Снижение объемов прироста запасов нефти во многих нефтедобывающих регионах мира, в том числе и на территории России, вызывает необходимость вовлечения в хозяйственный оборот альтернативных источников УВ-сырья, в первую очередь — природных битумов. В то же время разрозненная информация по ресурсам, использованию и добыче битумов зачастую излишне детализирована, что не позволяет оценить состояние проблемы в целом.

1) II Всесоюзного совещания по комплексной переработке и использованию нефтебитуминозных пород (Гурьев, 1985 г., Научный совет по нефтехимии Казахстана);

2) I Всесоюзной научно-технической конференции "Нетрадиционные ресурсы углеводородов и проблемы их освоения" (Ленинград, 1988 г., ВНИГРИ);

3) Всесоюзной конференции по проблеме комплексного освоения природных битумов и высоковязких нефтей (Казань, 1991 г., Казанский научный центр АН СССР);

4) Международного симпозиума "Нетрадиционные источники углеводородного сырья и проблемы его освоения" (Санкт-Петербург, 1992 г., ВНИГРИ);

5) Международной конференции "Проблемы комплексного освоения трудноизвлекаемых запасов нефти и природных битумов" (Казань, 1994 г., АН Татарстана) .

Природные битумы и битуминозные породы представляются ценным многоцелевым сырьем для многих отраслей промышленности: топливно-энергетической — дополнительный источник УВ, строительной — компоненты асфальтобетонных смесей, лакокрасочной, металлургической — попутные металлокомпоненты.

По оценке ООН мировые геологические ресурсы природных битумов составляют ~ 260 млрд т [2 ]. Их извлекаемые ресурсы, без стран СНГ, оцениваются в 70 млрд т, из которых около 70 % находятся в Канаде (Грибков В.В., 1988 г.*). Скопления битумов установлены также в СНГ, Венесуэле, США, Колумбии, Аргентине, Нигерии и на Мадагаскаре.

На территории б.СССР выявлено около 700 залежей битуминозных пород (Б.Г.Лобанов, 1994 г.). К основным районам проведения работ по'освоению ресурсов битуминозных пород и природных битумов относятся: Татарстан, Республика Коми, Казахстан и Азербайджан (Б.А.Клубов, 1988 г.).

Начальные суммарные ресурсы битумов России оцениваются в несколько десятков миллиардов тонн и характеризуются крайнее низкой разведанностью (менее 5 %), причем накопленная добыча и промышленные запасы сосредоточены только в Татарстане. В настоящее время по условиям залегания в промышленное освоение может быть вовлечено менее 20 % прогнозных ресурсов природных битумов, в том числе лишь около 5 % — по топливно-энергетическому варианту (Э.М.Халимов, 1994 г.).

На территории России основные перспективы поиска битумов связаны с пермскими породами центральных районов Волго-Уральской битумонефтегазоносной провинции. Здесь, в зоне сочленения Мелекесской впадины и Южно-Татарского свода, выявлено более 400 залежей и локальных битуминозных участков, а прогнозные ресурсы битумов в пермских отложениях превышают ресурсы нефти девон-каменноугольной толщи.

Скопления битумов Урало-Поволжья приурочены к песчаным, органогенно-обломочным и оолитовым породам, имеющим ограниченное распространение. Литофации песчаников уфимского яруса получили развитие на западном и южном склонах Южно-Татарского свода, песчаных и органогенно-обломочных пород казанского яруса — на восточном борту Мелекесской впадины, оолитовых пород казанского яруса — в Мелекесской впадине и на восточном склоне Токмовского свода (Р.Х.Муслимов и др., 1991 г.).

Качественная структура ресурсов в разновозрастных отложениях перми также обладает специфическими чертами. Так, в терригенной толще уфимского яруса кондиционные битумы (в породах с битумонасыщением свыше 5 %) составляют 40 % ресурсов. В карбонатных отложениях казанского и сакмарского ярусов доля кондиционных ресурсов снижается до 17 %, в связи с чем их освоение целесообразно проводить во вторую очередь (Г.Т.Юдин, 1988 г.).

Открытыми методами разрабатываются битуминозные породы на глубине до 30-50 м при коэффициенте вскрыши менее 3:1 и мощности пласта свыше 5 м. Открытый очистной и шахтный методы предусматривают подъем пород на поверхность и извлечение битума. Собственно извлечение битума из пород выполняется тремя способами: водой с добавлением поверхностноактивных веществ, экстракцией органическими растворителями и тепловым воздействием (М.И.Старшов, 1991 г.).

