Разработка месторождений для производства удобрений произошло в начале хх века

Обновлено: 05.10.2024

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Гаврилов Алексей Евгеньевич

Настоящая статья показывает, как разрабатывались и изменялись запасы залежей нефти с течением времени. Демонстрация динамики разработки , опираясь на исторические факты. Указаны годы с наибольшей добычей нефти. Отображены такие показатели как КИН (коэффициент извлечения нефти) и отбор от НИЗ (начальных извлекаемых запасов). На месторождении велась разработка одновременно по не скольким объектам, разработка каждого объекта отдельно представлена в данной статье. Опираясь на степень выработки можно сказать, что все они разрабатывались не равномерно.

HISTORY OF DEVELOPMENT FIELD

This article shows how oil reserves have been developed and changed over time. Demonstration of development dynamics based on historical facts. The years with the largest oil production are indicated. Displayed indicators such as KIN (coefficient of oil extraction) and selection from BOTTOM (initial recoverable reserves). At the field development was conducted simultaneously on not how many objects, development of each object is separately presented in this article. Based on the degree of production we can say that they were not all developed evenly.

7. Стрекалов А.В., Саранча А.В. Применение нелинейных законов фильтрации природных поровых коллекторов в гидродинамических моделях ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. № 11/2015. Часть 6. 1114-1119 c

8. Грачев C.И., Cтрекалов А.В., Cаранча А.В. Особенности моделирования трещинопоровых коллекторов в свете фундаментальных проблем гидромеханики сложных систем. Фундаментальные исследования. № 4 (часть 1), 2016. Стр. 23-27.

Гаврилов Алексей Евгеньевич — магистрант, кафедра разработки месторождений, Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень

Аннотация: настоящая статья показывает, как разрабатывались и изменялись запасы залежей нефти с течением времени. Демонстрация динамики разработки, опираясь на исторические факты. Указаны годы с наибольшей добычей нефти. Отображены такие показатели как КИН (коэффициент извлечения нефти) и отбор от НИЗ (начальных извлекаемых запасов). На месторождении велась разработка одновременно по не скольким объектам, разработка каждого объекта отдельно представлена в данной статье. Опираясь на степень выработки можно сказать, что все они разрабатывались не равномерно. Ключевые слова: месторождение, разработка, добыча, залежи, пласт.

HISTORY OF DEVELOPMENT FIELD Gavrilov A.E.

Gavrilov Alexey Evgenievich - Master's Student, DEPARTMENT OF FIELD DEVELOPMENT, TYUMEN INDUSTRIAL UNIVERSITY, TYUMEN

Abstract: this article shows how oil reserves have been developed and changed over time. Demonstration of development dynamics based on historical facts. The years with the largest oil production are indicated. Displayed indicators such as KIN (coefficient of oil extraction) and selection from BOTTOM (initial recoverable reserves). At the field development was conducted simultaneously on not how many objects, development of each object is separately presented in this article. Based on the degree of production we can say that they were not all developed evenly. Keywords: field, development, production, deposits, formation.

Добыча нефти на *** месторождении начата с ввода в эксплуатацию разведочных скважин 25Р и 26Р в мае 1978 года на пласты АВ2 и АВ^ В этом же году началось эксплуатационное бурение на пласты БВ6 и БВ8. Остальные объекты месторождения были введены в разработку позднее: в 1981 г - Ачимовская толща, в 1982 году - пласт БВ10 и в 1986 году - пласт БВ5. Основной объем эксплуатационного бурения (62%) приходится на период 1981-1986 гг., средний объем бурения составлял 262 тыс. м горных пород в год, максимальный объем приходится на 1985 год - 347 тыс. м. В период с 1996 по 2007 год эксплуатационное бурение на

месторождении не велось. С 2008 года возобновлено эксплуатационное бурение на объекте Ачимовская толща.

На сегодняшний день в промышленной эксплуатации находится 6 объектов: АВ1-2 содержащий 23.3% начальных геологических запасов нефти месторождения категории ВСЬ БВ5

- 1.2% (1.2 %), БВ6 - 26.9%, БВ8 - 15.9 %, БВ10 - 2.7% и Ачимовская толща - 28.5%. Объект ЮВЬ содержащий 0.5%, находится в опытно-промышленной эксплуатации. Объект ЮВ0 впервые выделен в пересчете запасов 2012 г. и представлен как самостоятельный объект разработки содержит 1% начальных геологических запасов нефти месторождения.

Максимальный уровень добычи нефти был достигнут в 1983 году и составил 4735.2 тыс. т при темпе отбора от НИЗ 5.6% и обводненности 23.9%. Период максимальной добычи нефти (более 4 млн т в год) продолжался четыре года - с 1983 по 1986 год. К концу 1986 года было добыто 26 млн т нефти, что составляет 30.4% от НИЗ. К этому времени среднегодовая обводненность достигла 65.7%, накопленный ВНФ - 0.8.

В период 1987-1996 гг. отмечается падение уровней добычи нефти в среднем около 20% в год, максимальный процент падения, равный 27%, отмечен в 1995 году. За десять лет уровни добычи нефти снизились в 8.4 раза (с 3761 тыс. т до 446.9 тыс. т) при росте обводненности с 71.5% до 94.1%. Было добыто 16.3 млн т нефти или 19.2% от НИЗ, накопленная добыча нефти составила 42.3 млн т, ВНФ - 2.8, текущий КИН достиг 0.164 при отборе от извлекаемых запасов 49.6%.

С 1997 по 2002 гг. ежегодное снижение уровней добычи нефти не превышал 5.6%, среднегодовая обводненность по месторождению стабильно держится на уровне около 94-95%. Отбор нефти за этот период составил 2486 тыс. т при годовых уровнях от 433 тыс.т в 1998 году до 380 тыс.т в 2002 году. В этот период отмечается минимальной за весь период истории уровень добычи нефти - в 2002 году, в этот же год отмечаются минимальные за историю дебиты, как по жидкости, так и по нефти. Накопленная добыча к концу периода составила 44.8 млн т, ВНФ -3.6, текущий КИН - 0.173, отбор от НИЗ - 52.5%.

