CC BY
111
-------------------------------------------------- © Е.А Бессонов, 2011
УДК 622271.6:551.34 Е.А. Бессонов
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЗЕМСНАРЯДОВ ДЛЯ УСЛОВИЙ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
Представлены методы и технические решения повышающие производительность используемых на Крайнем Севере земснарядов и содержащие значительные резервы для ее дальнейшего роста.
Ключевые слова: природные ресурсы, нефть, газ, рыхлитель, породозаборный наконечник.
ирокомасштабное освоение природных ресурсов Севера России невозможно без создания развитой промышленной инфраструктуры в труднодоступных и необжитых территориях. Наиболее слабо развитыми в этой связи являются заполярные регионы Западной и Восточной Сибири и Дальнего Востока, которые, как известно, содержат основные запасы углеводородного сырья нашей страны.
В настоящее время ведется активная подготовка к широкомасштабному освоению разведанных нефтегазовых месторождений п-ова Ямал. Большая площадь освоения и высокая заболоченность территории п-ова требуют огромного кол-ва строительного песка. По разным оценкам его потребление на Ямале может составить более 400 млн м3. Основное назначение песка — использование его в качестве дорожностроительного материала для формирования насыпей автодорог, «кустов» разведочного и эксплуатационного бурения и промышленных площадок различного назначения (рис. 1).
Практика освоения близлежащих к Ямалу Ямбургского и Находкинского месторождений показала, что доставка песка из южных регионов автотранспор-
том, морским или речным путем, требует чрезвычайно высоких транспортных затрат (рис. 2). Поэтому основным методом обеспечения нефтегазопромыслов заполярья строи-тельным песком в настоящее время являться разработка местных месторождений песка, которые в зависимости от условий залегания находятся в мерзлом или талом состоянии. Для их разработки применяются механизированный способ с использованием бульдозерно-рыхлительной техники и гидромеханизириванный с использованием земснарядов. Сравнивая эти способы разработки на предмет перспективы их распространения в заполярных регионах Крайнего Севера, необходимо отметить тот факт, что по данным проектных организаций (например, «Г ипро-тюменнефтегаза») [1], запасы песка, залегающие на поверхности, смогут покрыть только 15—25 % потребность в нем, в то время как запасы песка под озерами способны полностью покрыть её.
За преимущество использования гидромеханизированного способа разработки месторождений песка свидетельствует и тот факт, что по сравнению с механизированным способом он более экологичен и менее ресурсозатратен.
Наименование объекта Назначение объектов Ориентировочные объемы потребления песка для объекта строительства
1 2 3
Внутрипромысловые и меж-промысловые автодороги Обеспечение транспортного сообщения между объекта-ми нефтегаздобычи 20-30 тыс. м3 на 1 км трассы
Площадки под разведочное бурение (Кр) Для размещения бурового и вспомогательного оборудования при разведочном бурении 5-30 тыс. м3
Площадки («кусты») для эксплуатационного бурения (К) Для размещения бурового и вспомогательного оборудования при эксплуатационном бурении 40-60 тыс. м3
Площадки центральных перекачивающих или компрессорных станций (ЦПС, КС) Для размещения основного оборудования перекачки нефти или газа 400-500 тыс. м3
Площадки дожимных насосных станций (ДНС, ДКНС) Для размещения вспомогательного оборудования перекачки нефти и газа 60-120 тыс. м3
Площадка для установок комплексной подготовки нефти (газа) УКПН (УПГ) Для размещения оборудования подготовки нефти (газа) 200-400 тыс. м3
Площадка энергопередающих станций и подстанций Для размещения автономных электростанций, головных или распределительных энергоподстанций 10-50 тыс. м3
