бернардом Палліссі (1510-1589) було запропоновано при спорудженні свердловин відбирати проби ґрунту (керна) для вивчення його властивостей.
Проте обертальне буріння в Європі незабаром майже на два століття було забуте. Цьому сприятимуть успіхи китайського ударного способу буріння, ноу-гау якого у Європу з Азії принисли за однією версією хвилі татаро-монгольських завойовників, а за іншою – знаменитий мандрівник Марко Поло (1254-1324) – автор «Книги про різноманітність світу». Обертальне буріння відродилося тільки в середині ХІХ століття, до якого буріння свердловин розвивалося вкрай повільно.
За часів Середньовіччя на теренах, які контролювалися Золотою Ордою виникає соледобувний центр в районах Усолля-Камського (нині Пермська область Росії), де використовувалася технологія буріння свердловин на розсоли. Датування початків цих соляних промислів сьогодні дискутується, так у джерелі7 зазначаються 1332-1370 роки, а в інших – близько 1430 р.
Діаметр соляних свердловин становив 1 м, глибина перевищувала 100 м. Соляний розчин видобувався через розсолопідіймальні труби. Вони мали триступеневу конструкцію: верхня називалася сволоком, друга – обсадною, третя – весла. Труби були дерев'яними, металеві труби (спочатку клепані) з'явилися в бурінні тільки в XIX ст. Спочатку матиці робилися з цілісних дерев з вибраною серцевиною. Потім вони складалися з окремих брусків, скріплених просмоленим полотном, а пізніше – залізними обручами. Висота журавля (він називався очапом), досягала 18 м, (отже, висота бурової установки досягала сучасних розмірів). Це дозволяло спускати в свердловину окремі секції труб довжиною до 20 м. Коромисло журавля мало довжину 20 м. На одному з його кінців зміцнювався контрвантажі. Ручний коловорот оригінальної конструкції з вертикальним розташуванням осі служив для отримання зворотно-поступальних рухів інструменту. Буровий інструмент доставлявся в свердловину на дерев'яних палях, за сучасною термінологією – штангах.
У Балахонському Усоллі в XIV-XVI ст. бурове обладнання було ще більш удосконалене. Ускладнення конструкції, причиною яких стала необхідність буріння иа глибину до 250 м, в першу чергу торкнулися способу примусового спуску обсадних труб і пристроїв, необхідних для підйому важких вузлів. Стали роздільними підйомні пристрої для буріння і спуску труб. Нагорі сіль випарювали з розсолу в цренах – гігантських, кілька метрів в діаметрі, сковородах. Технологічний процес варіння займав до чотирьох днів. Така техніка застосовувалася в Балахні і Солікамську аж до 70-х років XIX ст. У 1674-1676 роках в Балахні фіксується 33 розсільних труби (свердловини), біля яких працюють 25 тисяч цебер з розсолом, його випарювали на 86 варницях. Сьогодні в Балахнинському краєзнавчому музеї (Горьківська область) зберігається частина деревяної солепіднімальної труби (рис. на сайті ).
У 1960-х роках у м. Тотьма (Вологодська обл. Росії) було знайдено один з перших рукописних посібників з буріння свердловин, датований XVII ст. Рукопис має назву «Роспись як зачати робити нову трубу на новому місці».
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 170; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!