С 2003 по 2007 год на месторождении отмечается рост добычи нефти в среднем на 17.7% в год (с 437.7 до 851.5 тыс. т) и снижение обводненности с 95% до 90.6%. Накопленная добыча нефти к концу 2007 года составила 47.9 млн т, ВНФ - 4.3, текущий КИН - 0.185, отбор от НИЗ - 56.2%.

Рост добычи нефти в целом по месторождению в эти годы, связан с активным вовлечением в разработку залежей пластов ачимовской толщи путем бурения боковых стволов, с применением технологии ГРП [7].

В последующие годы отмечаются колебания уровней добычи нефти по месторождению

- стабилизация в 2008 году, заметное снижение в 2009 году (-12.2%), рост в 2010 и 2011 годах (6.3% и 14%), которые обусловлены изменением объемов добычи по объекту Ачимовская толща.

Доля добычи объекта Ачимовская толща ежегодно возрастала до 2006 года, когда составила около 49% годовой добычи нефти месторождения, и впервые превысила добычу объекта АВ1-2 (на 21%). Затем отмечалось некоторое снижение добычи по объекту, вплоть до 2009 года, когда его доля в добыче месторождения сократилась до 33%. Дальнейший рост добычи нефти по объекту связан с началом эксплуатационного бурения. Максимальные показатели достигнуты в 2011 году, когда доля объекта составила 51% от годовой добычи нефти месторождения [9].

За 2011 год на месторождении добыто 881.3 тыс. т нефти (темп отбора от НИЗ - 1.0%), что составляет 19% от достигнутого в 1983 году максимума. За истекший год добыто 11791 тыс. т жидкости при средней обводненности 92.5%. По объектам добыча нефти 2011 года распределяется следующим образом: на долю объекта Ачимовская толща приходится 51.1% добытой нефти (450.3 тыс.т), АВ1.2 - 22.3% (196.2 тыс. т); БВ6 - 11.0% (96.8 тыс. т), БВ8 - 9.0% (79.1 тыс.т), БВ10 - 4.7 % (41.2 тыс.т), БВ5 - 1.1% (9.4 тыс.т6, ЮВ0 - 0.3% (2.8 тыс.т), ЮВ1 -0.6% (5.5 тыс. т).

За 2011 год объем закачки составил 10.7 млн.м3, текущая компенсация 89.4%. Основной объем закачки приходится на объект АВ1-2 - 4.05 млн.м3 (37.8 %), на объект БВ6 - 21 %, БВ8 -19.6 %, на БВ10 и Ачимовская толща - 3.4 % и 17.8 %, соответственно.

Степень выработки запасов по объектам разная. Из основных объектов наиболее выработан

объект БВ8 - на 92.8%, наименее - Ачимовская толща - на 13.3%. Основные остаточные запасы

месторождения приурочены к объектам Ачимовская толща (46%), АВ1-2 (22 %) и БВ6 (21%).

Список литературы / References

1. Андронов Ю.В., Стрекалов А.В. Исследование применения ансамблей нейронных сетей для повышения качества решения задач регрессии. Нефтегазовое дело, 2015. 13(1). С. 50-55.

2. Иванов А.В., Стратов В.Д., Стрекалов А.В. Оптимизация технологических режимов добычи газоконденсата на Бованенковском. Современные проблемы науки и образования, 2015. № 1.

4. Морозов В.Ю., Стрекалов А.В. Технология регулирования систем поддержания пластового давления нефтяных промыслов (монография). Санкт-Петербург. Недра, 2014.

5. Стрекалов А.В., Саранча А.В. Результаты применения моделей вычислительного комплекса немезида-гидрасим на пластах Ван-Еганского месторождения. Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2016. № 1. С. 74-85.

7. Стрекалов А.В., Саранча А.В. Применение нелинейных законов фильтрации природных поровых коллекторов в гидродинамических моделях. Фундаментальные исследования. № 11, 2015. Часть 6. 1114-1119 с.

8. Грачев CM., Cтрекалов А.В., Cаранча А.В. Особенности моделирования трещинопоровых коллекторов в свете фундаментальных проблем гидромеханики сложных систем. Фундаментальные исследования. № 4 (часть 1), 2016. Стр. 23-27.

Сегодня агрохимическая промышленность готова предложить землепользователям десятки марок минеральных удобрений, подобрать которые можно с учетом особенностей почвы и потребностей конкретной культуры. Но так было не всегда. Когда-то человечество наощупь искало способы повысить плодородие земли. Этот путь был полон ошибочных гипотез, экспериментов и выдающихся открытий. Благодаря этим поискам родилась современная агрохимия, а человечество, увеличившееся до 7 млрд и стремящееся к 10 млрд, имеет надежду прокормить себя в будущем.

Рождение агрохимии

Человек начал накапливать знания о плодородии почв с момента перехода от примитивного собирательства к культурному земледелию. Уже за 6-7 тыс. лет до нашей эры люди имели представление о различии бедной и тучной земли. Путём наблюдений они устанавливали, что в местах, где в почву попадали известь, навоз, гуано или зола, растения развиваются лучше и приносят больше плодов. С появлением письменности эти наблюдения начали передаваться от поколения к поколению. Впервые опыт поддержания плодородия земли был зафиксирован около 4 тыс. лет до н.э. в шумерском "Календаре земледельца". Описание различных почв встречается в египетских папирусах трехтысячелетней давности. Сведения о правильном землепользовании содержатся в земельно-водном законодательстве вавилонского царя Хаммурапи (1792–1750 гг. до н. э.).

Итак, вопросы плодородия почв издавна стояли перед человеком, и он в течение столетий опытным путем находил на них ответы. Однако сами механизмы действия питательных веществ еще долго оставались загадкой. Агрохимия как наука сложилась по историческим меркам не так давно – в первой половине XIX в. Одним из её основоположников стал немецкий ученый Юстус фон Либих. Выпущенная им в 1840 г. книга "Die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Agriculturalur und Physiologie" ("Органическая химия в её применении к сельскому хозяйству и физиологии") была переведена на многие языков и оказала огромное влияние на учение о плодородии в мировом масштабе.