Применение шахтных методов целесообразно при освоении битуминозных пород в терригенных и карбонатных пластах мощностью более 5 м на глуби не 100-400 м с битумонасыщением породы свыше 5 %.

Карьерные методы намечалось использовать на месторождениях Казахстана (Мортук, Донгелессор) и Азербайджана (Кирмаку). В больших масштабах добыча битумов открытым методом проводится в Канаде на месторождении Атабаска (Б.С.Лобанов, 1991 г.).

Степень извлечения битума зависит от метода добычи и составляет: при карьерном методе — 65-85 %, при скважинном — 25-40 %. Максимальный экономический эффект достигается при открытой разработке, позволяющей наиболее полно использовать все компоненты битуминозных пород: углеводороды, серу, металлы и собственно породу (И.М.Климушин, 1988г.).

При залегании битуминозных пород в терригенных пластах с проницаемостью более 0,1 мкм2 на глубине свыше 50-100 м ведущими методами битумодобычи являются скважинные, обеспечивающие увеличение подвижности битумов с использованием химических реагентов, паротеплового воздействия и внутрипластового горения. Повышенные коэффициенты битумо-(нефте) отдачи (>= 0,3) для скоплений природных битумов и высоковязкой нефти с вязкостью более 1000 мПа*с достигаются только с применением термических способов воздействия на пласт (Г.Т.Юдин, 1991 г.).

При скважинной гидродобыче снижается свойственное термическим методам отрицательное воздействие технологических факторов на экологию. При данном способе гидромониторами разрушаются рыхлые и слабосцементированные породы, а битумная суспензия транспортируется на поверхность. На наземных установках извлекается до 80-90 % УВ, после чего отработанная порода может использоваться в дорожном строительстве (М.И.Старшов, 1991 г.).

Ведущими направлениями в деятельности зарубежных фирм являются исследования по комплексированию добычи с переработкой природных битумов и улучшению условий их транспортировки (В.В.Грибков, Э.М.Халимов, 1994 г.).

В Венесуэле при разработке гудроновых залежей "нефтяного пояса" Ориноко производят эмульсионную смесь, состоящую из битума и воды с моющей добавкой (Э.Барет, 1994 г.). Смесь может транспортироваться по трубопроводам, перевозиться на танкерах, использоваться как тяжелое нефтяное топливо.

Битуминозные породы применяются при строительстве дорог, бесканальных теплотрасс, в качестве гидроизоляционных и связующих материалов для строительных конструкций.

Неразвитость дорожной сети — одна из крупнейших проблем Нечерноземья, где потребность в дорогах с усовершенствованным покрытием обеспечена лишь наполовину. В себестоимости сельхозпродукции транспортные издержки достигают 40 % [1 ]. Выполнение масштабной программы "Дороги Нечерноземья" (1989-1995 гг.) в значительной степени сдерживалось из-за недостаточного обеспечения дорожного строительства необходимыми материалами и в первую очередь — битуминозными породами.

В дорожном строительстве битуминозные породы могут успешно применяться как самостоятельно, так и в смеси с битумами нефтепереработки. При этом на 30-80 % снижается потребление битумов нефтепереработки и существенно улучшаются качественные характеристики дорожных покрытий. Последнее обстоятельство связано с повышенным содержанием в природных битумах кислород- и серосодержащих функциональных групп. Наличие этих реакционноспособных групп предопределяет и более высокую силу сцепления вяжущих компонентов с породой (адгезионные свойства) по сравнению с искусственными композициями на основе продуктов нефтепереработки [4].

Дорожное строительство с использованием природных битумов осуществляется в Канаде, США и Западной Европе (Б.А.Клубов, 1988 г.). В различные годы при строительстве дорог применялись битумы Самарской области, Татарстана, Казахстана, Грузии, Азербайджана и Туркменистана. Из битуминозных карбонатных пород получали мастику и щебень.

