СПОСОБ ПОЛЕВОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РУД Российский патент 1996 года по МПК E21B43/28 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых подземным выщелачиванием (ПВ) их руд.

Известен способ полевого исследования геотехнологических свойств руд, включающий сооружение, как минимум, двух рабочих и двух-трех наблюдательных скважин, подачу выщелачивающего раствора в закачную скважину, откачку продуктивного раствора из откачной скважины, проведение наблюдений за качеством формируемых в рудном теле продуктивных растворов. Переработка растворов с извлечением из них полезного компонента не предусматривается.

Этот способ, разработанный для начальной стадии освоения месторождений, а именно, для стадии их предварительной разведки, имеет такие недостатки, как высокая его стоимость, не соответствующая уровню освоения месторождения и связанная с необходимостью сооружения на опытном участке большого числа специальных скважин, с большими затратами реагента и времени. Существенным недостатком является также сопутствующее ему излишнее загрязнение недр. Эти недостатки препятствуют массовому применению этого способа, что значительно снижает качество изученности месторождения в целом и отдельных его частей. В конечном счете это отрицательно отражается как на последующей стадии освоения стадии детальной разведки месторождения, так и при эксплуатации его отдельных блоков и залежей.

Известен способ ПВ металлов, при использовании которого могут быть проведены исследования геотехнологических свойств руд, заключающийся в сооружении минимум трех геотехнических скважин (две рабочие и одна наблюдательная), периодической закачке рабочих и откачке продуктивных растворов из каждой рабочей скважины, переработке продуктивных растворов и приготовлении на их основе рабочих растворов.

Последний способ, принимаемый за прототип, как наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому, имеет те же недостатки, хотя и в меньшей мере, чем ранее приведенный способ или другие аналогичные способы, имеющиеся в указанных литературных источниках. Главными недостатками прототипа и аналогов остаются: высокая стоимость исследований, препятствующая их широкому применению и выражающаяся на практике в единичном их проведении и невозможности изучения геотехнологических свойств разных типов руд и в различных условиях из залегания; низкое качество результатов исследований при наличии хорошо выраженной фильтрационной неоднородности руд, что часто встречается в практике ПВ; невозможность проведения исследований в рудных массивах низкой проницаемости; высокий уровень загрязнения недр при вскрытии рудных интервалов большой мощности и др.

Целью изобретения являются снижение затрат на проведение исследований и повышение их качества.

Указанная цель достигается тем, что в способе полевого исследования геотехнологических свойств руд, включающем закачку в геотехнологическую скважину выщелачивающего раствора, его выстаивание, откачку из той же скважины продуктивного раствора, отбор проб раствора в процессе откачки, определение по этим пробам геотехнологических свойств руд, согласно изобретению перед закачкой растворов опускают в скважину две колонны труб, одну из них до верхней границы рудного интервала и другую до нижней границы этого интервала, закачку выщелачивающего раствора ведут по одной из этих колонн, при этом одновременно ведут его откачку в том же количестве по другой колонне до заполнения этим раствором скважины в рудном интервале, причем для ускорения процесса ПВ производят во время выстаивания перемешивание раствора в рудном интервале скважины путем его откачки по одной из колонн и его же закачки по другой колонне, кроме того, для обеспечения условия качественного проведения повторного ПВ руд в скважине тем же или другим составом выщелачивающего раствора откачку продуктивного раствора ведут по одной из колонн при одновременной подаче в скважину по другой колонне в том же количестве промывной воды.

