13

Астраханский Государственный Технический Университет

РЕФЕРАТ

По предмету «Морская энциклопедия» на тему:

Суда для добычи полезных ископаемых

Выполнил: Цыбров Юрий

Студент гр.

Проверил:

Астрахань 2008

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение 3
• 1.Морское бурение скважин 4
• 2.Особенности добычи полезных ископаемых со дна моря 8
• Заключение 13
• Список использованной литературы 14
• Приложение 15

Введение

Часто полезные ископаемые обнаруживают неподалеку от берегов под морским дном. В Англии и в Японии, например, есть шахты, добывающие уголь, залегающий под морским дном. Йа острове Ньюфаундленд (Канада) есть большой рудник Вобана, в котором из-под океанского дна добывают железную руду. Наверху бороздят Атлантику корабли, а под ними электровозы тянут вагонетки с железной рудой...

Добыча нефти и газа из скважин, пробуренных в морском дне, со специальных эстакад или плавучих "островов" становится уже обычным делом. Этим занимаются сейчас десятки государств. Одной только нефти добывают со дна морей сотни миллионов тонн в год - почти пятую часть всей мировой добычи. Многие нефтяные скважины находятся в сотне километров от берега.

1. Морское бурение скважин

В отличие от бурения на суше функциональная схема бурения морской скважины осложняется наличием толщи воды между устьем скважины и буровой установкой.

Выделяют следующие способы бурения скважин на акваториях:

с морских стационарных платформ;

гравитационных морских стационарных платформ;

самоподъемных буровых установок;

полупогружных буровых установок;

буровых судов.

Морская стационарная платформа -- это буровое основание, опирающееся на дно акватории и возвышающееся над уровнем моря. Так как по окончании эксплуатации скважины МСП остается на месте сооружения, то схемой бурения морской скважины в отли-чие от схемы строительства наземной скважины предусмотрено на-личие водоотделяющей колонны, изолирующей скважину от толщи воды и соединяющей подводное устье с буровой площадкой мор-ской стационарной платформы. Устьевое оборудование (превенторы, головки обсадных колонн, устройство для отвода промывочной жидкости из скважины в системы очистки) монтируется также на МСП.

Для буксировки платформы к месту строительства скважины требуется четыре или пять буксиров. Обычно в буксировке МСП участвуют и другие вспомогательные суда (портовые тягачи, суда сопровождения и т.п.).В хорошую погоду средняя скорость букси-ровки составляет

1,5 - 2,0 уз/ч.

Гравитационная морская стационарная платформа -- буро-вое основание, изготовленное из железобетона и стали. Она строится в глубоководных заливах и затем с помощью буксиров доставля-ется на точку бурения эксплуатационных и разведочных скважин. ГМСП предназначена не только для бурения скважин, но и для добычи и хранения нефти до отправки ее танкерами к месту пере-работки. Платформа обладает большим весом, поэтому для удер-жания ее на точке бурения не требуется дополнительных устройств.

После разработки месторождения производится консервация всех скважин, отсоединение установки от устьев скважин, отрыв ее от морского дна и транспортировка на новую точку в пределах данной площади или в другой регион бурения и добычи нефти и газа. В этом заключается преимущество ГМСП перед МСП, кото-рая после разработки месторождения остается в море навсегда.

Самоподъемная плавучая буровая установка обладает дос-таточным запасом плавучести, что имеет большое значение для ее транспортировки на точку бурения вместе с буровым оборудовани-ем, инструментом и необходимым запасом расходных материалов. На месте бурения с помощью специальных подъемных механизмов и опор устанавливают СПБУ на морское дно. Корпус установки поднимают над уровнем моря на недосягаемую для морских волн высоту. По способу монтажа превенторных устройств и способу соединения буровой площадки с подводным устьем скважины СПБУ аналогична МСП. Для обеспечения надежности эксплуатации сква-жины обсадные колонны подвешивают под столом ротора. По за-вершении бурения и после освоения разведочной скважины уста-навливают ликвидационные мосты и все обсадные колонны обрезают ниже уровня дна моря.