Один из ключевых принципов агрохимии был сформулирован Либихом следующим образом:

"Чтобы сохранить плодородие почвы, ей нужно возвращать все у неё взятое. Если взятое не будет возвращено полностью, то нельзя рассчитывать на получение вновь таких же урожаев; урожаи могут быть повышены только путем увеличения содержания в почве элементов питания".

Во многом благодаря усилиям фон Либиха была развенчана несколько десятилетий господствовавшая в Европе ошибочная "гумусовая" теория плодородия. Её положения были сформулированы в середине XVIII в. шведским химиком Юханом Валлериусом в "Основах земледельческой химии", где утверждалось, что растения самостоятельно синтезируют питательные вещества из гумуса, воздуха и воды, а минеральные соли всего лишь помогают растворять "жир земли".

"Гумусовая" теория продержалась довольно долго благодаря тому, что ее поддерживали такие видные ученые, как Альбрехт Тэер, заложивший основы немецкой сельскохозяйственной науки, и швейцарский биолог Никола де Соссюр. Последний, заблуждаясь относительно роли минеральных солей, тем не менее, смог верно установить, что углерод растения получают не из гумуса, а из содержащейся в воздухе углекислоты.

Впрочем, даже гумусовая теория смотрелась прогрессивно на фоне господствовавшей до неё "водной" теории, согласно которой растения с помощью таинственной внутренней "силы жизни" самостоятельно создают все питательные вещества из воды.

К 30-м годам XIX в. накопленные знания, усовершенствование лабораторных опытов и оборудования позволили Либиху показать, что именно получаемые из почвы минеральные вещества растения используют для синтеза веществ органических. Он доказал, что успех земледелия напрямую зависит от того, в достаточном ли количестве находятся в почве фосфор, калий и другие зольные элементы, и что объем урожая определяется элементом, чье количество находится на минимальном уровне (закон, получивший название "бочка Либиха").

Подчеркивая роль фосфора и калия, Либих ошибочно полагал, что азот растения получают из воздуха и не нуждаются во внесении азотных удобрений. Эту ошибку исправил французский химик Жан Батист Буссенго, по праву считающийся основателем агрохимии наряду с Либихом. В отличие от немецкого коллеги, Буссенго проводил многочисленные полевые опыты, сопровождая их тщательным химическим анализом. Он доказал, что растения не могут в нужном количестве получать азот из воздуха и требуют внесения минерального азота в почву. Ему же принадлежит открытие явления азотфиксации у бобовых растений (связь этого явления с бактериями позже объяснит другой видный агрохимик Герман Хелльригель).

Современное земледелие – яркое подтверждение выводов Либиха и Буссенго о роли минеральных солей в жизни растений. Наличие почвы, в том числе гумуса, для их выращивания не обязательно: в теплицах растения прекрасно развиваются на минеральных субстратах.

Опыты Либиха и Буссенго позволили также сформулировать один из важнейших принципов не только сельскохозяйственной науки, но и экологии: все вещества, которые человек вместе с растениями забирает из почвы, должны быть в неё возвращены.

"Причина возникновения и падения наций лежит в одном и том же. Расхищение плодородия почвы обусловливает их гибель; поддержание этого плодородия – их жизнь, богатство и могущество".

Он приводил в пример падение греческой и римской цивилизаций. Сейчас, когда по прогнозам ООН население планеты стремится к 9,7 млрд человек и требует роста мирового производства продовольствия на 60%, а более половины почв подвержены деградации, остается лишь удивляться, насколько актуально звучат слова ученого первой половины позапрошлого века.

Развитие агрохимических технологий в России

Зарождение агрохимии как отдельной науки в России связано с именем Александра Энгельгардта, а её становление и мировой авторитет – с именем академика Дмитрия Прянишникова. Значительный скачок в отечественном агрономическом и агрохимическом знании произошел в конце XIX – начале XX вв. Но и задолго до этого вопросы питания растений волновали отечественных ученых. О пользе гумуса для сельхозземель высказывался Михаил Ломоносов. Благодаря ему преобладавшая в то время в Европе теория водного питания растений не прижилась в России. А созданное по настоянию Ломоносова Вольное экономическое общество надолго стало основой для изысканий в различных сферах естественнонаучного знания, в том числе агрономии и агрохимии. В составе ВЭО проблемой плодородия во второй половине XVIII в. занимался Иван Комов, активно пропагандировавший применение органических удобрений, внедрение системы севооборота и особенно известкование кислых почв. Ему принадлежит довольно тонкое для того времени замечание, что "с удобрениями нужно обращаться, как лекари с лекарствами, чтобы больного не отравить, то есть нужно хорошо знать, на каких почвах, под какую культуру, сколько и когда их вносить".

Российский естествоиспытатель, член ВЭО Антон Пошман за несколько десятилетий до Либиха определил ведущее значение для питания растений не гумуса, а минеральных солей: "В удобрении действующим началом являются щелочно-солевые вещества, содержащиеся в навозе и золе, т.е. минеральные вещества служат пищей для растений". Увы, в те времена в России, как и во всем мире, авторитет европейских ученых часто не давал расслышать голоса соотечественников.

Слепое преклонение перед западной наукой лежало в основе многих заблуждений. Одно из них заключалось в том, что российские удобрения не могут по качеству сравниться с немецкими. С этим мнением пришлось бороться, в частности, Дмитрию Менделееву, доказывая очевидное: действие удобрений зависит от их состава, а не от страны происхождения. Менделеев внес значительный вклад в развитие агрохимии, организовав первые в России географические полевые опыты по применению удобрений. В результате этих опытов ученый пришел к выводу, что чем сложнее набор питательных веществ, тем лучше результат, а регулярное применение удобрений способно привести к четырехкратному росту урожайности.