Осуществление предлагаемого способа в соответствии с изложенным составом и последовательностью выполнения входящих в него операций позволяет:
резко сократить затраты на проведение исследований, что особенно заметно на примере сокращения затрат выщелачивающего раствора, требуемый объем которого сокращен до объема ствола скважины в рудном интервале. Очевидно, что дальнейшее уменьшение подачи этого раствора невозможно, так как из-за возникающего разубоживания водой, находящейся в стволе скважины произойдет изменение его состава по сравнению с заданным. В то же время условия для осуществления процесса ПВ полностью сохраняются, в данном случае процесс проходит как при перколяционном или кучном выщелачивании кусковой руды, т.е. через поверхность рудного массива, приходящейся на стенки скважины. Следует отметить, что уменьшение затрат выщелачивающего раствора качественно отличается от такого же при использовании известного способа тем, что по предлагаемому способу заполнение выщелачивающим раствором рудного интервала ствола скважины происходит как без проникновения этого раствора в рудный массив, так и без проникновения пластовой воды из этого массива в ствол скважины. Появление этого свойства способа обусловлено подачей раствора через одну из трубных колонн и одновременной откачкой его через другую колонну с равными дебитами;
ускорить процесс ПВ в результате перемешивания раствора в стволе скважины во время ПВ. Без этого перемешивания происходит обеднение выщелачивающим реагентом раствора вблизи стенок скважины в связи с диффузионным характером процесса ПВ. В результате же перемешивания концентрация реагента у стенок скважины повышается и тем самым ускоряется процесс ПВ;
проводить исследование геотехнологических свойств руд при воздействии на них разных составов выщелачивающих растворов, в результате чего выбирать их этих составов наиболее эффективный. Эта возможность обеспечивается предложенным способом откачки продуктивного раствора (в который превратился выщелачивающий раствор во время своего выстаивания и контакта с рудой) при одновременной подаче в скважину промывной воды. При таком способе происходит качественная отмывка ствола скважины от выщелачивающего раствора и продуктов его реакции с рудой, т.е. происходит устранение факторов, искажающих результаты последующего выщелачивания руды другим составом выщелачивающего раствора;
повысить качество исследований геотехнологических свойств руд в массиве, неоднородном в фильтрационном отношении, в частности, трещиновато-скальных руд. Повышение качества достигается за счет равного контакта выщелачивающего раствора со всеми рудами, вскрываемыми скважиной. В отличие от этого, при использовании известных способов во время закачки выщелачивающего раствора происходит его большее проникновение в более проницаемые руды с соответственно большим его контактом с такими рудами, поэтому и получаемые показатели выщелачивания в большей мере характеризуют выщелачиваемость высокопроницаемых руд, чем их массива в целом, что искажает (снижает качества исследований, по сравнению с предложенным способом) реальные показатели ПВ;
определить геотехнологические свойства руд в условиях, в которых применение известных способов является невозможным, например, к таким случаях можно отнести определение свойств в условиях рудного массива низкой проницаемости и рудного массива большой мощности. В первом случае это определение невозможно из-за низкой приемистости скважины, не позволяющей закачать в рудный массив достаточное количество растворов, а во втором из-за чрезмерно большого количества требуемых для закачки растворов, большого количества продуктивных растворов, из-за обязательно возникающей фильтрационной неоднородности при выщелачивании массива большой мощности и др.

снизить уровень загрязнения недр в связи с меньшим количеством выщелачивающих растворов, требуемых для достижения цели, по сравнению с известными способами и др.

П р и м е р выполнения способа. Исследование геотехнологических свойств руды проводится по скважине (см. чертеж), вскрывающей на глубине от 100 до 200 м рудное тело 1, представляющее собой слаботрещиноватые медьсодержащие граниты. В рудном теле породы устойчивы, поэтому ствол 2 скважины в этом интервале остался необсаженным, безрудные же, перекрывающие породы 4 обсажены трубами 5. Уровень подземных вод (6) находится на глубине до 5 м от поверхности земли. Водоприток в скважину из-за низкой проницаемости рудовмещающих пород составляет всего 0,2 м³/сутки при понижении уровня при откачке 50 м. В этих условиях (большая мощность рудного тела, низкая проницаемость и др.) применение известных методов оказалось невозможным из-за больших затрат времени, энергии, реагентов и др.