Полупогружная плавучая буровая установка состоит из кор-пуса, который включает в себя собственно буровую площадку с оборудованием и понтоны, соединенные с площадкой стабилизи-рующими колоннами. В рабочем положении на точке бурения пон-тоны заполняются расчетным количеством морской воды и погру-жаются на расчетную глубину под воду; при этом действие волн на платформу уменьшается. Так как ППБУ подвержена качке, то жесткое соединение ее с подводным устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны (райзера) невозможно. Поэтому для предотвращения разрушения связки устье -- ППБУ в составе водоотделяющей колонны предусмотрены телескопическое соединение с герметизирующим узлом и герметичные шарнирные соединения ВОК. с плавсредством и подводным устьевым противовыбросовым оборудованием Герметичность подвижных элементов водоотделя-ющей колонны должна обеспечивать изоляцию скважины от мор-ской воды и безопасность работ при допустимых условиях эксплуа-тации.

На точку бурения ППБУ доставляют с помощью буксирных су-дов и удерживают на ней якорной системой в течение всего периода бурения и испытания скважины. По окончании ее строительства ППБУ снимают с точки бурения и перегоняют на новое место

При строительстве глубоких морских нефтяных и газовых сква-жин используется буровое судно, на котором смонтировано все бу-ровое и вспомогательное оборудование и находится необходимый запас расходного материала Па точку бурения БС идет своим хо-дом; его скорость достигает 13 уз/ч (24 км/ч). Над точкой бурения судно удерживается с помощью динамической системы позицирования, которая включает в себя пять подруливающих винтов и два ходовых винта, постоянно находящихся в работе

Противовыбросовое подводное оборудование устанавливается на морское дно после постановки БС на точку бурения, оно связано с устьем скважины с помощью водоотделяющей колонны с дивертором, двух шарнирных соединений и телескопического соединения для компенсации вертикальных и горизонтальных перемещений бурового судна в процессе строительства скважины.

Основным фактором, влияющим на выбор типа плавучих бу-ровых средств, является глубина моря на месте бурения. До 1970 г самоподъемные буровые установки использовались для бурения скважин при глубинах 15--75 м, в настоящее время -- до 120 м и более Плавучие установки полупогружного типа с якорной сис-темой удержания над устьем бурящейся скважины применяются для производства геологоразведочных работ при глубинах аквато-рий до 200--300 м и более.

Буровые суда, благодаря более высокой маневренности и ско-рости перемещения, большей автономности по сравнению с ППБУ, используются при бурении поисковых и разведочных скважин в отдаленных районах при глубинах акваторий до 1500 м и более. Имеющиеся на судах большие запасы расходных материалов, рас-считанные на 100 дней работы установки, обеспечивают успешное бурение скважин, а большая скорость передвижения судна -- быст-рую их перебазировку с пробуренной скважины на новую точку В отличие от ППБУ для БС имеются большие ограничения в работе в зависимости от волнения моря Так, при бурении вертикаль-ная качка буровых судов допускается до 3,6 м, а для ППБУ -- до 5 м. Так как ППБУ обладает большей остойчивостью (за счет погружения нижних понтонов на расчетную глубину) по сравне-нию с буровыми судами, то вертикальная качка ППБУ составляет 20--30 % от высоты волны. Таким образом, бурение скважин с ППБУ осуществляют при значительно большем волнении моря, чем при бурении с БС. К недостаткам полупогружной плавучей буровой установки можно отнести малую скорость передвижения с пробу-ренной скважины на новую точку.

В мировой практике бурения большое значение уделяется вопросам классификации ПБС. По способу установки над скважи-ной в процессе бурения их подразделяют:

на опирающиеся при бурении на морское дно (плавучие
буровые установки самоподъемного и погружного типов);

производящие бурение в плавучем состоянии (полупогружные буровые установки и буровые суда)

Самоподъемные плавучие буровые установки имеют большой корпус, запас плавучести которого обеспечивает буксировку уста-новки к месту работы вместе с технологическим оборудованием, инструментом и необходимым запасом расходных материалов. При буксировке СПБУ опоры подняты, а на точке бурения они опуска-ются на дно и залавливаются в грунт. По этим опорам корпус установки поднимается на расчетную высоту над уровнем моря.

2. Особенности добычи полезных ископаемых со дна моря

В настоящее время на земном шаре ежегодно добываются миллиарды тонн полезных ископаемых. При существующем объеме добычи полезных ископаемых из недр Земли, приуроченных к суше, может хватить, по определению ряда специалистов, лишь на первые сотни лет, а по некоторым ископаемым - лишь на первые десятки лет. Истощение запасов обуславливает вовлечение в разработку все более бедных по содержанию месторождений полезных ископаемых со сложными горно-геологическими и гидрологическими условиями, освоением месторождений в отдаленных и необжитых районах с неблагоприятными климатическими и метеорологическими условиями.