Зарождение туковой промышленности в России связано с именем Александра Энгельгардта. Профессор химии Петербургского земледельческого института, автор прогрессивных для того времени "Писем из деревни" и "Химических основ земледелия", он считается первым русским ученым – профессиональным агрохимиком. В числе пропагандировавшихся им идей широкое применение органических и минеральных удобрений, известкование почв, использование "зеленых удобрений" – сидератов. Одно из наиболее значительных достижений Энгельгардта – научное доказательство высоких питательных свойств фосфоритной муки, исследование российских месторождений фосфоритов и организация заводов по их переработке в фосфорные удобрения. К тому времени, когда Энгельгардт занялся этим вопросом, о свойствах фосфоритов было почти ничего не известно, в губерниях, где залежи были легкодоступны, ценный камень использовался просто как строительный материал. "Самород встречается у нас в таком огромном количестве и при столь благоприятных для добывания его обстоятельствах, что он повсеместно в полосе залегания употребляется как простой булыжник для мощения улиц и дорог, для фундамента под дома и пр. Весь город Курск вымощен этим драгоценным камнем", – писал Энгельгардт в своей монографии. В 1868–1870 гг. в Курской, Тамбовской губерниях и в Прибалтике были запущены первые заводы по производству фосфоритной муки для применения в качестве удобрения в сельском хозяйстве.

Большой вклад в развитие агрономии и агрохимии в России внес Павел Костычев, некоторое время работавший в химической лаборатории Энгельгардта и значительно расширивший представления о полезных свойствах азотных, фосфорных, калийных удобрений и, особенно, их сочетаний. Важные работы того времени в сфере агрохимии принадлежат перу Ивана Стебута, одного из основателей отечественной агрономической науки. В числе многих вопросов его интересовала проблема сохранения и повышения плодородия почв, в том числе с помощью известкования и гипсования.

В начале XX в. развитие агрохимии в России связано с деятельностью Александра Кирсанова, некоторое время возглавлявшего Ленинградский сельскохозяйственный институт. Его методы определения содержания в почвах доступных для растений форм питательных веществ до сих пор применяются агрохимической службой России. Благодаря его трудам значительно расширились представления о питательных свойствах калия. Исследованием степени доступности фосфатов и калия для растений в течение всей профессиональной жизни занимался также доктор сельскохозяйственных наук Федор Чириков.

Во главе длинного списка ученых, внесших свой вклад в формирование агрохимии в России, стоит назвать уже упомянутого ранее академика Дмитрия Прянишникова. Его работы заложили основу химизации отечественного земледелия, благодаря его деятельности появилось понятие российской агрохимической школы, а направление агрохимии стало самостоятельной дисциплиной в системе образования. Если говорить о научной работе Прянишникова, то центральное место в ней занимала проблема азота в питании растений. Исследования ученого и его учеников позволили сделать вывод о том, что аммиак является исходным и конечным звеном в цепи превращения азотистых веществ в растении: именно с аммиака начинается синтез белков и аммиаком заканчивается распад азотистых органических веществ. Прянишников и его ученики на протяжении многих лет искали пути повышения эффективности азотных удобрений. Одним из практических результатов этой работы стало применение в Советском Союзе аммиачной селитры в качестве удобрения в чистом виде. Негативные свойства нитрата аммония (огнеопасность, гигроскопичность, слёживаемость) купировались с помощью гранулирования и поверхностных оболочек. В европейских странах аммиачную селитру стали применять значительно позже и, как правило, в составе смеси.

Благодаря усилиям Прянишникова была создана технология переработки отечественных низкопроцентных фосфоритов в фосфорные удобрения, запущены первые заводы по выпуску суперфосфата и комплексных удобрений (нитрофосов). Масштабные исследования ученого по оценке свойств калийных удобрений в разных климатических условиях одновременно с открытием в 1926 г. Соликамских месторождений дали старт созданию отечественной калийной отрасли (до этого времени страна завозила калий из Германии). Силами команды Прянишникова были разработаны прогнозы потребности сельского хозяйства СССР в различных видах минеральных удобрений и с учетом этих расчетов организовано их производство.

Прянишников – автор классических учебников по агрохимии, по которым учились несколько поколений агрономов и агрохимиков не только в России, но и во многих других странах. Его "Учение об удобрении", "Агрохимия", "Растениеводство" и "Химия растений" выдержали несколько переизданий и были переведены на разные языки мира. За учебник "Агрохимия" Прянишников в 1940 г. был удостоен государственной премии.

По инициативе Прянишникова в России в 1919 г. был организован первый научный институт, занимавшийся проблемами удобрений. Позднее, в 1931 г., ученый выступил организатором Всесоюзного института удобрений и агропочвоведения. Сейчас это Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии (ВНИИА), он носит имя своего основателя – Д. Н. Прянишникова.

Новые пути развития

Процесс формирования агрохимической науки сопровождался развитием технологий получения и применения удобрений. За свою историю промышленность минеральных удобрений прошла путь от первичного накопления знаний о плодородии почв и использования в качестве удобрений природного сырья (фосфоритной муки, чилийской селитры, калимагнезии и др.) к созданию непосредственно химических производств минеральных удобрений в оптимальных для питания растений формах, сочетаниях и концентрациях.

Первым шагом к созданию мировой агрохимической отрасли стало получение в XIX в. научных данных о том, какие питательные вещества в наибольшей степени выносятся из почвы вместе с растениями, а значит, должны быть каким-то образом возвращены. Использование для этих целей природного сырья приводило к зависимости от географии расположения его источников и не давало оптимального результата с точки зрения доступности для растений.

Это подтолкнуло технологическое развитие отрасли к следующему, второму, этапу – созданию непосредственно химических производств минеральных удобрений. В начале XX в. появляются первые заводы по выпуску аммиака, затем – аммиачной селитры. Вместо фосфатной муки путем сернокислотного разложения начинают производить простой, а позднее двойной суперфосфат. Открытие калийных и апатитовых руд в России дает старт отечественной промышленности производства сначала простых, а затем и сложных удобрений. Переход от простых удобрений к комплексным с повышенным содержанием питательных веществ (NP/NPK-удобрений) ознаменовал третий этап развития отрасли.

