WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

ВАХРОМЕЕВ АНДРЕЙ ГЕЛИЕВИЧ

Закономерности формирования

и концепция освоения промышленных рассолов

(на примере юга Сибирской платформы)

25.00.07.  – гидрогеология

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т


диссертации на соискание ученой степени
доктора геолого-минералогических наук

Иркутск – 2009 г.

Работа выполнена в Институте земной коры Сибирского отделения

Российской академии наук, НПВФ «Брайнсиб»

Научный консультант  доктор геолого-минералогических наук,

профессор Писарский Борис Иосифович,

Официальные оппоненты:  доктор геолого-минералогических наук,

профессор Шварцев Степан Львович;

доктор геолого-минералогических наук,

профессор Грабовников Валерий Аркадьевич;

доктор геолого-минералогических наук,

профессор Мандельбаум Марк Миронович.

Ведущая организация  Иркутский государственный технический университет

Защита диссертации состоится «19»ноября 2009 г. в 9-00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.022.01 в Институте земной коры СО РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН (в здании ИЗК СО РАН).

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета к.г.-м.н. Людмиле Павловне Алексеевой.

Тел.(3952) 42-27-77, факс 42-69-00, 42-70-00, e-mail: lalex@crust.irk.ru

Автореферат разослан «___» ___________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат геолого-минералогических наук                                 Л.П. Алексеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В пятидесятых годах глубокими скважинами на юге Сибирской платформы были впервые обнаружены фонтанные притоки «предельно насыщенных» хлоридных кальциевых рассолов с минерализацией до 600 кг/м и более с уникальными содержаниями калия, брома. Очевидно, что тем самым были сделаны крайне важные для гидрогеологии научные открытия неизвестного ранее типа рассолов и по сути самостоятельного регионально распространенного типа промышленного сырья на бром, литий, магний, калий, стронций, рубидий, цезий. Разведка здесь месторождений нефти и газа вместе с известными проявлениями рассолов выдвинула территорию Сибирской платформы в число наиболее перспективных углеводородно-гидроминеральных провинций России.

Сегодня освоение территории Восточной Сибири и Якутии находится под особым вниманием Правительства РФ. На основе Государственных программ ведется ускоренная подготовка и освоение запасов нефти и природного газа для энергетического и нефтехимического обеспечения России и экспортных поставок в страны Азиатско-Тихоокеанского региона.

Актуальность исследований. Интерес к использованию гидроминерального сырья для добычи лития появился в России в связи с истощением освоенной сырьевой базы традиционного алюмосиликатного сырья (сподумена), что послужило основанием для импорта австралийского сподумена и чилийского карбоната лития. В связи с распадом СССР остро встал вопрос подготовки сырьевой базы брома, т.к. основные освоенные источники сырья оказались за пределами России (Украина, Азербайджан, Туркмения). Вплоть до 2004 года значительная часть промышленного производства брома в России осуществлялась на Краснокамском месторождения йодо-бромных вод (Пермская обл.) со средним содержанием брома 0,74-0,84 кг/м, с принудительным отбором рассола с глубин 1500 – 2000 м. В рассолах Сибирской платформы содержание лития, брома, магния и других элементов в десятки раз превышает их концентрации в промышленно перерабатываемом сырье. Это единственная гидроминеральная провинция мира, где в парагенезисе находятся литий – до 0,7 кг/м и бром – до 13,6 кг/м, и соискателем задокументированы фонтанирующие скважины с дебитом до 5-7 тыс. м/сут, выносящие на поверхность до 10 т хлористого лития и до 70 т брома в сутки. Научное обоснование дискуссионных аспектов гидрогеологии глубоких горизонтов осадочного чехла платформенных областей, поиск новых эффективных технологий разведки, скважинной добычи, переработки и утилизации рассолов хлоридного кальциевого и магниево-кальциевого типа, выбор наиболее экономичного пути их промышленного использования весьма актуальны.

Дефицит брома и солей лития в России создают благоприятные предпосылки для выхода с названными продуктами как на отечественный, так и на внешний рынок. Так, в поставках брома и бромпродуктов весьма заинтересованы ОАО "Омскхимпром", ОАО "Алтайхимпром", а также японские фирмы "Tosoh" и "Mitsui". В гидроокиси лития остро нуждаются такие гиганты химической индустрии как Новосибирский завод химических концентратов и Красноярский химико-металлургический завод, химические предприятия ФРГ, Китая. Хлорид лития – это производство сверхлегких сплавов. Тепловые реакции дейтерий-тритий – будущее в производстве энергии. Литиевые добавки многие годы эффективно используются в производстве первичного алюминия за рубежом. Сегодня их готовы применять алюминиевые заводы БрАЗ, КрАЗ и ИркАЗ.

Настоящая диссертационная работа посвящена решению крупной актуальной научной проблемы: изучению закономерностей формирования и локализации месторождений глубоких высококонцентрированных промышленных бромо-литиеносных рассолов Сибирской платформы; созданию методики вскрытия и последующего освоения продуктивных интервалов в глубоких гидрогеологических скважинах, геолого-экономической оценке перспективных участков; разработке технических решений и технологии рентабельных способов добычи «жидкой руды» и переработки ее в конечные химические продукты. Проблема имеет важнейшее народно-хозяйственное значение для России и является одним из сложившихся направлений школы гидрогеологии глубоких горизонтов, созданной в г. Иркутске под руководством чл.-корр. АН СССР д.г-м.н Е.В. Пиннекера.

Цель работы: создание теоретических основ и разработка научно-прикладных аспектов поисков, разведки и геолого-экономической оценки месторождений высококонцентрированных поликомпонентных магниево-кальциевых рассолов, наиболее богатого в России по промысловым параметрам гидроминерального сырья, научное обоснование способов их добычи, комплексной переработки, и последующей утилизации отходов производства с учетом требований охраны окружающей среды.

В конкретные задачи исследований входило:

  • Изучить и охарактеризовать гидрогеологические условия и геодинамические обстановки формирования залежей предельно насыщенных рассолов Сибирской платформы,  структурно-тектонические критерии локализации зон достаточно проницаемых коллекторов.
  • Изучить закономерности формирования и распределения в геологическом разрезе гидродинамически активных зон аномально-высоких пластовых давлений (АВПД); взаимосвязь аномальных (по дебиту) притоков предельно насыщенных кальциевых рассолов (ПНР) и барических обстановок (АВПД). Выявить возможную генетическую взаимосвязь аномально-высоких концентраций растворенных солей (аномальная минерализация – АМ) и аномальных фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС).
  • Предложить и обосновать решения проблемных вопросов методологии гидрогеологического изучения залежей ПНР, т.е. поисково-разведочного цикла, технологий скважинной добычи и переработки богатейшего гидроминерального сырья Сибири.
  • Одновременно с комплексом специальных гидрогеологических исследований продуктивных коллекторов в глубоких скважинах обосновать принципы новых технологий переработки предельно насыщенных магниево-кальциевых рассолов.
  • На основе длительных опытно-фильтрационных работ (ОФР) сформулировать версию аппроксимации фильтрационной среды, обосновать расчетные гидрогеологические параметры и принципы схематизации граничных условий, обеспечивающие промышленный статус глубоких сверхкрепких рассолов как важнейшего типа гидроминерального сырья.
  • Исследовать геохимические характеристики глубоких кальциевых и кальциево-магниевых ПНР, факторы и условия, благоприятствующие процессу концентрирования в рассолах элементов, которые находятся во вмещающих породах в рассеянном состоянии, близком по значениям к кларковым. Дать характеристику промышленно-ценных компонентов в весьма крепких и предельно насыщенных рассолах.

Основные научные положения, защищаемые автором:

1. В зонах развития сложных трещинно-кавернозных, трещинно-жильно-пластовых коллекторов галогенно-карбонатных гидрогеологических формациях платформ формируются два типа фильтрационно-емкостной среды - нормальный (НК) и аномальный коллекторы (АК) - и аномально-высокое пластовое давление. Явление АК и АВПД в межсолевых карбонатных пластах зафиксировано в регионах развития складчато-надвиговых деформаций осадочного чехла и обусловлено: для АК зонами активной субгоризонтальной трещиноватости (межпластовых срывов) и глубинным карстом; для современных зон АВПД – передачей на флюидную систему определенной доли геостатического давления аллохтонных пластин и толщи вышележащих пород в пределах мульд проседания. Аппроксимация фильтрационной среды реализуется последовательно по принципу «вложения сред» или «двойной пористости».

2. Закономерности накопления промышленно ценных элементов в исследуемой хлоридной кальциевой и магниево-кальциевой геохимической системе, явление ускоренного концентрирования редких и редкоземельных элементов (РЗЭ).  Промышленные рассолы глубоких горизонтов – устойчивый гидрогенно-минеральный комплекс со свойствами сильного электролита, с уникально-высокими концентрациями растворенных солей до 620 кг/м и извлекаемых промышленных элементов. Парагенетические ассоциации иттрия, циркония, тантала, ниобия, РЗЭ с ранее изученными калием, рубидием, цезием, литием, бромом, магнием позволяют прогнозировать запасы полезных компонентов в глубоких промышленных рассолах.

3. Базовыми принципами технологии безопасной проходки и освоения глубоких гидрогеологических скважин, вскрывающих рассолонасыщенные залежи с аномальными (АК-АВПД) параметрами, являются:

– опережающее формирование зоны поглощения под закачку флюида, поступающего «на перелив» на любой стадии буровых работ;

– вскрытие, углубление и освоение зоны АК-АВПД на «управляемом переливе» с одновременной утилизацией поступающих из скважин рассолов в полигоны захоронения.

4. Термодинамические параметры фазовых переходов в лифтовых трубах гидрогеологической скважины, работающей концентрированным промышленным рассолом, определяются функциями природно-технической системы (ПТС) – пластовым (забойным) давлением, температурой, минерализацией, а также газонасыщенностью и давлением насыщения рассола водорастворенным газом. В процессе строительства гидрогеологической скважины и эксплуатации ПТС условие гарантированного сохранения однофазности потока флюида обеспечивается стационарными температурными параметрами эксплуатационной колонны. Барические условия подбираются экспериментально.

5. Поликомпонентные концентрированные кальциевые и магниево-кальциевые рассолы являются самостоятельным высокорентабельным  типом глубоких промышленных вод. Основные критерии выделения типа – результаты оценки ресурсов и извлекаемых запасов рассолов, геолого-экономической оценки перспективных участков, технологические решения по скважинной добыче и комплексной переработке, реально установленные коэффициенты сквозного извлечения полезных компонентов – брома, лития, магния, их соединений. Комплексная технология переработки рассолов в рамках промышленного химического производства является гибкой, существенно снижает себестоимость конечных продуктов и глобально улучшает экологию потребляющих металлургических производств.

Научная новизна работы:

В диссертации с новых позиций на обширном фактическом материале выполнено теоретическое обобщение данных по промышленным рассолам юга Сибирской платформы.

  1. В области гидрогеологии предельно насыщенных рассолов. Установлены закономерности формирования и локализации зон улучшенных коллекторов в галогенно-карбонатной гидрогеологической формации Сибирской платформы, которые ассоциируют с «трещинно-пластово-жильным» типом гидрогеологической структуры. На основе анализа обширного геолого-геофизического материала выявлены критерии структурного, геодинамического, гидрогеологического контроля распределения аномального коллектора с АВПД в плане и геологическом разрезе осадочного чехла платформенных областей. С новых позиций сформулированы физико-геологическая, структурно-гидрогеологическая и фильтрационная модели залежи промышленных рассолов. Фильтрационная модель с «двойной пористостью» и аномальный коллектор (АК) впервые увязаны с геодинамической концепцией формирования линейной соляной складчатости – шарьяжно-надвиговой тектоникой, и ее структурных элементов – тектонического сместителя  зон межпластовых срывов и наложенных карстовых локальных структур – мульд проседания.
  • Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден комплекс площадных геофизических методов поиска, интерпретации рассолонасыщенного коллектора, участков с аномальными барическими характеристиками. Впервые установлена геолого-генетическая взаимосвязь трех основных факторов, характеризующих залежь промышленных рассолов: трещинно-пластово-жильного коллектора, его барических характеристик и степени насыщения предельного по концентрации природного раствора солей.
  • Опираясь на современные воззрения в смежных геологических дисциплинах – геотектонике, геодинамике, тектонофизике и новые гипотезы формирования южной окраины Сибирского кратона, соискателем сформулирована геодинамическая модель формирования флюидной системы с АК-АВПД-параметрами в галогенно-карбонатных толщах осадочного чехла платформ, основанная на шарьяжно-надвиговой теории (Камалетдинов, Казанцев, Казанцева, 1987; Шерман, Семинский, Борняков, 1994; Сизых, 2000; Сметанин, 2000). Уточнены границы гидрогеологической области активизированного коллектора с рассольным насыщением. Основной объем глубоких скважин с АК-АВПД- параметрами, располагается в полосе (ширина полосы  достигает 300 - 400 км) вдоль всей краевой части платформы, сопоставимой с зоной отраженной складчатости, форланд-границы современного аллохтона, где идет обновление процесса шарьяжной активности.
  • Результаты исследований соискателя подтверждают гипотезу о геологической роли концентрированных рассолов в геодинамических, флюидодинамических процессах в земной коре, в частности – в процессе надвигообразования в осадочном чехле Сибирской платформы. Во-первых – роль «жидкости гидроразрыва – флюидоразрыва» в плоскости развития максимальных напряжений, объединяющего локальную трещиноватость в единый магистральный разрыв – сместитель зоны межпластового срыва при значениях пластового и порового давлений, превышающих давление гидроразрыва компетентных слоев осадочных горных пород. Во-вторых – роль «смазки» в основании аллохтонных пластин, которая снижает трение поверхностей срыва и обеспечивает эффект «всплытия» аллохтона в процессе надвигания геологических блоков.
  1. В области гидрогеохимии. Выявлены новые закономерности в формировании химического состава концентрированных поликомпонентных металлоносных рассолов. Наряду с известными макро- и микроэлементами в магниево-кальциевых рассолах глубоких горизонтов химическими анализами обнаружены неизвестные и малоизученные редкие и редкоземельные элементы – иттрий, тантал, ниобий, европий, церий, иттербий, торий, цирконий, молибден, вольфрам, концентрация которых в 104-105 раз превышает их кларковые содержания в морской воде. Установлено, что вновь обнаруженные редкие элементы и РЗЭ обладают свойством избирательного концентрирования в рассолах с повышением уровня минерализации, а выявленные концентрации РЗЭ имеют один порядок с промышленными кондициями на твердые виды редкоземельного сырья. Автор рассматривает глубокие рассолы как новый самостоятельный геохимический (минерагенический) тип месторождений РЗЭ Сибирской платформы. Исследована неравновесная система рассол – соли; изучены минералы, выпадающие из предельно насыщенного рассола, и термобарические параметры фазовых переходов. Результаты исследований положены в основу технических решений по скважинной добыче промышленных рассолов.
  2. В области технологии глубокого гидрогеологического бурения. Сформулированы основные положения технологии бурения гидрогеологических скважин на глубокие промышленные рассолы, залежи которых характеризуются АК-АВПД-АМ параметрами. На основе экспериментальных исследований на Знаменском месторождении (Ангаро-Ленский артезианский бассейн) разработан на уровне изобретений и реализован на практике комплекс специальных технических и технологических решений для безопасного углубления высокодебитных интервалов с АК-АВПД-АМ параметрами, цикла гидродинамических исследований любой длительности и последующей эксплуатацию «природно-технической системы» в оптимальном режиме. Теоретически обоснована и внедрена конструкция глубокой гидрогеологической скважины, объединяющая в едином техническом решении геологоразведочную и захороняющую функции. Технология позволяет произвести управляемое вскрытие и проходку одного или нескольких «рапогазонасыщенных» высокодебитных АК-АВПД-интервалов разреза «на управляемом переливе» с одновременным захоронением получаемых на поверхность объемов флюида.
  3. В области технологии скважиной добычи рассолов; эксплуатации природно-технической системы «пласт – скважина». Разработанные автором способы и конструктивные решения по эксплуатации природно-технической системы приоритетны, защищены заявками на изобретения, патентами и объединяют в единый научно-производственный технологический цикл следующие аспекты:
  • Теоретически обоснована стационарность теплового режима работы скважины на перелив как главное условие борьбы с явлением выпадения, кристаллизации солей в трубах в процессе геологоразведочного цикла через параллельную закачку теплоносителя – рассола с «пластовой» температурой в заколонное пространство и зону захоронения по проточной схеме. Для длительных циклов (добыча и переработка рассолов) предложена конструкция с замкнутым циклом теплоносителя. Захоронение значительных объемов переработанного гидроминерального сырья и промышленных стоков выполнено в единой конструкции с добывающей скважиной, без дополнительного бурения закачивающей (скважины).
    • Теоретически обоснована возможность прямой работы высокодебитного пласта с АВПД в аварийной ситуации (кАn~ 2,65) через устьевую обвязку в поглощающий пласт, причем закачка-захоронение идет за счет собственной энергии (давления) продуктивного пласта. Возможность прямой работы продуктивного пласта с АВПД за счет создаваемой репрессии в поглощающий пласт крайне важна в аварийной ситуации, при отказе насосов.