В то же время 2/3 территории земной поверхности покрыто морями и океанами, на дне и в водах которых сосредоточено большое количество запасов минерального сырья. Мировой океан является большим потенциальным источником для получения полезных ископаемых как за счет непосредственного их извлечения из морской воды, так и главным образом за счет добычи полезных ископаемых на громадных территориях, покрытых морями и океанами.

Еще задолго до нашей эры на побережьях морей и океанов добывалась пищевая соль, многие века славился янтарь с пляжей Прибалтики, более 100 лет производят добычу нефти и газа со дна морей и океанов. Однако лишь в последние десятилетия в связи с общим развитием науки и техники стали выявляться серьезные перспективы добычи твердых полезных ископаемых поводным способом. Интерес к полезным ископаемым морей и океанов в наши дни не случаен: многие месторождения суши истощаются;

быстрый рост населения земного шара, а вместе с ним и потребностей в производстве средств производства и предметов потребления заставляет искать новые источники минерального сырья;

гигантский скачок в развитии науки и техники в последние годы дает возможность добраться до недоступных прежде богатств морей и океанов и разрабатывать их;добыча некоторых видов полезных ископаемых, залегающих на морском дне, экономически выгоднее, чем на суше.

Экономическая целесообразность подводной добычи полезных ископаемых обеспечивается радом преимуществ:

отпадает необходимость отчуждения земель и последующей их рекультивации; при разработке подводных месторождений не нужны подъездные пути;многие из таких месторождений не нуждаются в оборудовании отвалов и различного рода хранилищ;

значительно уменьшаются затраты по вскрытию месторождения;

не нужно производить больших трудоемких и дорогостоящих взрывных работ, тратить средства на приобретение взрывчатых веществ, сложного оборудования и т.д.

Подводная добыча - разработка полезных ископаемых дна рек, озер, морей и океанов. Подводная добыча - извлечение полезных ископаемых из подводного забоя на поверхность комплексом механизмов и оборудования, работающего в водной среде, с целью получения, переработки и использования основных и сопутствующих компонентов месторождения.  Подводная добыча осуществляется открытым (драги и земснаряды) и подземным (горные выработки под дном и буровые скважины) способами. Условно к подводной добыче относят извлечение полезных компонентов из морской воды (физико-химическое выделение солей и химических элементов).

При подводной добыче открытым способом выделяют следующие производственные процессы: 1) отделение добываемого сырья от массива месторождения; 2) доставка от заборного механизма до плавающего или стационарного средства (судна, баржи, понтона, платформы); 3) первичная обработка сырья (грохочение, сепарирование, промывание и т. д.); 4) хранение и транспортировка для последующей переработки. Первый этап осуществляется механическим, гидравлическим, пневматическим способами или их сочетанием. При механическом способе применяют бульдозерные лопаты, шнеки, грейферы, ковши и т. п., при гидравлическом и пневматическом - гидромониторы, эрозионные насадки, сифоны, насосы.

Работы второго этапа ведут с помощью грейферов, ковшовых цепей, шнековых и ленточных конвейеров, напорных насосов, эрлифтов, эжекторов.

Третий этап связан с работой грохотов, гидроциклонов, сепараторов. На четвертом этапе необходимы хранилища, а также средства транспорта (суда, баржи, трубопроводы). В зависимости от горно-геологических и гидрометеорологических условий, глубины разработки и вида полезного ископаемого применяются различные технические средства, а также способы подводной добычи. Преобладающим фактором является глубина моря. Различают добычу: мелководную при глубине воды не более 5 - 10 м; в пределах шельфа с глубиной до 100 - 200 м; свыше 200 м до предельных глубин океана (моря). В двух первых зонах добывают: строительные материалы, драгоценные камни и металлы, полиметаллические и железосодержащие пески, сырье для химической промышленности, энергетическое сырье. Третья зона перспективна для добычи конкреций, нефти и газа.

Разрабатываются россыпи преимущественно многочерпаковыми, гидравлическими и грейферными драгами. Для разработки железомарганцевых конкреций испытаны и строятся (1974) драги с гидравлическим подъёмом (эрлифт) и ковшами, закрепляемыми на бесконечном тросе (рис. 16.4.).