В настоящее время промышленность минеральных удобрений перешла на новый эволюционный виток, когда главной движущей силой технологического развития является повышение экономической эффективности с одной стороны и выполнение социального запроса на экологичность – с другой. Предприятия, занимающиеся выпуском минеральных удобрений, решают вопросы максимального использования имеющихся ресурсов, осваивают смежные производства (например, электро- и теплоэнергии, технических и пищевых фосфатов и т.д.), вовлекают в производственный цикл побочные продукты переработки (хороший пример – использование фосфогипса, образующегося при выпуске фосфорных удобрений, для мелиорации и в строительстве), работают над снижением потерь питательных веществ в удобрениях (грануляция, инновационные оболочки гранул, контролируемая растворимость и др.). Одновременно компании отрасли ведут разработку более эффективных форм удобрений, совершенствуя их состав с помощью микро- и мезоэлементов, стимуляторов роста, биодобавок, расширяют ассортимент жидких и водорастворимых удобрений.

Повышение внимания мирового сообщества к вопросам экологии не могло не отразиться на приоритетах развития промышленности минеральных удобрений. Современная продукция отрасли должна не только удовлетворять потребностям сельского хозяйства в питательных веществах, но и соответствовать принципам устойчивого развития, минимизируя негативное воздействие на окружающую среду и конечную продукцию сельхозпроизводства.

Отвечая на этот вызов современности, российские производители минеральных удобрений стали участниками национального проекта по созданию экобренда для продуктов питания с улучшенными экологическими характеристиками "Зеленый стандарт". Ключевым условием соответствия требованиям "Зеленого стандарта" является применение российских минеральных удобрений, соответствующих специально разработанному "зеленому" ГОСТу (вступил в силу с марта 2020 г.).

Географические особенности образования руд, из которых производится сырье для российских минеральных удобрений, обусловило их высокую экологичность, признанную на уровне ООН. Сегодня отечественные минеральные удобрения используются во всех странах, где востребовано доступное и здоровое продовольствие. В связи с этим Российская ассоциация производителей удобрений, объединяющая крупнейшие компании отрасли, приняла решение о регистрации торгового знака "Зеленый стандарт" (Green One) в России и за рубежом: в 76 юрисдикциях по Мадридской системе и 20 государствах по национальным системам регистрации.

Этапы технологического развития агрохимии:

Зарождение понятия о питании растений.
Использование севооборотов.

Первые агрохимические опыты.
Использование минерального сырья.
Интенсификация сельского хозяйства.
Потребность в расширении ассортиментного ряда и получения доступных удобрений.

Исследование по разложению фосфатного сырья и фиксации азота.
Кислотное разложение фосфатного сырья, производство суперфосфата, аммиака, аммиачной селитры.
Необходимость увеличения содержания питательных веществ и их объединения в одной грануле.

Исследования по азотнокислому разложению, производству карбамида.
Производство нитрофоски и карбамида.
Комплексное использование сырья.

Экологические требования к уровню тяжелых металлов, дозам внесения.
Появление специальных видов удобрений – для гидропоники, закрытых грунтов, пролонгированного действия.
Появление биоудобрений, удобрений с регуляторами роста, "умных" удобрений.

Источники: "Энциклопедия технологий. Эволюция и сравнительный анализ ресурсной эффективности промышленных технологий" под ред. Д. О. Скобелева, 2019 г., "История агрохимии" В. В. Кидина, 2013 г.; данные открытых интернет-источников.

Исторически первыми азотными удобрениями были органические.

Люди издревле применяли навоз, не задумываясь, что он содержит мощное азотное удобрение – мочевину. Но навоз вносить довольно трудоемко, особенно на большие поля. А если сделать это неправильно (о чем поговорим отдельно), то результат может не окупить затраченных усилий.

В 19 веке в Европу стали ввозить чилийскую селитру - природное ископаемое, содержащее большое количество нитрата натрия. Но за данный продукт возникла конкуренция с производителями пороха, да и стоимость селитры для широкого применения в сельском хозяйстве была, скорее всего. нереальной.

Еще в 18 веке предпринимались мало успешные попытки синтезировать аммиак и нитраты, но это оказалось очень непростой задачей. Азот атмосферы – очень устойчивое соединение, заставить его вступить в реакцию очень трудно. В природе лучший реактор для производства аммиака – молнии. Именно таким путем азот попадал в почву на протяжении миллионов лет. Казалось бы, его должно накопиться невероятное количество. Но этого не происходит по ряду причин:

- почвенные бактерии часть азота возвращают в атмосферу, вновь восстанавливая его до летучих и нейтральных молекул,

- все соединения азота прекрасно растворимы в воде и легко вымываются из почвы в реки и моря,

- природные пожары уничтожают азот, находящийся в растениях. (Тем, кто использует золу для подкормки, напоминаем, что в золе азота нет) .

- развитие сельского хозяйства увеличило интенсивность выноса азота из почвы вместе с урожаем.

В 20 веке появились предсказания того, что растущее население планеты неизбежно погибнет от голода, и сформировался запрос общества на недорогие синтетические соединения азота, которые в больших количествах можно было бы вносить на поля, восполняя потери и увеличивая урожай.

Думали ли они об удобрениях? Навряд ли. Аммиак и нитраты были нужны для производства взрывчатки и пороха.

Еврей Ф. Габер разработал (и даже применил, собственноручно открывая вентили баллонов на фронте) для Германии также первое химическое оружие – хлор, и затем другое - Иприт, и спустя 10 лет - пестицид Циклон Б на базе синильной кислоты, которым фашисты травили евреев в концлагелях. Наверно, он задумался о спасении души в 1934 году, когда ему пришлось бежать в Базель от нацистского режима, хотел совершить паломничество в Палестину. Но его сердце разорвалось.

Но вернемся к аммиаку. Человечество одновременно получило оружие для своего уничтожения и средство для того, чтобы накормить живых.

И сегодня производство аммиака остается весьма энергозатратным процессом. Синтез идет при высокой температуре и давлении.

Но азотфиксирующие бактерии, оказывается, используют еще большие энергетические затраты. Фиксируя 1 мг азота, они тратят на это 500 мг углеводов в качестве энергии . А углеводы они могут получить только у растений. Поэтому и поселяются часто в их корнях или рядом. Синергией (а не паразитизмом) это называется только лишь потому, что растению немного азота тоже достается. Но они за это платят безудержным фотосинтезом.

