Технология поиска и разведки месторождения полезных ископаемых
Добыче полезных ископаемых предшествует колоссальный труд геологоразведочных экспедиций, исследующих недра в любой точке планеты, зачастую в труднодоступной местности и в условиях сурового климата. Принятию решений любой сырьевой компании об освоении месторождений предшествуют не столько расчёты экономистов или мнения акционеров, сколько окончательный вердикт геологов.
Цели и основные направления геологоразведки
Геологоразведочные работы — это мероприятия, направленные на выявление и подготовку к освоению в промышленных масштабах месторождений полезных ископаемых. В процессе выполнения таких работ в том числе изучается размещение пластов ископаемых, условия их образования и состав. Кроме того, изучаются компоненты, сопровождающие залежи полезных ископаемых, в том числе редкие металлы, попутный газ, сера и т. д., выясняется возможность их извлечения или же утилизации.
Геологоразведка сопряжена с анализом условий природы и климата в районах работ, социально-экономических предпосылок для реализации конкретных проектов. Она предусматривает изучение возможных способов добычи ископаемых при условии рациональной эксплуатации блоков и минимизации возможного вреда окружающей среде. Результатами осуществления работ по геологоразведке является расчёт и утверждение запасов полезных ископаемых, оценка их количественных ресурсов, в том числе прогнозная.
В случае, если залежи полезных ископаемых получают положительную оценку в результате поисково-оценочных мероприятий, проводится непосредственно разведка открытого месторождения. В её ходе выясняются геологическое строение участка, размеры, условия залегания и пространственное расположение залежей. Кроме того, вычисляются качество и количество ископаемых, технологические факторы, которые будут определять условия эксплуатации блока.
Сейсмическая, электрическая и гравитационная разведка
Одним из самых эффективных и популярных методов первичных геологических исследований месторождений, в основном залежей нефти и газа, является сейсморазведка. Её принцип базируется на регистрации сейсмических волн, которые создаются искусственным путём при помощи специального источника волн, в роли которого обычно выступает взрывчатка. Тротил размещается в неглубоких скважинах. Для инициирования как продолжительных, так и коротких импульсных колебаний могут применяться автомобильные вибраторы.
Вибрационная установка Nomad-65
С помощью источника в породе создаётся избыточное давление и распространяются колебания периодического типа. Эти волны наталкиваются на слои с разными показателями упругости, после чего меняют не только направление, но и амплитуду, а также создают новые колебания. По пути следования волн размещаются датчики-приёмники, которые фиксируют колебания и передают операторам полученные сигналы. Сейсмокомплексы представляют собой типовые системы, в состав которых входит один источник и до 300 приёмников, расположенных через 25–50 метров друг от друга. Если оператор правильно выбирает схему, это позволяет исследователям получать необходимую информацию без избыточных затрат.
Сейсмическая разведка: 1 — передающая система; 2 — приёмная система; 3 — сейсмоприёмники; 4 — сейсмическая волна; 5 — отражённая сейсмическая волна; 6 — нефтеносный пласт
В зависимости от того, как расположены друг относительно друга источники и приёмники колебаний, различают такие виды сейсморазведки:
- совмещённые источник и приёмник — 1D;
- расположение источника и приёмников на одной линии — 2D;
- расстановка приёмников на параллельных линиях по площади участка — 3D;
- периодическое повторение 3D-разведки при разработке месторождения — 4D.
После регистрации и записи колебаний проводится их анализ с целью определения особенностей распространения и свойств волн. В частности, извлекается геологическая информация о границах сейсмики. Полученные сейсмограммы требуют серьёзной обработки, поскольку они в условиях полевых работ обычно включают помехи. Что касается полезных волн, то они зачастую сложны для интерпретации. Для анализа данных применяется современная компьютерная техника.
Сигналы усиливаются, фильтруются, очищаются от нежелательных колебаний и конвертируются в цифровой формат, после чего поступают на сейсмостанцию для наблюдений. По результатам обработки геологи получают материал для дальнейшего толкования. Если на полученных геологических разрезах идентифицируются аномальные зоны распространения волн, то, как правило, это является свидетельством наличия залежей полезных ископаемых.