Вертолетная площадка Для приемки грузов и вахт, доставляемых вертолетами 8-10 тыс. м3
Площадка под вахтовые жилые комплексы (ВЖК) Для проживания вахт обслуживающего персонала 20-60 тыс. м3
Площадка под хозяйственные объекты (склады, РММ, ГСМ и пр.) Для хранения строительных и горюче-смазочных материалов, обеспечения ремонта техники и теплой стоянки зимой 40-80 тыс. м3
Полигон Для захоронения промышленных отходов 10-30 тыс. м3
Гидротехническое сооружение Водозащитные дамбы, водозаборы, гидрозатворы и пр. 5-10 тыс. м3
Подходы к нефтепроводам и газопроводам, переезды и оленьи переходы через них Для обслуживания трубопроводов и обеспечения проездов и оленьих переходов через них 1-2 тыс. м3
Рис. 1. Распределение объемов строительного песка по объектам нефтегаздобычи
Однако отмеченное преимущество гидромеханизированного способа снижается из-за недостаточно высокой его годовой производительности. Так, для
поддержания планируемых темпов обустройства нефтегазовых месторождений Ямала необходимо ежегодно добывать 7-12 млн м3 песка
сдерживающие
Экологические и Ресурсные
ресурсные
1. Дефицит электроэнергии при использовании электрических земснарядов
2. Существенные затраты на
доставку ГСМ при использовании дизельных земснарядов_________________
1. Безвозвратные потери земель тундры, включая оленьи пастбища, на больших площадях
2. Высокое удельное потребление энергоресурсов
3. Существенные затраты на
доставку ГСМ____________________
Рис. 2. Методы обеспечения нефтегазовых месторождений Крайнего Севера строительным песком
Методы
повышения производительности земснарядов
год овой
Продление сезона гидромеханизированных работ
эксплуатационной
Установка более высокопроизводительного оборудования
Сокращение простоев добычного оборудования
Способы реал] ізации
1. Организация 1. Установка более 1. Намыв свободным
майн высокопроизводи - пляжным откосом
тепловыми и тельных 2. Применение более
механическим гидравлических производительной и
и способами рыхлителей надежной
2. Применение вспомогательной техники
породозаборных на картах намыва
наконечников, (бульдозер,
* Подледная обеспечивающих трубоукладчик, САК)
добыча песка более высокую 3. Использование
скреперно- концентрацию быстроразъемных
земснарядными гидросмеси намывных труб и
установками и переключателей потока
криогенное** гидросмеси
гранулирование *** Применение 4. Заблаговременная
песка комбинированных (зимняя) установка якорей
породозаборных в карьере
устройств на 5. Установка на земснарядах
всасывающей линии более надежного
земснарядов оборудования
Рис. 3. Методы повышения производительности земснарядов и способы их реализации
*,**,*** - проекты перспективных технических решений
Б А 5*- *
1= /
/ 1“ \ _ 1
5
9
/
а
2
б
2
5
В
в
Рис. 4. Схема майнообразования:
1- площадь ледового покрова; 2 озерного месторождения, отведенная под пионерную майну; 3 - грунт для пригрузки льда; 4 - майна; 5 -земснаряд; 6 - плавучий пульпопровод, установленный на майне; 7 - плавучий пульпопровод, установленный на льду; 8 - узел соединения пульпопроводов 6 и 7; 9 - берег озерного месторождения
гидромеханизированным способом, а действующий там парк земснарядов из-за короткой продолжительности сезона работ и недостаточно высокой технической и эксплуатационной производительности добычного оборудования способен обеспечить добычу не более 4—5 млн м3 песка в год. Возможность наращивания объемов добычи путем простого увеличения количества электрических земснарядов ограничена мощностями промысловых электростанций и существенными организационными и техническими трудностями при подключении мобильных газотурбинных электростанций к имеющимся газовым скважинам, а дизельных — высокими расходами на доставку топлива из южных районов. В создавшихся условиях повышение производительности парка земснарядов имеет решающее значение.