5. В области переработки рассолов на химические продукты. Разработанные с участием автора способы и технические решения по технологии переработки предельно насыщенных хлоридных магниево-кальциевых рассолов приоритетны и объединяют в единый научно-производственный технологический цикл следующие аспекты:

  • Научно обоснованы процессы переработки предельно насыщенных рассолов хлоридного магниево-кальциевого и кальциевого типа, выполнены патентный поиск, их лабораторное, пилотное опробование. Исследованы два основных этапа переработки промышленных рассолов: 1) первичной переработки с получением первичных продуктов, например элементарного брома, бромида лития, оксида магния и 2) вторичной с получением сложных соединений декабромдифенилоксида, тетрабромдифенилолпропана, дибромэтана.
  • Предложен и опробован пионерный способ получения бромида лития с использованием промежуточных стадий и полупродуктов технологического цикла. Разработаны новые переделы в известных технологических цепочках, принципиально улучшающие технологичность традиционных способов, например: использование промышленного типа ионообменной смолы КУ-2 в способе паровой отгонки; использование способа электролиза рассола для получения свободного хлора непосредственно в технологическом цикле паровой отгонки, что позволяет полностью отказаться от хлорного хозяйства и перевозок газообразного хлора. Эффективность технологической схемы дополняется здесь эффектом повышения безопасности промышленного производства брома. Предложен новый реагент дибромантин (ДБА), заменяющий цианиды в кучном выщелачивании рудного золота. Применение ДБА эффективно технологически и экологически. Новая технология получения гидроокиси магния из рассолов позволяет удвоить выход конечного продукта.
  • Научно обоснована и экспериментально подтверждена высокая эффективность новых растворов для бурения глубоких скважин на основе хлоридной магниево-кальциевой системы ПНР. Внедрены в практику глубокого бурения, и запатентованы составы и способы получения буровых растворов, установки для их промышленного производства, а также полимеры, устойчивые в среде двухвалентных катионов – кальция и магния.

6. В области методологии оценки запасов глубоких рассолов по промышленным категориям, геолого-экономичекой оценки перспективных участков в качестве самостоятельного гидроминерального сырья: обоснована гидрогеологическая модель зонально-неоднородного пласта, количественно охарактеризован аномально-проводящий жильно-пластовый коллектор на перспективных участках галогенно-карбонатной формации. Оценка запасов рассолов по промышленным категориям выполнена с учетом результатов площадной геофизики и длительных ОФР. Впервые для сибирских рассолов геолого-экономическая оценка вариантов освоения и глубокой переработки гидроминерального сырья с обоснованием временных кондиций выполнена применительно к разработанным и апробированным технологиям извлечения полезных компонентов с повариантной оценкой структуры себестоимости конечных химических продуктов.

Личный вклад автора. Приведенные в диссертации полевые материалы, результаты теоретических и прикладных исследований получены автором, либо при его непосредственном участии и руководстве. Ему принадлежат формулировка целей и задач исследования, определение путей их решения, обобщение результатов и концепция развития научных, экспериментальных и геологоразведочных работ. В основу диссертации положены работы по опробованию, изучению и оценке продуктивных углеводородных и гидроминеральных объектов Сибирской платформы, глубоких скважин с АК-АВПД объектами, выполненные автором лично и в соавторстве в 1983-2008 годах в составе опытно-методической гидрогеологической партии, под руководством автора в секторе гидроминерального сырья ВСНИИГГиМС МинГео СССР, в научно-производственных фирмах «Брайнсиб» на Знаменском и «Сибирский Салар» на Ковыктинском месторождениях юга Сибирской платформы в процессе реализации государственных целевых программ «Рациональное, комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов в народном хозяйстве на 1987-1990 и на период до 2000 г», «Гидроминеральное сырье России» на 1992-1995 гг., ФЦП «Интеграция» (проект Л-0047); комплексных инвестиционных проектов освоения промышленных рассолов; в составе ОАО «ИркутскГазПром», ООО «Иркутской Буровой Компании», в ООО «НафтаБурСервис». В 1983-2008 г.г. при непосредственном участии автора испытано около 50 объектов с притоками промышленных рассолов, причем некоторые из них – Знаменские 3, 3А; Карахунская 2; Рудовская 176; Ковыктинские 3,18,53,60,61,64; Верхоленская 100; Алтыбские 244, 250 – уникальны по гидродинамическим показателям. На промплощадке Знаменского месторождения промышленных рассолов автору по сути удалось организовать научно-производственный полигон и объединить усилия научных школ, проектных групп и производственных предприятий по бурению глубоких скважин, изготовлению опытного технологического оборудования с целью опробования и внедрения научных, технических и технологических решений. Специальные геологоразведочные (глубокое гидрогеологическое бурение, площадные геофизические исследования, длительные ОФР продуктивного и захороняющего объектов), и технологические исследования по переработке предельно насыщенных металлоносных рассолов выполнены впервые. Целенаправленно изучен крайне сложный объект гидрогеологических исследований – природно-техническая система скважина – АК-АВПД-залежь, магниево-кальциевые рассолы с минерализацией 624 кг/м, с дебитом перелива до 7000 м/сут, коэффициент аномальности пластового давления кАn~ 2,65 и давление на устье скважины 18,7 МПа.

Практическая значимость исследований заключается в повышении эффективности геологоразведочных работ (ГРР) на глубокие промышленные рассолы, геолого-экономической оценки и освоения месторождений поликомпонентного металлоносного гидроминерального сырья Сибирской платформы по следующим направлениям.

  • Обоснован и внедрен в производство оптимальный комплекс гидрогеологических, геолого-геофизических и технологических исследований при поисках, разведке и геолого-экономической оценке месторождений предельно насыщенных кальциевых рассолов. Эффективность комплекса, внедренного в практику, иллюстрируется установлением новых, неизвестных ранее закономерностей пространственного размещения и открытием с его помощью новых залежей, участков и месторождений промышленных рассолов,  конкретными рекомендациями по направлениям ГРР на гидроминеральное сырье.
  • Автором открыто и разведано типичное для гидрогеологических условий юга Сибирской платформы Знаменское месторождение промышленных магниево-кальциевых рассолов, с его участием выполнен значительный комплекс полевых и научных гидрогеологических исследований залежей ПНР на Верхнечонском и Ковыктинском углеводородных месторождениях, сопредельных площадях.
  • Анализ результатов испытания продуктивных интервалов позволил обосновать гидрогеологическую модель зонально-неоднородного пласта и получить количественные характеристики аномально-проводящего коллектора в галогенно-карбонатной формации. Таким образом, впервые установлено, что залежи и химический состав ПНР формируются в совершенно определенных гидрогеологических и флюидодинамических обстановках.
  • Разработаны, запатентованы и внедрены в производство 1) комплекс технических решений, 2) технология производства работ и 3) комплекс инженерно-экологических мероприятий по безаварийному ведению ГГР на высокодебитных АК-АВПД объектах, 4) пионерные конструкции гидрогеологических скважин, 5) методология вскрытия продуктивной зоны и захоронения рассолов, 6) методы вторичного воздействия на пласт.
  • Впервые решены ключевые проблемные вопросы борьбы с выпадением солей в трубах при транспортировке рассола от призабойной зоны к устью; управления процессами в природно-технической системе – разбавления, совместимости при захоронении стоков; реализована пионерная схема захоронения в межколонное пространство скважины.
  • Осуществлено безаварийное вскрытие продуктивной зоны с АК-АВПД- параметрами (кАn~ 2,65) глубокой гидрогеологической скважиной. Впервые в практике гидрогеологии глубоких горизонтов Сибирской платформы выполнены длительные многолетние совмещенные гидродинамические исследования продуктивного и поглощающего пластов (отбор на перелив около 20000 м3 рассола) и длительная – более года запись – конечной кривой восстановления давления (КВД).
  • Одновременно с комплексом гидрогеологических исследований организованы и реализованы значительные объемы технологических исследований; найдены новые, во многом приоритетные решения по переработке ПНР, не имеющих аналогов в мировой практике либо серьезно улучшающие известные переделы (например, извлечение бромида лития). Адаптированы, доработаны такие известные технологии, как паровая отгонка брома или осадительная технология гидроокиси магния. В частности, использование ионитной технологии в 10 раз снижает потребность в остром паре, отпадает необходимость приобретения спецконтейнеров для перевозок брома марки «А», решена проблема перевозки брома в связанном виде в ионообменной смоле, удвоен обьем  получаемой окиси магния.
  • Выполнена региональная оценка прогнозных эксплуатационных запасов промышленных рассолов и ценных компонентов для южных и центральных районов Сибирской платформы, которая отражена на специальных гидрогеологических картах.
  • Первое месторождение поликомпонентных (бромо-магниево-литиевых) промышленных рассолов в Восточной Сибири, в России представлено к защите. Извлекаемые запасы рассолов и полезных (извлекаемых) компонентов месторождения поставлены на государственный баланс. Конкретные результаты и объемы работ по внедрению представлены в текстовых приложениях.
  • Научно-технические и технологические решения, разработки, технологические схемы добычи сырья и его переработки на конечные химические продукты – бром, литий, их соединения, оксид магния, добавки в электролит для выплавки первичного алюминия и составы буровых растворов, защищены патентами и рядом авторских свидетельств на изобретения, внедрены в практику геологоразведочных работ. Ряд научных разработок вошли составными частями в проектную документацию по объектам недропользования: рабочие проекты ГРР и технологические регламенты для проектирования строительства, рабочие проекты строительства опытно- промышленных установок (ОПУ). Результаты работ являются научно-прикладной основой для практического промышленного освоения нового гидроминерального сырьевого источника – глубоких концентрированных металлоносных хлоридных кальциево-магниевых рассолов.