Для проведения исследования свойств руд по предложенному способу опускают в скважину два полиэтиленовых шланга (две колонны труб) диаметром 40 мм, один из них шланг 3 опускают до забоя скважины, другой шланг 7 до верхней границы рудного тела. После этого начинают заполнять ствол 2 скважины выщелачивающим раствором. Для этого начинают откачивать воду из скважины через шланг 7, одновременно подают в откаченную воду расчетное количество реагента и подают приготовленный таким образом выщелачивающий раствор на закачку в скважину через шланг 3. Закачку одновременно с откачкой производят до тех пор, пока концентрация реагента перестанет изменяться в откачиваемом растворе. Это означает, что закачиваемый раствор, пройдя несколько раз (2-3 раза) от нижнего конца шланга 3 по стволу скважины до места его откачки, т.е. до нижнего конца шланга 7, оказался достаточно перемешанным с водой и тем самым ствол скважины заполненным выщелачивающим раствором.

Количество подаваемого реагента определяется, исходя из заданной его концентрации в растворе, заполняющим ствол скважины и приходящимся на рудный интервал. При длине рудного интервала 100 м, диаметре ствола скважины 100 мм, объем растворов в этой части скважины составляет приблизительно 800 л. При заданной концентрации реагента (серной кислоты) 5 г/л потребовалось его подать в процессе закачки всего 4 кг.

После заполнения ствола скважины выщелачивающим раствором его оставляют в скважине в течении 3 суток. В этот период (период выстаивания) регулярно, через 2-4 часа, производят перемешивание раствора в скважине путем откачки его по шлангу 7 и закачки его же по шлангу 3 так, чтобы было перекачено 2-3 объема ствола скважины, т.е. 1,5-2,5 м³. При перемешивании отбирают пробы раствора для оценки динамики выщелачивания руд в период выстаивания.

После выстаивания откачивают из скважины с дебитом 2 м³/час через шланг 7 раствор, насытившийся за время выстаивания выщелоченной из руды медью и ставший продуктивным, с одновременной подачей с тем же дебитом через шланг 3 промывной воды. Для полной промывки ствола скважины от продуктивного раствора потребовалось пропустить через стволы скважины промывной воды, равной 15 его объемам, т.е. 4 м³. Во время откачки отбирают пробы раствора на химические анализы.

Для данного случая потребовалось отобрать 15 проб, по результатам анализов которых определены основные показатели (свойства) выщелачивания такие, как интенсивность извлечения, расход реагентов, средняя концентрация меди в продуктивном растворе и др. На основе полученных показателей ПВ было принято решение о продолжении геотехнологических исследований на этой же скважине и в том же порядке, но с другими составами выщелачивающих растворов для последующего выбора из них наиболее эффективно.

Как видно из изложенного, предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом существенно сократить затраты на проведение исследований геотехнологических свойств руд при более высоком качестве получаемых результатов этих исследований.

Опускают в скважину две колонны труб. Одну опускают до верхней границы рудного интервала, а другую - до нижней границы этого интервала. Закачку выщелачивающего раствора ведут по одной из колонн, при этом одновременно ведут его откачку в том же количестве по другой колонне до заполнения этим раствором скважины в рудном интервале. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ полевого исследования геотехнологических свойств руд, включающий закачку в геотехнологическую скважину выщелачивающего раствора, его выстаивание, откачку из той же скважины продуктивного раствора, отбор проб раствора в процессе откачки, определение по этим пробам геотехнологических свойств руд, отличающийся тем, что, с целью снижения затрат на проведение исследований и повышения их качества, перед закачкой растворов опускают в скважину две колонны труб, одну из них до верхней границы рудного интервала и другую до нижней границы этого интервала, закачку выщелачивающего раствора ведут по одной из этих колонн, при этом одновременно ведут его откачку в том же количестве по другой колонне до заполнения этим раствором скважины в рудном интервале. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время выстаивания производят перемешивание раствора в рудном интервале скважины путем его откачки по одной из колонн и его же закачки по другой колонне. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что откачку продуктивного раствора ведут по одной из колонн при одновременной подаче в скважину по другой колонне в том же количестве промывной воды.