Реферат Курсовая Конспект
Геолого-экономическая оценка месторождений подземных промышленных вод - раздел Геология, Производственное Издание С.с.бондаренко,...
|
ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ
С.С.Бондаренко,
Л.А.Лубенский,
Г.В.Куликов
ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ПОДЗЕМНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД
Рецензент д-р геол.-минер, наук И. С. Зекцер
Глава 1.
Подземные промышленные воды и их месторождения
Таблица 1 Классификация бромных, йодных, борных и других вод.
Таблица 2
Таблица 3
Рис. 1. Схема распространения и районирования подземных промышленных вод на территории СССР.
Провинции древних (докембрийских) платформенных областей: I - Русская. II Прикаспийская, III — Сибирская; провинции эпипалеозойских платформенных областей: IV — Скифская, V — Западно-Сибирская; VI — Туранскан; провинции гидрогеологических складчатых областей:VII — альпийской, VIII — герцинской, IX — мезозойской, X — кайнозойской. Районы подъемных промышленных под (йодных, бромных и йодобромных): 1 - весьма перспективные, 2 — перспективные, 3 — малоперспективные, 4 неперспективные горно-складчатые области и щиты (а) и платформы (б); границы: 5 — провинций, 6 — месторождений промышленных вод
В пределах провинции среди подземных промышленных вод преобладают рассолы с минерализацией 35 — 430 г/л, характеризующиеся хлоридно-кальциево-натриевым составом при минерализации до 330 г/л и хлоридно-натриево-кальциевым составом при минерализации свыше 320 г/л. Первые в той или иной мере насыщены метаново-азотными газами; геохимическая среда их распространения определяется величинами Eh от +100 до — 150 мВ и рН от 4,0 до 7,5. Из специфических компонентов в этих рассолах в незначительных количествах присутствуют водорастворимые органические вещества (0,35 — 20,0 мг/л), а также аммоний. Вторые характеризуются наличием растворенных газов азотно-метанового и метанового состава, а также величинами Eh от +13 до — 220 мВ и рН от 3,5 до 7,1. Из специфических компонентов характерно присутствие в этих рассолах железа (от 100 до 810 мг/л).
Подземные промышленные воды Русской платформы, обогащенные редкими элементами, изучались в разное время Л. С. Балашовым, С. С. Бондаренко, Г. В. Богомоловым, Г. А. Голевой, М. С. Галицыным, В. А. Кротовой, К. Е. Питьевой, Л. В. Славяновой и многими другими исследователями. Основные данные, характеризующие глубокие подземные воды и их ресурсы, получены при бурении на нефть и газ. В течение длительного времени гидрогеологические исследования, сопровождавшие такое бурение, ограничивались лишь общим анализом химического состава подземных вод и определением содержания в них йода и брома; изучение содержания и распространения в подземных водах редких металлов в широких масштабах осуществляется лишь в последнее десятилетие. Тем не менее имеющийся в настоящее время фактический материал позволяет достаточно полно и объективно охарактеризовать закономерности распространения подземных промышленных вод различного состава и некоторые показатели, характеризующие их ресурсы.
Таблица 4
Таблица 5
Таблица 6
Таблица 7
Таблица 8
Таблица 9
Таблица 10
Таблица 11
Таблица 12
Таблица 13
Химический состав подземных вод и рассолов некоторых продуктивных водоносных комплексов (США, Японии)
Месторождение | Сумма солей, г/л | Содержание, мг/л | ||||||||
Cl | SO4 | HCO3 | Вг | I | Na | К | Са | Mg | ||
США | ||||||||||
Бей-Сити (шт. Мичиган) | 579,3 | 361 750 | 0,1 | 579,3 | 21 785 | |||||
Лавенпорт (шт. Оклахома) | 194,7 | Нет сведений | ||||||||
Оклахома Сити (шт. Оклахома) | 298,5 | 184 387 | » | » | 91 603 | |||||
Гербер (шт. Оклахома) | 224,9 | » | » | 21 453 | ||||||
Япония | ||||||||||
Отаки (преф. Канто) | 27,8 | |||||||||
Хосокуса (преф. Канто) | 29,2 | 61,1 | 99,7 | |||||||
Фурусана (преф. Канто) | 33,4 | 19 100 | 11 690 | |||||||
Ябасе (преф. Акита) | 25,6 | 14 139 | ||||||||
Койя (преф. Акита) | 26,9 | 10 136 | ||||||||
Кита-Ага (преф. Ниигата) | 35,3 | 71,4 | 11 840 |
В целом в сферу практического использования за рубежом включены практически все виды перечисленного выше гидроминерального сырья. Изучением и освоением месторождений природных вод и рассолов занимаются многочисленные компании. Продукция, получаемая из природных минерализованных вод и рассолов, в большом объеме поступает на внешний рынок.
МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ УЧАСТКИ ПОДЗЕМНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД
Таблица 14
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД
Насосно-компрессорные трубы, 2 — Фонтанная арматура; 3 — манометры; 4 — Уорикатор; 5 — трап-газоотделитель; 6 — измеритель дебита газа; 7 — мерная емкоть для воды; 8 — водоносный горизонт
Рис. 3. Схемы оборудования скважин для компрессорной эксплуатации:
А — двухрядный эрлифт; б — однорядный эрлифт; 1 — смеситель пластовой воды и воздуха; 2 — газоводяная эмульсия; З — сжатый воздух; 4 - мерная емкость для воды; 5 — газоотделитель; 6 — подача сжатого воздуха от компрессора; 7 — ресивер; 8 — компрессор; 9 — приспособление для измерения уровня воды в работающей скважине
При этом в связи с особенностями режима глубоких подземный вод при эксплуатации, обусловленными упругими свойствами пластовых водонапорных систем, в процессе разработки месторождений при постоянстве суммарного дебита водозаборов происходит неуклонное, замедляющееся во времени снижение динамических уровней Это обстоятельство заставляет при выборе насосного оборудования ориентироваться на предельное понижение уровня в скважинах к концу срока эксплуатации или предусматривать поэтапную смену типа насосов в процессе разработки месторождений.
При фонтанной эксплуатации скважины оборудуются фонтанной арматурой и насосно-компрессорными трубами. Фонтанная арматура предназначена для обвязки отсадных колонн труб, подвески насосно-компрессорных труб, регулирования работы скважин размещения контрольно-измерительных приборов. В верхней части трубной головки монтируют лубрикатор, представляющий собой устройство для спуска и подъема глубинных приборов (манометров, пробоотборников, термометров) без остановки работающих скважин. Трап-газоотделитель предназначен для разделения жидкой и газообразной фаз и измерения дебита воды и газа. Насоснокомпрессорные трубы спускают в скважину с таким расчетом, чтобы их нижняя часть находилась ниже уровня начала выделения из воды газа в свободное состояние. Так как движение воды в насосно-компрессорных трубах не происходит, замеряемое на их оголовке давление отвечает истинному избыточному давлению. В ряде случаев для скважин, фонтанирующих за счет действиях газлифта и термолифта, насосно-компрессорные трубы используют для измерения в них глубины динамического уровня (рис. 2).
При насосно-компрессорной эксплуатации в качестве водоподъемников используются эрлифты, позволяющие получить в процессе откачек большие дебиты скважин при значительных понижениях динамических уровней. В практике применяют одно- и двухрядные эрлифты. Однорядный эрлифт предполагает подачу сжатого воздуха в насосно-компрессорные трубы и подъем газоводяной эмульсии по кольцевому зазору между этими трубами и обсадной колонной. Подобный способ эксплуатации не позволяет производить непосредственные измерения динамического уровня и допускает лишь приближенный расчет его положения по давлению сжатого воздуха на оголовке скважины. Кроме того, при эксплуатации водоносных горизонтов, представленных песками или слабосцементированными песчаниками, вследствие выноса песка возможны истирание (и разгерметизация) колонны обсадных труб и выход из строя эксплуатационных скважин. Поэтому двухрядный эрлифт предпочтительней (рис. 3).
Плунжерные штанговые насосы широко применяют для эксплуатации промышленных йодобромных вод при малых (до 500 м3/сут) дебитах скважин и их сильном песковании. Привод глубинных плунжерных насосов осуществляется редукторными станками-качалками обычно отечественного производства. Использование штанговых насосов экономически нецелесообразно при высокой водообильности продуктивных отложений и возможности эксплуатации водозаборов с большими (700 — 2000 м3/сут) дебитами скважин.
Наиболее прогрессивным и экономичным является использование погружных центробежных износоустойчивых электронасосов типа ЭЦНВ и ЭЦНИ. В настоящее время отечественной промышленностью уже освоено производство таких насосов с подачей 350, 500 и 700 м3/сут и рабочим напором соответственно до 500 и 450 м. Однако для разработки наиболее перспективных и крупных месторождений промышленных подземных вод предельные подачи таких насосных установок должны быть увеличены до 1000 — 2000 м3/сут при понижениях уровня в скважинах от 750 до 1000 м от поверхности.
На разрабатываемых месторождениях промышленных вод в той или иной мере используются все перечисленные способы эксплуатации скважин. Выбор преимущественного, наиболее эффективного применительно к условиям конкретного участка месторождения способа производится с учетом глубины и производительности скважин, их технической конструкции, глубин динамического уровня от поверхности.
Таблица 15
Перекачка воды на предприятие; 2 -зарплата обслуживающего персонала; 3 — отчисления от капитальных вложений в сырьевую базу; 4 — затраты на подъем воды из скважин; 5 — прочие затраты; 6 — размеры капитальных вложений в сырьевую базу; 7 — стоимость водоподъема, отнесенная к 1м3 воды
В табл. 16 показана структура себестоимости буровой воды. Приведенные данные свидетельствуют о том, что основные затраты связаны с бурением скважин и их эксплуатацией. Примерная структура себестоимости подземных вод наглядно иллюстрируется рис.4. В частности, этот рисунок показывает зависимость капиталовложений и эксплуатационных затрат от размеров водозабора: первые растут при увеличении расстояния между скважинами за счет увеличения протяженности трубопроводов, числа станций перекачки и т. д.; эксплуатационные затраты на добычу воды несколько снижаются вследствие уменьшения понижений динамических уровней в скважинах при сохранении суммарных водоотборов.
Подземные промышленные йодобромные и редкометалльные (содержащие цезий, рубидий, стронций) воды характеризуются сходными условиями залегания и распространения и, как было отмечено выше, часто представляют собой комплексное гидроминеральное сырье с разным сочетанием полезных компонентов. Допустимая стоимость промышленных вод при соблюдении условий рентабельности производства может быть рассчитана с учетом гидрогеологических условий месторождений и концентраций в промышленных водах полезных компонентов. Для примера влияние стоимости добычи воды на величины минимальных промышленных концентраций полезных компонентов с учетом их числа определено для двух месторождений: 1) при наличии одного компонента (йода) за основу приняты данные, полученные в процессе геологоразведочных работ в Западной Сибири (рис. 5); 2) при наличии двух компонентов (йода и брома) за основу приняты результаты эксплуатации промышленных вод в Западной Туркмении (рис. 6). В табл. 17 приводятся минимальные расчетные промышленные концентрации йода и брома в подземных водах Западной Туркмении в зависимости от стоимости добычи воды при эксплуатации водозаборов. Случай нулевой стоимости воды отвечает условиям использования попутных вод нефтяных месторождений, когда себестоимость продукции определяется главным образом издержками технологического процесса. При наличии технико-экономических показателей извлечения могут быть определены минимальные промышленные концентрации и других полезных компонентов. Учитывая отсутствие таких показателей, в табл. 18 оценивается возможная стоимость извлечения редких металлов при заданной цене на воду и концентрации полезных компонентов.
Таблица 16
Структура себестоимости 1 000 м3 буровойводы
затрат | Азербайджанская ССР | Пермское Приуралье | Туркменская ССР | |||
Сумма, руб. | Удельный вес затрат, % | Сумма, руб. | Удельный вес затрат, % | Сумма, руб. | Удельный вес затрат, % | |
Амортизация | 124,3 | 61,5 | 101,8 | 35,4 | 66,7 | 52,3 |
Энергия | 31 5 | 15,6 | 149,7 | 52,2 | 40,7 | 32,0 |
Зарплата | 37,2 | 18,4 | 8,8 | 3,1 | 16,8 | 13,3 |
Прочие расходы | 2 0 | 4 5 | 26,7 | 9,3 | 9,1 | 2,4 |
Итого | 202,0 | 100,0 | 287,0 | 100,0 | 133,3 | 100,0 |
Рис. 6. Допустимая стоимость 1 м6 промышленных вод в зависимости от концентраций в них йода и брома (Западная Туркмения)
Рис. 5. Допустимая стоимость 1 м3 промышленных подземных вод в зависимости от концентраций в них йода (Западная Сибирь)
При оценке возможного уровня технологических затрат сделаны существенные допущения, а именно: 1) стоимость минерально-сырьевой воды принята равной 20 коп. за 1 м3 (что примерно соответствует средней стоимости воды на предприятиях йодобром-ной промышленности); 2) принятые отпускные цены на конечную продукцию учитывают стоимость чистых металлов, получение которых в условиях заводского производства затруднительно и, вероятно, нецелесообразно. Тем не менее приведенные данные дают приближенное представление о возможности рентабельного извлечения из подземных вод редких металлов. Рентабельность производства продукции будет существенно возрастать при извлечении комплекса рассеянных и редких металлов.
В целом анализ структуры себестоимости добываемых промышленных вод показывает, что большая часть затрат средств при эксплуатации месторождений гидроминерального сырья связана с амортизацией основных фондов (т. е. капиталовложений) и энергетическими затратами на добычу подземных вод. Первая статья затрат определяется числом эксплуатационных скважин, вторая — условиями разработки месторождений и глубиной динамического уровня подземных вод в скважинах. В связи с увеличением числа скважин в процессе эксплуатации промыслов и сработ-кой динамических уровней обе статьи затрат неизбежно возрастают во времени, что приводит к увеличению стоимости добываемых на поверхность промышленных подземных вод и в конечном счете к росту себестоимости продукции. Это обстоятельство должно учитываться при проектировании и оценке экономической эффективности разработки месторождений промышленных вод.