Апробация работы. Основные разделы диссертационной работы прошли апробацию в процессе защиты результатов исследований на Ученом Совете ВСНИИГГиМС, в головном институте ВСЕГИНГЕО, в отделе геоэкологии и гидрогеологии МинГео СССР, на секции НТС «ВСНГГ» и ГГП «Иркутскгеология», в процессе экспертизы – в подкомиссии экспертной комиссии Госплана СССР, в АО «Атомредмедзолото», в МПР России, в МинАтоме. Основные выводы и результаты исследований докладывались автором на следующих конференциях, совещаниях: региональных XIX, XII и XIV - по геологии и геофизике Восточной Сибири (Иркутск, 1984, 1986, 1990); геофак ИГУ (Иркутск, 1988); «Геология и полезные ископаемые…», «Геология и прогнозирование…» (Иркутск, 1989); по проблемам Верхнеленского ТПК (Усть-Кут, 1989); «Гидроминеральные ресурсы Восточной Сибири» (Иркутск, 1998); Всероссийских и Международных: «Вопросы гидрогеологии…» (Пермь, 1983); «Горнодобывающие комплексы Сибири…» (Улан-Уде, 1990); «По испытанию скважин…» (Карши, 1991); «Алюминий Сибири – 97» (Красноярск, 1997); на НТС № 7 Минатома России «Сырьевая база и горно-технологические вопросы» (Москва, 1998); «MINITEK-99» Москва,1999; XVIII «Геология и геодинамика Евразии» (Иркутск, 1999); «Сергеевские чтения» (Москва, 2000); «Экология ландшафта» (Иркутск, 2000); “Проблемы разведки, добычи и обогащения руд…”(Екатеринбург, 2000); «Исследования эколого-географических проблем…» (Нижневартовск, 2000); V “Новые идеи в науках о Земле” (Москва, 2001); «Легкие металлы на рубеже веков» (Санкт-Петербург, 2002); «Современная геодинамика и сейсмичность Центральной Азии», «Проявления активного тектогенеза на пассивных окраинах литосферных плит» (Иркутск 2005); XVI, XVIII “Подземные воды Востока России (Иркутск, 2000, 2006); на VII и VIII «ГЕОМОДЕЛЬ» (Геленджик, 2004, 2006).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 85 работ, в том числе главы и разделы в 6 коллективных монографиях, 17 авторских свидетельств, патентов и заявок, в том числе 14 работ в ведущих рецензируемых журналах перечня ВАК 2001-2005 гг.; 7 работ из перечня ВАК с 2006 г.

Объем и структура работы. Работа состоит из 2 томов: 1 том – текст диссертации из введения, шести глав и заключения объемом 438 страниц, включая 108 рисунков и список литературы из 306 наименований. 2 том – текстовые и графические приложения.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту доктору геол.-мин.наук профессору Б.И. Писарскому за оказанную помощь, содержательную критику и внимание. Автор считает своим долгом выразить признательность ученым и специалистам, коллегам по работе, общение с которыми оказало значительное влияние на формирование изложенных в работе представлений, за активное обсуждение гидрогеологических и смежных проблем,  помощь в практической реализации технических и технологических решений: Артеменко А.С., Коцупало Н.П., Рябцеву А.Д, Жилину А.Г., Володченко Л.Ф., Богданову В.С., Брагиной А.А., Головину А.П., Валлу А.Н., Хохлову Г.А., Кравчуку Э.А., Фокину Е.К., Низамову Г.С., Башлыковой Т.В., Тарасову К.И., Данилову В.А., Перову С.С., Сизых В.И., Оскорбину П.А., Черенцову Г.П., Адмакину Ф.А., Рябец С.И., Рожкову В.В., Тибилову А.С., Поспееву А.В., Баранову А.Н., Носову В.В., Агафонову Ю.А., Храмкову В.Г.

Автор чтит память чл.-корр. АН СССР профессора Е.В. Пиннекера, профессора В.Н. Воробьева, профессора С.С. Бондаренко, оказывавших исследованиям необходимое внимание и поддержку.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследований, защищаемые положения и научная новизна, практическая значимость работы.

В главе 1 дан краткий обзор состояния проблемы, рассмотрена история гидрогеологической изученности рассолов Сибирской платформы, которая насчитывает около трехсот лет. Выделены обобщающие работы (И.Ф. Щепетунин, Е.В. Пиннекер, П.И. Трофимук, М.А. Цахновский, Л.З. Садыков, Ю.К. Кустов, А.А. Дзюба, С.В. Алексеев, М.Г. Валяшко, А.С.Анциферов, В.В. Павленко, В.И. Вожов, М.Б. Букаты, С.Л.Шварцев), отражающие: углубленное изучение отдельных типов рассолов, особенностей формирования химического состава, минерализации и накопления редких элементов; исследование палеогидрогеологических условий формирования рассолов в отложениях докембрия и кембрия; изучение палеодинамики и разгрузки рассолов глубоких горизонтов; изучение рассолов в аспекте выявления комплекса газо-гидрогеохимических признаков залежей углеводородов, калийных солей; исследование концентрированных рассолов как гидроминерального сырья, где важными вехами стали системные исследования ИЗК СО РАН, начатые в 50-х годах, исследования Иргиредмета в 1961–1964 гг. (Н.Г. Руденко), а также с 1989 г. целевые работы ВСНИИГГиМС (А.С. Артеменко), ИХТТиМС (В.В. Болдырев, Н.П. Коцупало), «Экостар- Наутех» Н.П. Коцупало, А.Д.Рябцев); ИрГТУ (Е.В. Зелинская). Изучение закономерностей распределения промышленных рассолов глубоких горизонтов, оценка ресурсов и прогнозных эксплуатационных запасов начаты в 60-х годах работами Е.В. Пиннекера, М.М. Одинцова, В.А. Твердохлебова; И.С. Ломоносова, П.И. Трофимука, М.А. Цахновского, Е.К. Фокина, С.С. Бондаренко, В.И. Вожова.

Дана краткая характеристика геологического строения южной окраины Сибирской платформы. Площадь, занимаемая соленосной формацией, не менее 200 тыс. км2. Суммарная мощность пластов каменной соли местами достигает 900 м. Рассмотрена тектоническая дифференциация нижнепалеозойского осадочного чехла. Подсолевая толща характеризуется исключительно пологими изгибами, в целом конформными поверхностям кристаллического фундамента; для соленосных отложений типична многоплановая дисгармоничность, для надсоленосных слоев – параллельная складчатость. Осадочный чехол представлен отложениями от нижнекембрийских до кайнозойских, в основном нижнепалеозойскими. В основании осадочного чехла залегают метаморфизованные и кристаллические породы архея- протерозоя.

Наиболее важные моменты этапов (Арутюнов, Карасев, Корчагин, 1971; Бакин, Воробьев, Рыбьяков, 1978; Воробьев, 1981; Мазур, 1964; Жарков, 1965;  Жарков, Чечель, 1973) формирования геологических структур: унаследованность тектонических движений, периодичность тектонической активизации, послеверхоленское воздымание территории, длительное воздействие эрозионных процессов и соподчиненность основным структурным элементам. По геоструктурным и гидрогеологическим особенностям на Сибирской платформе выделяется группа сложнопостроенных артезианских бассейнов, а на ее обрамлении – гидрогеологические складчатые области (Каменский, Толстихина, Толстихин, 1959;  Пиннекер, 1966, 1977). Исследуемая территория размещается в пределах сложного Ангаро-Ленского артезианского бассейна (Зайцев, 1956). Более детальная схема гидрогеологического районирования предложена Е.В. Пиннекером (1977), и на сегодня общепринята. В осадочном чехле выделены три гидрогеологические формации: подсолевая, включающая в себя отложения рифея, венда и нижнего кембрия по осинский горизонт включительно; галогенно-карбонатная от литвинцевской до усольской свиты; надсолевая. Формации подразделяются на водоносные комплексы с горизонтами и пластами.

Дано обоснование выбранного направления исследований. Для оценки перспективности территории юга Сибирской платформы на гидроминеральное сырье необходимо:

      • конкретизировать модельные представление о перспективных объектах в пределах терригенной и галогенно-карбонатной гидрогеологических формаций с задачами подтверждения постоянства фильтрационных параметров во времени и выявления критериев, по которым можно уверенно судить о граничных условиях участков, месторождений. В конечном итоге речь идет об обоснованной оценке масштаба ресурсов и извлекаемых (эксплуатационных) запасов промышленных металлоносных рассолов.
      • подтвердить постоянство концентраций промышленных элементов в изучаемых рассолоносных гидрогеологических формациях на территории исследования и оценить параметры разброса гидрогеохимических показателей, по возможности сопроводив их данными опытно-промышленной эксплуатации.
      • охарактеризовать исследуемые гидрогеологические объекты обоснованными геолого-экономическими показателями, рассмотреть перечень геологических, технических и технологических рисков освоения перспективных участков.

Научно-практическое решение перечисленных вопросов позволит реально перейти к этапу разведки и освоения новой сырьевой базы литиевых и бромных продуктов, по существу альтернативной существующим в стране, и значительно снизить зависимость Российской промышленности от импорта бромпродуктов, литиевых и кальциевых солей.

Глава 2 посвящена исследованию закономерностей распределения и локализации рассолов в осадочном чехле. Потенциальные резервуары для локализации промышленных рассолов в карбонатных горизонтах могут быть крупнее по размерам, существенно выше их фильтрационные параметры и концентрации промышленно-ценных элементов, а геологические запасы на порядок больше, чем в нижних терригенных коллекторах разреза. По этой причине автор делает в работе акцент именно на исследование гидрогеологических резервуаров в галогенно-карбонатной гидрогеологической формации.

Условия формирования и распределение ресурсов рассолов галогенно-карбонатной формации характеризуются региональным распространением продуктивных пластов, которые относительно детально описаны гидрогеологами уже в 60-ых годах 20 века. (Басков, Зайцев, 1958, 1961, 1963; Богданов, Бондаренко, 1961; Валяшко и др.,1965; Капченко, 1964; Цахновский, Садыков, 1962; Пиннекер, 1964, 1966, 1977; Дзюба, 1982; Вожов, 1987, 1998, 2000, 2006). Общепринятая точка зрения увязывает высокодебитные объекты с зонами повышенной трещиноватости карбонатов. Но трещинно-жильные коллектора, с точки зрения соискателя, не могут обеспечить формирование значительных емкостных запасов рассолов.

Автором выдвинута следующая гипотеза: а) зоны трещиноватости могут служить индикаторами по отношению к зонам распространения вторичных улучшенных рассолонасыщенных коллекторов; б) размеры последних ограничены в разрезе мощностью карбонатных прослоев и генетически могут быть связанными с послойными субгоризонтальными срывами, а в плане могут занимать значительные территории; в) структурные формы, образованные в результате процессов проседания, обрушения как итог многоэтапного соляного и карбонатного карста, и наложенная активная трещиноватость отражают гидрогеологические структуры соответствующего масштаба.

Изложенная гипотеза укладывается в геоструктурные построения по галогенно-карбонатной гидрогеологической формации и подтверждается: а) прямыми методами – бурением, исследованием керна, замерами пластового давления и дебитов; б) косвенно – данными каротажа, площадной геофизики; в) гидродинамическими исследованиями, расчетно-фильтрационными моделями; г) локальными структурами – аналогами в других регионах со сходными палео-условиями, например, на Русской платформе. Объект поиска можно формализовать как захороненный закарстованный многопластовый карбонатный массив или несколько субпластовых карбонатных горизонтов (формацию) в разрезе галогенно-карбонатной толщи в пограничной зоне «платформа – краевой шов». Априори этим условиям отвечает территория Ангаро-Ленского (Байкало-Патомского) прогиба, Верхоленской и Илгинской впадин, детально исследованных по результатам поискового колонкового бурения на калийные соли и глубокого бурения на углеводороды (Адамов, Цобин, Чечель, 1970; Жарков, 1965; 1973). Прогиб характеризуется размерами 1200 км на 300 км, Илгинская впадина прослеживается на расстояние 350 км при ширине 150 км и относится к наиболее прогнутой части Верхне-Ленской впадины.

Исследованиями автора установлено, что глубокие скважины по характеру рассолопроявлений, расчетным параметрам пласта, восстановлению давления, дебитам и коэффициенту водопроводимости разделяются на две группы, отчетливо идентифицируемые по дебитам перелива. Сделан вывод, что выделенные группы продуктивных скважин вскрывают две различные среды с единым пластовым давлением. Отличие в фильтрационно-емкостных параметрах этих сред. Первая среда приурочена к пластам (зонам) небольшой мощности с высокими значениями фильтрационных параметров, дренируя значительный объем продуктивного рассолоносного пласта, она – флюидопродводящая или перераспределяющая (Бузинов, Умрихин, 1973), и соискателем трактуется как «Аномальный» коллектор (АК). Вторая среда характеризует основной объем эффективной (проницаемой) части резервуаров продуктивных рассолоносных горизонтов галогенно-карбонатных отложений – «Нормальный» коллектор (НК), имеет низкие параметры проницаемости. Притоки к скважинам во второй среде незначительны. Сообщаемость двух сред АК и НК подтверждается едиными значениями пластового давления, идентичностью химического состава рассолов и приуроченностью приточных интервалов к выделенным продуктивным рассолоносным горизонтам – бильчирскому, атовскому, христофоровскому, осинскому, балыхтинскому.

Важнейшим площадным методом, картирующим «насыщение» коллектора через параметр электропроводности, является электроразведка. Геоэлектрическая модель рассолоносных зон характеризуется более низким сопротивлением за счет повышенной трещиноватости пластов и большего объема флюида. При минерализации рассолов  450-600 кг/м3 их электрическое сопротивление менее 0,03 Ом·м. Большой контраст объектов по электрическим свойствам создает аномальный эффект, что используется как дополнительное признаковое пространство при формировании физико-геологической модели (ФГМ) рассолопроявляющего объекта. В галогенно-карбонатной толще выделяются два типа коллекторов – нормальные, как правило, трещинно-поровые, и аномальные, развитые по плоскостям межпластовых срывов. Геоэлектрическая модель ненарушенных коллекторов может быть представлена в виде проводящего пласта. Нередко встречаются вытянутые проводящие структуры вдоль соляных валов и локальные ограниченные по латерали объекты. Аномальные коллектора формируют наложенную вторичную фильтрационную структуру. Например, зона пониженного продольного сопротивления на Знаменской площади (методы ЧЗ-ВП; ЗСБ) практически совпадает с областью ухудшения прослеживания сейсмических горизонтов. Сходная картина повышенной проводимости соленосной толщи получена при картировании территории Ковыктинского месторождения (ЗСБ) в районе скважин 3, 18, 52, 60, 61, 64, из которых в процессе бурения получены фонтанные притоки промышленных рассолов. Таким образом, все аномально-приточные объекты в пределах рассматриваемой территории укладываются в пояс отраженной складчатости, пространственно совпадают с зонами ухудшения записи картины волнового поля и структурами проседания (компенсации), т.е. весьма характерными по сейсмогеологическим условиям локальными структурно-вещественными неоднородностями, а также уверенно картируются методами площадной электроразведки за счет повышенной проводимости пород-коллекторов.

Региональные закономерности локализации АК-АВПД обьектов, вскрытых глубокими скважинами, увязаны с геоструктурными построениями по галогенно-карбонатной формации и современными воззрениями на геодинамику платформенных областей. Результаты гидрогеологических исследований на рассматриваемой территории дают нам обширный фактический материал по обводненности рассолами открытых активных трещин и разломов в «реологически» обусловленных интервалах осадочной толщи, и по наличию АВПД, близкого по значениям к горному давлению, в таких аномальных коллекторах. На примере Ковыктинского газоконденсатного месторождения (КГКМ) – одного из наиболее изученных (шесть скважин и больше десятка приточных объектов с АК – АВПД) глубоким бурением и дистанционными методами объекта (методикой «CSD» Демидова, 1999), выделены в разрезе и протрассированы на временных разрезах МОГТ интервалы и построены поля распределения АВПД в плане. Надежность прогнозных построений здесь значительно выше благодаря подтверждению глубоким бурением реальных интервалов АВПД. Типичный пример: скв. 18, 52, 64 Ковыктинские, расположенные на восточном крыле Орлингского вала и вскрывшие на глубинах 1,8-1,9 км в межсолевых пропластках доломитов усольской свиты мощные зоны АК-АВПД.

Рассматриваемая в структурной геологии как дизъюнктивная граница, в тектонофизике разломная зона трактуется как объемное тело, внутреннюю структуру которого, кроме зоны тектонитов магистрального сместителя, составляют все генетически связанные с его формированием пластические и разрывные деформации, включая в себя существенно большие по размерам объемы пород (Семинский, 2005). Внутреннее строение разломных зон определяется существованием структурных парагенезисов, каждый из которых представляет собой совокупность разрывных систем, образовавшихся в одной динамической обстановке и составляющих в плане единые, чаще линейно вытянутые зоны. Действительно, установлены геолого-структурные закономерности, общие для всех объектов с АК-АВПД - тектоническое сдваивание геологического разреза в соленосной формации в ряде глубоких скважин в восточном крыле Жигаловского, Омолойского, Литвинцевского, Марковского валов. Восточное крыло складки, обращенное в сторону источника сжимающих, тангенциальных напряжений, более пологое и сорвано, перемещено по зоне межпластового срыва, за счет чего геологический разрез в скважине повторяется. Такая специфическая структура называется аллохтонной антиклиналью (Ричи, 1934; Ч. и. Дж. Роджерс, 1950, 1952; Милиции, 1963;  Гвин, 1964; Баттс, 1977; Камалетдинов, 1974; И.С.Вахромеев, 1988, 1991, 1992), формируется в условиях горизонтального сжатия и связана с послойными срывами горных пород, перерастающими на границах толщ разной компетенции в субсогласные наслоениям надвиги. Антиклинали - характерные элементы покровных структур, формирующихся как в теле шарьяжа, так и на его границах. Возникают они в местах излома поверхности надвига, а синклинали образуются над участками субгоризонтальных  срывов. Автором установлено, что все скважины с аномальными водопритоками (первая группа) пробурены в зонах, четко локализованных в плане в виде пликативных геологических структур синклинального типа – воронок, мульд, прогибов. Размеры этих структур составляют первые километры, протяженность прогибов – десятки километров, амплитуда проседания 50-150 милисекунд (25-75м и более). Выводы кореллируют с сейсмогеологическими исследованиями в других регионах страны со сходным геологическим строением осадочного чехла – на Русской платформе (Александров, Левит, Симакин, 1979), в западном Узбекистане и Туркмении (Кушниров, Абдулниязов, 1979).

Этот тезис раскрывает генетическую связь закономерной приуроченности скважин с АК и АВПД к локальным структурам проседания,  структурным формам синклинального типа, установленной автором. Именно синклиналь, сопряженная с аллохтонной антиклиналью, является объектом зонального прогноза, поисковой структурой на АК-АВПД-обьект. Зоны срывов, «магистральных сместителей» – это дизъюнктивные осложнения разреза, провоцирующие начало формирования локальных структурно-вещественных неоднородностей (СВН), или их геологические причины. Действительно, глубокие скважины с высокодебитными притоками рассолов, пробуренные в крыле аллохтонной антиклинали, вскрывают зону межпластового срыва, зону субгоризонтальной трещиноватости, по которой шло развитие вторичного коллектора трещинно-карстового типа.

Не умаляя роли хрупких деформаций (Шерман, Семинский, 2003; Семинский, 2004) в формировании внутренней структуры межпластовых срывов, представленный в реферируемой работе авторский фактический материал дополняет разработки ученых - тектонофизиков школы ИЗК СО РАН как по гидрогеологическим характеристикам предполагаемых зон сместителей, так и по вероятным механизмам  их формирования. По версии автора возможен определенный процент деформаций и формирования структур сжатия, а следовательно, и дизьюнктивов с участием флюида – рассола как агента гидроразрыва, на основе фиксируемого нами в скважинах АВПД (Фертль, 1976). Явление всплытия аллохтона и скольжения по поверхности срыва, где рассолы играют роль смазки, значительно облегчает реализацию как смещения основной части перемещающегося блока, так и протекание деформаций по хрупкому механизму на дистальных окончаниях основных и оперяющих разрывов (Шерман, Семинский, 2003). Механизм послойного флюидоразрыва за счет энергии флюидной системы в замкнутом объеме детально рассмотрен в работах (Ходьков, Валуконис, 1968, 1973; Файф, Прайс, Томпсон, 1981; Методы изучения…, 1986; Всеволжский, Дюнин,1998; Граусман, 1999; Мигурский, Старосельцев, 1999, 2000).

В региональном плане территория с проявлением АВПД в плане располагается в зонах влияния Присаянского и Предбайкало-Патомского надвиговых поясов (Сметанин, 2000), или в поясе «фронтально-надвиговых и отраженных надфронтальных структур внутренней части платформы» (Сизых, 2001). По С.И. Шерману, (2003), это зона современной форланд-границы, где сегодня идет обновление процесса шарьяжной активности. Притоки рассолов с высокими дебитами и АВПД, в некоторых скважинах сопоставимым с величиной горного давления, рассматриваются соискателем как индикатор напряженного динамического состояния средней – солевой формации геологического разреза чехла платформы. Линейность зон (в плане), вскрытых глубокими скважинами, говорит в пользу модели фронта, причем на нескольких уровнях сместителей в разрезе, т.е. фронта чешуйчатого веера. Показано, что в поясе «фронтально-надвиговых структур внутренней части платформы» существуют необходимые условия для реализации напряжений, трансформирующихся, к примеру, из области формирования Байкальского рифта. Действительно, территория, располагающаяся между двумя участками повышенной плотности линеаментов (Семинский и др., 2008), характеризуется массовыми проявлениями АВПД в средней, галогенной формации осадочного чехла. По данным глубокого бурения, АВПД и аномальные, до первых десятков тыс.м3/сут, притоки рассолов в пределах рассматриваемой территории приурочены к относительно небольшим по толщине коллекторам, представляющим субгоризонтальные интенсивно нарушенные прослои карбонатов в мощной солевой толще пород платформенного чехла. Поскольку высокие пластовые давления уменьшают эффективное напряжение, а, следовательно, по закону Кулона и прочность пород на скалывание, подобные прослои являются зонами срывов (Hubbert, Rubey, 1959; Камалетдинов и др., 1981; Новосилецкий, 1989; Попков, 1991), которые в совокупности с субвертикальными сдвигами составляют известный платформенный парагенезис (Леонов, 1995; Архипов и др., 1996; Семинский, Гладков, 1997; и др.), обеспечивающий в пределах Иркутского амфитеатра возможность перемещения отдельных пластин и блоков чехла под действием тангенциальных сил (Сметанин, 2000; Сизых, 2001). Существование в настоящее время аномальных пластовых давлений, невозможность их сохранности в карбонатах нижнего кембрия более 3-5 тыс. лет (Анциферов, 1989) в совокупности с продолжающимся вплоть до современности ростом разноранговых валов и складок (Замараев, 1967; Дубровин, 1979; Анциферов, 1989; Сизых, 2001; Уфимцев и др., 2005; и др.) являются вескими аргументами в пользу гипотезы о современной активности в пределах полосы распространения АВПД.

Автор приходит к выводу, что изучая проявления аномального пластового давления в каждой конкретной скважине, мы исследуем системное явление, характеризующее восточное крыло типичной, линейной синклинали, которая формируется над поверхностью срыва крыла аллохтона. Зона АК-АВПД отождествима со сместителем, и мы анализируем результаты глубокого бурения в надвиговых зонах, в зонах подобия, сингенетичных по геологическому и тектонофизическому строению, геодинамике и гидрогеологии.

Принципиально новый комплексный фактический материал, подтверждающий взаимосвязь сложившихся геологоструктурных, геодинамических представлений и гидрогеологических построений соискателя по гидрогеологии и гидродинамике АК-АВПД объектов, получен на Знаменском месторождениях промышленных рассолов и Ковыктинском ГКМ. Знаменское месторождение введено в стадию предварительной разведки по инициативе и при непосредственном руководстве автора. В пределах КГКМ глубоким бурением на сегодня выявлена самая крупномасштабная многоуровневая залежь промышленных предельно насыщенных рассолов. Здесь в разрезе соленосной толщи выделены пять интервалов АК-АВПД со своими барическими и гидрохимическими характеристиками. Эти интервалы коррелируют с горизонтами: бильчирским ангарской свиты, атовским верхнебельской, христофоровским бельской свиты, балыхтинским в верхах, межсолевым и осинским в низах усольской. Интервалы АК-АВПД разделены в разрезе блоками неизмененных нормально-осадочных пород с давлением, близким  к гидростатическому. Это важный аргумент в пользу локализованного, геологически обусловленного распространения АК-АВПД зон по вертикали в гидрогеологическом разрезе соленосной толщи. Но в плане рассматриваемые АВПД зоны занимают значительные площади, и некоторые из них вскрыты более чем одной глубокой скважиной (64-52-18-60-61 Ковыктинские; 3, 3А Знаменские). Последнее увязывается с результатами обработки кривых восстановления давления (КВД), на которых не удается найти влияние границы второго рода – продуктивная рассолоносная зона работает на перелив с аномально-высоким дебитом как «неограниченный пласт».

Таким образом, для карбонатов соленосной гидрогеологической формации относительно широко распространенным активным трещиноватым коллектором могут быть зоны развития межпластовых срывов, условно объединенные плоскостью сместителя надвига. Косвенным признаком приуроченности интервалов АВПД к тектоническому сместителю следует считать небольшую (первые метры) толщину вскрываемых глубокой скважиной высокодебитных пластов или зон. Мощные, кратно превышающие по толщине отложения солей изолируют карбонатный коллектор, локализуют развитие активной трещиноватости по вертикали. Этим обусловлен «псевдопластовый» характер распределения АК и АВПД в резервуаре – галогенно-карбонатной гидрогеологической формации нижнего кембрия. АК, как правило, по данным каротажа совпадает в разрезе с карбонатным пластом, и характеризуется двумя параметрами аномальности – дебитом Qan и давлением Pan. Объединить эти два параметра, фиксируемые при изучении реальных разрезов возможно в модели субгоризонтальной псевдопластовой фильтрационной неоднородности.

Поровое пространство карбонатных коллекторов исследуемой толщи является результатом сложного влияния разнообразных факторов. Емкость карбонатных коллекторов рассматриваемого разреза составляют главным образом поры и каверны выщелачивания, в меньшей мере - поры перекристаллизации и трещины с пустотами расширения. В основном встречаются сложные (порово-трещинный, порово-трещинно-каверновый, трещинно-поровый, трещинно-каверновый, трещинно-каверново-поровый и трещинно-порово-каверновый) и реже простые (трещинный, каверново-поровый и поровый) коллекторы (Комарова, Ильин, Шашин, 1981). Сложные (смешанные) коллекторы отмечаются во всех карбонатных горизонтах и имеют не менее двух взаимосвязанных систем фильтрации по полигональной сети основных систем трещиноватости. В порово-трещинном, каверново-трещинном, порово-каверново-трещинном и каверново-порово-трещинном типах коллекторов трещинная проницаемость значительно превышает межзерновую (порово-каверновую), а для трещинно-жильно-пластового выше на три-пять порядков. Трещинно-поровый,  трещинно-каверново-поровый типы коллекторов характеризуются межзерновой и трещинной проницаемостью, сопоставимыми друг с другом. Емкость в сложных коллекторах обусловлена порами, кавернами, реже трещинами с пустотами расширения.

Рассмотрена гидродинамическая характеристика приточных объектов. Анализ КВД по приточным объектам галогенно-карбонатной гидрогеологической формации позволил уверенно разделить объекты по характеру рассолопроявлений, расчетным параметрам пласта, восстановления давления, дебитам и коэффициенту водопроводимости (км) на две группы. В первую, низкодебитную, попали скважины с нормальным, преимущественно поровым коллектором; во вторую – с аномально-проводящим. Значения параметров между группами различаются на 3-4 порядка независимо от метода расчета км. Проверена гипотеза о соответствии фактических КВД модели Полларда и модели Уоррена-Рута. Отсутствие на графиках зависимости P = f[t/(T+t)] двух параллельных прямых и переходного участка неустановившегося давления свидетельствует о несоответствии модели Уоррена-Рута поведению продуктивного пласта. В соответствии с моделью Полларда движение жидкости в пласте происходит в результате одновременного ее расширения в порах матрицы и трещинах (Голф-Рахт, 1986). Интерпретация КВД по модели Полларда дала удовлетворительный результат.

Эффективный контроль применения фильтрационной характеристики гидродинамическими методами предполагает использование адекватных фильтрационных моделей. Выполнено обоснование фильтрационной модели продуктивного пласта по КВД с использованием диагностических критериев. По Б.С. Концанову (1980), И.М. Березюку, В.Г. Рейтенбаху (1982) фильтрационная модель выбирается из числа конкурирующих моделей с помощью диагностического критерия d, вычисляемого по кривой восстановления давления, причем для зонально-неоднородного пласта d·> 2,5, для однородного пласта при фильтрации ньютоновской жидкости по закону Дарси  1,9 < d < 2,5:

                       

где Мi (i-0, 1, 2) – детерминированный момент i-ого порядка забойного давления Pc(t).

Изложенный алгоритм использован для обработки КВД эталонной скв. 3А Знаменской площади, полученных на разных этапах освоения продуктивного рассолоносного горизонты (зоны) в усольской свите, в интервале глубин 1818-1826 м. Результаты определения диагностического критерия таковы.

;;

Итак, результаты расчетов подтверждают модель «зонально-неоднородного пласта», одновременно подтверждая субпластовый характер фильтрационного поля. Это вполне согласуется с геолого-геофизическим данными, указывает на трещинно-карстовую и жильно- пластовую природу коллектора и позволяет перейти к обоснованию структурно-гидрогеологической модели изучаемых объектов. Как правило, простая гидрогеологическая структура или элементарная ячейка гидрогеологического пространства представлена сложным, смешанным типом коллектора (как поровым, каверновым, так и трещинным типами). Оба типа связаны с вторичными процессами – наложенной трещиноватости, кавернообразования и описываются моделью среды с «двойной пористостью».

Аномально-высокодебитные приточные объекты, вскрытые глубокими скважинами в галогенно-карбонатной толще Сибирской платформы, по классификации Е.В. Пиннекера, (1977), отражающей распределение подземных вод внутри гидрогеологического резервуара, соискатель относит к трещинно-порово-пластовому и жильно-пластовому типам сложной гидрогеологической структуры (рис 1). Для них характерно АВПД явление, фиксируемое практически в каждом случае вскрытия предельно насыщенных рассолов.

При подсчете запасов рассолов в резервуаре граничные условия схематизируются как «неограниченный пласт». С другой стороны, зоны разуплотнения и наложенные структуры образуют «наложенную» фильтрационную матрицу. Предложенная автором модель предполагает, что в формировании геологических запасов промышленных рассолов галогенно-карбонатной гидрогеологической формации играет роль вся совокупность водопроводящих коллекторов как порового, так и трещинно-карстового, трещинно-жильного типов с преимущественной локализацией водовмещающей среды в пределах карбонатных пластов. Фильтрационное поле описывается моделью среды с двойной пористостью (Баренблатт, 1972; Голф-Рахт, 1986). Основные ресурсы (геологические запасы) рассолов заключены в резервуарах нормально-осадочных пород, в водоносных горизонтах с каверново-поровым и каверново-порово-трещинным коллектором (НК), в то

  Рис. 1 Версия структурно-гидрогеологической модели зон АК-АВПД на примере центральной части КГКМ (по данным глубокого бурения и геофизических исследований) – активизация трещинного коллектора в зонах межпластовых срывов. (На основе геолого-геофизической модели А.В.Сметанина, 2000, с доп. Ю.А.Агафонова, А.Г. Вахромеева, 2004).

время как основные эксплуатационные запасы (извлекаемые ресурсы, в том числе и упругие запасы)  локализованы в зонах  межпластовых срывов (АК) и развитых по ним  наложенным трещинно-жильно-пластовым коллекторам. При формировании эксплуатационных (извлекаемых) запасов главную роль будет играть наложенная фильтрационная матрица тектонического и карстового генезиса (АК), пространственное расположение которой обусловит дренирование пород залежи (НК) с дебитами, обеспечивающими рентабельность планируемого производства.

Авторская формулировка  уточняет понятие «месторождение промышленных вод» (Бондаренко, 1982) применительно к залежам концентрированных рассолов Сибирской платформы. Поскольку гидрогеологическая структура описывается моделью фильтрационной среды с двойной пористостью, то основная задача на стадии прогноза – найти участок с такими геологическими условиями, чтобы транспортная (перераспределяющая) система («сеточная» фильтрационная структура) дренировала блоки в расчетном объеме; перепускала заданное количество воды; изучаемая матрица (суммарный и эффективный объем пористых блоков и трещинных каналов) обеспечивала расчетные упругие запасы. Наложенная фильтрационная структура перераспределяет пластовое давление в контурах месторождения промышленных рассолов при добыче рассолов.

Таким образом, автором сформулированы положения о геологической обусловленности  процессов формирования и пространственного распределения вторичной наложенной фильтрационной среды в карбонатных коллекторах юга Сибирской платформы. Геодинамическая модель увязывает АВПД и АК обьекты, вскрытые глубокими скважинами, с плоскостью тектонического сместителя регионального надвига, объясняет гидравлическую взаимосвязь трещинного и порового коллектора, расширяя традиционную в нефтяной геологии и геофизике региона ФГМ порового пласта.

В главе 3 рассмотрена геохимия концентрированных рассолов в аспекте их оценки как сырья для получения ценных элементов. Дана гидрогеохимическая характеристика рассолов, уровень изученности перечня элементов в концентрированных рассолах хлоридного кальциевого и магниево-кальциевого типа. Тенденции изменчивости концентраций отдельных элементов при направленном изменении параметров хлоридной системы детально описаны в работах А.С. Анциферова, В.И. Вожова, А.А. Дзюбы, И.К Зайцева, В.М. Попова, М.А. Голевой, И.К. Жеребцовой, Л.З. Садыкова, Е.В. Пиннекера, Л.Н. Гомоновой, М.Б. Букаты, С.Л. Шварцева и других исследователей. В галогенно-карбонатной гидрогеологической формации наблюдаются в основном предельно насыщенные (Пиннекер, 1966, 1977, 1998) рассолы с минерализацией 440-500 кг/м3. Результаты обработки выборки химических анализов по 22 пробам предельно насыщенных рассолов на значительно большем фактическом материале подтверждают фундаментальный вывод Е.В. Пиннекера, впервые предложившего выделить эту группу рассолов. Важно и то, что расширилась площадь распространения предельно насыщенных рассолов, притоки которых были получены на Тутурской, Верхоленской, Балаганкинской, Знаменской, Ковыктинской и ряде других площадей, границы распределения совпадают в плане с контурами Верхнеленской впадины.

Концентрированные рассолы рассмотрены как комплексное сырье. Показано превышение промышленных кондиций в 70 раз по брому и в 50 раз по литию для рассолов юга Сибирской платформы. Обоснование выбора извлекаемых компонентов выполнено с учетом разработанных технологий, реализованных в промышленном или опытно-промышленном масштабах. Приведены составы рассолов проявлений и месторождений Сибирской плаатформы и возможный ассортимент продукции при их комплексной переработке.

Для отражения закономерностей площадного распределения этих элементов соискателем построены прогнозные карты, на которых выделены поля концентраций, представляющие как научный, так и практический интерес для оценки прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов брома и лития в рассолах. При этом автор учел сделанные ранее построения (П.И. Трофимук, А.А. Дзюба, З.И. Павлова, Е.К. Фокин, Л.Н. Гомонова, Е.В. Пиннекер, В.И. Вожов, З.А. Другова, Г.А. Серебренникова, С.С. Бондаренко).

Приведены новые данные по геохимии редких элементов, устойчивые содержания которых выявлены аналитическими исследованиями во всех глубинных пробах рассолов, подвергнутых количественному анализу. Это иттрий, ниобий, молибден, торий, марганец, тантал и вольфрам, причем иттрий, цирконий и редкоземельные элементы определены впервые. Выявлены закономерности накопления РЗЭ и иттрия в рассолах Сибирской платформы. Установлено, что РЗЭ обладают свойством избирательного концентрирования в рассолах с многократным повышением общей минерализации (табл. 1).

Таблица 1

Коэффициенты концентрации РЗЭ в рассолах

Параметр, Элемент

Концентрация в рассоле, мг/л

Концентрация в морской воде (шельф), мг/л

Коэффициент концентрации

в рассоле по сравнению
с морской водой

Минерали

зация

358000

31000

11,5

Ce

1,05

0,0000193

54400

Nd

3,92

0,00000795

493080

Eu

0,01

0,00000032

31250

Th

4,35

0,0000165

263630

Если соотношения Nd, Ce, и Th с Eu в земной коре колеблется от 1.36 до 2.38, то в морской воде они возрастают на порядок (24-60), а в рассолах уже до 106-443. Полученные данные не противоречат гипотезе (Шмакин, 1976; Таусон, 1977; Таусон, Шмакин, 1988) о парагенезисе редких земель и иттрия со Sr, Pb, K, Rb, Zr, Zn в низкотемпературных гидротермальных образованиях. Выявленные концентрации РЗЭ имеют один порядок с существующими промышленными кондициями на твердые виды редкоземельного сырья, что позволяет рассматривать рассолы как новый самостоятельный генетический тип месторождений РЗЭ. Явление парагенезиса известных (Sr, Br, Mg, Ca, C, Rb) и описываемых (Y, Zr, Ta, Nb, Th, РЗЭ) элементов, высокая степень корреляционной взаимосвязи, а также высокие средние концентрации этих элементов в рассолах представляют интерес как с научной, так и с прикладной точек зрения. Элементы, обнаруженные в рассолах в устойчивых концентрациях (иттрий, ниобий, цирконий и др.), пользуются повышенным спросом на мировом рынке с тенденцией к возрастанию, обеспечивая развитие передовых промышленных технологий. Изучение закономерностей накопления редких элементов в системе и способов технологического извлечения может существенно поднять рентабельность освоения гидроминерального сырья.

В главе 4 изложены результаты научных исследований, технические и технологические решения в специальном гидрогеологическом бурении и добыче рассолов. Изучение залежей предельно насыщенных рассолов Сибирской платформы глубокими скважинами – проблемная на сегодня область теоретических и прикладных гидрогеологических исследований. Отсутствие отработанных в промышленном масштабе технологий гидрогеологического бурения высокодебитной и аномальной по барическим параметрам и минерализации продуктивной зоны с момента ее вскрытия глубокой разведочной и эксплуатационной скважиной – по сути, природно-технической системой, является основным сдерживающим фактором в освоении уникальных залежей рассолов. Рассмотрены стадии строительства и испытания глубокой гидрогеологической скважины (рис 2). В производстве, на буровых интервалы геологического разреза с характеристиками АК-АВПД-АМ называют «рапоносными зонами», или «рапопроявляющими горизонтами». Существование «рапоносных зон», встреченных в карбонатных породах ангарской и усольской свит, является одной из существенных проблем при разведке месторождений углеводородов на Сибирской платформе. В практике глубокого бурения по АК-АВПД-объектам в Восточной Сибири используется два принципиально разных подхода. Первый – управляемое вскрытие за счет противодавления сверхтяжелым (с удельным весом до 2,5 г/см) буровым раствором. После вскрытия зоны дополнительной обсадной колонной перекрывают аномальный продуктивный объект. Такая конструкция скважины называется «тяжелой». Если же рассолопроявляющий горизонт, продуктивная зона являются целевым объектом поисков, то традиционный подход неприемлем. «Задавка» и последующая изоляция продуктивной зоны означает, по сути, потерю всей гидрогеологической информации об этом пласте. В специальных гидрогеологических исследованиях рассолоносного пласта с АВПД получение информации о продуктивности пласта решается через исследование его на депрессиях, значимо отличающихся друг от друга. Полный комплекс специальных гидрогеологических исследований АК-АВПД-объекта – короткие экспресс-выпуски, или длительная опытная эксплуатация (ОПЭ) на несколько месяцев или лет – возможны только при работе пласта на управляемый перелив, (второй подход) с одновременной утилизацией объемов флюида, получаемых на поверхность. Принципиально,

что проектирование и строительство полигона захоронения (закачивающих гидрогеологических скважин) опережает работы по рассолопродуктивному обьекту и скважине, которая бурится с целью его изучения. Бурение «на переливе» решает основную задачу – безаварийное вскрытие гидрогеологической скважиной «Аномальной» рассолоносной зоны и ее последующее освоение.

Исследование технологии специального гидрогеологического бурения на переливе, с одновременным захоронением рассолов, и конструкции, которая обеспечила бы работоспособность этой технологии, привели автора к серии приоритетных технических решений, разработанных для аномальной по геохимии, дебитам и давлениям продуктивной зоны. Основным, базовым из представляемых технических решений является «Способ вскрытия продуктивного пласта». Идея реализована в двух вариантах, общим для которых является опережающее формирование поглощающей зоны при бурении первого поглощающего пласта-коллектора ниже пачки (толщи) регионального водоупора. В первом варианте перед тем, как проходить продуктивную зону с АК-АВПД, бурится нагнетательная скважина. В ней формируется зона поглощения, обвязываются устья нагнетательной и продуктивной гидрогеологических скважин. Вскрытие высокодебитного пласта с АК-АВПД производится «на перелив» с одновременной закачкой в поглощающую зону. Во втором варианте это решение совмещено в единой конструкции разведочной гидрогеологической скважины. Этим обеспечивается захоронение поступающего из продуктивного интервала промышленного рассола на любом этапе ГРР (вскрытие, опробование, испытание, ОПЭ).

Сформулирована рабочая гипотеза процесса кристаллизации солей в лифтовых трубах, установлены факторы, влияющие на старт процесса и его протекание во времени. С момента вскрытия продуктивного интервала долотом геохимическая система становится природно-технической. При отборе жидкости из пласта (зоны) формируется разница давлений (депрессия) «забой – устье», скважина фонтанирует. Поднимаясь по лифтовым трубам на поверхность, поток рассола (одна, жидкая фаза) проходит через два природно-технических барьера, на которых меняются свойства системы, ее фазовое состояние. Это «температурный» и «барический» барьеры, природа которых аналогична известным геохимическим барьерам (Перельман,1977; Основы гидрогеологии. Гидрогеохимия, 1982). На «температурном» формируется твердая фаза – кристаллы солей, и поток далее становится двухфазным – жидкая и твердая фазы. На «барическом» идет дегазация водорастворенного газа, система также становится двухфазной – жидкость и газ. Пузырьки газа выступают центрами кристаллизации солей, и далее по потоку «система» превращается в трехфазную. Зарождение и формирование кристаллов солей – основная техническая проблема, обусловленная природой выявленных барьеров. Экспериментами доказано, что температурный барьер является главным для исследуемой природно-технической системы, определяющим в процессе кристаллизации солей в скважине. Барический барьер вторичен и усиливает эффект «лавинообразной» кристаллизации.

Отсюда основное решение – разработка системы мероприятий по борьбе с температурным барьером. По условиям локализации в транспортной системе выделяемые барьеры подвижны, т.е. условная точка привязки барьера по глубине начала кристаллизации меняется при изменениях существенных PVT-условий – температуры колонны, давления по стволу на каждом режиме. В пределах ствола скважины, в трубах происходящие «природно-технические» процессы обратимы. Если же выпадение солей сместится в призабойную зону (ПЗП), в пласт, то процесс кольматации ПЗП автор считает необратимым.

Таким образом, выявлены и охарактеризованы закономерности фазовых превращений в потоке, происходящих при скважинной добыче предельно насыщенных рассолов. Научно обоснована и подтверждена на практике работоспособность технических решений для природно-технической системы «рассолоносная АК-АВПД зона – скважина», позволяющих обеспечить стабильную работу продуктивной  гидрогеологической скважины в заданном диапазоне ограничений, т.е. в допереходном режиме, в режиме одной, жидкой фазы. Для предотвращения негативных процессов в скважине при транспортировке рассола подобраны такие условия, при которых равновесие системы либо не нарушается, либо находится в допустимом интервале колебаний параметров, не приводящих к сбросу солей.

Стационарность температурных условий в колонне лифтовых труб, работающей концентрированным промышленным бромо-литиевым рассолом, реализована соискателем благодаря постоянному прогреву эксплуатационной колонны, через систему «термоса» – тепловой завесы. Разработана конструкция для ее осуществления,  позволяющая управлять температурным «природно-техническим» барьером, добиться эффекта непрерывной работы скважины и, следовательно, всего подземного и наземного комплекса – промысла, включающего скважины, трубопроводы, установки по переработке рассолов.

Сформулировав представления о формировании «природно-технических» температурного и барического барьеров в рабочем пространстве «природно-технической» транспортной системы – гидрогеологической скважины и решив на практике эти две физико-химические задачи через доступные технические приемы или оборудование, автор решает проблему добычи рассолов в целом. Технические решения характеризуются дополнительным экономическим и экологическим эффектами и прошли всестороннюю апробацию на полигоне Знаменского месторождения промышленных рассолов.

В главе 5 приведены основные результаты технологических исследований переработки сверхкрепких и предельно насыщенных хлоридных кальциевых и магниево-кальциевых рассолов. Создание в 1991 г. специализированного научно-производственного предприятия БРАЙНСИБ  («Brines of Siberia» – сибирские рассолы) позволило автору развернуть специальные НИОКР работы по технологической тематике, а также работу с научными и проектными организациями. Цель исследований – найти применимые, освоенные промышленностью технологии для рентабельной переработки этого сырья в заводских масштабах, либо разработать принципиально новые по отношению к хлоридной кальциевой солевой системе. Технология должна быть доработана до промышленного внедрения, с конкурентоспособной продукцией на выходе. Рассмотрены варианты селективной и комплексной переработки рассолов, технологии, выбранные для реализации проекта, запатентованные и апробированные на рассоле Знаменского месторождения. По результатам изучения рынка возможных к извлечению из Ca-Mg рассолов автором условно выделяются две группы продуктов. Первая – известные на рынке химические элементы и соединения, широко используемые мировой промышленностью – элементарный бром, антипирены, бромид лития, кальция, соли лития – LiCl, Li2CO3, LiF, LiОНН2О, оксид магния. Не менее интересна в маркетинговом плане вторая группа продуктов, обеспечивающая региональный рынок. Это соли и соединения для изготовления буровых растворов; фторид и комплексные соли лития в качестве добавки к выплавке первичного алюминия; броморганические соединения, заменяющие растворы цианидов в кучном выщелачивании золота. Каждый из продуктов серьезно влияет на экономические и экологические показатели потребляющего регионального производства.

Реализована программа технологических исследований рассолов Cl-Ca-Mg типа. апробированы следующие технологические переделы: по брому: метод паровой отгонки; метод ионного обмена; метод экстракции; по бромпродуктам: бромистый литий; броморганические соединения (антипирены, реагенты для извлечения золота), бромистый кальций;- по литию и соединениям: хлорид, карбонат; гидроксид (моногидрат гидроокиси) лития; фторид лития и литиевые соли для алюминиевой промышленности; по магнию: бишофит; оксид магния; по буровым растворам: солевая основа; полимеры для обработки раствора, стойких к двухвалентным катионам.

Из числа известных и промышленно освоенных технологий получения брома, к рассолам Восточной Сибири адаптирован метод паровой отгонки, используемая крупнейшими мировыми производителями этого продукта «Ethyl Corp» и «Great Lakes» (США), а также «Dead Sea Bromine» (Израиль). Основана эта технология на отгонке элементарного брома водяным паром после окисления бромид-иона (Ксензенко, Стасиневич, 1995). Технология коренным образом переработана  для предельно насыщенных рассолов Cl-Ca-Mg типа до стадии «Рабочий проект», защищена патентами, и впервые в России начата строительством.

Ионообменное извлечение брома основано на способности анионообменных смол селективно сорбировать элементарный бром (окисленная форма) из растворов. При реализации способа достигается концентрация брома в десорбирующем растворе 180-200 кг/м3. По сравнению с паровой отгонкой брома непосредственно из рассола после окисления бромид-иона способ десорбции брома со смолы является менее энергоемким, т.к. не требует нагревания всего объема рассола. Паровая отгонка брома после концентрирования его на анионите значительно упрощает технологический процесс по сравнению с химической десорбцией брома, повышая эффективность процесса. Несомненные преимущества ионообменной технологии: при паровой десорбции брома со смолы сокращается расход пара; узел десорбции брома с насыщенного анионита можно организовать на предприятии – потребителе; транспортировка насыщенного бромом анионита менее экологически опасна, чем жидкого брома; возможен вариант десорбции брома со смолы органическим экстрагентом; насыщенный раствор брома в экстрагенте можно использовать для синтеза броморганических продуктов.

Исследовано экстракционное извлечение брома после окисления бромид – иона с использованием смеси броморганических соединений (дибромэтан – ДБЭ) для рассолов Знаменского месторождения (Рябцев и др, 2003). По разработанной технологии можно получать бром в виде трёх товарных продуктов: растворы брома в ДБЭ или тетрабромэтане низкой концентрации (100-140 кг/м3); растворы брома в ДБЭ высокой концентрации (не менее 1500 кг/м3); жидкий бром. Выход брома в концентрат составляет около 94 %. Насыщенная бромом ионообменная смола может транспортироваться на предприятие оргсинтеза, где будет организовано получение концентрата брома в ДБЭ.

Использование комплексной технологии получения брома и гидроксида лития позволит осуществить экономичный процесс получения бромида лития (Менжерес и др, 1998; пат РФ, 2003; Рябцев и др, 2003, 2004) с использованием промежуточных продуктов. Так, хлор, полученный при электрохимической конверсии LiCl, используется для окисления бромид – иона; образующаяся при конденсации паров Br2 и Н2О бромная вода является источником брома для получения бромида лития. Технология существенно снижает себестоимость производимых продуктов – себестоимость бромида лития не превысит 2,5 долл. США за 1 кг (стоимость 54 % раствора LiBr на мировом рынке составляет 12 долл. США за 1 кг). С развитием производства тепловых насосов необходимость бромида лития резко возрастает.

Технология получения гидроокиси лития, основанной на селективной сорбции хлорида лития и конверсии его в гидроокись, и гранулированный сорбент многократного действия впервые разработаны Н.П. Коцупало, АО «Экостар» (г.Новосибирск) на рассолах Знаменского месторождения, апробирована на опытной установке АО «Завод редких металлов», г. Новосибирске (Авт. св-во СССР, 1985; заявка, 1998; пат. РФ, 1988, 1989, 1991, 1994, 1995, 1997, 2001, Коцупало, Рябцев и др, 2001, 2004, 2008;). Технология получения окиси магния путем осаждения гидроокиси доломитовым молоком (пат.РФ, 2004) с дальнейшим термическим разложением опробована на опытной установке Сакского химического завода; бишофита путем карбонатизации гидроокиси магния в растворе CaCl2. Технологии позволяют получить гидроокись магния с последующей переработкой в жженую магнезию, и периклазы, безводный хлорид магния при прокаливании бишофита в токе HCl (Пат. РФ, 1996); смеси безводных хлоридов кальция и магния путем сушки на распылительной сушилке (процесс опробован нами на установке «Niro Atomiser» на АО «Ангарская нефтехимическая компания»); смеси шестиводных хлоридов кальция и магния, полученной на промплощадке Знаменского месторождения в промышленных объемах путем естественного выпадения этих солей из раствора при низких температурах.

В главе 6 рассмотрены прикладные аспекты гидрогеологических исследований аномальных коллекторов, методология ГРР на промышленные рассолы. Обоснованные выше подходы, гидрогеологические модели положены в основу оценки прогнозных  геологических  и  извлекаемых  запасов рассолов  и  полезных компонентов калия, магния, брома, бора, лития, рубидия, стронция, марганца и цезия по парфеновскому и боханскому резервуарам терригенной гидрогеологической формации (табл.2). В таблице 3 эксплуатационные  запасы  рассолов  и  полезных  компонентов  лития,  магния,  стронция,

Таблица 2

Геологические и извлекаемые запасы промышленных рассолов и ценных компонентов продуктивных горизонтов
терригенной гидрогеологической формации юга Сибирской платформы

Продуктивный горизонт
(резервуар)

Параметры резервуара

Запасы рассолов, м3

Среднее содержание компонента, кг/м3
извлекаемое количество данного компонента, тыс. т

порис-тость, %

мощ-ность, м

пло-щадь, м2

объем, м3

геологи-ческие

извлекаемые

K

Mg

Br

B

Li

Rb

Sr

Mn

Cs

Парфеновский

6

8

2,41011

1,921012

1,1521011

3,4561010

10

14

5

0.05

0.08

0.01

2,2

0,05

0,001

345600

483840

172800

1728

2765

346

76032

1728

34,6

Боханский

6

10

1,091011

1,091012

6,541010

1,961010

5

10

5

0.03

0.13

0.04

2,5

0,1

0,005

98100

196200

98100

588,6

2550,6

784,8

49050

1962

98,1

Суммарные запасы

1,8071011

5,4161010

443700

680040

270900

2316,6

5315,6

1130,8

125082

3690

132,7

Таблица 3

Эксплуатационные запасы рассолов  и полезных компонентов по перспективным участкам галогенно-карбонатной формации юга Сибирской платформы,  по материалам исследований глубоких скважин 

Компоненты

УЧАСТОК

Суммарные эксплуатационные запасы, м3/сут

Знаменский

Космический

Омолойский

Балаганкинский

Тутурский

Ковыктинский

Верхоленский

Эксплуатационные запасы, м3/сут

2406

486

3000

1070

502

308

1000

8772

Среднее содержание компонентов, мг/л

Суммарные запасы

Li

366

-

460

250

700

78

280

Mg

28000

12000

42190

15200

71136

41951

9728

Sr

2770

-

1016

4100

-

909

2700

т/год

на расч. срок экспл.*, тыс. т

Br

10620

5130

12600

9450

11066

4100

6500

B

92,4

-

8

110

58

-

234

I

-

-

4

6

6,8

6,2

16

Запасы полезных компонентов, т/год

Li

320

-

526

98

128

9

102

1183

29,575

Mg

24589

2129

46198

5936

13034

4716

3551

100153

2503,825

Sr

2433

-

1113

1601

-

102

986

6245

156,125

Br

9326

910

13797

3691

2028

461

2372

32585

814,625

B

81

-

9

43

11

-

85

229

5,725

I

-

-

4,4

2,3

1,4

0,7

5,8

14,6

0,365

  • Расчетный срок эксплуатации принят равным 25 годам

брома, бора и йода по галогенно-карбонатной формации оценены на примере семи перспективных участков. В качестве первоочередного объекта поисково-разведочных работ и последующего освоения предложена группа месторождений (проявлений), включающая Знаменское, Ковыктинское и Омолойское, разработка которых обоснована высокой продуктивностью коллектора и близостью к автотранспортным и строящимся газотранспортным магистралям.

Результаты региональной оценки прогнозных эксплуатационных запасов рассолов и полезных компонентов лития, рубидия, цезия, стронция, брома, калия, и магния на 26 перспективных участках региона отражены на одноименной карте (т 2, приложение 6.1.). Общие запасы брома по перспективным участкам оценены в 58 тыс. т/год, или около 1,5 млн.т на расчетный срок эксплуатации водозаборов. Подчеркнем, что исходные данные для расчетов получены при испытании гидрогеологических объектов глубоких скважин. В совокупности гидрогеологические и геолого-геофизические материалы по рассматриваемым участкам позволяют, с нашей точки зрения, отнести рассчитанные величины эксплуатационных запасов к категориям С1+С2. При невозможности расчета гидрогеологических параметров запасы отнесены к категории С2. Изложенный подход апробирован в ГЭК Госплана, с участием экспертов ГКЗ СССР, 1990 г. и представлен автором в докладе на специализированном НТС № 7 МинАтома (1998). Следует отметить, что суммарные прогнозные эксплуатационные запасы лития и брома практически закрывают заявленную годовую потребность соответствующих отраслей промышленности России.

На примере Знаменского месторождения промышленных рассолов по материалам предварительной разведки (табл. 4) приведена повариантная оценка зксплуатационных

Таблица 4

Знаменское месторождение глубоких промышленных рассолов.

Оценка эксплуатационных запасов рассолов и полезных компонентов (версия автора)

Условная категория

Компонент

Запасы рассола м3/сут

Содержание компонентамг/л (г/м3)

Запасы компонентов, т

т/год

на расчетный срок, 104 сут

В

Li

1200

480

207.4

5184

Br

1200

10500

4536

113400

С1

Li

5300
5876

480

928.56
1029.3

25440.0
28200.0

Br

5300
5876

10500

20312.25
22519.77

556500.0
616980.0

С1 + С2

Li

10037
11152

480

1758.205
1953.828

48170.0
53529.6

Br

10037
11152

10500

38466.802
42740.040

1053855.0
1170960.0

запасов рассолов и извлекаемых компонентов гидродинамическим и гидравлическим методами, как по одиночному водозабору, так и по лицензионному участку на основании системы водозаборных скважин. Средний расчетный дебит скважины на максимальном понижении составил около 1000 м/сут. Только на Знаменском участке в контуре лицензионного отвода на недра запасы рассолов на водозабор из 9 скважин при понижении 2000 м оцениваются автором (табл.3) в 11 тыс. м/сут (4 млн.м3/год) по категории С1+С2; на расчетный срок (25 лет) около 100 млн.куб.м. При этом  эксплуатационные запасы брома составляют С1 +С2 – 42000 т/год; на расчетный срок С1 + С2  - 1,0-1,1 млн.т. Эксплуатационные запасы Li -мет составляют 1950 т Li/год или в пересчёте на Li2CO3 – 10300 т/год, что примерно соответствует производительности завода на озере Сильвер-Пик, США. Мы видим, что ГРР стадии предварительной разведки позволили значительно прирастить извлекаемые запасы по Знаменскому месторождению промышленных вод. Нельзя исключить такую возможность для других перспективных участков.

Раскрыта этапность освоения и общая схема создания производств товарных продуктов по этапам освоения, геолого-экономическая эффективность проектируемого производства, приведены основные технико-экономические показатели производства по четырем вариантам. Даны рекомендации по первоочередным обьектам поисково-разведочных работ, выявлению и последующему освоению месторождений, участков.

Особое внимание автор уделяет экологическим аспектам поисково-разведочного цикла и последующего освоения месторождений (участков) с аномальными характеристиками. Рассмотрены два аспекта – экологическая безопасность производства работ и экологические эффекты от применения продуктов переработки рассолов в экологически – неблагоприятных перерабатывающих производственных циклах.

Заключение

В диссертации дано теоретическое обобщение и новое решение крупной научной проблемы – обоснования сырьевой значимости предельно насыщенных поликомпонентных рассолов Сибирской платформы как самостоятельного гидроминерального сырья на основе разработки современных представлений о закономерностях формирования и локализациии залежей, современной прогрессивной технологии ГРР, добычи, переработки и последующей утилизации сырья. Проблема имеет важное народнохозяйственное значение, инновационный характер, обеспечивает повышение производительности, рентабельности основных производственных циклов, техническое перевооружение и реконструкцию поисково-разведочного, добывающего и перерабатывающего комплексов, охрану окружающей среды.

Представлены результаты гидрогеологических исследований залежей концентрированных промышленных рассолов, дана их гидрогеохимическая характеристика. Установлен фактор флюидодинамического контроля локализации зон аномальных коллекторов, аномально- высоких пластовых давлений. Апробированы новые подходы разведки месторождений рассолов глубокими гидрогеологическими скважинами. Исследована и предложена эффективная технология эксплуатации залежи промышленных рассолов с аномальными параметрами минерализации, дебита и давления как природно-технической системы, технологии комплексной переработки рассолов в химические продукты. Основные проблемы, возникающие в ПТС «пласт – скважина», обусловлены именно гидрогеологическими особенностями залежи промышленных рассолов – аномально высоким давлением, аномальной минерализацией и аномальным дебитом. Сочетание этих основных факторов предопределяет необходимость тщательного обоснования технологии гидрогеологического бурения, первичного вскрытия и эксплуатации ПТС.

Исследованиями соискателя установлено, что предельно насыщенные промышленные рассолы (ПНР) – флюидная, флюидодинамическая система, которая формируется в особых, четко идентифицируемых геологических, геодинамических, структурно-гидрогеологических условиях. 1. Аномальный коллектор характерен для геологически обусловленных интервалов средней, галогенно-карбонатной гидрогеологической формации, и это четкое отличие. Он субгоризонтален, изолирован солями и характеризуется АВПД. 2. АВПД как гидродинамическая характеристика четко характеризует локализованные в разрезе отдельные резервуары (рассолоносные зоны, горизонты) галогенно-карбонатной толщи. 3. Именно для этих интервалов галогенно-карбонатной толщи типичны аномальные значения минерализации и концентраций ценных элементов предельно насыщенного типа рассолов. Концентрированные рассолы глубоких горизонтов осадочного чехла платформ рассмотрены как геодинамический агент, жидкость природного гидроразрыва, обеспечивающая смазку в основании аллохтонных пластин. ПНР – это флюидная геохимическая система, с функциями низкотемпературной гидротермальной рудоформирующей системы, предельно агрессивной к вмещающим породам и минералам, особенно в зонах активной трещиноватости, проницаемых интервалах, с широким развитием процессов дробления, милонитизации, увеличивающих на несколько порядков обменную поверхность в реакции «вода – порода». Рассматривая флюидную систему в аспекте растворитель – растворенное вещество, мы делаем акцент на «работу» растворителя в геохимическом (и флюидодинамическом) цикле «растворение – эмиграция из породы – обогащение растворителя – перенос вещества – сброс на геохимическом барьере». Именно геологическая среда и ее важнейшие геологические параметры обеспечивают уникальность состава и свойств, «богатство» предельно- насыщенных рассолов галогенно-карбонатных гидрогеологических формаций платформ. В то же время важнейшие параметры геологической среды играют определяющую роль в формировании основных рисков изучения и последующего освоения залежей этого типа сырья глубокими гидрогеологическими скважинами.

Экономическая целесообразность освоения промышленных рассолов рассмотрена автором для объектов юга центральной, а также западной части Сибирской платформы – Туруханского края, для Русской платформы – зоны Оренбургского вала. Обоснованы параметры кондиций по результатам ГРР на Знаменском месторождении. Получено одобрение ТЭС, направленных в Госплан СССР и положительное экспертное заключение по ГРР на Знаменском месторождении в процессе экспертизы в МинГЕО России, Минатоме. Опубликованы в статьях и монографиях высокие экономические показатели процесса добычи и переработки гидроминерального сырья юга, центра, западных частей Сибирской платформы и объектов-аналогов на Русской платформе. Все это в совокупности позволяет считать доказанным тезис о реальности и рентабельности добычи и переработки глубоких промышленных рассолов – нового типа бромо-магниево-литиевой руды платформенных гидрогеологических областей.

Оценка эксплуатационных запасов и геолого-экономические расчёты позволяют рассматривать Сибирскую платформу как крупную гидроминеральную сырьевую провинцию для организации промышленного производства брома, соединений магния и лития с низкой себестоимостью. Вопрос о промышленном использовании гидроминерального сырья Иркутской области неоднократно рассматривался на уровне правительственных органов. В 1998 году на основе доклада (Вахромеев А.Г., Коцупало Н.П., Рябцев А.Д.) решением Научно-технического совета МинАтома России «Сырьевая база и горно-технологические вопросы» под председательством академика Н.П. Лаверова сырьевая база гидроминерального сырья Иркутской области официально признана «…перспективной, альтернативной по отношению к твердым месторождениям литиевого сырья и пригодной для промышленного производства лития, брома, магния, кальция и других продуктов, необходимых как для предприятий МинАтома России, так и других отраслей народного хозяйства».

Основные научные и практические результаты работы сводятся к следующему:

  1. Теоретически обоснованы закономерности формирования зон улучшенных коллекторов, аномальных параметров залежи ПНР; разработан и апробирован прогнозно-поисковый комплекс площадных геофизических методов на ПНР в резервуарах осадочного чехла платформ. Раскрыты особенности гидродинамики и установлено влияние геодинамических факторов на формирование залежи ПНР. Впервые на примере резервуаров осадочного чехла юга Сибирской платформы в единой геодинамической модели увязаны проблемные вопросы гидрогеологии «жидкой поликомпонентной руды» – шарьяжно-надвиговый контроль распределения аномального коллектора, аномально-высоких пластовых давлений и аномальных концентраций редких элементов.
  2. Данные, собранные в процессе НИОКР при проведении поисково-разведочного бурения на глубоких гидрогеологических скважинах, совершенно однозначно подтверждают перспективы гидроминеральной провинции Сибирской платформы как гигантского резервуара промышленных рассолов с уникально высокими 9-12 кг/м и более содержаниями брома, а также широкой гаммы редких, рассеянных элементов и минеральных солей.
  3. Разработана и получила промышленное применение новая прогрессивная технология бурения, исследования и последующего освоения гидрогеологических скважин с АК-АВПД объектами, позволяющая вести углубление проявляющего высокодебитного пласта с параллельной утилизацией поступающих на поверхность объемов флюида. Прямая экономия от внедрения только при бурении Знаменского опытного участка составила 1.7 млн долл. на одну разведочную скважину. Обеспечена непрерывность работы объекта на перелив для исследования проявляющего объекта с получением важнейших гидрогеологических параметров, повышающая безопасность буровых работ и способствующая охране окружающей среды. Создание пионерного способа «Добычи…»наряду со способом «Вскрытия…» и конструкцией скважины для их осуществления …явилось решением крупной научно-практической проблемы и позволяет осуществлять управляемое вскрытие аномальной по параметрам продуктивной зоны в процессе строительства глубокой гидрогеологической скважины.
  4. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено наличие «природно-технических» барьеров в стволе глубокой скважины. С позиций термодинамики раскрыты механизмы образования соляных пробок, показано влияние природно-технических барьеров на фазовое состояние системы. Найдены и экспериментально обоснованы решения по термодинамически устойчивой работе природно-технической системы «пласт – скважина». Создан, на уровне изобретений, комплекс специальных технических средств и приемов для надежной управляемой работы гидрогеологической скважины. Эти решения являются ключевыми для реального освоения месторождений глубоких предельно насыщенных кальциевых рассолов.
  5. Одновременно с комплексом длительных гидродинамических исследований, выполненных впервые в практике гидрогеологии Сибирской платформы, организованы и выполнены исследования технологий переработки ПНР. Коренным образом доработаны известные технологические линии, такие как паровая отгонка брома или осадительная технология гидроокиси магния. Разработаны новые технологии мирового уровня или прогрессивные технологические решения, серьезно улучшающие уже известные переделы. Показано, что кальциево-магниевые рассолы – высокотехнологичное сырье. Обоснованы базовые технологии для организации рентабельной промышленной переработки рассолов кальциево-магниевого типа: 1) паровой отгонки брома с десорбцией ионообменными смолами, с параллельным электролизным получением хлора из гидроминерального сырья; бромида лития; 2) сорбционная с извлечением и концентрированием хлорида лития, моногидрата гидроокиси лития, фторида лития и литийсодержащих фтористых солей; 3) осадительная с получением соединений магния – бишофита, гидроксида, с последующим прокаливанием – оксида, периклаза; 4) осадительная или методом распылительной сушки с получением солевой основы буровых растворов. Технологии вторичных переделов широко варьируются, но повышают рентабельность получение броморганических соединений – антипиренов, реагентов для извлечения рудного золота методом кучного выщелачивания, реагентов для обработки буровых растворов.
  6. Научно-технические решения, технологические схемы добычи «жидкой руды» и ее переработки на конечные продукты – бром, литий, их соединения, магнезия углекислая, добавки в электролит для выплавки первичного алюминия и составы буровых растворов, защищены патентами и внедрены в практику геологоразведочных работ на гидроминеральное сырье Сибирской платформы. Результаты опытно-технологических исследований положены в основу геолого-экономической оценки последующего освоения залежей глубоких рассолов. Ряд научных разработок вошли составными частями в проектную документацию по объектам недропользования.
  7. Часть научно-практических разработок применима для региональных промышленных производств. Так, для извлечения золота из бедных руд, эфелей и вторичных концентратов в Ленском золотопромышленном районе, Иркутская область, предложена гидрометаллургическая технология кучного выщелачивания дибромантином (ДБА), что обеспечивает удешевлённое и упрощённое извлечение золота по сравнению с цианидной технологией. Улучшаются не только технико-экономические показатели производства, но и  состав стоков с точки зрения их воздействия на природные экосистемы.
  8. Внедрение литиевых добавок из промышленных рассолов в производстве первичного алюминия из криолит-глиноземных расплавов на Братском алюминиевом заводе снизит ущерб от загрязнения окружающей среды на 433,5 доллара США на тонну алюминия и даст дополнительную прибыль 14 S/т за счет экономии электроэнергии. Суммарное годовое снижение ущерба для БрАЗа при производительности 890000т  алюминия оценивается в 385 млн.долл., прибыль в 12,5 млн.долл. (2000г). Однако гораздо более значимым, важнейшим для экологии Иркутской области, крупнейшего по масштабам производителя алюминия в мире, автор считает экологический эффект, который оценивается через снижение на 22-38%  суммарного годового обьема выбросов в атмосферу газообразного фтора.

Основные положения и результаты диссертационной работы отражены:

1. В коллективных монографиях:

  1. Вахромеев А.Г. Раздел 1.3. Знаменский проект разработки промышленных рассолов и его роль в развитии Верхоленья. Раздел 5. Гидроминеральные ресурсы Верхнеленского района. С. 25-32, 97-108. // Абалаков А.Д., Селиков Ф.Т., Гуков В.П. и др. Территориальная организация природопользования при газопромысловом освоении  Верхоленья. -  Новосибирск: изд. СО РАН, 2000. – 251 с. 
  2. Вахромеев А.Г. Раздел 1.2. Газоносность месторождения и подсчет запасов. Раздел 1.5. Аномально-высокое пластовое давление и вопросы охраны окружающей среды. С. 12-13, 19-21. // Абалаков А.Д., Зиганшин Э.С., Медведев Ю.О. и др. Экологические аспекты освоения Ковыктинского газоконденсатного месторождения. – Иркутск: изд-во Института географии РАН, 2001. - 194 с.
  3. Вахромеев А.Г. Раздел 1.3. Экологическая безопасность на нефтегазовых месторождениях. Раздел 1.5. Аномально-высокое пластовое давление и вопросы охраны окружающей среды. Гл. 2. Ковыктинское газоконденсатное месторождение. Гл. 3. Обьекты-аналоги, использующие экологически- безопасные технологии. Гл. 4. Технические решения по бурению эксплуатационных скважин. Гл. 5. Обеспечение технической и экологической безопасности. Раздел 7.4. Подземные воды. Раздел 7.5. Охрана подземных вод зоны замедленного водообмена. С. 17-22, 28-138, 187-220. // Абалаков А.Д., Половиткин В.П., Вахромеев А.Г. и др. Геоэкология кустового безамбарного бурения  нефтегазовых месторождений.– Иркутск: Изд.-во “Арт-Пресс”, 2003. – 334 с.
  4. Вахромеев А.Г. Введение, Гл. 1. Сырьевая база и области применения соединений лития в России и за рубежом; Заключение, с. 3-37, 120-123. // Баранов А.Н., Вахромеев А.Г. Коцупало Н.П., и др. Получение литиевых продуктов из сибирских рассолов для экологизации производства алюминия.- Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. - 125 с.
  5. Вахромеев А.Г. Гл. 1. Знаменский рассолопромысловый проект. С. 13-69. // Кузьмин С.Б. Вахромеев А.Г. Геоэкологические исследования на Лено-Ангарском плато.- Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2003. – 122 с.
  6. Вахромеев А.Г. Гл. 8. Мониторинг недропользования. С. 158-172 // Абалаков А.Д., Стом Д.И., и др. Концепция производственного геоэкологического мониторинга Ковыктинского газового комплекса.– Иркутск: ИГУ, 2006. – 262 с.

2. В статьях в рецензируемых журналах, «перечень ВАК с 2001-2005»

  1. Баранов А.Н., Вахромеев А.Г., Янченко Н.И.,. Гавриленко Л.В Решение экологических проблем в производстве алюминия за счет применения литиевых соединений, полученных из гидроминеральных растворов // Вестник ИрГТУ, 2003. - №12. -  С. 59-60.
  2. Рябцев А.Д., Вахромеев А.Г., Коцупало Н.П. Высокоминерализованные рассолы– перспективное сырье для получения брома и бромпродуктов. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 2003.- №5 - С.1-16. (Journal оf Miming Science, USA, перевод полного текста статьи)
  3. Рябцев А.Д., Коцупало Н.П., Вахромеев А.Г., и др. Технология совместного получения брома и бромида лития из бромоносных литийсодержащих рассолов.// Журн. прикл. химии, № 11, 2004. - Т.76, вып.12. - С. 1943-1947.
  4. Рябцев А.Д., Серикова Л.А., Коцупало Н.П., Вахромеев А.Г., Использование природных  рассолов для получения фторида лития и литийсодержащих фтористых солей с целью применения их в электролитическом производстве алюминия // Известия Вузов. Цв. Металлургия. – 2003. - № 4 – С. 30-34.

3. Описания к заявкам, патентам на изобретении;

«перечень ВАК, 2001-2005гг» - Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели»

  1. Болдырев С.В., Вахромеев А.Г., Каширцев С.А. Пробоотборник. Авт. свидетельство № 1439229. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 22.06.1988.
  2. Вахромеев А.Г., Володченко Л.Ф., Жилин А.Г. Овчинников А.И. Способ получения брома. Патент № 2108963 // Бюллетень. 20.04.1998. № 11.
  3. Коцупало Н.П., Менжерес Л.Т., Мамылова Е.В., Вахромеев А.Г., Рябцев А.Л. Способ получения бромистого лития из рассолов. Патент № 2205796 // Бюллетень.10.06.2003.№ 16.
  4. Коцупало Н.П., Вахромеев А.Г., Менжерес Л.Т., Рябцев А.Л. Способ получения брома. Заявка № 98106210 от 03.04.1998.
  5. Коцупало Н.П., Рябцев А.Л., Вахромеев А.Г. и др. Способ выделения брома из бромсодержащих растворов и установка для его осуществления. Патент № 2171862 //  Бюллетень. 10.08.2001. № 22.
  6. Коцупало Н.П., Рябцев А.Л., Вахромеев А.Г. и др. Способ получения литийсодержащих фтористых солей для электролизного производства алюминия. Патент № 2077156 (РФ) // Бюллетень. 10.07.2002.  № 1.
  7. Вахромеев А.Г. Коцупало Н.П., Менжерес Л.Т., Рябцев А.Л. Способ получения оксида магния из природных рассолов. Патент № 2211803 (РФ) //  Бюллетень. 10.02.2004. № 4.
  8. Вахромеев А.Г. Сукманский О.Б., Брагина А.А.  и др. Неорганический буровой реагент. Патент № 2213120 // Бюллетень. 27.09.03.  № 27. 
  9. Вахромеев А.Г. Худяков А.Е., Брагина А.А. и др. Способ получения солевого концентрата. Патент № 2227122 // Бюллетень. 20.04.2004. №11.
  10. Абрамас Л.А., Сукманский О.Б., Вахромеев А.Г., и др. Реагент для обработки высокоминерализованного бурового раствора. Патент № 2213122 // Бюллетень. 27.09.2003. № 27.
  11. Абрамас Л.А., Брагина А.А., Вахромеев А.Г. и др. Способ получения калиевой соли карбоксиметилцеллюлозы. Патент. № 2227146 от 20.04.2004.
  12. Зверев Г.В., Сукманский О.Б., Вахромеев А.Г. и др. Способ получения неорганического бурового реагента и установка для его осуществления. Патент. № 2221755 // Бюллетень. 20.01.2004. № 2.
  13. Вахромеев А.Г. Способ добычи полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу. Патент № 2229587 //  Бюллетень. 27.05.2004. №15. 
  14. Брагина О.А., Богданов В.С., Вахромеев А.Г. и др. Буровой раствор и способ его получения. Патент № 2255104 // Бюллетень от 27.06.2005.
  15. Вахромеев А.Г. Способ вскрытия высоконапорных пластов, насыщенных крепкими рассолами. Заявка № 2007108993/03 // Бюллетень от 20.09.2008.
  16. Вахромеев А.Г. Конструкция глубокой скважины. Заявка № 2007118960 // приоритет от 21.05. 2007. Решение о выдаче патента от 07.10.07.
  17. Вахромеев А.Г. Способ скважинной добычи жидкого полезного ископаемого, склонного к температурному фазовому переходу. Заявка № 2007146881/03(051403), приоритет от 17.12. 2007. Решение о выдаче патента от 25.11.2008.

4. Статьи в рецензируемых журналах, «перечень ВАК с 2006 г»:

  1. Вахромеев А.Г.,Сизых В.А. Роль шарьяжно-надвиговой тектоники в формировании аномально- высоких пластовых давлений и промышленных металлоносных рассолов Сибирской платформы // Доклады РАН.-  2006.- №2. с 1- 5.
  2. Вахромеев А.Г., Cизых В.И., Дудкин О.В. Роль тектонического покрова в развитии аномально-высокого пластового давления и образовании промышленных металлосодержащих соляных растворов: Опыт изучения Южно-Сибирского кратона. «Доклады по наукам о земле». http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X06020115, 2006.
  3. Вахромеев А.Г. Ключевые аспекты освоения предельно- насыщенных металлоносных рассолов Восточной Сибири // Известия Сибирского отделения секции наук о Земле РАЕН. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007.- Вып.5(31).-с.61-66.
  4. Семинский К.Ж., Гладков А.С., Вахромеев А.Г. и др. Разломы  и сейсмичность юга Сибирской платформы: особенности проявления на разных масштабных уровнях.// Литосфера. - 2008. - № 4.- с.3-21.
  5. Вахромеев А.Г., Данилов В.А., Карпов Ю.А., и др. Опыт формирования системы экологической безопасности при разведке и освоении высоконапорных рассолоносных горизонтов. (На примере Знаменского месторождения) // Разведка и охрана недр.-  2001.-№ 5.- с. 43-48.
  6. Вахромеев А.Г. Поисковые гидрогеологические критерии локализации месторождений редкометальных промышленных рассолов Сибирской платформы. Известия Сибирского отделения секции наук о Земле РАЕН. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. Вып.7(33).- Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008.- с 30-41.
  7. Вахромеев А.Г. Геодинамическая модель формирования аномально-высоких давлений флюидов в разрезе осадочного чехла Сибирской платформы. // Известия Отд. наук о Земле и природных ресурсов АН РБ. Геология.-2008.- № 12. -с. 39-51.
  1. Статьи  вне «перечня ВАК»
  1. Вахромеев А.Г., Горный Б.Г. Преимущества использования сибирского брома и броморганических соединений для извлечения золота. //“ Проблемы разведки, добычи и обогащения руд благородных металлов и техногенного сырья”. Труды Международной научно-технической конференции. – Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2000. –с. 62-63.
  2. Вахромеев А.Г. Наклонно-направленное бурение как версия компромисса между геологической задачей и ограничениями экологического законодательства. // Инженерная экология,  № 5, 2001, с 37-43.
  3. Вахромеев А.Г. Иттрий в промышленных рассолах юга Сибирской платформы. // Матер. XVI Всероссийского совещания по подземным водам Востока России. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000.НИЦ ОИГГМ., стр. 159-161.
  4. Вахромеев А.Г., Брагина А.А., Карпов С.И. Технологии получения компонентов буровых растворов нового поколения // Социально-экономическое развитие в Иркутском регионе: Сб. науч. трудов.- Иркутск: Изд-во ИГА, 2001.- с 20- 29.
  5. Вахромеев А.Г., Рябцев А.Д., Карпов С.И.,  Коцупало Н.П. Перспективы использования добавок лития и магния в отечественной алюминиевой промышленности // Социально-экономическое развитие и правовое регулирование в Иркутском регионе: Сб. науч. тр.- Иркутск: -2001.Изд-во ИГА, с 14-20.
  6. Вахромеев А.Г. Минерагения концентрированных рассолов осадочного чехла Сибирской платформы // Геология, поиски и разведка месторождений рудных полезных ископаемых. Вып. 25.-Иркутск. ИрГТУ, 2002. –с.86-97.
  7. Вахромеев А.Г., Хохлов Г. А. Обобщенная физико-геологическая модель месторождения металлоносных рассолов в карбонатных коллекторах юга Сибирской платформы // Геология, поиски и разведка месторождений рудных полезных ископаемых. Вып. 26.- Иркутск. ИрГТУ, 2003., с.66-83.
  8. Кузьмин С.Б., Абалаков А.Д., Данько А.В., Вахромеев А.Г. Критерии экологического риска и защищенности природоресурсных комплексов (экологический проект Знаменского месторождения). // Инженерная экология.- 1999.-№ 4.- с.20-29.
  9. Вахромеев А.Г. Попова Н.Н. Закономерности локализации зон АВПД в геологическом разрезе осадочного чехла юга Сибирской платформы // Геология, поиски и разведка месторождений горючих ископаемых.- Иркутск: Изд-во ИГУ, 2003.-с 6-16. 
  10. Вахромеев А.Г. Геохимия редкоземельных элементов в концентрированных рассолах юга Сибирской платформы // Геология и минерагения юга Сибири: вестник ГеоИГУ. Вып. 4.- Иркутск: ИГУ, 2005.- с.67- 73.
  11. Вахромеев А.Г. Аномальные давления флюидов как индикатор напряженного состояния соленосной формации осадочного чехла Сибирской платформы // Матер. Всероссийского совещания «Современная геодинамика и опасные природные процессы в Центральной Азии: фундаментальный и прикладной аспекты».- Иркутск: ИЗК СО РАН, 2005. Вып.3.- с.113-116.
  12. Вахромеев А.Г. Закономерности локализации «предельно-насыщенных» рассолов в разрезе осадочного чехла на юге Сибирской платформы // Матер. Всероссийского совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. – Иркутск: ИЗК СО РАН, 2006.-с 151- 154.
  13. Вахромеев А.Г., Мышевский Н.В., Хохлов Г.А. Аномально – высокие пластовые давления как фактор, осложняющий освоение углеводородных месторождений Восточной Сибири // Матер. Всероссийского совещания «Современная геодинамика и опасные природные процессы в Центральной Азии: фундаментальный и прикладной аспекты».- Иркутск: ИЗК СО РАН, 2006. Вып. 5.- с.98-119.
  14. Щербин С.А., Брагина О.А. Вахромеев А.Г. и др. Многокомпонентный минерализатор буровых растворов и способы его получения // Сб. научных трудов. В 2-х томах. Т. 1. Химия и химическая технология,-Ангарск: Изд-во Ангарской государственной технической академии,2006.-с231- 236.
  15. Вахромеев А.Г., Богданов В.С., Карпов С.И., и др. Международные подходы экономической оценки  эффективности проектов разведки и разработки месторождений полезных ископаемых (на примере Знаменского проявления промышленных  рассолов)// “Материалы 2-й ежегодной научной конференции преподавателей Колледжа бизнеса и права”- Иркутск: 2000.-Изд-во ИГЭА,  с. 67 – 75.

Список принятых сокращений

АВПД  – аномально-высокое пластовое давление

ПНР – предельно-насыщенные рассолы

АМ – аномально-высокая минерализация

ФЕС – фильтрационно-емкостные свойства

НК – нормальный коллектор

АК – аномальный коллектор

км – коэффициент водопроводимости

РЗЭ – редкоземельные элементы

ДБА – дибромантин

ОФР – опытно-фильтрационные работы

ГРР – геологоразведочные работы

ОПУ – опытно-промышленные установка

КВД – кривая восстановления давления

НТС – научно-технический совет

ГГП – Государственное геологическое предприятие

ФГМ – физико-геологическая модель

ЗСБ – зондирование становлением в ближней зоне

КГКМ – Ковыктинское газоконденсатное месторождение

CSD – комплексное сейсмическое разложение (Complex seismic decomposition)

МОГТ – метод отраженной глубинной точки

СВН – структурно-вещественные неоднородности

ПЗП – призабойная зона пласта

ГИС – геофизические исследования в скважинах

ПТС – природно-техническая система

ДБЭ – дибромэтан

ГЭК – Государственная экспертная комиссия

ГКЗ – Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых

ТЭС – технико-экономические соображения

ОПЭ – опытно-промышленная эксплуатация

ЧЗ-ВП – частотное зондирование методом вызванной поляризации

ДБДФО – декабромдифенилоксид




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.