Как показывают современные научные исследования, подтвержденные многолетней практикой ведения гидромеханизированных работ в районах Крайнего Севера, основными методами повышения производительности земснарядов являются: организация работы на продленном сезоне, решения, направленные на сокращение технологических простоев земснарядов и применение более производительного оборудования (рис. 3). При этом основными способами повышения производительности земснарядов считается организация майн [2]
б
Рис. 5. Схемы подледной добычи и криогенного гранулирования песка: схема а,
1 - выработанное пространство карьера; 2 - земснаряд; 3, 4 - ковши канатного скрепера;
5 - пионерная площадка; 6 - скреперная лебедка; 7 - якоря (сваи). схема б, 1 - подвижный пульпопровод; 2 - грунтогрануляционная передвижная установка; 3 - гидроциклон и виброворонка; 4 - воздуходувная установка; 5 - камера гранулятора с соплом; 6 - трубопровод для сброса отработанной воды и пылеватых частиц; 7 - струя воздухогрунтовой смеси; 8 - склад из сыпучемерзлого гранулированного песка; 9 - подледный отвал; I, Ь Н, J, а - геометрические параметры технологии гранулирования песка
и установка более высокопроизводительных рыхлителей [3] и породозаборных наконечников [4], а также ряд способов, обеспечивающих сокращение технологических простоев земснарядов.
Благодаря их применению в заполярных регионах Крайнего Севера (рис. 3) удалось повысить годовую производительность земснарядов примерно в 1,5 раза в среднем с 250—300 тыс. до 350— 400 тыс. м3. Однако полученные результаты являются практически предельными для применяемых типов земснарядов и современного уровня технологии.
Дальнейший рост производительности земснарядов, а этого требует возросший темп освоения нефтегазовых месторождений, невозможен без использования новых высокоэффективных технических и технологических решений.
И такие решения есть.
Так основной подрядчик Г азпрома по гидромеханизированным работам в Заполярье ЗАО «Уренгойгидромеханиза-ция» планирует внедрить новый высокоэффективный способ майноообразо-вания [5] (рис. 4). Он заключается в том, что в процессе майнообразования лед не вытаскивают как принято на берег, а пригружают и топят его на дно карьера. Способ выполняют в два этапа. На первом этапе во льду формируют пионерную майну путем пригрузки льда грунтом и его притопления, а на втором ледяной покров режут на блоки, которые затем, на плаву, перемещают в акваторию пионерной майны. Затем в образованную майну помещают земснаряд, подключают к нему пульпопровод и запускают в работу. Таким образом, за счет более раннего начала добычных работ, будет обеспечено повышение годовой производительности земснарядов примерно на 20—25 %.
Более существенное повышение годовой производительности земснарядов может быть обеспечено методами подледной добычи [6] и криогенным гранулированием песка [7] (рис. 5). При скреперно-земснарядной добычи отпадает необходимость в формировании майн, так как песок к всасывающему наконечнику земснаряда доставляют подо льдом ковши канатного скрепера. А для предотвращения смер-заемости песка на карте намыва его предварительно гранулируют и обрабатывают холодным воздухом. Внедрение этих методов позволит в перспективе увеличить годовую производительность земснарядов в 1,5—2 раза, что будет являться весьма своевременным при применении гидромеханизированного способа добычи песка в более суровом арктическом поясе Заполярья.
Техническую производительность земснарядов повышают различными способами. Наиболее ресурсосберегающим способом в настоящее время считается применение специальных породозаборных наконечников [4], которые создают более высокую концентрацию гидросмеси по сравнению с другими наконечниками. На практике они обеспечивают прирост технической производительности земснарядов до 20-30 %.
Другим перспективным техническим решением, способным существенно повысить производительность земснарядов за счет увеличения концентрации гидросмеси может стать специальное устройство — приставка к по-родозабору земснаряда, схема которого показана на рисунке 6 [8]. Существенное увеличение концентрации гидросмеси будет достигаться за счет применения вспомогательного грунтового насоса (осевого,
струйного либо центробежного), производительность которого в 2-4 раза превышает производительность грунтового насоса земснаряда.
Рис. 6. Приставка к породозаборному устройству земснаряда: 1 - приставка, выполненная с нулевой плавучестью; 2 - всасывающий наконечник; 3а - вспомогательный пор-гужной насос (а - осевой, б - струйный, в - центробежный); 4а- сгуститель (а, б - гравитационный, в - центробежный); 5 - разделительное устройство; 6 - зупмфовая камера; 7- выпуск для осветленной гидросмеси; 8 - породозаборное устройство земснаряда; 9 - земснаряд
Высокая производительность вспомогательного насоса будет обеспечивать существенный прирост производительности земснаряда по «твердому» даже при небольшой концентрации всасываемой гидросмеси. Для этой цели приставка оснащена сгустительно-разделительным устройством и зумп-фовой камерой. Сгущение гидросмеси будет осуществляться в гравитационных сгустителях диффузорного типа (рис. 6, а, б) либо в гидроциклонах (рис.
6, в). А разделение сгущенной и осветленной гидросмеси — в разделительных устройствах, соединенных с зумп-фовой камерой и выпуском.
Расчеты показывают, что применение этого устройства позволит увеличить техническую производительность земснарядов в 2-4 раза при равном повышении энергозатрат на гидротранспорт сгущенной гидросмеси. Поэтому вставку планируется применять на тех месторождениях, которые по мере освоения будут иметь соответствующие резервы энергетических мощностей.
Таким образом, представленные методы и технические решения реально повышают производительность используемых на Крайнем Севере земснарядов на 40—60 % и содержат значительные резервы для ее дальнейшего роста.
1. Автодороги п-ова Ямал. Раздел проекта «Обустройство газоконденсатных месторождений п-ова Ямал». Гипротюменнефтегаз. Тюмень. 1983.
2. Бессонов Е.А. Технология и механизация гидромеханизированных работ. Справочное пособие для инженеров и техников. М.: Центр, 1999. — С. 413-416.
3. Бессонов Е.А., Ялтанец И.М., Корсаков А.Ю. Пульпорыхление — новый способ подготовки горных пород к выемке земснарядами. Гидромеханизация — 2000. По материалам 2го съезда гидромеханизаторов России. М., МГГУ, 2000. — С.35-39.
4. Бессонов Е.А., Щербаков Н.А. Способы повышения концентрации твердого в гидросмеси при разработке грунтов земснарядами. Гидромеханизация — 98. По материалам 1-го
съезда гидромеханизаторов России. М., МГГУ, 1999. — С. 82-86.
5. Способ формирования майны для работы земснаряда (варианты) / Леванов Н. И., Бессонов Е. А., Никитин С. В./ Заявка на патент РФ № 2007141599., М.: ФИПС. 2007.
6. Бессонов Е.А. О выборе наиболее эффективных технологий добычи песка в условиях п-ова Ямал. Гидромеханизация — 98. По материалам 1-го съезда гидромеханизаторов России. М.: МГГУ, 1999. — С.67-72.
7. Бессонов Е.А. Основы технологии криогенного гранулирования намывных пород. По материалам 1У-го съезда гидромеханизаторов России. М., МГГУ, 2006. — С. 15 — 25.
8. Патент РФ № 2003120459. Способ повышения производительности земснарядов. / Бессонов Е. А., М., ФИПС. Изобретения. Заявки и патенты. — 2007. IIIГЛ
— Коротко об авторе ------------------------------------
Бессонов E.A. — кандидат технических паук, предприниматель.
А
--------------------------------------- ЛИДЕРЫ ПРОДАЖ
Графова Л.Л., Бабичев В. Т.
English for miners. Профессионально-ориентированный курс английского языка. - 2010. - 496 с.
Учебник «English for miners» пока не имеет конкурентов. Это единственное современное издание для горных вузов, техникумов и колледжей. Оно разработано профессионалами с учетом программных требований и новых методик изучения иностранных языков. Спрос на книгу постоянно растет, и покупают ее не только студенты.
ENGLISH
FOR
MINERS