Из вышеизложенного следует также, что при изучении и оценке месторождений подземных промышленных вод наряду с гидрогеологическим обоснованием ведущее значение имеет геолого-экономическое обоснование их перспективности.
Таблица 17
Таблица 18
Глава 2
ИЗУЧЕНИЕ И ОЦЕНКА ЗАПАСОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД
[Глава написана С. С. Бондаренко совместно с В. П. Стрепетовым.]
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД
СТАДИЙНОСТЬ И СОДЕРЖАНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Одним из важнейших принципов изучения месторождений полезных ископаемых в нашей стране является принцип стадийности проведения геологоразведочных работ. Практическое применение этого принципа предотвращает вовлечение в детальную разведку малоперспективных месторождений и, следовательно, необоснованное расходование государственных средств, а также позволяет осуществлять своевременный контроль за ходом геологоразведочных работ и управление процессом этих работ в масштабах отдельных отраслей народного хозяйства и страны в целом в зависимости от текущей и перспективной потребности в том или ином виде полезного ископаемого.
Принцип стадийности в полной мере относится и к разведке месторождений глубоких подземных промышленных вод. Подразделение разведочного процесса на стадии и требования к изученности месторождений на каждой стадии геологоразведочных раб.от применительно к подземным водам определяются приказом Министерства геологии СССР от 7 марта 1978 г. № 63, являющимся обязательным для всех организаций.
В полном объеме процесс изучения и оценки месторождений подземных вод включает следующие стадии: гидрогеологическая съемка, поиски, предварительная разведка, детальная разведка, эксплуатационная разведка. В определенных гидрогеологических условиях отдельные стадии геологоразведочных работ могут исключаться или объединяться. Для подземных промышленных вод, распространение которых связано с глубокими частями крупных артезианских бассейнов, проведение гидрогеологической съемки нецелесообразно, хотя она имеет ведущее значение при поисках месторождений пресных подземных вод, а также всех типов вод (пресных, минеральных, термальных и промышленных) в горноскладчатых областях. Рассмотрим кратко задачи и содержание работ на каждой стадии.
Поисковая стадия подразделяется на подстадии общих и детальных поисков.
При общих поисках производят оценку перспектив на все типы или определенные типы вод крупных гидрогеологических регионов или их частей. В результате проведения работ выделяют перспективные водоносные комплексы, определяют положение их в плане и разрезе, устанавливают приближенно состав вод и растворенных газов, отмечают благоприятные участки для постановки более детальных разведочных работ. При возможности производят региональную оценку прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов. Общие поиски базируются на целенаправленном анализе региональных геолого-геофизических и гидрогеологических материалов. В связи с этим основными видами работ являются сбор и анализ имеющейся геологической, геофизической и гидрогеологической информации, полученной при проведении площадных геофизических работ, бурении и опробовании скважин различного назначения, эксплуатации действующих водозаборов, изучении режима подземных вод и др. В необходимых случаях проводят ревизионное обследование и опробование существующих скважин и естественных водопроявлений.
Подстадия детальных поисков проводится на месторождениях III и реже II группы сложности, т. е. в горно-складчатых районах или в предгорных и межгорных впадинах со сложной тектоникой. Задачей детальных поисков является выявление и оконтуривание месторождений или участков, перспективных для постановки разведочных работ. Технологические исследования на стадии детальных поисков .проводят в лабораторных и укрупненных масштабах по возможности с использованием пластовых вод изучаемого месторождения. Технико-экономическое обоснование перспектив Проведения геологоразведочных работ и последующего освоения месторождений оформляется на этой стадии в виде .технико-эконо-мичесКих расчетов или соображений; дается сравнительный анализ ожидаемых технико-экономических показателей различных участков месторождений, сопоставление с действующими и проектируемыми предприятиями по добыче и переработке гидроминерального сырья.
По результатам выполненных работ производят оценку эксплуатационных запасов по категориям С| и С2, разрабатывают ориентировочное ТЭО. Принимают принципиальные решения по сбросу отработанных вод.
Предварительная разведка является основной стадией в разведке всех крупных месторождений, так как на этой стадии принимается решение о народнохозяйственной целесообразности освоения месторождения и вовлечения его в детальную разведку. Задачей предварительной разведки являются изучение основных геолого-гидрогеологических особенностей месторождения — геолого-структурных, фильтрационных, гидродинамических, гидрогеохимических, гидрогеотермических, установление источников формирования ресурсов и эксплуатационных запасов подземных вод.
Виды и содержание работ зависят от типа и группы сложности месторождений. На месторождениях I и в некоторых случаях II группы основными видами работ являются бурение и опробование, откачки из гидрогеологических скважин, каротажные работы, лабораторные исследования образцов керна, воды и газа. В отдельных случаях выполняют наземные геофизические исследования. На месторождениях III и иногда II группы осуществляют более сложный комплекс работ: бурение разведочных скважин с выполнением в них каротажных исследований, опробование опытными откачками, изотопные, гидрохимические, лабораторные исследования, наблюдения на действующих водозаборах.
Целью геолого-экономической оценки на стадии предварительной разведки является экономическое обоснование целесообразности постановки детальных разведочных работ или отказа от дальнейшей разведки месторождений (участков). На этой стадии составляют ТЭО (технико-экономическое обоснование) или ТЭД (технико-экономический доклад), содержащий проект временных кондиционных требований к месторождению и условиям его разработки. Вопросы технологии и экономики решают путем проведения укрупненных опытных технологических исследований с использованием оборудования и аппаратов, позволяющих осуществлять эти исследования в непрерывном режиме с целью разработки технологического регламента и экономических показателей процесса переработки гидроминерального сырья и получения продукции в количествах, достаточных для ее анализа и определения соответствия ее государственным стандартам и техническим условиям использования. Как правило, по результатам предварительной разведки выбирают участки под проектные водозаборы, обосновывают их рациональную конструкцию, производят оценку эксплуатационных запасов по категориям d и С2 (иногда В), разрабатывают технологический регламент и временные кондиции, предварительно прорабатывают и согласовывают варианты сброса отработанных вод. Предварительную разведку глубоких подземных вод выполняют при наличии заявок, оформленных в соответствии с существующим законодательством. Основанием для разведки промышленных вод может служить решение директивных органов.
Детальная разведка может проводиться на новых месторождениях и в пределах уже эксплуатируемых месторождений.
На новых месторождениях детальная разведка ставится в тех случаях, когда по результатам предыдущих стадий получена положительная геолого-экономическая оценка и отраслью намечается освоение месторождения в ближайшие 5 — 10 лет. Детальная разведка проводится на участках, согласованных с землепользователями, потребителями, с органами санитарного и рыбного надзора и др. Для проведения разведочных работ оформляется временный отвод земли.
На стадии детальной разведки уточняется природная модель и расчетная схема месторождения, определяются и принимаются расчетные значения гидрогеологических параметров, показатели качества вод и др. Виды и содержание работ принципиально не отличаются от таковых на предварительной стадии разведки. Однако на месторождениях I и II групп изучают, как правило, только продуктивные водоносные комплексы, а на месторождениях III группы основным видом работ служит длительный опытно-эксплуатационный выпуск, сопровождаемый комплексом лабораторных исследований и режимных наблюдений.
На стадии детальной разведки целью геолого-экономической оценки является экономическое обоснование целесообразности вовлечения в народнохозяйственное использование разведанного участка (месторождения) подземных промышленных вод, строительства (а при детальной разведке эксплуатируемого месторождения — расширения, реконструкции) предприятия по добыче и переработке гидроминерального сырья. Эта задача на вновь разведу-емых месторождениях решается путем проведения длительных полупромышленных технологических испытаний гидроминерального сырья с использованием опытных и опытно-промышленных технологических установок. На этой стадии разрабатывается технико-экономическое обоснование постоянных кондиций для месторождения (участка), которые являются основой для подсчета запасов промышленных подземных вод и определения производственной мощности промышленного предприятия как по объему перерабатываемого гидроминерального сырья, так и по объему выпуска полезной продукции. Для месторождений промышленных вод кондиции и эксплуатационные запасы утверждаются только ГКЗ СССР. Отчеты по детальной разведке (или доразведке) месторождений служат обоснованием проектов строительства или реконструкции водозаборов.
Эксплуатационная разведка проводится на месторождениях (участках) с утвержденными запасами в процессе строительства и эксплуатации водозаборов с целью установления соответствия данных эксплуатации прогнозным расчетам, переоценки запасов по результатам эксплуатации, уточнения режима эксплуатации и др. Основными видами работ являются организация
и проведение режимных наблюдений за дебитами, уровнями и качеством воды по всем эксплуатационным и наблюдательным скважинам, обобщение и анализ материалов многолетней эксплуатации. Эксплуатационная разведка выполняется геологической службой эксплуатируемых организаций либо для проведения ее привлекаются специализированные организации.
По результатам эксплуатационной разведки уточняют эксплуатационные запасы, корректируют способ и режим эксплуатации, обосновывают целесообразность доразведки месторождения. В необходимых случаях пересматривают кондиции и запасы и переутверждают их в установленном порядке; проводят реконструкцию водозабора.
МЕТОДИКА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ИЗУЧЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГЛУБОКИХ
Рис. 7. График зависимости
сжимаемости пород Рп от пористости n. По Р. Холлу:
Известняки; 2 — песчаники
Рис. 8. График зависимости между разностью плотностей дистиллированной и минерализованной вод ДY и их минерализацией М
Коэффициент упругого сжатия |3, или сжимаемость, характеризует способность вещества изменять свой объем под влиянием приложенного давления; измеряется он в относительных единицах (МПа-1). Для определения коэффициента упругого сжатия используют приборы типа стабилометра, позволяющие осуществлять всестороннее сжатие образца породы или воды. Наиболее часто встречающиеся значения этих коэффициентов: для пластовых вод рж=(2,0-7)* 10-6 МПа-1; для пород рс =(0,7-5)X10-6МПа-1.
Коэффициенты упругого сжатия могут быть с достаточной для лрактических целей точностью получены расчетным путем. Коэффициент упругого сжатия породы, как показали эксперименты, зависит в основном от ее пористости и весьма незначительно — от состава зерен породы. Коэффициент упругого сжатия пор |Зп, может быть определен по графику Холла (рис. 7), а коэффициент упругого сжатия породы определяется по формуле
З = |зп.
Для приближенных расчетов при n = 0,15 — 0,25 можно принимать |Зс=1*10-4 МПа=1*10-6 м2/т.
Коэффициент упругого сжатия жидкости зависит от минерализации, плотности, газонасыщенности, температуры и давления. Для пластовой воды коэффициент сжимаемости с достаточной для практических целей точностью определяется по эмпирической формуле. Мамуны с учетом формулы Додсона — Стендинга, учитывающей растворенного газа:
|Зж=(1-0,05 Vo) (|Зо — 7,16*10-3м/Y),
где |З0 — коэффициент сжимаемости чистой воды (обычно принимаемый равным 4,2*10-6 м2/т); М — минерализация воды; Ко — газовый фактор.
Плотность пластовой воды играет существенную роль при региональном изучении гидрогеодинамики. Не менее важное значение имеет учет плотности пластовых вод при определении расчетных гидрогеологических параметров. Это связано с тем, что плотность воды заметно изменяется в зависимости от минерализации, температуры и давления. Возможные ошибки в определении параметров без учета этих факторов будут тем больше, чем глубже от поверхности залегает водоносный горизонт, чем больше разница пластовых и устьевых (в скважинах) температур воды и чем больше минерализация последней. Необходимость в определении пластовой плотности подземных вод возникает, когда нужно оценить изменение этого параметра по стволу скважин, когда производится прогноз изменения плотности воды в пластовых условиях на площади распространения водоносного горизонта и т. д, Плотность воды необходимо определять также при расчетах величин k, kn, рж и а.
Таблица 19
Рис. 9. График зависимости вязкости воды от температуры при разной минерализации.
Рис. 10. Схема для определения средневзвешенной эффективной мощности водоносных пород.
Рис. 12. График зависимости S от lgt при const
а движение подземных вод к скважинам приобретает квазиуста-новившийся характер, отличительной особенностью которого является одинаковый темп снижения давления (уровня) во всех точках внутри зоны фильтрации, в которой справедливым является условие r2/4at<0,1. В этой зоне кривые понижения давления (уровня) во времени перемещаются параллельно друг другу. Точность расчетов при замене экспоненциальной функции логарифмической приводится на графике (рис. 11). Используя приведенное выше условие возможности замены точной экспоненциальной функ-дии логарифмической, можно определить время наступления и радиус зоны квазистационарного режима:
(7)
(8)
Расчетный радиус влияния г при неустановившемся режиме откачки с постоянным дебитом при известном коэффициенте пьезо-проводности определяется по формуле
(9)
При выводе уравнения (4) точечный сток, подразумеваемый уравнением (3), заменяется реальной скважиной с радиусом гс. Такая замена возможна в случае, если w0S/Qt<0,05, т. е. когда отбираемое из скважины, площадь сечения которой равна со, количество воды пренебрежимо мало по сравнению с общим ее отбором. Это условие выполняется обычно в самый начальный период опытных работ. Тем не менее возможность применения расчетных формул (4) и (6) с этой точки зрения следует проверять при откачках из пород с плохими коллекторскими свойствами, когда время t для выполнения условия (5) будет достигать заметной величины.
Функции Ei( — r2/4at) и ln 2,25аt/r2 получили в гидрогеологической литературе название гидравлических сопротивлений и обозначаются символом R. Для удобства вычислений в формуле (6) натуральный логарифм заменяется десятичным, и она приобретает
(10)
Для определения параметров водоносных пород по кривым прослеживания понижения и восстановления уровня (давления) в скважине широко используется графоаналитический метод, суть которого заключается в том, что формула (6) представляется в виде Уравнения прямой в полулогарифмических координатах. Для временного прослеживания уровня (рис. 12):
S = At + C lgt,
где С = Q/(4пkm) и Аt = С lg(2,25at/r2).
Рис. 13. График зависимости S от lgr при Q = const
График зависимости S — lg t при квазистационарном движении подземных вод имеет вид прямой линии с угловым коэффициентом С, отсекающей на оси абсцисс отрезок Аt. Коэффициент С определяется по координатам двух точек усредняющей прямой:
а коэффициент Аt снимается непосредственно с графика. В этом случае
Km = 0,183Q/C; lg Q = 2 lg r — 0,35 + At/C.
При наличии двух или нескольких скважин, расположенных на разных расстояниях от возмущающей, наряду с графиками вида S — lgt целесообразно построение графиков 5 — lg r (рис. 13). В этом случае производится прослеживание изменения уровня в зависимости от расстояния наблюдательных скважин до центральной (возмущающей), т. е. по площади изучаемого участка. В связи с этим определение параметров по кривым 5 — lg r получило название способа площадного прослеживания уровней. В этом случае расчетная формула имеет вид:
S = Ar + C lgt,
где
водопроводимость определяется по формуле
km = 0,366Q/C,
а коэффициент пьезопроводности — по формуле lg Q = (2Ar/C) — 0,35 — lgt.
Способ комбинированного прослеживания, заключающийся в прослеживании изменения уровня во времени одновременно в нескольких наблюдательных скважинах и в построении полулогарифмических графиков вида S — lg t/r2, аналогично предыдущему, предусматривает использование расчетной формулы
S = A+C lg(t/r2).
Коэффициенты водопроводимости и пьезопроводности в этом случае находят по формулам:
km = 0,183Q/C ;
Рис. 14. График восстановления давления в скважине
Рис. 15. График восстановления давления S = f(ln tпр) в наблюдательной скважине
Следуя принципу суперпозиции, можно представить остановку скважины, из которой производилась откачка, как пуск равноде-битной нагнетательной скважины. В этом случае можно определять водопроводимость, используя рассмотренные выше решения основного уравнения упругого режима фильтрации. Учитывая продолжающееся некоторое время после остановки скважины снижение уровня в зоне влияния откачки, повышение уровня воды (давления) на любой момент времени после прекращения откачки в любой точке на расстоянии г от скважины для случая квазиуста-новившегося движения может быть выражено формулой
(17).
где S' — повышение уровня от динамического; Т — полное время откачки с дебитом Q до момента остановки скважины.
При достаточно длительном времени откачки Т по сравнению с временем восстановления уровня t в формуле (17) первый член в скобках будет пренебрежимо мал: в этом случае она становится аналогичной формуле (10) и расчет параметров можно вести уже рассмотренными методами с использованием полулогарифмических кривых восстановления давления (рис. 14). При длительном времени восстановления уровня эти методы неприменимы, так как постепенно скорость восстановления уровня становится соизмеримой со скоростью продолжающегося его снижения под воздействием остановленной откачки. В этом случае при t>2,5r2/a понижение уровня от статического на любой момент времени восстановления будет равно:
(18)
а повышение уровня от достигнутого при откачке динамического давления составит:
(19)
Принимая tT/(t+T) = tnpt получим
(20)
Примерный график S = f(lntnp) показан на рис. 15. Формула (20), как и (17), при T>t может быть использована для расчетов параметров графоаналитическими методами.
Коэффициент пьезопроводности характеризует темп перераспределения пластового давления в условиях упругого режима фильтрации и зависит от проницаемости пласта (горизонта), вязкости жидкости и упругих свойств пласта и насыщающей его жидкости. Так как между проницаемостью и пьезопроводностью существует прямая зависимость, закономерности изменения пьезопроводности связаны с изменениями проницаемости горизонта. Неравномерная проницаемость водоносных пород глубоких горизонтов, особенно характерная для трещиноватых коллекторов, определяет соответственные неравнозначные результаты определения пьезопроводности таких отложений.
В пористых коллекторах со сравнительно выдержанной проницаемостью пьезопроводность в разных точках пласта, как правило, изменяется незначительно. Поэтому как при определении коэффициентов пьезопроводности, так и при подсчете средних его значений следует учитывать гидрогеологические условия залегания и характер водоносного горизонта.
Существует несколько методов определения коэффициента пьезопроводности по данным опытных откачек. Из них наиболее точными являются определения по результатам прослеживания снижения и восстановления уровня (давления) в наблюдательных скважинах при проведении кустовых откачек. В этих случаях коэффициент пьезопроводности может быть рассчитан с использованием временных, площадных и комбинированных полулогарифмических графиков прослеживания уровней.
Если замена точной формулы (4) приближенной (6) приводит к значительным погрешностям, то коэффициент пьезопроводности может быть определен методом подбора из соотношения
(21)
Для сокращения расчетов и упрощения точного определения а из соотношения (21) используют способ построения вспомогательных графиков, как это показано на рис. 16.
Рис. 16. Вспомогательный график для определения коэффициента пьезопроводности а
Рис. 17. Графики понижения уровня (давления) в скважине при откачке с постоянным дебитом:
Таблица 20
Продолжительность откачки (сут) из центральной скважины с постоянным дебитом до момента достижения максимальной скорости понижения уровня в наблюдательных скважинах в зависимости от коэффициента пьезопроводности
Расстояние между центральной и наблюдательной скважинами, м | Коэффициент пьезопроводности, м2/сут | |||||
103 | 5-103 | 104 | 5-104 | 105 | 5-105 | |
10,0 | 2,0 | 1,0 | 0,2 | 0,1 | 0,02 | |
22,5 | 4,5 | 2,2 | 0,5 | 0,2 | 0,04 | |
62,5 | 12,5 | 6,3 | 1,2 | 0,6 | 0,12 | |
140,5 | 28,1 | 14,0 | 2,8 | 1,4 | 0,28 | |
250,0 | 50,0 | 25,0 | 5,0 | 2,5 | 0,50 | |
562,5 | 112,5 | 56,2 | 11,3 | 5,6 | 1,12 | |
2,0 | ||||||
— | 312,5 | 156,2 | 31,2 | 15,6 | 3,1 | |
— | 62,5 | 12,5 | ||||
— | — |
Выше рассмотрены методы определения коэффициента пьезопроводности по данным наблюдений за понижением уровней или давлений в наблюдательных скважинах при откачках из центральных (возбуждающих). Однако при разведке глубоких подземных вод вследствие больших глубин и значительной стоимости скважин устройство специальных опытных кустов не всегда целесообразно. Кроме того, близкое расположение разведочных скважин друг к другу ограничивает возможности их полного использования для последующей эксплуатации. При проведении кустовых откачек из скважин, расположенных на большом удалении одна от другой, значительно возрастает необходимое время опытных откачек (см. табл. 20). Поэтому большой практический интерес представляют методы определения коэффициента пьезопроводности по результатам откачек из одиночных скважин.
В работе [20] изложен метод, основанный на сопоставлении и использовании результатов определения коэффициентов пьезопроводности по данным кустовых и одиночных откачек. Известно, что одним из факторов, затрудняющих определение коэффициента пьезопроводности, является так называемый «скин-эффект», характеризующий изменение водовмещающих пород в призабойной зоне скважин в процессе бурения и откачек. Такие изменения вызывают дополнительные фильтрационные сопротивления, которые влияют на абсолютные понижения уровней (давлений), но не могут быть определены и учтены в процессе опытных откачек из центральных или одиночных скважин. С учетом этих дополнительных фильтрационных сопротивлений для совершенных по степени и характеру вскрытия пласта скважин суммарная величина понижения уровня выражается формулой
(23)
где Sn — полное понижение уровня; гс, — приведенный радиус эквивалентной совершенной скважины; ф — дополнительное сопротивление (фактор повреждения, по Л. В. Боревскому) пласта в призабойной зоне, возникающее в результате изменения фильтрационных свойств пород вблизи стенок скважины.
Если величина ф положительная, то фильтрационные свойства пород в призабойной зоне хуже, чем в остальной части пласта, и наоборот. В сходных гидрогеологических условиях (например, в пределах разведуемого эксплуатационного участка глубоких подземных вод) при одинаковом способе бурения в начальный период опытных откачек значения дополнительного сопротивления ф должны быть близкими во всех скважинах. Это обстоятельство можно использовать для определения коэффициента пьезопроводности по результатам исследования одиночных скважин.
Согласно формулам (6) и (10), величина А (см. рис. 12), отсекаемая усредняющей кривой преобразованного графика S — lgt, равна
(24)
Определив а по результатам наблюдений за реагирующей скважиной, расчетом определяются А', отсекаемая на оси S графика S — lgf при дополнительных сопротивлениях, равных 0 (ф=0):
(25)
Вычитая равенство (25) из равенства (24), получим
откуда
или
Таким образом, имея данные опытной кустовой откачки и определив для сравнительно однородного участка среднее значение величины ф, можно использовать ее для нахождения коэффициента пьезопро-водности по результатам одиночных откачек из скважин:
Lg a = 2 lgr — 0,35+ А/С — ф.
Представляет интерес способ определения коэффициента пьезо-проводности по данным одиночных откачек из скважин, предложенный А. Г. Арье. Сущность его заключается в изучении зависимости между дебитом и понижением уровня, отражающей несовершенство скважины, при проведении серии кратковременных одиночных откачек. В целях исключения влияния возможного изменения при откачках разной производительности рабочей мощности пласта (что имеет место при наличии в разрезе пород разной проницаемости) автор способа рекомендует определять показатель интенсивности работы скважины, представляющий собой произведение понижения уровня 5 при заданном дебите Q скважины на водопроводимость km, определенную при том же дебите. Понижение уровня выбирается на один и тот же период времени от начала каждой из кратковременных откачек.
В результате опытных работ устанавливаются зависимости (рис. 18) kmS = f(Q) и km — f(Q). Имеется в виду, что касательная К к кривой km = f(Q) характеризует эту зависимость при отсутствии гидравлических сопротивлений, т. е. при С=0. Сравнивая значение произведения (kmS)ф, полученное в процессе продолжительной откачки при дебите скважины Q, с тем же произведением, полученным без учета гидравлических сопротивлений, (kmS) „ , определяют показатель гидродинамического несовершества скважины С:
Коэффициент пьезопроводности при известном С определяется без особых трудностей.
К недостаткам способа А. Г. Арье следует отнести невозможность дифференциации технических и гидравлических факторов несовершенства скважин, а также отсутствие каких-либо рекомендаций по длительности проведения «продолжительной» одиночной откачки. Способ не исключает влияния на точность определения пьезопроводности граничных условий пласта, которые могут проявиться при проведении достаточно продолжительных откачек.
Рис. 18. Графики km = f(Q) и km S = f(Q) при серии кратковременных откачек. По А. Г. Арье
Выше рассмотрены общие методы оценки расчетных гидрогеологических параметров по результатам опытных работ на скважинах в случаях, отвечающих условиям напорной фильтрации жидкости в бесконечном в плане пласте. На практике интерпретация результатов опытных работ и, следовательно, правильная оценка расчетных параметров осложняются влиянием природных гидрогеологических факторов и тех, которые обусловлены техническими условиями проведения опытных работ я спецификой подземных вод глубоких горизонтов.
К числу первых относится влияние граничных условий по простиранию водоносных горизонтов и в разрезе вскрываемых скважинами пород. Оно может проявляться в случаях близости опытных скважин к экранирующим или водопроводящим тектоническим нарушениям, зонам выклинивания или фациального замещения водоносных отложений; в случае гидравлической взаимосвязи занимающих разное положение в разрезе водоносных горизонтов. При правильно поставленных гидрогеологических опытах такие факторы выявляются и учитываются путем корректной интерпретации полученных результатов. Методика расчета гидрогеологических параметров для таких случаев достаточно полно рассмотрена в специальной литературе, в частности, в работе [9].
Вторая группа факторов связана с гидравлическим несовер-Эгенством глубоких скважин, особенностями проведения в этих скважинах опытных гидрогеологических исследований и влиянием Некоторых параметров откачки (например, дебитов), а также температур и газового фактора на точность определения понижений Динамических уровней. Влияние и способы учета этих факторов рассматриваются ниже.
Специфические факторы, влияющие на точность
Таблица 21
Рис. 19. График зависимости коэффициента несовершенства
скважины от плотности перфорации (прострелов)
Рис. 20. График для определения коэффициента |З
Рис. 21. График функции £1 для расчета несовершенных скважин при т/rс
Формула применима для любого вида движения — ламинарного, переходного и турбулентного. Коэффициент Я, подсчитывается в зависимости от числа Рейнольдса Re; как показывает опыт, независимо от характера жидкости и диаметра труб критическая величина числа Re, при которой движение теряет ламинарный характер, определяется по формуле Re = vd/v, где v — кинематический коэффициент вязкости. При откачках и выпусках промышленных вод эта величина всегда значительно повышается, и движение происходит при переходном и, что чаще, турбулентном режиме.
Величины потерь напора на единицу длины трубопровода в зависимости от его диаметра d и скорости течения воды v приведены в табл. 22. В табл. 23 даны потери напора h на 1000 м длины водо подъемных труб в зависимости от диаметра скважины и ее дебита. Из приведенных данных следует, что потери напора резко возрастают с увеличением скорости течения, т. е. с увеличением дебита скважины и уменьшением диаметра водоподъемных труб, и могут достигать больших величин. В силу этого понижение давления воды, замеренное на устье скважины, будет больше, чем понижение пластового давления. Поэтому коэффициент водопроводимости, рассчитанный по методу индикаторных диаграмм с использованием замеров понижений уровней на устье скважины, будет заниженным. При расчете водопроводимости графоаналитическим методом потери напора в трубах не оказывают влияния, так как при постоянном дебите откачки их величина во времени не меняется. Однако при расчете коэффициента пьезопроводности эту поправку надо учитывать, поскольку этот коэффициент зависит не только от темпа падения давления, но и от абсолютной величины понижения уровня.