В Ленинградской области началась добыча марганца со дна Финского залива. ООО «Промтрак», ведущее разработку, планирует обеспечить 5-7% потребности России в марганце, импортируемом сейчас из стран СНГ и дальнего зарубежья. Завод построен в промышленной зоне города Кингисеппа. Сейчас ведется опытно-промышленная эксплуатация.

В России крупных месторождений марганца нет, до 90% этого металла закупается за рубежом. Ближайшие месторождения - в Грузии, Казахстане и  Украине. Но огромные запасы марганца находятся на дне морей и океанов (больше всего его в Тихом и Индийском океанах).

Большой интерес представляют источники богатые различными элементами - горячие подводные гейзеры, или «чёрные курильщики».

В них морская вода сначала просачивается по трещинам на большую глубину, там нагревается до нескольких сотен градусов, обогащается минералами и вырывается наверх, вынося густую взвесь, богатую минералами, которая разносится течением и оседает в окрестностях. Так возникают километровые холмы, богатые металлами. Извлечение таких полезных ископаемых ведётся также как и добыча россыпей.

При подводной добыче подземным способом производственные процессы аналогичные с процессами подземной добычи полезных ископаемых, приуроченных к суше. На большинстве подводных рудников стволы закладываются на суше, вследствие этого откаточные выработки имеют протяжённость до 10 км. Применяют вскрытие шахтных полей стволами с искусственных островов (например, рудник «Майке», Япония). Глубина заложения горных выработок под дном, гарантирующая их от затопления, зависит от свойств вышележащих пород и обычно равна 65 - 80 м. Разработка месторождений ведётся с закладкой выработанного пространства. Таким способом производят добычу каменного угля в Японии, Канаде, Англии, Шотландии, Турции, Китае и на острове Тайвань.

Чаще всего морские месторождения представляют собой продолжение, скрытых в недрах суши.

Хорошо развита добыча из подводных шахт железной руды, которая ведется в Японии на острове Кюсю, в Австралии, в Канаде в Гудзоновом заливе и на острове Ньюфаундленд (здесь для извлечения руды сооружен искусственный остров), а также в Финляндии, у входа в Финский залив.

Значительно реже встречаются подводные рудники, где разрабатываются руды меди и никеля, олова и ртути. В Канаде, в Гудзоновом заливе, близ г. Черчилл, добывается медь и никель, в Великобритании, на полуострове Корнуолл, - медь, никель, и олово.

В Турции под дном Эгейского моря разрабатываются месторождения ртутных руд.

К подводной добыче относят также извлечение полезных ископаемых из морской воды, основанное на физико-химических процессах выделения растворённых в ней солей, различных химических элементов, общий объём которых достигает 48 млн. км3 (в т. ч. около 2x1016 т натрия, около 2x1015 т магния, около 1,3x1014 т брома).

С середины 19 в. из маточных рассолов поваренной соли во Франции начали получать бром. С 30-х гг. 20 в. начато промышленное извлечение из морской воды магния. В 1970 в СССР, США, Великобритании и др. странах работало свыше 100 предприятий по добыче хлористого натрия из морской воды с объёмом производства свыше 10 млн. т, магния 300 тыс. т и брома 75 тыс. т.

Технология извлечения химических элементов из морской воды предусматривает, как правило, их концентрацию, а затем, при взаимодействии насыщенного раствора с др. элементами, их получение в виде соединений.

Заключение

Наша страна начала добывать морскую нефть одной из первых. По Каспийскому морю плавает теперь мощный корабль "Хазар", который может пробуривать скважины глубиной до 6 км при 60-метровой глубине моря.

И все-таки мы еще очень мало знаем о богатствах дна морей и океанов. Но и то, что уже известно, поражает воображение. Огромные площади океанского дна покрыты сплошным слоем железомарганцевых руд с примесями многих других металлов. Кобальта в этих рудах в тысячу раз больше, чем в известных месторождениях на суше. А марганца там десятки миллиардов тонн.

Не имеет смысла оставлять такое богатство на дне морском, и уже сейчас ясно: в недалеком будущем в океане будут добывать многие полезные ископаемые, машины для этого уже создаются.

Список использованной литературы

1. Меро Д., Минеральные богатства океана. -М., 1999.

2. Добыча полезных ископаемых со дна морей и океанов, М., 2000.

3. Кузьмин Е.В., Хайрутдинов М.М., Зенько Д.К. Основы горного дела. - М., 2004.

Приложение