И в тех районах, где света и тепла не так уж много, фотосинтез слабый, вопрос применения синтетических азотных удобрений выглядит просто риторическим.

РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ (а. mining, exploitation; н. Abbau der Nutzmineralienvorkommen; ф. exploitation miniere; и. explotacion de yacimientos) — комплекс взаимосвязанных процессов горного производства по извлечению полезных ископаемых (или полезных компонентов) из недр Земли. Выделяются 4 основных способа разработки месторождений полезных ископаемых: шахтный — с помощью системы подземных горных выработок (см. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых); карьерный, или открытый, — с помощью системы открытых горных выработок (см. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых); скважинный — с помощью системы эксплуатационных буровых скважин; морской, связанный с работами ниже уровня моря (см. Разработка морских месторождений полезных ископаемых). Традиционно первые два способа применялись для добычи твёрдых полезных ископаемых, скважинный — для жидких и газообразных полезных ископаемых. Благодаря техническому прогрессу с середины 20 века возрастают объёмы добычи твёрдых полезных ископаемых через скважины, ведётся добыча высоковязких нефтей открытым и шахтным способами, перспективной является шахтная добыча тяжёлых нефтей из ранее отработанных скважинами месторождений, высокоминерализованная морская вода становится объектом промышленной переработки для извлечения ценных минералов. Основная цель разработки месторождений полезных ископаемых — обеспечение сырьём, необходимым для промышленного производства и других целей, — в условиях социализма дополняется требованиями возможно более полной выемки полезных ископаемых из недр при минимальных затратах, максимального использования попутных компонентов и эффективной охраны окружающей среды.

Содержание понятия разработки месторождений полезных ископаемых расширялось на протяжении нескольких тысячелетий и было связано с совершенствованием орудий труда и горных технологий, увеличением числа видов добываемых из недр Земли полезных ископаемых. Каждой стадии эволюции технологии разработки месторождений полезных ископаемых соответствовали принципиальные нововведения.

В каменном веке наряду с поверхностными выработками типа ям, траншей, канав, рвов появляются подземные копи, вскрытые штольнями, вертикальными, наклонными стволами и комбинацией этих выработок. Начинают применяться разработка с помощью камер, разведочные выработки, огневой метод ведения работ на открытых разработках, а возможно и в подземных условиях, клиновой метод ведения работ, водоотлив, закладка выработок пустой породой, сводчатая кровля и поддержание кровли на целиках, проветривание за счёт естественной тяги.

На стадии металлических горных орудий (век бронзы и раннего железа) объектами массовой подземной разработки становятся залежи руд меди, олова, серебра, свинца, киновари, золота, полиметаллов, железа и др.

На этой стадии возникают горные работы по извлечению крупных каменных монолитов для изготовления строительных блоков, обелисков, мегалитов, астрономических ориентиров и т.п. Крупномасштабные открытые разработки крепких известняков и песчаников в связи со строительством пирамид велись в Древнем Египте (рис. 1).

Для отделения от массива блока геометрически правильной формы по заранее размеченной поверхности прочнейшими каменными шарами, а затем металлическими долотами выдалбливались канавки и вертикальные углубления под деревянные клинья, которые затем обильно поливали водой. Набухая, клинья отрывали монолит от массива. Обработка монолита в блок правильной формы велась на месте добычи. Необходимость перевозки крупных блоков дала толчок зарождению средств карьерного транспорта — катучих барабанов и двухполозных салазок, перемещаемых по каткам. Наряду с масштабной добычей каменных материалов с 6-5-го тысячелетия до н.э. ведется разработка россыпей с улавливанием золотого песка с помощью расстеленных шкур животных, а также примитивная добыча нефти, битума из открытых естественных ёмкостей.

Формируется облик древней рудной шахты (рис. 2), система горных выработок, которой повторяет причудливую конфигурацию рудной залежи (линз, жил, штоков, пластов и т.п.).

В массовом порядке осуществляется искусственное ослабление прочности массива горных пород в подземных условиях путём "пожога" (костёр у забоя) и резкого охлаждения водой разогретых пород, что приводило к растрескиванию массива. Для отвода дыма пробиваются или устраиваются в стволах специальные "дымоходы". Увеличение протяжённости горных выработок и времени их поддержания привело к зарождению приёмов управления устойчивостью выработок с помощью деревянной крепи, сухой кладки из камня и оставлению породных целиков. На ряде шахт ведётся удаление подземных вод путём вычерпывания их кожаными или плетёными вёдрами, бадьями, устройством естественного стока по выработкам, применением т.н. архимедова винта. Для освещения рабочих мест применяют лучины и масляные светильники. Как и прежде, используется исключительно ручной труд на всех процессах разработки.

В эпоху раннего железа технологические приёмы добычи блоков известняка совершенствуются применительно к разработке залежей мрамора. Значительно возрастает число объектов горных разработок на руды меди, железа, золота, серебра, олова, сурьмы, свинца и др. Усложняется конфигурация шахтных горных выработок, увеличивается глубина разработки. Появляются специальные горизонтальные выработки, проходимые в основном по породе на всю длину отрабатываемого рудного тела для облегчения транспортирования руды на поверхность, удобного перемещения горняков к месту работы, проветривания и водоотлива. Для проветривания дополнительно пробиваются с поверхности вертикальные стволы. Зарождается примитивное принудительное проветривание с помощью мехов, приводимых в действие мускульной силой людей или тягловых животных. Такая несложная система из нескольких всасывающих мехов и тканевых трубопроводов позволяла проветривать выработки длиной до 300-400 м. Появляются функциональные горные выработки — очистные, вентиляционные, транспортные, водоотливные. В средневековье вскрытие месторождения осуществляется вертикальными стволами; появляются околоствольные дворы, системы откаточных и вентиляционных выработок (рис. 3).