Таблица 22
Таблица 23
Таблица 24
Рис. 22. График фактического изменения температуры воды на изливе в зависимости от дебита скважин
Как показывает опыт, в большинстве случаев это распределение подчиняется закону прямой линии. Поскольку плотность воды зависит от температуры, причем в практически интересных интервалах температур эта зависимость не сильно отличается от прямолинейной, можно с достаточной точностью написать следующее выражение, связывающее забойное и устьевое (избыточное) давления:
P0 заб = P0 изб+HYсp/100, (32)
где Р0 заб — статическое забойное давление; Р0 ИЗб — статическое избыточное давление; Н — высота столба воды в скважине; Yср — средняя плотность воды в стволе скважины. При этом Yср= (Yпл+ + Yст)/2, где Yпл — плотность воды в пластовых условиях; YCT — плотность воды у устья простаивающей скважины.
При пуске скважины по мере прогревания окружающих пород в скважине устанавливается новый температурный режим, зависящий главным образом от дебита и диаметра скважины. Опыт исследований в Западной Сибири и других районах страны показал, что уже при сравнительно небольших дебитах (400 — 500 м3/сут) устьевая температура быстро стабилизируется и в дальнейшем остается практически постоянной.
Учитывая сказанное, можно записать следующее выражение для определения забойного давления в процессе работы скважины
Pэаб=Pизб+HYср/100, (33)
где Yсp = (Yдин + Yпл)/2; P3аб — текущее забойное давление; Ризб — текущее избыточное (устьевое) давление; удин — плотность воды на устье изливающей скважины в момент определения забойного давления.
Отсюда выражение для определения понижения забойного давления АРзаб через величину устьевой депрессии АРизб можно получить, вычтя выражение (33) из (32):
(34)
Из выражения (34) видно, что при определенных условиях — высокой проницаемости пород, больших величинах Н и разности Тст — Тдин — депрессия устьевого давления может оказаться отрицательной и скважина, статический уровень которой был ниже поверхности земли, после возбуждения может фонтанировать. Это явление было названо Э. Б. Чекалюком «термолифтом».
Понижение напора (м), приведенное к пластовым условиям 5ПЛ, выражается следующим образом:
(35)
В случае отсутствия самоизлива понижение напора в пластовых условиях определяется по следующей формуле:
(36)
где Я0 — столб воды в скважине в статических условиях; Я1 — то же при работе скважины.
Преобразуя выражение (35) с учетом зависимостей (32) и (33), получим
(37)
Учитывая, что упл и 7ДИН мало отличаются по значениям, так как очень близки температуры, можно с точностью до 1 % принять
(38)
где 5 уст — понижение уровня, замеренное на устье скважины.
Формулы (37) и (38) позволяют определить понижение забойного давления или напора по результатам замеров на устье скважин независимо от того, установился температурный режим в ней или нет.
В табл. 25 приведены значения дополнительной величины пони-гидростатического напора
жения
по сравнению с S ус-; для условий Тюменского месторождения подземных вод. Во многих случаях эти величины (AS,, SyCT) оказываются не только соизмеримыми, но и весьма близкими между собой. Поэтому ошибки в определении параметров по формулам установившегося движения могут быть очень велики (табл. 26).
Таблица 25
Таблица 26
ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ
ПОДЗЕМНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ
Таблица 27
Неограниченный пласт; 2 - полуограниченным пласт; 3 - пласт-квадрат, 4 - пласт-клин; 5 -пласт-полоса; 6 - пласт-полуполоса; 7- пласт-прямоугольник; в - пласт-круг; .-расстояние междх во-доупорами; водозабор: а - реальный, б — отображенный
1. Если водоносный горизонт имеет в плане настолько большие размеры, что влияние эксплуатации водозабора в течение расчетного срока на его границах практически не проявляется, то такой пласт принимается бесконечным в плане. Эта схема получила название неограниченного пласта.
2. Если пласт ограничен в плане одним прямолинейным контуром, то такую схему называют полуограниченным пластом. В этом случае возможны два типа условий: а) на границе пласта задается постоянный напор; б) на границе пласта задается постоянный расход, который в частном случае для непроницаемой границы равен нулю.
3. Пласт ограничен в плане с двух соседних сторон прямолинейными контурами, пересекающимися под прямым углом (пласт-квадрат). В этих условиях возможны три типа расчетных схем: а) на обоих контурах напор постоянный H=const; б) на обоих контурах задан постоянный pacxoд Q=const (в частном случае Q=0); в) на одном контуре имеет место постоянный расход (в частном случае Q=0), на другом — постоянный напор.
4. Пласт ограничен двумя прямолинейными параллельными кон-турами (пласт-полоса); на двух параллельных границах пласта принимаются три условия, указанные выше для пласта-квадрата.
5. Пласт ограничен с трех сторон перпендикулярными границами (пласт-полуполоса); на границах задаются те же условия (Q=const, Q=0 или H=const) в любом их сочетании.
6. Пласт ограничен со всех сторон четырьмя перпендикулярными прямолинейными границами, на каждой из которых задается то или иное из указанных условий.
7. Пласт ограничен со всех сторон контуром, который может быть с достаточной для практических расчетов точностью приведен к круговому по принципу равенства площадей (пласт-круг); на границах кругового контура могут задаваться условия постоянного напора (Я=сопз]) или постоянного расхода (Q=const-Q=0).
Следует отметить, что все перечисленные схемы пласта имели место при оценке запасов подземных промышленных вод в различных районах СССР. Наиболее сложные расчетные гидрогеологические схемы принимались для месторождений, характеризующихся сложной тектоникой и наличием разрывных нарушений. При этом иногда в пределах одного эксплуатационного участка выделялись блоки, по своей конфигурации отвечавшие большинству из перечисленных схем.
Граничные условия в разрезе месторождений для наиболее часто встречающихся случаев в практике разведки и оценки запасов глубоких подземных вод схематизируются в виде напорного водоносного пласта с непроницаемой кровлей и подошвой. В этих случаях обычно используются гидродинамические решений для плоской плановой фильтрации подземных вод. Однако встречаются случаи, когда эксплуатируемый напорный водоносный пласт отделяется от выше- и нижезалегающих водоносных горизонтов слабыми водоупорами, не исключающими фильтрации при снижении пластового давления (пьезометрического напора) в эксплуатируемом. В этих случаях рассматривается и при необходимости учитывается гидравлическая взаимосвязь водоносных горизонтов (перетекание). Иногда водоупорная кровля или подошва на отдельных участках месторождения в зоне влияния водозабора отсутствует, в связи с чем возможна прямая гидравлическая связь между соседними в разрезе водоносными горизонтами. При обосновании расчетной гидрогеологической схемы необходимо также учитывать разгрузку подземных вод в виде источников (или самоизлив пластовых вод из ранее пробуренных скважин).
Схематизация условий разработки месторождений при подсчете эксплуатационных запасов заключается в том, что скважины расчетного водозабора располагаются в виде удобных для выполнения гидродинамических или гидравлических расчетов правильных геометрических систем. К таким системам относится расположение скважин в виде одного или нескольких параллельных рядов (в частном случае — прямоугольная сетка) скважин; в виде двух линейных рядов скважин, образующих между собой некоторый угол (в частном случае — прямой); в виде одной кольцевой батареи скважин или нескольких кольцевых концентрических батарей; в виде равномерной треугольной сетки скважин, которая может быть приведена к системе кольцевых концентрических батарей. В качестве расчетной может быть принята также схема любого геометрически неправильного расположения скважин на эксплуатационном участке.
При схематизации гидрогеологических условий необходимо учитывать изменение параметров пласта (мощности, коэффициента фильтрации, водопроводимости) на площади эксплуатационного участка и месторождения в целом. Если амплитуда изменения этих параметров невелика или в этом изменении нет четко прослеживаемых закономерностей, то для аналитических расчетов могут использоваться средневзвешенные по площади участка параметры и пласт в этом случае принимается условно однородным.
Размеры эксплуатационного участка (и, следовательно, площади проектного водозабора) определяются его геолого-тектоническим строением и гидрогеологическими условиями. При сравнительно Однородных строении и фильтрационных свойствах водоносного горизонта и спокойном залегании его в пределах (и за пределами) эксплуатационного участка размеры площади водозабора зависят равным образом от параметров промышленной водоносной зоны, в свою очередь, определяющих дебит отдельных скважин (с учетом их взаимодействия), рациональную схему расположения скважин и их число. Показатели эксплуатации устанавливаются путем последовательных вариантных гидродинамических расчетов, сопровождаемых геолого-экономическим анализом, который преследует цель выбора наиболее экономически эффективной системы разработки, обеспечивающей добычу максимального количества подземных вод при- сохранении ее себестоимости на уровне допустимoй цены.
Если эксплуатационный участок расположен в пределах антиклинальной структуры с крутопадающими крыльями, то площадь расположения скважин дополнительно определяется допустимой по экономическим соображениям глубиной бурения. Именно такими соображениями ограничиваются размеры водозаборов промышленных и термальных вод, располагаемых в пределах брахиантиклинальных структур в Западной Туркмении и Азербайджанской ССР.
При оценке эксплуатационных запасов глубоких подземных вод необходимо учитывать дебиты скважин и понижения в них динамических уровней от поверхности. И дебиты, и понижения уровней должны быть максимальными для гидрогеологических условий оцениваемого горизонта. Это обеспечивает, с одной стороны, наиболее полную оценку эксплуатационных запасов, с другой — наилучшие технико-экономические показатели эксплуатации водозабора. Однако практически в большинстве случаев расчетные дебиты скважин и понижения в них уровней от поверхности для промышленных и термальных вод приходится ограничивать мощностью насосного оборудования, выпускаемого отечественной промышленностью. Балансовые эксплуатационные запасы должны обеспечивать минимальную рентабельную производительность промышленного предприятия. Другими словами, расчетный дебит подземных вод с учетом концентрации полезных извлекаемых компонентов или количества тепла должен обеспечивать получение того минимума товарной продукции, при котором экономически целесообразно строительство современного индустриального предприятия.
Оценка эксплуатационных запасов подземных вод производится обычно тремя методами: балансовым, гидравлическим и гидродинамическим.
Балансовый метод основан на анализе приходных и расходных статей баланса подземных вод. Для промышленных и термальных подземных вод платформенных областей, характеризующихся большой глубиной залегания, весьма малыми реальными скоростями фильтрации в естественных условиях, часто не выходящими на поверхность и имеющими обычно широкое региональное распространение, оценка эксплуатационных запасов этим методом неприемлема. Однако для минеральных, термальных подземных вод горно-складчатых областей и парогидротерм областей современного вулканизма балансовые расчеты имеют часто весьма важное значение для оценки общих ресурсов таких вод и перспектив их использования на ранних стадиях гидрогеологических изысканий. , Гидравлический метод основан на изучении связи дебита и понижения динамического уровня при установившемся притоке подземных вод к одиночным и взаимодействующим скважинам. Оценка эксплуатационных запасов в этом случае производится путем гидравлических расчетов на основе экстраполяции полученных опытных данных. Этот метод широко используется при оценке эксплуатационных запасов в сложных гидрогеологических условиях, не поддающихся простейшей схематизации для обоснованных гидродинамических расчетов (наличие водопроводящих тектонических нарушений, неравномерная трещиноватость и закарстованность пород, недостаточно точно установленные источники питания и закономерности распространения водоносного горизонта и т. д.). Гидравлический метод, требующий проведения мощных откачек с дебитами скважин, близкими к эксплуатационным, может быть рекомендован в редких случаях для месторождений промышленных вод на участках сложного тектонического строения и при разведке подземных вод в неравномерно трещиноватых и закарстованных породах. В то же время этот метод является основным при оценке запасов минеральных и термальных подземных вод в горно-складчатых областях и в районах сложного геолого-тектонического строения.
Гидродинамический метод широко используется для оценки эксплуатационных запасов всех типов глубоких подземных вод. Метод основан на прогнозных расчетах изменения дебитов и уровней с учетом параметров водоносных пород, определяемых по данным опытных гидрогеологических работ в период разведки месторождений. Возможность и целесообразность использования этого метода определяется особенностями условий залегания и распространения подземных вод глубоких горизонтов артезианских бассейнов платформенного типа, предгорных и межгорных впадин. Как известно, при откачках глубоких подземных вод в значительной мере проявляются упругие свойства вод и пород, что приводит к длительному неустановившемуся притоку подземных вод к скважинам. Интенсивность и характер изменения уровней и дебитов зависят от ряда факторов, основными из которых являются: а) параметры водоносной зоны (их водопроводимость и пьезопроводность) и изменение этих параметров на площади эксплуатационного участка и за его пределами в зоне влияния водозабора; б) граничные условия месторождения и эксплуатационного участка, определяемые наличием областей создания напора, выклиниванием или резким изменением мощности или литолого-фациальных свойств водовмещающих пород; в) суммарный дебит водозабора (и отдельных скважин) и изменение этого дебита в процессе эксплуатации.
Для глубоких подземных вод суммарный дебит водозабора должен быть постоянным (при постоянных концентрациях в воде полезных компонентов) или ступенчато изменяющимся во времени (при изменении в процессе эксплуатации месторождения концентраций полезных компонентов) в связи с необходимостью обеспечения стабильной производительности промышленного предприятия.
Исходя из изложенного, оценка эксплуатационных запасов глубоких подземных вод на участке проектируемого водозабора производится следующим образом:
по материалам бурения и опытного гидрогеологического опробования разведочных скважин оцениваются расчетные гидрогеологические параметры водоносных пород на участке водозабора и за его пределами;
на основе анализа гидрогеологических условий месторождения в зоне возможного влияния водозабора схематизируются гидрогеологические условия и выявляются расчетные граничные условия;
путем последовательных гидродинамических и технико-экономических расчетов по вариантам определяются кондиционные требования к подземным водам и условиям их эксплуатации;
с учетом кондиционных требований подсчитывается возможный суммарный дебит водозабора применительно к наиболее рациональной для данных условий схеме водозабора; суммарный дебит квалифицируется как эксплуатационные запасы подземных вод;
путем гидродинамических или гидравлических расчетов с учетом гидрогеохимической обстановки устанавливаются постоянство или закономерности изменения состава подземных вод, концентрации в них полезных компонентов, или количество бальнеологически активных элементов.