В СНГ основные месторождения приповерхностных битуминозных пород, соответствующих кондициям получения дорожных покрытий, расположены на п-ове Мангышлак (Беке, Тюбеджик), в Урало-Эмбинском районе (Иман-Кара, Кара-Мурат, Мортук), Среднем Поволжье (Ново-Шугуровское, Алексеевское, Ерилкинское и др.), Тимано-Печорской провинции (Ижемское, Войковское), на Кавказе и в Предкавказье (Кирмаку, Эльдарское, Хадыженское), Сред ней Азии (Челекенское, Небит-Дагское). Восточной Сибири (Олененское).

Одним из перспективных направлений представляется использование битуминозных пород в виде компонентов дорожных асфальтобетонных смесей. Технология приготовления последних на основе битуминозных песчаников и доломитов, разработанная в Казанском химико-технологическом институте, прошла опытно-промышленную проверку с хорошими результатами (И.М.Старшов, 1991 г.).

Разработан метод получения дорожных покрытий с использованием киров Западного Казахстана. По данной технологии построено и отремонтировано более 400 км дорог (В.А.Найденко, 1991 г.). Добавление эмульсии на основе этой разновидности битуминозных пород оказывает положительное влияние на процессы структурообразования бетонов, цементнопесчаных и асбоцементных материалов, а также на реологические и термовязкие свойства глин при получении пористых заполнителей (А.П.Нурлыбекова, 1991 г.).

Весьма обширна сфера использования битумов в топливно-энергетической и химической отраслях промышленности. Особенности получаемых видов топлив и масел зависят от схемы переработки битумов. В СНГ наибольшее распространение получили битумная, масляно-битумная и топливно-коксовая схемы переработки с получением: дорожных битумов, дизельного топлива, бензина, смазочных масел и кокса (И.М.Климушин, 1988 г.).

Компоненты мальт и тяжелой нефти Среднего Поволжья характеризуются пологой кривой зависимости между температурой и вязкостью, что позволяет рассматривать их в качестве перспективного сырья для получения авиационных и дизельных масел с улучшенными низкотемпературными свойствами (Г.П.Курбский, Н.МЛихтерева, 1991 г.). Кроме того, битумы находят применение при получении пластификаторов полиэфирных смол, гликолей, ароматических кислот, сульфидов, сульфоксидов (Б.С.Лобанов, Л.И.Фердман, 1991 г.). На основе фракции мордово-кармальских битумов с добавлением олифы "оксоль" получены специальные антикоррозионные покрытия для нефтяной промышленности. Из битумов Ашальчинского месторождения выделены высокомолекулярные компоненты, применяющиеся в виде комплексной добавки (пластификатор, адгезионный ингредиент) для резиновых смесей (И.Н.Дияшев, И.А.Посадов, 1991 г.).

В природных битумах обнаружено более 40 неуглеводородных компонентов. С позиций комплексного использования нафтидов особый интерес представляет возможность попутного извлечения металлов и в первую очередь — ванадия и никеля. В ряде битумных месторождений их концентрация сопоставима с содержанием в рудах.

Добыча битумов методами паротеплового воздействия и внутрипластового горения сопровождается значительными потерями металлов. Более полное извлечение полезных металлокомпонентов возможно по схеме территориального и технологического совмещения добычи и переработки битумов (и тяжелой нефти) с использованием теплоносителя на УВ-основе для повышения нефтеотдачи разрабатываемых пластов [3,5].

В Канаде, США, Венесуэле действуют предприятия получения ванадия из тяжелой нефти и битумов по схеме их глубокой переработки на установках термоконтактного крекинга (ТКК). Страны, освоившие технологию ТКК, утилизируют ванадий, что наряду с получением ценного металла способствует улучшению состояния окружающей среды. В конце 80-х гг. в развитых странах возросла доля производства ванадия из битумов и нефти (В.И.Воропаев, 1988 г.).

Следует отметить, что высокие концентрации металлов установлены на многих месторождениях нафтидов центральных районов Урало-Поволжья. Так, в тяжелой нефти концентрации ванадия часто превышают 0,1-0,2 кг/т, а в жильных асфальтитах достигают 1-4 кг/т.

Исследования ВНИИНП (Москва) и ПО "Татнефть" показали возможность получения ванадиевых концентратов при переработке некоторых тяжелых нефтей Татарстана (Д.М.Соскинд, Р.Х.Муслимов, 1991 г.).

За рубежом для укрепления сырьевой базы битумов и тяжелой нефти правительства Канады и Венесуэлы используют щадящую налоговую систему. Такой подход способствует поддержанию этого вида нефтяного бизнеса и снижению импорта топлива.