Общая конфигурация горных выработок шахты принимает архитектурно выдержанный облик. Горное предприятие характеризуется продуманным сочетанием грузопотоков с системой проветривания и водоотлива. Совершенствуется система шахтного подъёма с помощью тягловой силы животных или водяного колеса. Впервые для отбойки пород применяются порохострельные работы (15 век). С увеличением подземной добычи угля (рис. 4) и углублением шахт устанавливается факт наличия в рудничном воздухе метана (1555); внезапные взрывы газовых скоплений в шахтах (фиксируются с 1621) послужили основанием для изучения рудничного воздуха с целью безопасного ведения горных работ.

Возникает подземная разработка залежей каменной соли посредством выработок больших сечений (камер).

На стадии механизации с автономным приводом (в эпоху промышленной революции) с конца 18 века начинается массовая подземная разработка месторождений каменного угля. Главной отличительной особенностью угольной шахты постепенно становятся протяжённые забои по тонким угольным пластам, где впервые механизируется процесс выемки (врубовая машина). Механический привод позволяет усовершенствовать механизмы шахтного подъёма, водоотлива, откатки, отбойки как на угольных, так и на рудных шахтах. Создаются установки для естественного проветривания шахт, что позволило усложнить систему выработок и увеличить их протяжённость. В широких масштабах начинается разработка россыпей (главным образом золота и платины) с применением силы водного потока. Расширяется объём открытой разработки (в основном нагорных месторождений), где транспортировка ведётся в самоопрокидных телегах с помощью лошадиной тяги. Формируется облик карьера как системы открытых горных выработок с ориентированными грузопотоками при массовом использовании ручного труда на выемке и конной тяги на транспорте (рис. 5).

С конца 19 — начала 20 веков определяющую роль в развитии отбойки играют новые взрывчатые вещества. Комплекс буровзрывных работ широко внедряется при разработке твёрдых полезных ископаемых. Возрастают объёмы открытой разработки и производственные мощности карьеров, чему способствует внедрение скважинной взрывной отбойки и, главное, экскаваторов; гужевой карьерный транспорт вытесняется железнодорожным. Для отработки рудных залежей, уходящих с поверхности на большие глубины, применяется открыто-подземный способ. При разработке россыпей внедряются драги. Научное обоснование получает ряд элементов подземной разработки месторождений полезных ископаемых в основном в области буровзрывных работ, управления горным давлением и проветривания. Происходит отделение металлургического производства (в организационном отношении) от рудной базы. Горно-металлургические центры формируются на больших территориях (например, юг России) и включают помимо рудной также каменноугольную базу.

Одним из главных объектов разработки становятся нефтяные месторождения (рис. 6), на которых в больших масштабах с помощью паровых (а позднее электрических) установок бурятся скважины фонтанной добычи и самоизливающие.

Начало 20 в. связано с механизацией горных работ на основе электрических и пневматическим приводов с вовлечением в разработку практически всех полезных ископаемых (агрономические руды, алюминиевые руды, руды редких элементов и т.д.). Благодаря применению электрических экскаваторов и других видов горнотранспортного оборудования резко увеличиваются объёмы добычи открытым способом, создаются технологически обоснованные системы разработки. К 50-м гг. карьер приобретает облик механизированного горного предприятия. Применительно к подземному способу добычи создаются горные машины с автономным электрическим приводом. Особое значение приобретает борьба с проявлениями горного давления в шахтах, внезапными выбросами пород и газов. Создаётся новый класс предохранительных взрывчатых веществ. На рудных шахтах совершенствуются наиболее производительные системы разработки с открытым очистным пространством и с магазинированием руды. Появляется принципиально новый способ разработки — подземная гидродобыча угля, при которой водная струя и водный поток разрушают массив горных пород и доставляют горную массу. Ведётся добыча серы методом подземной выплавки. Реализуется в опытно-промышленных масштабах идея подземной газификации. Истощение ряда рудных месторождений и увеличение масштабов добычи руд приводит к расширению географии горнорудных предприятий, резкому увеличению расстояний транспортирования рудного сырья.

На стадии комплексной механизации и автоматизации горного производства в период научно-технической революции (с 60-х гг. 20 в.) происходит техническое перевооружение шахт, карьеров и промыслов (нефтяных и газовых) на основе мощной техники и автоматизации ряда процессов, направленное на улучшение условий труда, повышение его производительности, комплексное освоение недр и охрану окружающей среды. Получает развитие разработка залежей нефти и газа под морских дном, прибрежных россыпей. Расширяются объёмы скважинных методов добычи твёрдых полезных ископаемых с использованием физико-химических методов, зарождается горная биотехнология (см. Бактериальное выщелачивание). Добыча нефти ведётся с применением заводнения и теплового воздействия на пласты. Нефтяные и газовые промыслы превращаются в полностью автоматизированные предприятия. Открытым способом добываются тяжёлые нефти и битумы. Расширяется шахтная добыча нефтей, месторождения которых отработаны скважинами. Горные предприятия перерастают в горнопромышленные комплексы с законченным циклом первичной переработки минерального сырья и выпуском нескольких видов минеральной продукции. Отдельные карьеры достигают, по существу, шахтных глубин, а наиболее глубокие горизонты шахт — отметок, обычных для скважинной добычи. Это выдвигает необходимость создания комбинированных способов и технологий разработки месторождений полезных ископаемых. При подземной разработке месторождений полезных ископаемых основной объём руд добывают с помощью буровзрывных работ и самоходных горных машин (т.е. на пневмоколёсном или, реже, гусеничном ходу с дизельным, электрическим и пневматическим приводом). При подземной разработке угля и калийных солей основное применение имеет механическая отбойка — комбайны, комплексы с передвижной механизированной крепью и конвейеры.

Прирост объёмов мировой горной промышленности во 2-й половине 20 в. составляет не менее 4-5% в год; примерно каждые 12-15 лет объём добычи полезных ископаемых удваивается. В стоимостном выражении на разработку энергетического сырья приходится 72%, руд — 21%, нерудных ископаемых — 7% (1984).

Открытым способом в мире добывается около 60% металлических (около 50% извлекаемого металла) руд, 85% неметаллических руд, около 100% нерудных полезных ископаемых и около 35% угля. Подземный способ разработки применяется преимущественно для полезных ископаемых, залегающих на больших глубинах, а также в густонаселённых районах, при наличии ценных ландшафтов и т.п. Возрастают объёмы добычи нефти в водах Мирового океана (около 30% всей добычи).