В частных случаях, когда природная обстановка месторождения не позволяет обоснованно подсчитать запасы аналитическими методами, прибегают к моделированию процесса разработки месторождения и оценке эксплуатационных запасов с использованием аналоговых машин. Кроме того, аналитические расчеты эксплуатационных запасов целесообразно выполнять с использованием электронных цифровых вычислительных машин. Использование ЭЦВМ позволяет значительно расширить диапазон рассматриваемых вариантов разработки месторождений и решить задачу по одновременному гидродинамическому, гидрогеохимическому и технико-экономическому обоснованию эксплуатационных запасов глубоких подземных вод.
Гидродинамические методы подсчета эксплуатационных запасов подземных вод основаны на решении основного дифференциального уравнения упругой фильтрации жидкости в пористой среде. Решая это уравнение при различных начальных и граничных условиях, получают расчетные формулы для определения де-битов и уровней, которые используются для оценки эксплуатационных запасов подземных вод. Математически и физически гидродинамические методы являются точными; практически их точность в достаточной мере условна вследствие приведения природной гидрогеологической обстановки к имеющим решение расчетным схемам, а также в связи с неточностью используемых в расчетах исходных параметров.
Основное уравнение движения подземных вод — линейное, что позволяет при его решении использовать метод суперпозиции (наложения течений), который заключается в том, что сумма решений этого уравнения также является его решением. Применительно к движению воды это означает, что понижение давления (напора) в любой точке пласта от действия нескольких водозаборов равно сумме понижений в этой точке от действия каждого из них в отдельности.
Другим достоинством гидродинамических методов является то обстоятельство, что, будучи одновременно и балансовыми, они позволяют прогнозировать дебиты и уровни с большей степенью экстраполяции по сравнению с достигнутыми при проведении опытных гидрогеологических работ в скважинах. Возможность экстраполяции представляется весьма важной, так как для глубоких подземных вод понижение уровней до расчетных проектных отметок при проведении опытных работ в скважинах нерентабельно, а с точки зрения точности оценки запасов излишне.
Решение задачи по оценке эксплуатационных запасов подземных вод обычно сводится к определению дебита скважины или водозабора при заданном предельном понижении уровня или к расчету понижения уровня в отдельных скважинах, а для системы скважин — к расчету наибольшего и наименьшего понижения уровня в отдельных скважинах водозабора, выбранных по условиям их расположения. При этом принимается, что начальные и граничные условия, а также параметры пласта известны, строение его однородно, а скважины совершенны.
Используя метод суперпозиции и формулы (4) — (6), можно провести расчет водозаборов для случая любого произвольного расположения скважин. В практике геологоразведочных работ на промышленные воды встречаются следующие схемы расположения эксплуатационных скважин водозаборов: произвольное (неупорядоченное), линейный ряд; кольцевая батарея; треугольная сетка (концентрические кольцевые батареи); прямоугольная сетка (площадная система). Приведение системы расположения скважин к правильным геометрическим схемам позволяет упростить гидродинамические расчеты, что особенно важно при большом числе эксплуатационных скважин на участках водозаборов.
Выше отмечалось, что в практике оценки эксплуатационных запасов глубоких подземных вод возможность использования схемы неограниченного пласта встречается довольно редко. Чаще лри оценке запасов приходится учитывать внешние границы водоносного горизонта, схематизируемые в зависимости от их конфигурации, как это указано выше.
Неограниченный пласт. Одиночная скважина с постоянным дебитом. В этом случае расчет производят по формуле (10). Величина r в этом случае принимается равной рас-стоянию от оси скважины до точки, в которой определяется по-нижение S. При определении понижения уровня в скважине эта величина равна радиусу скважины.
Одиночная скважина с переменным дебитом. Если в пласте работает одиночная скважина с переменным дебитом и изменение ее дебита происходит ступенчато, то понижение ;В ней выразится уравнением
(44)
где Q, — дебит скважины после i-го изменения, включая пуск;
ai = (Qi - Qi-1)/Q1; (45)
(46)
здесь tр — полное время работы скважины от пуска до момента, на который определяется понижение; ti — время работы скважины до i-го изменения дебита, включая пуск. Отсюда t1 = О и ai = 1. Если наибольшее значение r2/4at(tp — ti)<0, то формулу
(44) с учетом формул (45) и (46) можно записать следующим образом:
— приведенное время работы скважины с дебитом Q1.
Взаимодействующие скважины. Если работает одновременно несколько скважин с изменяющимся дебитом и разным во времени началом работы, то понижение уровня в любой точке пласта, отстоящей от первой, второй, третьей, ..., n-й скважины соответственно на расстоянии r1, r2, r3,..., rn, определяется по уравнению
где S — понижение уровня в точке от действия всех скважин; Sj — часть этого понижения, вызванная работой j-й скважины. Величина Sj определяется для каждой скважины по формулам (44), (47) и (48).
Практический интерес представляет случай работы всех скважин с постоянным дебитом Q1, Q2, Q3, ..., Qn. В этом случае, наиболее часто встречающемся при подсчетах запасов подземных промышленных вод, удобнее привести формулу к суммарному дебиту QcyM водозабора на расчетный момент времени. Тогда понижение в любой точке пласта рассчитывается по формуле
(49)
где aj = Qj/QcyM tj — время пуска j-й скважины; tР1 — расчетное время от момента пуска первой скважины. Если —
(rj2)/[4а(tр1 — tj)]<0,1,то вместо формулы (49) можно получить
где tпр — приведенное время работы водозабора [tnp = (tPl — t1)м1 (tР, — t2)a2...(tPl — tn)an]; rпр — приведенное расстояние до расчетной точки (rnp=r1a1 r2a2...rnan). Если скважины пущены одновременно, то tap = t, а гпр определяется, как указано выше. Если же при этом одинаковы и дебиты скважин, то tnp = t; rnp =n/r1 *r2*r3 ...rп.
При определении понижения в какой-либо скважине в приведенных формулах расстояние до нее заменяется радиусом скважины гс. При этом учитывается несовершенство скважин по степени и характеру вскрытия пласта.
Для линейного ряда скважин при расположении их на разных расстояниях одна от другой расчеты можно производить так, как и для группы скважин в бесконечном пласте. Однако эти расчеты можно существенно упростить, используя метод, предложенный ф. М. Бочевером в 1961 г. В соответствии с полученными им решениями при нечетном числе скважин (N = 2n+l) в линейном ряду гидравлические сопротивления и, следовательно, понижения уровней определяются по формулам:
при расчетах по центральной скважине ряда
(50)
при расчетах по крайней скважине ряда
(51)
В формулах (50) и (51)
где
l — половина расстояния между равномерно расположенными скважинами; v = n для случая (50);v = 2n — для случая (51). Значения функции F(B, v) приведены в табл. 28 (v=l, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 20).
При соблюдении условий B<0,l/n2 для центральной скважины и В<0,03/n2 для крайней скважины ряда формулы (50) и (51) заменяются с достаточной точностью логарифмической:
Таблица 28
Значения F (B,v)
в | ||||||||
0,05 | 4,74 | 8,08 | 10,7 | 12,7 | 14,3 | 15,6 | 18,8 | 20,7 |
0,01 0,02 | 4,04 3,35 | 6,72 5,38 | 8,64 6,69 | 10,0 7,55 | 11,1 8,13 | 11,9 8,47 | 13,4 8,97 | 13,9 9,03 |
0,04 | 2,68 | 4,09 | 4,87 | 5,28 | 5,5 | 5,61 | 5,7 | 5,7 |
0,1 | 1,82 | 2,53 | 2,79 | 2,87 | 2,87 | 2,9 | 2,9 | 2,9 |
0,2 | 1,22 | 1,53 | 1,6 | 1,61 | 1,61 | 1,61 | 1,61 | 1,61 |
0,4 | 0,702 | 0,789 | 0,85 | 0,851 | 0,851 | 0,851 | 0,851 | 0,851 |
0,219 | 0,223 | 0,223 | 0,223 | 0,223 | 0,223 | 0,223 | 0,223 | |
0,0489 0,00378 | 0,0489 0,00378 | 0,0489 0,00378 | 0,0489 0,00378 | 0,0489 0,00378 | 0,0489 0,00378 | 0,0489 0,00378 | 0,0489 0,00378 |
Таблица 29
N — число скважин; l — расстояние между скважинами в ряду; А — точка определения гидравлического сопротивления R; rn — расстояние от центра линейного ряда до точки А
Рис. 25. Схема кольцевой батареи скважин в неограниченном пласте:
Таблица 30
Рис. 26. Схема концентрических кольцевых батарей скважин
Для точки, являющейся внешней по отношению к рассматриваемым батареям скважин, т. е. для точки за пределами водозабора:
(58)
В формулах (55) — (58) а, — отношение дебита скважин i-и батареи Qi к суммарному дебиту водозабора QcyM; Rn — полное гидравлическое сопротивление от действия всех кольцевых батарей скважин; ZRвнутр — суммарное гидравлическое сопротивление от действия кольцевых батарей, являющихся внешними по отношению к рассматриваемой точке пласта; £ЯВНешн — гидравлическое сопротивление от действия концентрических кольцевых батарей скважин, являющихся внутренними по отношению к рассматриваемой точке пласта; г0 — расстояние от центра системы скважин до точки, в которой определяется понижение уровня.
Для точки (скважины) в центре водозабора
Для точки вне водозабора
Для точки внутри водозабора
Прямоугольная сетка скважин (рис. 27) предполагает равномерное геометрически правильное распределение их в пределах водозабора; расчетные решения для такой системы скважин получены Ф. М. Бочевером.
Рис. 27. Схема прямоугольной сетки скважин.
N — число скважин; т — число рядов скважин, L - расстояние между рядами скважин; l - расстояние между скважинами в ряду; А — точка определения гидравлического сопротивления R; rn - расстояние от центра линейного ряда до точки А
Удобный метод расчета крупных водозаборов, разработанный Ф. М. Бочевером, — метод обобщенных систем взаимо-действующих скважин заключается в том, что реальная система скважин заменяется обобщенной системой источников — стоков определенной геометрической формы с дебитом, равномерно распределенным по всей обобщенной системе. Удобство применения метода обобщенных систем заключается в том, что гидравлическое сопротивление системы в целом Ro6 остается постоянным, а гидравлическое сопротивление скважины Rскв меняется в зависимости от числа скважин и схемы их расположения. Это позволяет при необходимости рассмотреть много вариантов организации водозабора, что особенно важно при большом числе скважин.
Следует отметить, что подсчет эксплуатационных запасов подземных минеральных, термальных и промышленных вод требует обязательного учета числа скважин и их расположения; часто геолого-структурные и гидрогеологические условия участков водозаборов глубоких подземных вод не позволяют использовать определенную геометрическую схему расположения скважин, а сравнительно небольшое их число заставляет рассчитывать дебиты и понижения уровней для каждой скважины. Поэтому в практике гидрогеологических расчетов при оценке запасов глубоких подземных вод по результатам геологоразведочных работ чаще используются точные гидродинамические методы. Метод обобщенных систем скважин целесообразно использовать на стадии региональной оценки прогнозных эксплуатационных запасов, а также при выборе схемы расположения большого числа скважин. Критерием выбора рациональной схемы расположения скважин будет минимальное значение Rскв при заданных числе и суммарном дебите скважин или максимальный дебит скважин при допустимом RCKB и их числе.
Расчеты водозаборов в ограниченных пластах осуществляются с использованием метода зеркальных отображений, который заключается в том, что влияние на работу скважины или водозабора границ пласта аппроксимируется влиянием зеркально отображенных от этих границ скважины или водозабора. Если граница непроницаемая, то отображенный водозабор должен иметь тот же знак, что и реальный. В том случае если граница пласта представляет собой контур постоянного напора, то отображенная скважина или водозабор берутся со знаком, противоположным реальному. Другими словами, действие непроницаемой границы рассматривается как работа скважины (или водозабора) в условиях взаимодействия с реальной, имеющей такой же дебит и отстоящей от этой реальной скважины на удвоенное расстояние (по нормали к границе). Аналогично предыдущему действие границы с контуром постоянного напора рассматривается как действие нагнетательной скважины, работающей с тем же дебитом, что и реальная эксплуатационная, и отстоящей от нее на удвоенное расстояние до границы.
Наличие отображенных скважин или водозаборов усложняет гидродинамические расчеты главным образом в отношении их объема; содержание этих расчетов аналогично выполняемым для водозаборов в неограниченных водоносных горизонтах.
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА
РЕГИОНАЛЬНАЯ ОЦЕНКА И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ
Принципы и методы картографирования
Таблица 31
Рис. 28. Макет гидрогеохимической карты распространения I, Вг, В, Sr(a). Li, Rb, Cs и К (б) в подземных промышленных водах водоносного комплекса.
Площади распространения различных типов подземных вод:
Хлоридных кальциево-натриевых, 2 — хлоридных натриевых, 3 — сульфатно-хлоридных каль-Циево-натриевых, 4 — изолинии концентраций микроэлементов (мг/л); газовый состав подземных вод: 5 — углеводородный, 6 — углеводородно-утлекислый, 7 — углеводородно-азотный; границы: 8 — тектонического региона, 9 — гидрогеологического бассейна, 10 — распространения водоносного комплекса, Ч — распространения подземных вод различного состава, 12 — районы выхода водоносных пород на поверхность, 13 — тектонические нарушения
Основными показателями, которые приводятся на гидрогеохимических картах, являются минерализация, химический состав воды и состав растворенных в них газов, концентрации йода, брома, бора, стронция, цезия, рубидия, лития, калия, магния и т. д. На таких картах минерализацию и химический состав подземных вод целесообразно показывать цветом, при этом в зависимости от гидрогеологических условий изучаемой территории могут быть приняты различные градации значений минерализации и предельные показатели химического состава подземных вод.
Например, в пределах Западно-Сибирского артезианского бассейна минерализация и состав подземных вод на значительных территориях изменяются в небольших пределах. Здесь для анализа гидрогеохимических закономерностей целесообразно предусматривать выделение зон распространения подземных вод различной минерализации и состава, используя дробную градацию. В районах Волго-Уральской области, где минерализация и состав подземных вод палеозойских отложений изменяются в весьма широких пределах, целесообразно увеличение пределов такой градации. При этом следует учитывать необходимость наглядного отражения гидрогеохимической зональности.