При наличии значительного преимущества — высокой точности измерений, сейсморазведка обладает рядом существенных недостатков. В частности, геологи не в состоянии определить качество залежей полезных ископаемых, не могут применять сейсморазведку на сложном рельефе местности. Кроме того, при наличии солевых горизонтов такая разведка неэффективна. Применение взрывчатки, в свою очередь, может негативно влиять на экосистему исследуемого района.
Закладка взрывного источника сейсмических колебаний
Ещё одним популярным видом геологоразведки является разведка электрическая. Данное направление включает способы исследования недр, которые применяются для изучения как верхних слоёв породы, так и для глубинной разведки. В свою очередь, они делятся на две большие группы.
Методы электрической разведки:
- Индукционные методы.
- Методы сопротивлений.
Исследование недр индукционными методами предусматривает создание электромагнитного поля за счёт эффекта магнитной индукции под влиянием переменного электрического поля или же магнитного поля. При обладании информацией о параметрах источника поля оператор может свободно измерить магнитные и электрические составляющие индуцированного поля и, следовательно, восстановить параметры среды их возникновения.
Магниторазведка
В свою очередь, методы сопротивлений основываются на пропускании через грунт электродов с постоянным током. Измеряется напряжение, которое вызвано данным током, поступающее от первой ко второй группе электродов. При наличии информации о напряжении и силе тока можно вычислить показатель сопротивления среды, через которую пропускается электричество. Благодаря конфигурации электродов точно устанавливается участок пространства, в которой меняется сопротивление.
Принципиальная схема электроразведки методами сопротивлений: 1 — питающая линия; 2 — измерительная линия; 3 — измерительные заземления; 4 — питающие заземления; 5 — область исследования; 6 — линии тока
Электроразведочная станция для вертикального электрического зондирования
Поиск возможных залежей полезных ископаемых производится в том числе способом гравитационной разведки. Он основан на принципе измерения показателя ускорения свободного падения. Последнее зависит не только от параметров планеты в целом, но и от аномальной плотности пород в районах поисков. Таким образом, неоднородность плотности подземных горизонтов легко вычисляется в гравитационном поле.
Гравиразведка
Поиск залежей твёрдых ископаемых
Хотя конкретные способы разведки месторождений зависят от возможности применения определённых технических средств в конкретных условиях, для выявления залежей твёрдых полезных ископаемых (руд, минералов и т. д.) соответствующие мероприятия, как правило, проводятся в шесть типовых стадий:
1. Геофизические и геолого-съёмочные работы. Данный этап включает исследование крупных геологических структур, в которых, вероятно, присутствуют полезные ископаемые. Перспективные площадки по завершению данной стадии передаются на специализированные поисковые работы.
2. Поиск месторождений. Геологи работают над обнаружением запасов определённых видов полезных ископаемых. Работы осуществляются в несколько промежуточных этапов. Вначале проводится поиск общего характера с целью выявления границ зоны потенциального размещения ископаемых. После этого обустраиваются горные выработки или скважины для выполнения структурно-геологических исследований. По результатам оценивается потенциальное промышленное значение месторождений. Если исследования оказались продуктивными, в этом случае осуществляется подсчёт ресурсов в категории C2. Составляются прогнозы добычи в количественном плане, а также разрабатывается технико-экономическое обоснование (ТЭО) продолжения геологоразведки.
3. Предварительная разведка. Геологи определяют промышленное значение участка, параметры месторождения, технологические свойства и размеры формаций полезных ископаемых, условия залегания. Составляется предварительная характеристика условий освоения блока. Результатами этой работы являются расчёт запасов не только в категории C2, но и C1, а также ТЭО на проведение детальной разведки. На этапе предварительной разведки применяется бурение (глубокое, колонковое или ударно-канатное). При изучении месторождений цветных металлов обустраиваются штольни, небольшие шахты, шурфы с целью отбора проб.
4. Детальная разведка. Данный этап работ проводится исключительно на участках с доказанной промышленной ценностью запасов. Осуществляется дополнительный подсчёт запасов в категориях A и B. По завершению этого этапа должны быть собраны данные, достаточные для начала промышленной эксплуатации месторождения согласно требованиям к изученности исследуемой зоны, в соответствии с классификацией запасов и прогнозными ресурсами.
5. Доразведка. Проводится на участках, которые были в недостаточной степени изучены на предыдущих этапах работы. Кроме того, она осуществляется в пределах флангов, обособленных участков, в глубоких горизонтах горных отводов. На этой стадии проводится последовательный перевод ресурсов из категорий C1 и C2 в более высокие классы, подсчитываются новые выявленные запасы. На ряде объектов при этом строятся глубокие шахты как разведочного, так и эксплуатационно-разведочного назначения.
6. Эксплуатационная разведка. Такой вид разведки проводится одновременно с проходческой работой, направленной на подготовку выработок. Мероприятия по разведке реализуются до момента начала очистных работ с целью обеспечения добычи на текущем этапе, а именно для уточнения информации о залежах, полученной на стадиях детальной разведки. Речь идёт о данных относительно качества, условий залегания, строения и морфологии пластов. На этапе эксплуатационной разведки проходка вертикальных, горизонтальных и наклонных выработок является основным методом работ. Кроме того, возможно обустройство перфораторных — безкерновых — или же колонковых скважин для получения керна.
Особенности разведки нефтегазовых месторождений
Специфика геологоразведки нефтегазовых месторождений обусловлена особенностями залегания и природными свойствами этих полезных ископаемых. Отличительной чертой нефти и газа является то, что их залежи находятся обычно в одних и тех же районах. Газ может быть как растворён в нефти, так и образовывать газовые шапки в верхней части пространства, занимаемого «чёрным золотом».
Накопление углеводородного сырья происходит в осадочных оболочках планеты. В общей сложности в мире выявлено порядка шести сотен нефтегазоносных бассейнов. Нефть и газ находятся на глубинах от одного до нескольких километров и распределены по микроскопическим пустотам. Около 85% запасов сконцентрированы в алевритовых песчаных породах с глиняной прослойкой, остальные ресурсы — в породах карбонатного типа. Огромны запасы шельфовых месторождений, однако степень их изученности крайне мала. Пронедра писали ранее, что, по данным Минприроды, более 90% площади арктического шельфа не разведаны.
Геологические экспедиции, которые занимаются изучением нефтегазовых месторождений, выполняют комплекс работ по исследованию структуры блоков, выделению продуктивных пластов, вычислению предполагаемых дебитов нефти, газа и конденсата, давления в залежах. Все эти данные используются для составления проектов эксплуатационных работ, а также для расчётных обоснований промышленной разработки участков.
Стартует геологоразведка по стандартной схеме — со съёмки и составления геологических карт. В дальнейшем применяется гравитационная разведка. Выявление запасов по данной методике обусловлено отличительной особенность пород, насыщенных нефтью и газом — их плотность меньше, соответственно, и меньшим будет ускорение свободного падения. Нефтегазовые ресурсы выявляются в том числе с применением специфической аэромагнитной разведки, направленной на выявление антиклиналей — геологических ловушек для углеводородов мигрирующего характера на глубинах до семи километров.
Аэромагнитная съёмка выполняется с помощью магнитометров, расположенных в хвостовом коке самолёта
Особенностью же проведения сейсморазведки является то, что такой вид исследования при поиске нефтегазовых запасов осуществляется не только для выявления залежей, но и с целью определения оптимальных мест для бурения скважин разведочного назначения. Одним из эффективных методов обнаружения ресурсов «чёрного золота» и «голубого топлива» является низкочастотное сейсмическое зондирование. Данный способ основан на анализе аномального изменения спектра естественного сейсмического фона в районе размещения залежей на частотах до 10 герц.
Оборудование для сейсморазведки
Нефть и газ также выявляются при помощи методики геохимической разведки. Геологи анализируют состав подземных вод на предмет содержания органических компонентов и газов. Рост концентрации таких элементов в единице объёма пробы воды может указывать на близость пласта. Тем не менее, самым достоверным и эффективным способом разведки углеводородов в настоящее время является непосредственное бурение скважины для выявления степени достаточности их объёмов для промышленного освоения месторождения. В среднем только в трети случаев после бурения обнаруживаются такие запасы.
Бурение разведочной скважины «Шахринав-1п», Таджикистан
В современной России геологоразведка нефтегазовых ресурсов производится не только с целью немедленной разработки конкретных блоков, но и для общего прироста количества углеводородов в соответствии с требованиями Энергетической стратегии, рассчитанной до 2020 года. Напомним, что, по мнению Владимира Путина, геологоразведка крайне важна для экономики России. Открытие и изучение новых месторождений — это работа на перспективу, поскольку выявленные ресурсы фактически являются сырьевым вкладом в будущее страны.
Специальность «Технология геологической разведки» (код 21.05.03) следует рассматривать как совокупность знаний, методов и средств, используемых для поиска, разработки и последующей эксплуатации месторождений нефти, газа, угля, других полезных ископаемых.
Параллельно с разведкой геологи-практики изучают процессы, происходящие в недрах земли, прогнозируют возможные последствия вмешательства человека.
Навыки
Инженерную профессию студенты получают в высших учебных заведениях по программам специалитета. Учебный курс предусматривает изучение большого количества профильных дисциплин, чтобы выпускник специальности «Технология геологической разведки» получил теоретические знания и базовый практический опыт.
В программу подготовки включены семинары и практика, которая проходит на учебных полигонах и в компаниях, занимающихся разведкой месторождений нефти и газа, других ископаемых. Профессия требует от специалиста:
- Умения работать в полевых условиях, используя специальное измерительное оборудование.
- Проведения исследований и экспериментов с целью усовершенствования и оптимизации используемых методов геологоразведки.
- Составления технической отчетности, подробных описаний экспериментов, других документов.
- Участия в разработке современных технологий геологической разведки, технических нормативов при проведении работ.
Условия поступления
Подготовка будущих инженеров ведется на специалитете. Формы обучения:
- очная;
- очно-заочная;
- заочная.
Срок обучения – 5 лет.
Абитуриенты поступают в ВУЗы на базе полного среднего образования (11 классов). Вступительные экзамены:
- математика (профильный предмет);
- русский язык;
- физика, химия или информатика (на выбор учебного заведения);
- иностранный язык (не везде).
Учебные дисциплины
Геолог-практик – это математик, физик и менеджер в одном лице. Он должен спрогнозировать, организовать процесс поиска месторождений и бурения скважин, проконтролировать его и обеспечить соблюдение техники безопасности.
Вузовская программа подготовки построена с учетом этого и включает общепрофессиональные и узкоспециализированные дисциплины:
- геологию;
- гидрогеологию;
- геофизические исследования и бурение скважин;
- разведочную геофизику;
- математическое моделирование;
- основы топографии и геодезии;
- производственный менеджмент;
- инженерную графику.
Требования работодателей
Выпускник специальности «Технология геологической разведки» должен обладать рядом профессиональных знаний и навыков – от этого напрямую зависит, где, кем и за какую зарплату он будет работать.
В перечень узкоспециализированных требований входят:
- Знание сейсморазведочной аппаратуры.
- Умение обрабатывать и анализировать данные, полученные с нее.
- Использование методов радиометрии в лабораториях и полевых условиях.
- Применение математических теорий для успешного решения профессиональных задач.
- Моделирование геологических объектов на основе геофизической информации и данных о свойствах горных пород.
Кем работать?
Основная профессиональная задача специалиста – бурение скважин для разведки золотых и алмазных жил, угольных месторождений, залежей руды, нефти, газа, других ископаемых. Инженерам часто приходится работать на открытой местности, в сложных климатических условиях.
Выпускник университета может работать:
- геологом;
- горным инженером;
- инженером-геофизиком;
- гидрогеологом;
- технологом конструкторского бюро;
- лаборантом НИИ;
- инженером в компаниях, занимающихся производством бурового оборудования;
- консультантом в нефтегазовых корпорациях.
В перспективе он может занять должность главного инженера компании, возглавить научный, конструкторский или производственный отдел, занять другой руководящий пост.
Востребованность
Наибольший спрос на инженеров-геологоразведчиков отмечается в Сибири и за Уралом. В этих регионах сосредоточено большое количество месторождений: одни уже разрабатываются, другие – консервируются, третьи – в процессе изучения.
Зарплаты в этой отрасли высокие. Начинающий сотрудник может рассчитывать на 60-70 тысяч рублей. Оплата ведущих геологов и специалистов крупных корпораций в разы больше – есть предложения по 350-500 тысяч рублей в месяц.
Геологоразведчик
Работа геологоразведчика заключается в организации и проведении разведки и исследования месторождений нефти, газа, углерода. Он проводит геологические наблюдения в полях, фиксирует их результаты, обрабатывает данные и на их основе составляет карты.
От квалификации геологоразведчика зависит правильность оценки месторождения, его запасов, соответственно, перспективность и прибыльность их разработки.
Средняя оплата труда – 70-80 тысяч, максимальная – 519 тысяч рублей.
Геолог
Основная обязанность геолога – поиск месторождений, оценка, изучение особенностей земной коры. Работа сложная, так как экспедиции предполагают походный образ жизни в глухой местности и в разных регионах.
Геолог должен быть физически вынослив, стрессоустойчив, так как приходится терпеть лишения и бытовой дискомфорт, быстро адаптироваться к сложным условиям.
Такую работу обычно выбирают романтики-путешественники и исследователи по натуре, которые постоянно находятся в поиске, не любят засиживаться подолгу на одном месте.
Оплата труда геолога – от 75 до 160 тысяч рублей.
Геолог-нефтяник
Геолог-нефтяник специализируется на поиске и оценке нефтяных и газовых месторождений. По результатам оценки объемов залежи и перспективности освоения конкретного месторождения принимается решение о необходимости его освоения.
Оклад геологов-нефтяников – 60-155 тысяч рублей.
Гидрогеолог
Эксперты называют эту профессию перспективной, так как потребность в поиске новых источников воды и анализе существующих есть всегда. Основная задача гидрогеолога как раз и заключается в поиске источников промышленной значимости, исследовании глубины их залегания, доступности.
Гидрогеологи также анализируют химический состав воды, занимаются поиском минеральных источников, обеспечивают защиту подземных выработок в шахтах, скважин и других объектов от подтопления грунтовыми водами, курируют процесс их откачки.
Экологи неоднократно говорили о неудовлетворительном состоянии водоемов – проблема прогрессирует, поэтому в перспективе спрос на гидрогеологов со стороны работодателей будет только расти. Это обусловлено потребностью в новых источниках воды и улучшении ее качества.
Сейчас средняя заработная плата инженеров-гидрологов составляет 30-150 тысяч рублей. В разных регионах – разный уровень оплаты труда.
ВУЗы
Подготовкой кадров для геологоразведки занимается больше 30 ВУЗов, среди них:
- Российский госуниверситет нефти и газа;
- Санкт-Петербургский горный университет;
- Томский политехнический университет;
- Тюменский индустриальный университет;
- Башкирский госуниверситет;
- Пермский ГНИУ;
- Уфимский государственный нефтяной техуниверситет;
- Кубанский госуниверситет;
- Российский госуниверситет геологоразведки им. Серго Орджоникидзе;
- Сибирский федеральный университет;
- Амурский госуниверситет;
- Иркутский НИТУ;
- Забайкальский госуниверситет;
- Уральский ГГУ.