Перспективы разработки месторождений полезных ископаемых связаны с безлюдной выемкой, утилизацией всех извлекаемых из недр минеральных компонентов и промышленным использованием образуемых подземных полостей (см. Комплексное освоение недр).

Некоторые учёные возражали против такой точки зрения, считая, что основа питания растений — органические вещества почвы. Это как будто подтверждала вековая практика ведения сельского хозяйства: почва, богатая перегноем, хорошо удобренная навозом, давала высокие урожаи.

Частично виноват в этом был и сам Либих, ошибочно полагая, что минеральные удобрения должны содержать только калий и фосфор, тогда как третий необходимый компонент — азот растения могут усваивать из воздуха. Ошибка Либиха, вероятно, объяснялась неправильной интерпретацией опытов известного французского агрохимика Жана Батиста Буссенго (1802—1887). В 1838 г. Либих сделал неверный вывод о том, что некоторые растения могут усваивать азот прямо из воздуха. В результате первые попытки применить лишь калийно-фосфорные удобрения повсеместно дали отрицательный результат. У учёного хватило мужества открыто признать эту свою ошибку. В целом же его теория в конце концов победила. Со второй половины XIX в. земледельцы стали применять химические удобрения (суперфосфат, сульфат аммония), для производства которых строились заводы. С фосфорными и калийными удобрениями особых проблем не было: недра Земли изобилуют солями этих элементов. Иначе дело обстояло с азотом. Богатейшим источником его в течение десятилетий была чилийская селитра — природный нитрат натрия. Разработка месторождений селитры занимала первое место в горнодобывающей промышленности Чили XIX в. В этой стране встречаются огромные пространства, где никогда не бывает дождей. В пустыне Атакама в предгорьях Кордильер благодаря разложению растительных и животных органических остатков (в основном гуано — птичьего помёта) за тысячелетия образовались уникальные залежи селитры. В виде полосы шириной 3 км они тянулись вдоль берега океана почти на 200 км (толщина пласта колебалась от 30 см до 3 м), а в котловинах напоминали высохшие озёра. В селитре часто встречались примеси: немало сульфата и хлорида натрия, глины и песка, а иногда и неразложившиеся остатки гуано. Интересной особенностью чилийской селитры является присутствие в ней иодата натрия NaIO ₃ .

К разработке этих месторождений приступили ещё в начале XIX в. Иногда залежи были такими плотными, что для их извлечения требовались взрывные работы. После растворения породы в горячей воде раствор фильтровали и охлаждали. При этом в осадок выпадал чистый нитрат натрия, который шёл на продажу в виде удобрения. Из оставшегося после кристаллизации раствора (его называют маточным) добывали иод. В XIX в. Чили стало главным поставщиком этого редкого элемента.

Если во времена Мальтуса экспорт чилийской селитры составлял всего 1000 т в год, то в начале XX в. он исчислялся уже миллионами тонн! Запасы её быстро истощались, тогда как потребность в нитратах стремительно росла.

Положение усугублялось тем, что селитра была необходима и для производства пороха (военные сорта его в конце XIX в. содержали 74—75 % KNO ₃ ), который получали по обменной реакции NaNO ₃ + KCl = NaCl + KNO ₃ , основываясь на резком различии растворимости продуктов реакции в зависимости от температуры. Если слить горячие концентрированные растворы NaNO ₃ и KCl и затем охладить смесь, то значительная часть KNO ₃ выпадет в осадок, а почти весь NaCl останется в растворе.

Ситуация казалась безвыходной, пока немецкий химик Фриц Габер (1868— 1934) не разработал в 1907—1909 гг. метод связывания атмосферного азота в аммиак (в 1918 г. Габер получил за эти исследования Нобелевскую премию). Превратить аммиак в нитраты и другие соединения азота было уже проще. Полагают, что работы Габера существенно повлияли и на мировую историю.

Удобрения: 1 — аммиачная вода; 2 — мочевина; 3 — аммиачная селитра; 4 — преципитат; 5 — простой суперфосфат; 6 — двойной суперфосфат; 7 — суперфосфат с добавкой соединений марганца; 8 — хлорид калия; 9 — хлорид калия с добавкой соединений меди; 10 — нитроаммофоска; 1 I — азотно-фосфорно-калийное удобрение с добавками соединений бора; 12 — тукосмесь (хлорид калия, аммиачная селитра, двойной суперфосфат); 13 — нитраты; 14 — компост. Политехнический музей. Москва.

В 1914 г. британский флот блокировал Германию, и она лишилась чилийской селитры. Но уже за год до этого заработал первый организованный Габером завод синтетического аммиака в Оппау. Синтетический аммиак дал стране и удобрения, и порох.

Метол Габера усовершенствовал его соотечественник Карл Бош (1874— . 1940), также удостоенный в 1931 г. Нобелевской премии. В наши дни производство аммиака метолом Габера — Боша составляет примерно 100 млн. тонн в год. Доля же природной селитры в мировом производстве азотсодержащих соединений не превышает 1 %.

Добыча апатитов.

Авторы: Андрей Дроздов, Илья Леенсон, Дмитрий Трифонов, Денис Жилин, Александр Серов, Андрей Бреев, Андрей Шевельков, Вадим Ерёмин, Юлия Яковлева, Оксана Рыжова, Виктория Предеина, Наталья Морозова, Алексей Галин, Сергей Каргов, Сергей Бердоносов, Александр Сигеев, Оксана Помаз, Григорий Середа, Владимир Тюрин, Антон Максимов, Вячеслав Загорский, Леонид Каневский, Александр Скундин, Борис Сумм, Игнат Шилов, Екатерина Менделеева, Валерий Лунин, Абрам Блох, Пётр Зоркий, Александр Кури, Екатерина Иванова, Дмитрий Чаркин, Сергей Вацадзе, Григорий Серела, Анастасия Ростоцкая, Александр Серое, Анастасия Сигеева

Читайте также: