Добыча полезных ископаемых из подземных вод

Добыча полезных ископаемых из вод складывается из бурения и оборудования добычных скважин, откачки вод, технологии извлечения изних полезных компонентов, сброса и захоронения или утилизации отработанных вод.

Успех разработки месторождений гидроминерального сырья определяется физико-геологическими условиями залегания вод и концентрацией полезных компонентов.

Добыча минерализованных вод имеет много общего с нефтедобычей.Месторождения вскрываются системой скважин, оборудованных фонтанной арматурой (при самоизливе) или насосами. Добыча может эффективно вестись с поддержанием пластового давления путем подачи в залежь отработанных вод, что обеспечивает одновременное решение задачинтенсификации добычи и сброса отработанной веды.

В переработке добытых вод используются три основных технологических направления:

· галургическая схема переработки рассолов с многостадийной упаркой (подгалургическим методом понимают получение солей при помощи последовательных процессов растворения и кристаллизации);

· схема, использующая осадительные методы, сорбцию, экстракцию и концентрирование упариванием;

· схема селективного извлечения микрокомпонентов без извлечения основных солей.

Выбор схемы переработки зависит от минерального состава вод, потребностей в продукции и экологических требований.

На сегодня мировое производство йода оценивается в 15-20 тыс.т/год, в России же сейчас производят только 200 т/год, при потребностидо 800 т/год. Мировое производство брома около 450 тыс.т/год, а потребность России достигает 20 тыс. т/год. Производство брома организованона АО «Галоген» — 2 тыс. т/год.Разведанное Астраханское газо-конденсатное месторождение подземных вод способно обеспечить Россию бором, йодом. Не менее богатыбромом, стронцием, калием, и литием Оренбургское газоконденсатноеместорождение и подошвенные воды севера Тюменьских газовых месторождений.

В последние годы ООО «НПЦ Подземгидроминерал» выполнил оценку термальных георесурсов с оценкой их гидроминерального состава, которая показала целесообразность их использования не только как источник теплового потенциала.

В настоящее время ведутся разработки новых технологий переработкигидроминеральното сырья, потребность в которых чрезвычайно велика,так как их отсутствие сдерживает освоение гидроминеральных ресурсовстраны и не позволяет ликвидировать дефицит производства многих редких элементов.

ДОБЫЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА ЗЕМЛИ

Общие представления о тепле Земли

Тепло Земли, или общее теплосодержание нашей планеты нетруднооценить, учитывая значение ее массы и усредняя температуру, которую вцентре внутреннего ядра можно принять равной 4500°С (Е.А. Любимова).Фактически потенциал геотермальной энергии можно признать практически неисчерпаемым.

Принято считать, что строение Земли — это литосфера до глубины150 км, представленная силикатами и окислами, а ядро — расплав железа.Есть и другое представление-о ядре Земли. Вернадский В.И. и Ларин В.И.считают, что в верхней его части (150-2300 км) присутствуют сплавы исоединения кремния, марганца и железа, ниже располагаются металлы срастворённым в них водородом, а глубже гидриды металлов.

Известно, что металлы способны растворять в одном объёме тысячиобъёмов водорода. Химическая реакция взаимодействия водорода с металлами образует качественно новое соединение — гидрид. При определенных изменениях давления и температуры происходит дегазация сплавов. Удаляясь от центра Земли, водород диффундирует к поверхности. Наэтом процессе основана одна из гипотез образования воды и месторождений нефти и газов. Обсуждается также гипотеза, что отработанные нефтяные месторождения со временем можно будет отрабатывать повторно.

Водород- ценное энергетическое сырьё. Его можно получить электролизом воды, но при этом затраты на его получение не компенсируютсяэффектом от его использования.

Заманчиво уловить движущийся к поверхности из глубин Земли водород. Но как это сделать? Промышленность освоила бурение только до10 км. Если будет разработана технология бурения на большие глубины,можно будет получить водород по одной из технологических схем подземного растворения солей или подземной выплавки серы, нагнетая в оченьглубокую скважину воду, и от ее взаимодействия с металлами (напримерMg) извлекать водород и тепло.

Изменяющиеся по сезонам года интенсивность солнечной радиации итемпература земной поверхности вызывают годовые колебания температуры верхних слоев земной коры. На глубине 20-25 м залегает нейтральный слой, а его температура, как правило, на 1-1,5 °C превышает среднегодовую температуру воздуха в конкретном районе.

Теплопроводность пород зависит в основном от их состава, плотности и типа тектонической структуры.Вследствие разнообразия геологического строения различных районов геотемпературное поле изменяется весьма неоднородно. Например, вмощной толще молодых кайнозойско-мезозойских отложений СеверногоКавказа глубина залегания изотермы 100°С (температура, удовлетворяющая требованиям теплоснабжения) в Грозном, Махачкале и других районах составляет около 2 км, даже нефть из глубоких скважин добываетсяс температурой более 100 °С. В условиях Санкт-Петербурга температура100 °С в гранито-гнейсах гарантируется лишь на глубине 3,5 км. B вулканических районах Японии граниты с температурой более 200°С залегают на глубине 2 км (район Огачи), а на некоторых участках даже на меньшихглубинах температура достигает 250°С. Еще более высокие температурыожидаются вблизи очагов вулканов. На склоне вулкана Авача, недалеко отПетропавловска-Камчатского на глубине 4 км температура будет не менее400°С.

Геотермальные ресурсы

При освоении тепла Земли добывается энергия, полученная от извлеченных на земную поверхность природных или техногенных теплоносителей. Это добытый из скважины природный пар (до 250-350 °С), термальные воды (45-150 °С), горячие рассолы (до 200-300 °С), нефтегазовыесмеси. Техногенные теплоносители — это нагнетаемые с поверхности водаили жидкости с низкой температурой кипения (углекислота, фреоны идр.), нагретые при фильтрационном теплообмене твердыми горячимипородами.

Под геотермальными ресурсами понимается часть теплосодержаниятвердой, жидкой и газообразной фаз земной коры, которую экономическицелесообразно извлечь из недр для использования.

Сотрудниками СПГГИ (ТУ) и ФГУП «Недра» предложено геотермальные ресурсы подразделить на две группы.

A. Геотермальные ресурсы естественных коллекторов — гидрогеотермальные. Они промышленно эксплуатируются фонтанными (Исландия,Венгрия, Россия, Китай и др.) и циркуляционными системами (Франция,США, Германия, Дания, Украина, Польша, Швейцария и др.).

Б.        Геотермальные ресурсы слабопроницаемых горных пород.Технология их извлечения находится на экспериментальном уровне, созданы только опытные циркуляционные системы с искусственными коллекторами (Фэнтон Хилл — США, Корнуэлл — Англия, Тырныауз — Россия, Хиджиори — Япония, Баден-Вюртемберг — Германия, Солтс — Франция).

Их общий потенциал определяется как теплосодержание толщи литосферы на предельную глубину бурения.Геотермальные ресурсы мира оцениваются в 137 трлн. тонн условноготоплива (т у.т.), что в 10 раз превышает суммарные топливные ресурсыЗемли.

На территории России они на доступных глубинах (до 6 км) в 4-6раз превышают ресурсы углеводородов и по оценке СПГГИ (ТУ) составляют для нужд теплоснабжения — 57 трлн. т у.т., в том числе для отопления — 31 трлн. т у.т. Геотермальными ресурсами теплоснабжения охваченапочти вся территория России, прогнозные технически доступные ресурсыобеспечивают нужды горячего водоснабжения на 95 % территории, отопления — на 69 %, а экономически целесообразные — соответственно на88 и 55%

К сожалению, добыча геотермальной энергии эффективна только натерритории ее использования, но зато добытые геотермальные ресурсымогут обеспечить потребителя теплом и электроэнергией в трудно доступных, удаленных и неосвоенных районах.

Строительство станций геотермального теплоснабжения (СГТ) стимулирует освоение геотермальных ресурсов и обеспечивает полную автоматизацию и безопасность добычи геотермальной энергии.

Опыт показал, что добыча и использование теплоты недр на действующих зарубежных и отечественных предприятиях в благоприятных геотермических условиях экономически высоко эффективны.

Использование СГТ обеспечивает возможность отопления, индивидуального теплоснабжения жилых, производственных зданий и сооружений.

Циркуляционная технология обеспечивает замкнутый цикл оборота геотермального теплоносителя и не допускает сбросов в окружающуюсреду.

Созданная СПГГИ (ТУ) карта прогнозных, технически доступных ресурсовгеотермального теплоснабжения, отражает геолого-геотермические условия экономических районов территории позволяет оценивать реальнуюсырьевую базу геотермального источника энергии.