По газовому составу, учитывая особенности глубоких подземных вод, целесообразно выделить следующие их группы: углекислые, азотные, с углеводородными газами, с газами сложного состава (углеводородно-азотные, азотно-метановые, углекисло-серово-дородные и т. д.). Особо следует отметить подземные воды, для которых характерно наличие сероводорода вследствие их большой агрессивности по отношению к металлу и высокой токсичности.
Следует иметь в виду различие в характере закономерностей распространения редких элементов. Концентрации брома и стронция обычно тесно увязываются с общей минерализацией подземных вод, и величины их удобно показывать в виде изолиний концентраций. Для йода и бора таких четких закономерностей не наблюдается, в связи с чем в ряде случаев приходится ограничиваться выделением зон распространения подземных вод с теми или иными концентрациями йода.
Карты динамики подземных вод и параметров водоносных комплексов должны включать элементы гидрогеологических условий, необходимые в качестве исходных данных для подсчета запасов подземных вод. На этих картах показываются: границы гидрогеологического района (бассейна йодобромных вод); границы распространения водоносного комплекса или горизонта; водопроводи-мость пород и ее изменение в пределах территории распространения того или иного водоносного комплекса (горизонта); глубина залегания кровли водоносного комплекса (горизонта); изолинии приведенных пьезометрических напоров (приведенных давлений); область питания, создания напора и разгрузки подземных вод, а также районы выхода водовмещающих пород на поверхность; области возможного самоизлива (фонтанирования скважин); скважины или группы скважин; температура подземных вод.
Карты рассматриваемого типа должны включить все основные данные, необходимые для гидродинамических расчетов водозаборов в пределах месторождения промышленных вод. Основными картируемыми элементами являются в данном случае водопрово-димость пород и приведенные пьезометрические напоры (пластовые давления).
Выбор пределов изменения водопроводимости, отраженной на карте, зависит от густоты сети опорных водопунктов, изученности этого параметра и изменчивости его в пределах картографируемой территории. Определение водопроводимости производится в соответствии с методическими положениями, кратко изложенными в предыдущем разделе работы. Для оценки водопроводимости пород, помимо результатов испытания скважин, должны быть в полной мере использованы материалы лабораторных исследований образцов керна, результаты промыслово-геофизических исследований в скважинах, методы корреляции разрезов скважин и т. д.
Распределение приведенных пьезометрических уровней характеризует направление и интенсивность подземного стока. Расчеты и построение карт приведенных уровней целесообразно выполнять в соответствии с методикой, изложенной в работах [6, 20].
Глубина залегани-я водоносного комплекса имеет значение для оценки перспектив использования промышленных вод, выбора предельных допустимых понижений уровня при подсчете эксплуатационных запасов. Выявление и нанесение на карту областей питания (создания напора) и разгрузки подземных вод необходимо для последующей схематизации гидрогеологических условий месторождений и гидродинамических расчетов. Изолинии пластовых температур строятся с использованием известных методов обработки результатов их измерений.
Рис. 29. Макет карты динамики подземных вод и параметров пород водоносного комплекса.
Области с различной водопроводи-мостью пород (м2/сут):
До 1; 2 — от 1 до 10; 3 — от 10 до 5U, 4 — свыше 50; 5 — изолинии водопроводимости (м2/сут), 6 — граница областей самоизлива подземных вод, 7 — изолинии приведенных гидростатических напоров, 8 — направление движения подземных вод; области межпластовых изотоков: 9 — из нижнемелового комплекса в юрский, 10 — из юрского в нижнемеловой, 11 — скважина или группа скважин, границы: 12 — тектонического региона, 13 — гидрогеологического бассейна, 14 — основных геос труктурных элементов, 15 — распространения водоносного комплекса, 16 — районы выхода пород водоносного комплекса на поверхность, 17 — тектонические нарушения
Карты прогнозных эксплуатационных запасов промышленных вод составляются на основе использования материалов и путем анализа двух предыдущих карт с учетом гидрогеологических и технико-экономических расчетов. На этих картах отражаются: границы гидрогеологического района (бассейна) и распространения пород водоносного комплекса (горизонта); распространение основных типов промышленных подземных вод (йодных, бромных, йодобромных, бороносных, литиевых и т. д.) и контуры месторождений этих вод; распространение непромышленных йодных, бромных, йодобромных и других типов вод, содержащих повышенные концентрации редких и рассеянных элементов; распространение пресных и соленых вод, которые по принимаемой в настоящей работе классификации не могут рассматриваться как специфические или промышленные по содержанию редких и рассеянных элементов; изменение концентраций в подземных водах основных промышленных компонентов; участки или районы (если таковые имеются), характеризующиеся повышенными концентрациями йода, брома, бора, лития, стронция, цезия, рубидия и др.; эксплуатационные и перспективные участки водозаборов в пределах месторождений промышленных вод; эксплуатационные и прогнозные запасы промышленных вод, а также запасы полезных компонентов.
Рис. 30. Макет карты прогнозных эксплуатационных запасов подземных промышленных вод.
Границы: 1 — провинции подземных промышленных вод, 2 — гидрогеологического района, 3 — распространения водоносного комплекса, 4 — месторождения подземных промышленных вод, 5 — балансовой части месторождения, 6 — распространения различных типов подземных промышленных вод; площадь распространения промышленных вод: 7 — литиево-рубидиевых бромно-борных стронциевых, 8 — литиево-руби-диево-цезиевых борных стронциевых, 9 — литиево-рубидиевых йодобромных, 10 — литиево-рубидиево-це-зиевых борных, 11 — литиево-стронциевых, 12 — литиевых йодных, 13 — литиево-рубидиево-цезиевых йодных стронциевых, 14 — литиевых, 15 — литиево-рубидиевых, 16 — литиево-рубидиево цезиевых; эксплуатационный участок (римские цифры слева — номер участка): 17 — разрабатываемый, 18 — разведанный, 19 — перспективный по данным поисково-разведочных работ (в том числе на нефть и газ), 20 — перспективный по интерполяции и экстраполяции гидрогеологических данных
Границы месторождения (площади распространения подземных промышленных вод) устанавливаются с учетом минимальных промышленных концентраций полезных компонентов, обоснованных технико-экономическими расчетами. Особенности промышленных подземных вод и условий их эксплуатации позволяют оценивать запасы на конкретных участках. В соответствии со степенью изученности гидрогеологических условий эксплуатационные участки могут быть разрабатываемыми, специально разведанными и перспективными, если исходные расчетные данные для оценки запасов определены по данным опытных работ на скважинах или эти данные установлены путем экстраполяции и интерполяции имеющихся материалов на изученной части месторождения.
В некоторых случаях, особенно для месторождений платформенного типа, целесообразно показывать площади перспективные, малоперспективные и неперспективные по тем или иным причинам (большая глубина залегания водоносных пород, малая их водо-обильность и т. д.).
Картографирование подземных промышленных вод завершается составлением сводной карты месторождений и прогнозных Эксплуатационных запасов гидроминерального сырья. Эта карта дает представление о размещении на территории СССР месторождений промышленных вод, их особенностях, отражает масштабы распространения этих вод и размеры их эксплуатационных запасов.
Для иллюстрации принципов картографирования подземных промышленных вод на рис. 28 — 30 приводятся макеты гидрогеоло-гических карт. В целях упрощения карт и уменьшения их карто-графической нагрузки на гидрогеохимических картах не показан литолого-фациальный состав водовмещающих пород. Помимо этого в тех же целях гидрогеохимические построения выполнены раздельно для вод, содержащих литий, цезий.
ГЛАВА 3
ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ
ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ
ОЦЕНКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
МЕТОДОЛОГИЯ ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ
Таблица 32
Расчет замыкающих затрат методом ранжирования (цифры условные)
№ п/п | Стоимость получения единицы продукции, усл. руб/ед. | Годовая мощность по выпуску продукции, ед/год | Годовая потребность, ед. | |||
+ | + | + | + | |||
+ | + | + | + | |||
+ | + | + | + | |||
+ | + | + | ||||
+ | + | + | + | |||
+ (200ед.) | + | — | + | |||
— | + (50 ед.) | — | + | |||
— | — | — | + (50 ед.) |
Предположим, наконец, что найдена техническая возможность сократить потребность в данной продукции до 800 ед. в год, применив вместо нее заменитель стоимостью 15,5 усл. руб. в расчете на единицу заменяемой продукции. При этом отпадает необходимость использования месторождения 6, и замыкающие затраты устанавливаются по стоимости продукции на месторождении 5 — 17 усл. руб. Является ли такая замена целесообразной? С точки зрения предприятия, получающего заменяемую продукцию по оптовой цене 14,05 руб., — нет. Его расходы при этом возрастут на (15,5 — 14,05)- 200=290 усл. руб. Для народного же хозяйства такая замена дает годовой экономический эффект в размере (18 — 16)- 200=400 усл. руб.
Подобные примеры можно было бы продолжить, но и из сказанного ясны основные зависимости уровня замыкающих затрат от наличия минеральных ресурсов различного качества и общественной потребности в продукции добывающих отраслей, а также механизм использования замыкающих затрат в решении различных экономических задач.
Изложенный метод расчета замыкающих затрат привлекает своей простотой и наглядностью. Однако следует иметь в виду и его условность, которая определяется следующими обстоятельствами.
Во-первых, в этом методе рассматривается только сфера производства продукции, сфера же ее потребления фигурирует в виде ограничения — заданной потребности. Подразумевается, что заданное потребление продукции оптимально. В действительности между производством и потреблением существует обратная связь, и потребность в продукции проявляет заметную эластичность в зависимости от стоимости ее производства. Поэтому обоснованные нормативы замыкающих затрат могут быть определены только при совместном рассмотрении сфер производства и потребления, чего метод ранжирования не обеспечивает.
Во-вторых, метод ранжирования дает фиксированную во времени величину замыкающих затрат. Приведенные выше примеры наглядно иллюстрируют, как чувствительны нормативы замыкающих затрат к изменениям конъюнктуры как в сфере производства, так и в сфере потребления продукции. Геолого-экономическая оценка месторождений ориентирована на длительный период, в течение которого произойдут большие изменения: могут быть открыты новые месторождения и отработаны старые, появятся новые технические средства и технологии добычи и переработки сырья, многократно будет меняться потребность в нем и т. д. Соответственно будут меняться и нормативы замыкающих затрат. Поэтому для обоснованной экономической оценки месторождений нужны перспективные нормативы замыкающих затрат, учитывающие по мере возможности прогноз изменения влияющих на них факторов общественного производства. С помощью метода ранжирования такая задача не решается.
Прогноз изменения экономических показателей, в частности замыкающих затрат, представляет собой сложную аналитическую задачу, решение которой даже при использовании всей имеющейся информации носит вероятностный характер. Стремление упрос-гить эту задачу вызвало ряд оригинальных предложений по измерению при геолого-экономической оценке месторождений ценности продукции добывающих отраслей с учетом ее изменений в перспективе.
И. С. Тышляр и В. В. Дроздов [45] предложили учитывать изменение ценности получаемой продукции с помощью формулы сложных процентов
zt = zCT (1 + r)t,
где zt — ценность продукции в t-м году; zст — стартовый (начальный) уровень замыкающих затрат; r — коэффициент, отражающий тенденцию к удорожанию минерального сырья.
На основе анализа динамики затрат на добычу и транспортировку природного газа за последние 10 лет авторы этого предложения установили, что для данного вида минерального сырья можно принять r = 0,04-0,05.
Такой прием привлекателен тем, что переводит задачу прогноза изменения замыкающих затрат из сложных аналитических в простые расчетные. Однако он слишком формален. Стоимость продукции рассматривается здесь как функция времени, хотя в действительности она является функцией других аргументов (усложнение горно-геологических условий добычи газа, удаление от основных потребителей новых месторождений, их расположение в труднодоступных и неосвоенных районах и т. п.). Конечно, все процессы происходят во времени, но подмена реальных факторов, влияющих на экономические показатели, аргументом времени уже дискредитировала себя в общеизвестной и многократно осужденной практике планирования «от достигнутого».
Очевидно, что обоснованные расчеты перспективных замыкающих затрат должны базироваться на более сложных и строгих методах оптимального планирования и прогнозирования.
Дальнейшим развитием и углублением теоретических представлений об измерении ценности продукции добывающих отраслей явилось разработанное А. С. Астаховым понятие компенсирующих затрат [1]. Это понятие отражает тот факт, что компенсация повышения потребности в минимальном сырье (или его потери, выбытия из народнохозяйственного использования одного из его источников и т. п.) происходит в реальной жизни не всегда за счет ввода замыкающего источника, но гораздо чаще — за счет интенсификации добычи на действующих предприятиях. Вследствие Этого общество вынуждено идти на дополнительные, компенсирующие затраты, которые в данный момент значительно меньше, чем те, которые оказались бы необходимыми при вводе замыкающих ресурсов. Конечно, интенсификация добычи на действующих Месторождениях приближает срок их отработки и необходимость вовлечения замыкающих ресурсов, hq этот прирост затрат отдален во времени и может учитываться в дисконтированном размере. Таким образом, замыкающие затраты оказываются частным случаем более общего понятия компенсирующих затрат, отражающим ситуацию, в которой сокращение производства или повышение потребности в минеральном сырье может быть компенсировано только привлечением замыкающих источников его получения.
Концепция компенсирующих затрат весьма плодотворна. Она верно отражает реальную постановку хозяйственных задач в области управления минеральными ресурсами. Компенсирующие затраты более пригодны к использованию их на уровне предприятий, шахт, рудников, участков, чем замыкающие затраты, которые родились в сфере макропроблем оптимизации перспектив развития минерально-сырьевого комплекса. В то же время следует иметь в виду, что практические варианты компенсации чрезвычайно разнообразны и едва ли не индивидуальны для каждого добывающего предприятия. К тому же они быстро меняются с течением времени. Поэтому текущее и перспективное нормирование компенсирующих затрат представляется очень сложной задачей.
Таковы в самом кратком изложении основные теоретические представления об измерении ценности продукции при геолого-экономической оценке месторождений полезных ископаемых. В настоящее время эти представления можно считать общепринятыми и с научной точки зрения вполне обоснованными. Тем не менее существующая практика геолого-экономической оценки находится в явном противоречии с теорией: в подавляющем большинстве случаев для измерения ценности получаемой продукции применяются не перспективные замыкающие затраты, а действующие оптовые цены. Очевидно, что нормативы замыкающих затрат на текущий период и плановую перспективу могут служить действенным инструментом обоснования и оптимизации планов развития минерально-сырьевой базы и должны активно использоваться для повышения эффективности общественного производства. Разработка нормативов замыкающих затрат является в настоящее время одним из наиболее актуальных направлений экономической работы в нашей стране.
С дисконтированием; 2 — без дисконтирования
Рис. 32. Зависимости денежных оценок месторождения R от цены получаемой продукции Ц по вариантам II, IIIa, и IIIб
Проанализируем зависимости Rp=f (V) и Rp — f (V), где V — балансовые запасы. Построим график зависимости Rp = f (V), моделируя при этом нормальный процесс отыскания бортовых кондиций: сначала в балансовые запасы включим лучшие части месторождений AV1, затем с каждым последующим вариантом контуры балансовых запасов будут расширяться за счет добавки все более бедных или труднодоступных частей месторождения ДV2, ДV3, и так до тех пор, пока очередная добавка не окажется невыгодной ДV4 (рис. 31). Кривая 2 имеет максимум при значении аргумента Vб, которое и является величиной балансовых запасов.
Далее предположим, что запасы добываются в той же последовательности, в какой они включались в балансовые при обосновании бортовых кондиций, т. е. сначала лучшие их части, а с течением времени — все более бедные. Это предположение вполне корректно: оно не только соответствует общепринятой логике хозяйственных решений, но и отвечает формальным требованиям типовой методики, поскольку критерий Rp при прочих равных параметрах достигает максимума именно при такой последовательности отработки месторождения.
Сделав такое предположение, мы можем заменить аргумент V на время t, совместив по оси абсцисс момент завершения отработки балансовых запасов Т с точкой Vб. Строго говоря, такая замена аргумента не меняет кривой Rp=f (V) только при наличии линейной зависимости между заменяемыми аргументами
Vб = Vг (Т -to),
где Vг — годовая добыча, неизменная в течение срока отработки балансовых запасов. Но даже если V. будет величиной переменной, то при замене аргумента кривая R' = f (V) только деформируется, не меняя при этом своих характерных, важных для нашего анализа особенностей. Поэтому полагаем, что Rp=f(V) = f(t).
Далее построим кривую Rp=f(t), дисконтируя в каждый момент времени приращение функции Rp = f(t). Очевидно, получим кривую, подобную функции Rp — f(t), но более пологую (см. рис. 31). Важнейшим фактом, вытекающим из рассмотрения этих кривых, является совпадение максимумов функций Rp и Rp. Из этого следует, что балансовые запасы, оконтуренные по любому из этих критериев, будут одинаковыми и никакого ужесточения кондиций при дисконтировании не происходит.
На рис. 32 для упрощения показан только период отработки месторождения и не приведен период строительства предприятия. Учет в составе Rp и Rp затрат в период строительства равносилен смещению начальных точек отсчета (вниз по оси ординат и влево по оси абсцисс) и никоим образом не влияет на характер построенных кривых.
Следует заметить, что графики функций Rp и Rp приведены только для наглядности. К аналогичному выводу можно было прийти и с помощью простейших рассуждений. Действительно, критерий R'p будет максимальным, если в состав балансовых войдут все запасы, для каждой единицы которых удельный показатель (z — S) > 0. Ясно также, что никаким дисконтированием нельзя превратить положительную величину в отрицательную и включение в баланс тех же единиц запасов будет увеличивать критерий Rp. Аналогичным образом отрицательные величины при дисконтировании остаются отрицательными, и включение в баланс тех единиц запасов, для которых (z — S) <0, приводит к снижению величин как критерия Rp, так и Rp.
Почему же все-таки возникло мнение, что дисконтирование искажает результаты геолого-экономической оценки месторождения? Для выяснения этого вопроса воспроизведем пример, на котором в работе [16] доказывается обоснованность такого мнения.
В примере рассматриваются три варианта оконтуривания месторождения, основные геологические и технико-экономические показатели которых приведены в табл. 33.
Как видно из табл. 33, суммарный эффект без дисконтирования оказался максимальным во II варианте, а с дисконтированием — в I. Ужесточение бортовых кондиций при дисконтировании, казалось бы, очевидно. Но порядок расчета приведенных показателей вызывает серьезные возражения. Для их упрощения принималось, что годовые эксплуатационные расходы и стоимость годовой продукции, а следовательно, годовая прибыль одинаковы в течение всего срока отработки запасов. Такое допущение не является вполне корректным и прежде всего не соответствует реальному положению вещей. Оно противоречит элементарным правилам вычисления средних показателей: нельзя усреднять совместно качественно разнородные совокупности, в данном случае — балансовые и забалансовые запасы. И наконец, оно игнорирует требование типовой методики о максимизации критерия Rpt которая достигается, очевидно, не одним только правильным оконтуриванием запасов, но наряду с прочими мерами — наиболее выгодной последовательностью отработки этих запасов.
Пересчитаем тот же самый пример, исходя из вполне естественного предположения, что в любом варианте сначала будут отработаны лучшие части месторождения (100 млн. т с содержанием 2%), затем — первое приращение (50 млн. т с содержанием 1,2%) и в последнюю очередь — бедные запасы (50 млн. т с содержанием 0,5%). Для упрощения расчетов будем пользоваться средними показателями стоимости продукции и прибыли, но только по качественно однородным частям запасов. I вариант можно не пересчитывать, так как в нем все запасы однородны; II вариант будет выглядеть так: первые три года идет строительство с ежегодными затратами 52 млн. руб. Дисконтированная сумма затрат составляет 52Х X 2,575 =133,9 млн. руб. (расчетные показатели дисконтирования приведены в табл. 34). Затем в течение 100:6=16,7 лет будет отрабатываться лучшая часть месторождения. Ежегодно будет добываться 6 млн. т руды с содержанием 2%, и годовая стоимость продукции составит 6*0,2*860=103,2 млн. руб., а прибыль — 103,2 — 54,0 = 49,2 млн. руб.
Показатель суммирования с дисконтированием за период от 4 до 19,7 лет равен 7,175. Приращение денежной оценки за этот период составит 49,2-7,18 = 353 млн. руб. Затем в период от t=19,7 до Т = 28 лет будет добываться руда с содержанием 1,2% и средняя годовая прибыль составит 6*0,012*860 — 54 = 7,92 млн. руб. Показатель суммирования с дисконтированием за этот период равен 1,298, а прирост денежной оценки составит 7,92*1,298=10,3 млн. руб. Следовательно, во II варианте Rp = — 133,9 + 353 + 10,3 = 229,4 млн. руб.
Таблица 33
Основные показатели вариантов оконтуривания месторождения
Показатель | Единица измерения | Варианты | ||
I | II | III | ||
Запасы руды Содержание металла: в том числе в приращении | МЛН. Т % % | — | 1,73 1,2 | 1,42 0,5 |
Конечный продукт | тыс. т | |||
Цена конечного продукта | руб/т | |||
Годовая производительность по: руде | млн. т | 6,7 | ||
металлу | тыс. т | |||
Срок отработки | лет | |||
Общие капиталовложения | млн. руб. | |||
Срок строительства | лет | |||
Себестоимость на 1 т руды без реновации | руб/т | |||
Стоимость годовой продукции Стоимость продукции за Т лет | млн. руб. млн. руб. | 89,44 | 81,70 | |
Суммарный эффект без дисконтирования | млн. руб. | |||
Суммарный эффект с дисконтированием | млн. руб. |
Такой же расчет по III варианту дает следующие результаты: дисконтированные затраты за 5 лет строительства составят 33,6-33,9 = = 134,1 млн. руб.; дисконтированная прибыль от отработки запасов с содержанием 2% в период с 6-го по 20-й год — 61,64-5,825 = = 359 млн. руб.; дисконтированная прибыль от отработки запасов с содержанием 1,2% в период с 21-го по 27,5-й год — 15,54-1,175 = = 18,3 млн. руб.; дисконтированный убыток от отработки запасов с содержанием 0,5% за период с 27,5-го по 35-й год — 24,79-0,661 = = 16,4 млн. руб. Итого в III варианте Rр= — 134,1 +359+ 18,3 — — 16,4 = 226,8 млн. руб.
Как и следовало ожидать, оптимальное оконтуривание оказа-лось одинаковым как с дисконтированием, так и без него: лучшим из рассмотренных вариантов является II.
Дисконтирование не только не ужесточает бортовых кондиций, но более того, при определенных соотношениях параметров оцени-ваемого месторождения может привести к их снижению. Поясним механизм этого явления.
Графики на рис. 31 построены исходя из предположения о литейной зависимости между V и Т. В действительности же зависимость эта нелинейна. Чем больше балансовых запасов, тем выше, как правило, годовая производительность добывающего предприятия, вследствие чего по мере приращения от варианта к варианту включаемых в контур запасов, во-первых, снижается себестоимость их добычи и, во-вторых, приближаются сроки отработки наиболее богатых частей месторождения. В результате этого дисконтированная денежная оценка лучших частей месторождения возрастает, что дает возможность в ряде случаев, не снижая величины критерия Rp, включить в баланс даже некоторое количество нерентабельных для отработки запасов, тем более, что ущерб от их использования будет дисконтирован в 10 — 15 раз.
Таблица 34
Таблица 35
Глава 4.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОСВОЕНИЯ
Примечание. Показатели, относимые к отдельному виду продукции, сопровождаются индексом «г».
Производительность промысла, расчетный срок эксплуатации, содержание полезных компонентов, их запасы и коэффициенты извлечения являются при геолого-экономической оценке исходными показателями. Они определяются в результате проведения геологоразведочных работ и технологических исследований.
Вопросы измерения ценности получаемой продукции подробно обсуждены в гл. 3. Как уже отмечалось, правильная геолого-экономическая оценка месторождения может быть дана только при условии измерения ценности получаемой продукции в замыкающих затратах и с учетом прогноза их изменения в будущем. Однако в связи с отсутствием нормативов текущих и перспективных замыкающих затрат на продукцию, получаемую из промышленных вод, измерять ее ценность приходится в оптовых ценах. Это соответствует указаниям Госкомцен СССР, хотя и не отвечает требованиям рационального использования недр.
В тех случаях, когда сбыт продукции по оптовой цене не обеспечен, допускается установление на нее согласованной с потребителем цены на уровне ниже оптовой. В то же время ясно, что такая цена должна быть выше себестоимости получения этой продукции, иначе производить ее нет смысла.
Если технология переработки промышленной воды предусматривает извлечение какого-либо полезного компонента в виде полуфабриката, то цена получаемого из него товарного продукта должна быть уменьшена на величину стоимости переработки этого полуфабриката в продукцию, отвечающую требованиям соответствующих государственных или отраслевых стандартов или технических условий, регламентирующих качество продукции. Годовой выпуск продукции рассчитывается по формулам:
Капиталовложения в промышленное строительство включают в себя затраты на создание промысла для добычи подземных вод Кд строительство магистральных водоводов от промысла до завода и от завода до полигона для ликвидации промстоков Кт, строительство завода по извлечению полезных компонентов из промышленных вод Кп и создание системы ликвидации промстоков Кл:
Таблица 36.
Таблица 37
Таблица 38
Таблица 39
ОЦЕНКА ПОДЗЕМНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД
Таблица 41
ОБОСНОВАНИЕ КОНДИЦИЙ ДЛЯ ПОДСЧЕТА
ПРИМЕР ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ
Таблица 43
Таблица 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подземные минерализованные воды и рассолы глубоких горизонтов крупных платформенных артезианских бассейнов, предгорных и межгорных впадин являются часто ценным минеральным сырьем для добычи редких металлов, рассеянных элементов и минеральных солей. Однако обоснование возможности и целесообразности промышленного использования этого гидроминерального сырья требует регионального изучения закономерностей его распространения, проведения специальных геологоразведочных работ и оценки эксплуатационных запасов этого сырья на геолого-экономической основе как в пределах всего месторождения, так и на отдельных его участках, перспективных для практического освоения.
В настоящее время природные минерализованные воды являются источником получения в промышленных масштабах хлоридов натрия, кальцинированной соды, карналлита, оксида магния, хлора, брома, йода, бора, лития и ряда других компонентов и их соединений. Причем с каждым годом гидроминеральное сырье привлекает все более пристальное внимание как комплексный источник ценных элементов, потенциальные возможности которого пока полностью не раскрыты и не реализованы.
Советский Союз обладает значительными ресурсами подземных промышленных вод, небольшая часть которых используется для промышленной добычи йода и брома. Исследования региональных закономерностей распространения, геохимии и условий формирования подземных промышленных вод позволили выделить на территории СССР провинции и области таких вод, а также продуктивные водоносные горизонты и комплексы, к которым они приурочены. Дальнейшая региональная оценка и специализированное картографирование промышленных подземных вод дали возможность обосновать наличие месторождений гидроминерального сырья в различных областях и провинциях, определить контуры и размеры месторождений и оценить эксплуатационные запасы промышленных вод и содержащихся в них извлекаемых компонентов. Освоение месторождений гидроминерального сырья может полностью удовлетворить потребности ряда отраслей народного хозяйства в некоторых редких щелочных металлах, рассеянных элементах и минеральных солях и исключить импорт этой продукции из зарубежных стран.
Гидроминеральное сырье принципиально отличается от всех других видов полезных ископаемых, в том числе от твердых рудных, а также от нефти, газа, пресных и минеральных, а в ряде случаев и теплоэнергетических вод. В сопоставлении с твердыми полезными ископаемыми оно характеризуется рядом преимуществ, к числу которых относятся следующие: 1) широкое распространение в плане и разрезе водонапорных систем (артезианских бассейнов) и значительные геологические и эксплуатационные запасы; 2) поликомпонентный состав и возможность комплексной переработки; 3) возможность получать сырье с больших глубин и площадей одним водозабором; 4) отсутствие необходимости проведения капиталоемких горных работ и переработки и обогащения большой массы горных пород; 5) способность подземных вод к обогащению путем концентрирования, в том числе солнечного; 6) возможность механизации и автоматизации процессов добычи, сбора и транспортировки воды с использованием современной вычислительной техники.
Особенности глубоких подземных вод и условий их залегания создают определенные требования к методике их поисков и разведки. Подземные промышленные воды залегают на больших глубинах (1000 — 5000 м) и характеризуются широким региональным распространением; изучение и оценка их месторождений возможны лишь на широкой региональной гидрогеологической основе. Следствием особенностей распространения и условий залегания промышленных вод являются их высокая минерализация, температура и газонасыщенность, а также упругоемкость заключающих их водоносных горизонтов и комплексов. Это потребовало разработки и применения принципиально новых теоретически обоснованных методов проведения гидрогеологических исследований при производстве геологоразведочных работ, методов анализа результатов этих исследований, оценки расчетных гидрогеологических параметров водоносных отложений и подсчета запасов подземных вод.
Поиски, разведка и обоснование целесообразности разработки месторождений подземных промышленных вод связаны с большими капитальными затратами на бурение и опытное гидрогеологическое опробование глубоких скважин. Поэтому требования к достоверности подсчета эксплуатационных запасов этих вод (и, следовательно, к надежности расчетных параметров, определенных по результатам гидрогеологических исследований) являются более жесткими по сравнению с требованиями к оценке запасов неглу-бокозалегающих подземных вод (например, пресных и минеральных), когда недостатки гидрогеологических исследований сравнительно легко восполнимы путем проведения дополнительных работ.
В настоящее время разработаны общие принципы геологоразведочных работ на промышленные воды и методы подсчета запасов их месторождений. Разработанная методика предопределяет стадийность и последовательность изысканий, содержание, технику и технологию проведения гидрогеологических исследований на различных стадиях поисков и разведки применительно к задачам подготовки месторождений к практическому освоению. Эффективность этой методики была подтверждена при проведении геологоразведочных работ на всех месторождениях промышленных подземных вод.
Разработка месторождений подземных промышленных вод и организация на этой основе производства продукции сопряжены с большими капитальными затратами в обустройство сырьевой базы и строительство промышленного предприятия. Особенностью производства, основанного на использовании глубоких промышленных вод, является относительно высокая стоимость сырья в себестоимости конечной продукции. Эта стоимость будет снижаться при более комплексном использовании гидроминерального сырья и расширении номенклатуры добываемой из него продукции. В связи с этим исключительно важным при оценке перспектив использования промышленных вод и обосновании минерально-сырьевой базы является предварительный экономический анализ возможных условий и показателей добычи полезных компонентов в процессе эксплуатации месторождений. Это привело к необходимости разработки принципов и методов обоснования кондиционных требований к месторождениям подземных промышленных вод и их общей геолого-экономической оценки с учетом эффективности разработки сырьевой базы и экономики основного производства.
Особенности глубоких подземных вод, стадийность и последовательность изысканий обусловливают в каждом конкретном случае принципиальную необходимость строгого геолого-экономического обоснования целесообразности использования подземных промышленных вод в народном хозяйстве. Разработанная методика геолого-экономической оценки определяет возможность и необходимость обоснования перспектив промышленного освоения месторождений, начиная со стадии поисков, и уточнения этих перспектив по мере детализации поисково-разведочных работ. При этом использование единых принципов и методов геолого-экономической оценки месторождений промышленных вод позволяет решать эту задачу при наличии любого количества (и в любом сочетании) полезных компонентов.
Разнообразие гидрогеологических условий бассейнов промышленных вод, а также самих промышленных вод по составу, минерализации и содержанию полезных компонентов предопределяет отличие кондиционных требований для каждого изучаемого и оцениваемого месторождения. Это приводит к необходимости обоснования кондиций на гидроминеральное сырье для каждого месторождения и эксплуатационного участка.
Практический опыт показывает, что несмотря на частое сходство общих гидрогеологических условий месторождений промышленных вод в пределах крупных гидрогеологических регионов (платформенных областей, гидрогеологических районов первого порядка, т. е. крупных артезианских бассейнов) и эксплуатационных (или перспективных) участков в пределах одноименных месторождений, технико-экономические показатели эксплуатации водозаборов и извлечение полезной промышленной продукции могут существенно отличаться. Это может определяться разными (в том числе и географо-экономическими) причинами. Главными при этом являются гидрогеологические (глубины залегания водоносных горизонтов, их фильтрационные свойства, гидростатические напоры, минерализация, газонасыщенность и температура подземных промышленных вод), определяющие дебиты скважин, понижения в них динамических уровней в процессе эксплуатации, а также число скважин водозаборов, и технологические (физико-химические свойства подземных вод, концентрации в них полезных компонентов, наличие вредных примесей и др.), определяющие стоимость переработки подземных вод.
Вследствие этого, использование предложенных методов геолого-экономической оценки позволяет не только проанализировать возможность и целесообразность освоения того или иного участка или месторождения, но на базе сопоставления показателей освоения всех участков в пределах месторождения или нескольких месторождений выбрать наиболее перспективные с точки зрения экономики их разведки и разработки. Таким образом, поэтапная геолого-экономическая оценка обеспечивает правильное обоснование направления геологоразведочных работ на гидроминеральное сырье и повышение их экономической эффективности.
На той же предлагаемой геолого-экономической основе могут решаться задачи, касающиеся сроков ввода производственных мощностей по переработке промышленных вод на базе разведанных эксплуатационных запасов гидроминерального сырья. Эта задача является задачей оптимизации отраслевого масштаба, весьма трудоемка и требует использования быстродействующей электронно-вычислительной техники.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Астахов А. С. Экономическая оценка запасов полезных ископаемых. М., Недра, 1981. 284 с.
2. Балашов Л. С., Галицын М. С., Ефремочкин Н. В. Методические рекомендации по геохимической оценке и картированию подземных редкометальных вод. М., ВСЕГИНГЕО, 1977.
3. Биндеман Н. Н., Язвин Л. С. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод. М., Недра, 1970.
4. Бондаренко С. С. Геолого-экономические критерии оценки месторождений подземных промышленных вод. — Сов. геология, 1982, № 7, с. 108 — 119.
5. Бондаренко С. С. Изучение и комплексная оценка месторождений подземных промышленных вод. — Сов. геология, 1982, № 8, с. 108 — 117.
6. Бондаренко С. С., Куликов Г. В. Подземные промышленные воды. М., Недра, 1984.
7. Бондаренко С. С., Лубенский Л. А. Методические указания по геолого-экономической оценке месторождений подземных промышленных вод/ Под. ред. А. А. Шпак. М., ВСЕГИНГЕО, 1984.
8. Бондаренко С. С., Попов В. М., Стрепетов В. П. Основные типы месторождений и масштабы добычи гидроминерального сырья в капиталистических и развивающихся странах. М., ВИЭМС, 1986.
9. Боревский Б. В., Самсонов Б. Г., Язвин Л. С. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек. М., Недра, 1973.
10. Бочевер Ф. М., Веригин Н. Н. Методическое пособие по расчетам эксплуатационных запасов подземных вод для водоснабжения. М., Госстройиздат, 1961.
11. Вартанян Г. С. Поиски и разведка месторождений минеральных вод в трещинных массивах. М., Недра, 1977.
12. Временная типовая методика экономической оценки месторождений полезных ископаемых ГКНТ и Госкомцен СССР. М., 1980.
13. Гидрогеология СССР. Сводный том. Вып. 1. М., Недра, 1976.
14. Гидрогеология СССР. Сводный том. Вып. 3. М., Недра, 1977.
15. Гуревич А. Е. Практическое руководство по изучению движения подземных вод при поисках полезных ископаемых. Л., Недра, 1980.
16. Денисов М. И., Кац А. Я. Еще раз о дисконтировании как методе учета фактора времени. — Сов. геология, 1981, № 3, с. 16 — 21.
17. Зайцев И. К-, Толстихин Н, И. Закономерности распространения и формирования минеральных (промышленных и лечебных) подземных вод на территории СССР. М., Недра, 1972.
18. Закономерности распространения и формирования металлоносных рассолов /Г. А. Голева, М. В. Торикова, Л. Н. Алексинская, Н. А. Солодов. М., Недра, 1981.
19. Зорькин Л. М., Старобинец И. С., Стадник Е. В. Геохимия природных газов нефтегазоносных бассейнов. М., Недра, 1984.
20. Изыскания и оценка запасов промышленных подземных вод/ Под ред. С. С. Бондаренко, Н. В. Ефремочкина. М., Недра, 1976.
21. Инструкция о содержании, оформлении и порядке представления в ГКЗ СССР технико-экономических обоснований кондиций на минеральное сырье. М., ГКЗ СССР, 1984.
22. Инструкция по применению классификации эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод к месторождениям промышленных вод. М., ГКЗ СССР, 1985.
23. Классификация эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод. М., ГКЗ СССР, 1983.
24. Клименко И. А., Медведев С. А., Попов В. М. Состояние и перспективы комплексной утилизации ценных компонентов природных и техногенных минерализованных вод. М., ВИЭМС, 1981.
25. Коган Б. И. Редкие металлы. Состояние и перспективы. М., Наука, 1979.
26. Козловский Е. А. Минерально-сырьевая база и фактор времени. — Сов. геология, 1979, № 3, с. 9 — 22.
27. Корценштейн В. Н. Методика гидрогеологических исследований нефтегазоносных областей. М., Недра, 1976.
28. Крайнов С. Р., Швец В. М. Основы геохимии подземных вод. М., Недра, 1980.
29. Крашин И. И. Моделирование фильтрации и теплообмена в водонапорных системах. М., Недра, 1976.
30. Лубенский Л. А. Стоимостные показатели разведанных запасов пресных подземных вод и их применение для повышения эффективности гидрогеологических работ. М., ВИЭМС, 1982.
31. Маврицкий Б. Ф. Термальные воды складчатых и платформенных областей. М., Наука, 1981.
32. Методика определения экономической эффективности капитальных вложений. ЭГ № 2 — 3, 1981.
33. Методические указания по изучению, региональной оценке и составлению карт прогнозных эксплуатационных запасов подземных промышленных вод/Под ред. С. С. Бондаренко. М., ВСЕГИНГЕО, 1972.
34. Методы изучения и оценки ресурсов глубоких подземных вод/Под ред. С. С. Бондаренко, Г. С. Вартаняна. М., Недра, 1986.
35. Овчинников А. М. Минеральные воды. М. Госгеолтехиздат, 1963.
36. Основы гидрогеологии. Гидрогеодинамика/Под ред. И. С. Зекцера. Новосибирск, Наука, 1983.
37. Основы гидрогеологии. Методы гидрогеологических исследований/Под ред. Н. И. Плотникова. Новосибирск, Наука, 1984.
38. Основы гидрогеологии. Геологическая деятельность и история воды в земных недрах/Под ред. Е. В. Пиннекера. Новосибирск, Наука, 1982.
39. Оценочные (браковочные) кондиции для месторождений вольфрама, молибдена, меди, олова, свинца, цинка и ртути. М., ВИЭМС, 1977.
40. Пиннекер Е. В. Проблемы региональной гидрогеологии. М., Наука, 1977.
41. Потапов Г. И. Обоснование кондиционных требований для оценки эксплуатационных запасов йодо-бромных вод. — Тр. Всесоюзн. заочн. политехи, ин-та. М., 1970, № 63, с. 54 — 111.
42. Роговская Н. В. Гидрогеологическое картирование. Обзор отечественного и зарубежного опыта составления гидрогеологических карт. М., Наука, 1981.
43. Современное состояние освоения гидроминеральных ресурсов в качестве сырьевого источника редких элементов в СССР и за рубежом/ И. А. Клименко, С. А. Медведев, Ст. А. Медведев, М. В. Терентьева. М., ВИЭМС, 1983.
44. Требования к комплексному изучению месторождений по подсчету запасов полезных ископаемых и компонентов. М., ГКЗ СССР, 1982.
45. Тышляр И. С., Дроздов В. В. Исследование фактора времени с учетом особенностей горного производства. — Сов. геология, 1981, № 5, с. 25 — 32.
46. Фейтельман Н. Г. Экономическая оценка природных ресурсов. — Вопросы экономики, № 10, 1981, с. 63 — 73.
47. Хачатуров Т. С. Эффективность капитальных вложений. М., Экономика, 1979.
48. Хрущов Н. А. Учет фактора времени в процессе поисков, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. — Сов. геология, 1981, № 7, с. 33-40.
49. Шпак А. А. Методические рекомендации по региональной оценке эксплуатационных запасов подземных термальных вод. М., ВСЕГИНГЕО, 1980.
50. Язвин Л. С. Достоверность гидрогеологических прогнозов при оценке эксплуатационных запасов подземных вод. М., ВСЕГИНГЕО, 1972.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 3. ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Цели, задачи и основные принципы геолого-экономической оценки
Методология геолого-экономической оценки месторождений полезных ископаемых
Измерение ценности продукции
Учет фактора времени
Денежная оценка месторождений полезных ископаемых
Глава 4. ГЕОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД
Технико-экономические показатели освоения месторождений подземных вод
Оценка подземных промышленных вод как комплексного минерального сырья
Обоснование кондиций для подсчета запасов подземных промышленных вод
Пример геолого-экономической оценки месторождения промышленных подземных вод
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ББК 26.326
Б81 УДК 556.34:553.04
1804080000-135
Б------------------- 133-88
043(01)-88
ББК 26.326
ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ
Бондаренко Сергей Сергеевич, Лубенский Лев Абрамович, Куликов Геннадий Васильевич
– Конец работы –
Используемые теги: Геолого-экономическая, Оценка, месторождений, земных, промышленных, вод0.094
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Геолого-экономическая оценка месторождений подземных промышленных вод
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов