Способ скважинного подземного выщелачивания полезных ископаемых Российский патент 2024 года по МПК E21B43/28 

Область техники

Изобретение относится к области геотехнологии, а именно к способам добычи полезных ископаемых скважинным подземным выщелачиванием на месторождениях инфильтрационного типа.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время известен широкий спектр способов добычи полезных ископаемых скважинным подземным выщелачиванием - урана, меди, золота и др. Скважинное подземное выщелачивание в мире активно развивается уже более шестидесяти лет и за этот период разработано множество вариантов схем расположения технологических скважин на добычных блоках, для разных геологических и литолого-геохимических условий, имеющих как свои преимущества, так и недостатки.

Известны способы вскрытия и отработки инфильтрационных месторождений песчаникового типа:

- квадратная схема отработки блоков с расположением одной откачной скважины в центре и четырех закачных скважин по краям квадратной ячейки (Комплексы подземного выщелачивания // Под ред. Кедровского О.Л. Москва, Недра, 1992 г. с. 240-241);

- гексагональная схема отработки блоков с расположением одной откачной скважины в центре и шести закачных скважин по периферии гексагональной ячейки (Комплексы подземного выщелачивания // Под ред. Кедровского О.Л. Москва, Недра, 1992 г. с. 240-242).

Все известные способы имеют ряд недостатков: -при квадратной системе разработки отношение закачных скважин к откачным составляет 1,5-2,0, что приводит к увеличению сроков отработки блоков. Также при такой системе образуются застойные недоработанные зоны между откачными скважинами в ряду, что приводит к потере металла в недрах, дополнительным затратам по доработке застойных зон в условиях сильно восстановительной среды («сероводородная волна») и наличия углекислотного газовыделения в пласте, где присутствует газовая кольматация, ухудшающая процесс добычи урана (Геотехнология урана (российский опыт) под ред. д.г-м.н. И.Н. Солодова. М., КДУ, 2017. С. 140-142).

- основными недостатками гексагональной схемы является то, что отношение закачных и откачных скважин при разработке широких рудных залежей оказывается ближе к двум, что приводит к увеличению сроков отработки блоков, а при наличии газовой кольматации процесс добычи урана замедляется снижается приемистость и дебиты скважин, что имеет место в период процесса закисления и проявляется на российских месторождениях палеодолинного типа (Геотехнология урана (российский опыт) под ред. д.г.-м.н. И.Н. Солодова. М., КДУ, 2017. С. 118-124).

Наиболее близким (прототип) к заявленному является способ скважинного подземного выщелачивания полезных ископаемых, включающий сооружение прямоугольной системы откачных и закачных скважин, закачку выщелачивающих растворов, откачку продуктивных растворов, сорбционный передел растворов и получение товарного продукта (Комплексы подземного выщелачивания // Под ред. Кедровского О.Л. Москва, Недра, 1992, с. 237-239). Данная технологическая система состоит из продольно расположенных технологических скважин и рекомендуется для отработки рудных залежей шириной 50-150 м, что является достаточно распространенным на месторождениях палеодолинного типа в России. Однако, наличие газовой кольматации снижает проницаемость рудного пласта и растворимость урановых руд.

Основным недостатком известного способа является образование застойных зон в результате газовой кольматации и, как результат, снижение интенсивности добычи металла.

Заявляемое техническое решение направлено на создание высокоэффективного способа скважинного подземного выщелачивания полезных ископаемых в условиях проявления газовой кольматации рудоносного пласта.

Раскрытие изобретения

Технический результат, достигаемый применением нового способа скважинного подземного выщелачивания полезных ископаемых, заключается в том, что сеть технологических скважин сооружают поэтапно - на первом этапе сооружают проектную сеть откачных и закачных скважин, а на втором этапе сооружают дегазационные скважины, причем последние сооружают в шахматном порядке между рядами закачных и откачных скважин, при этом после прекращения процесса дегазации пласта ряды проектных откачных скважин переоборудуют в ряды закачных скважин, а дегазационные скважины используют в качестве откачных.

Исследования полигонов скважинного подземного выщелачивания определили, что кроме механической и химической кольматации в рудном пласте в процессе выщелачивания имеет развитие и газовая кольматация, которая снижает эффективность процесса добычи урана за счет присутствия в поровом пространстве пузырьков углекислого и сероводородного газа (Комплексы подземного выщелачивания // Под ред. Кедровского О.Л. Москва, Недра, 1992, с. 194-202).

В отличие от прототипа в заявляемом способе сеть технологических скважин сооружают и корректируют, добуривая дополнительные откачные скважины, по результатам определения газовой составляющей в пласте на добычных блоках, что дает дополнительный металл и снижает влияние газового барьера на фильтрацию потока продуктивных растворов.

Отличительный существенный признак «сеть технологических скважин сооружают поэтапно - на первом этапе сооружают проектную сеть откачных и закачных скважин, а на втором этапе сооружают дегазационные откачные скважины» является также и новым, так как из открытых источников использование такого приема, как и в практике добычи металлов скважинным подземным выщелачиванием, авторам неизвестно. Существенность признака определяется двойной функциональностью дегазационных скважин, которые являются одновременно и откачными, что позволит получить дополнительное количество продуктивных растворов, и следовательно добываемого металла.

Отличительный существенный признак «последние (дегазационные скважины) сооружают в шахматном порядке между рядами закачных и откачных скважин» является техническим приемом, который повышает разновекторность движения растворов от закачных скважин к откачным с миниминизацией застойных зон и одновременной дегазацией пласта. В противном случае при расположении дегазационных откачных скважин на одной линии с закачными будут образовываться застойные непроработанные зоны в рудоносном пласте с потерей добычи металла из этих зон.

Отличительный существенный признак «после прекращения процесса дегазации пласта ряды проектных откачных скважин переоборудуют в ряды закачных скважин» определяет момент начала переоборудования скважин и начала активной фазы выщелачивания металлов, которая идет после этапа закисления рудоносного пласта. В этот период рудоносный пласт практически считается полностью закисленным и выделение углекислого газа и сероводорода снижается до фоновых показателей. Так, например, на месторождениях палеодолинного типа фоновые содержания углекислоты составляют от 0,08 до 0,28 г/л, а сероводорода 0,5-0,6 мг/л, увеличиваясь при выщелачивании до 1,0-1,2 г/л и 3-30 мг/л соответственно (Геотехнология урана (российский опыт) под ред. д.г.-м.н. И.Н. Солодова. М., КДУ, 2017. с. 123, 141-142). Переоборудование откачного ряда в закачной имеет положительный технологический эффект, который проявляется при сгущении сети технологических скважин за счет сокращения времени отработки добычного блока из-за уменьшения расстояний между откачными и закачными скважинами.

Отличительный существенный признак «откачные проектные скважины переоборудуют в ряды закачных скважин после достижения фоновых содержаний газов в продуктивных растворах, для чего проводят изучение газовой фазы до начала закисления рудоносного пласта и в процессе его отработки» обладает новизной в связи с отсутствием сведений из открытых источников об использовании результатов изучения газовой фазы для принятия решения по переоборудованию рядов скважин. Обычно переоборудование откачных скважин в закачные преследует цель создания реверса потока выщелачивающих растворов для доизвлечения металла из зон около откачных скважин. Так и в нашем случае, переоборудование скважин позволит создать реверс потока выщелачивающих растворов после прекращения дегазации рудного пласта и проведение активного этапа выщелачивания металлов.

Совокупность вышеперечисленных отличительных существенных признаков заявляемого технического решения позволит достичь заявленной цели в полной мере.

Осуществление изобретения

Ниже приводятся сведения, подтверждающие осуществление предлагаемого изобретения и показана его эффективность по отношению к известным техническим решениям.

На схеме - Фиг. 1 и Фиг. 2 приведены примеры осуществления заявляемого способа.

На площади добычного блока (1) на первом этапе сооружают проектные закачные скважины (2) и откачные скважины (3) на рудоносный пласт (5), например, по прямоугольной схеме - Фиг. 1, с расстоянием между скважинами 25 м и между рядами 50 м. На втором этапе, при обнаружении интенсивного газопроявления рудоносного пласта между закачными и откачными скважинами сооружают дегазационные скважины (4), располагая их в шахматном порядке -Фиг. 1. Данные скважины будут выполнять как функцию разгрузки пласта от газов, так и функцию откачных скважин по транспортировке продуктивных растворов на поверхность.

По окончании дегазации рудоносного пласта откачные скважины (3) переоборудуют в закачные (2) - Фиг. 2, оставляя работать в качестве откачных скважин -дегазационные, при этом добавляется еще одна полезная для скважин функция - изменение направления потоков выщелачивающих растворов, что позволяет минимизировать площади застойных зон рудоносного пласта повышая тем самым уровень добычи урана.

Эффективность использования заявляемого изобретения заключается в снижении воздействия газовой кольматации на процесс фильтрации выщелачивающих растворов по рудоносному пласту и добычу продуктивных растворов. Так, например, если при газовой кольматации пласта происходит снижение приемистости закачных скважин с 1,5 м³/час до 0,5 м³/час, то снижается и добыча растворов в условиях соблюдения баланса закачки - откачки растворов. При среднем содержании урана в продуктивном растворе 90 мг/л, 1 скважина в сутки может недоизвлечь: 1 м³/час × 90 мг/л × 24 час = 2,16 кг урана. При условии работы скважины 328 суток в год (остальное время - проведение профилактических работ) будет недоизвлечено 708,48 кг урана.

Количество урана, недобытого по 1 блоку в год (при среднем количестве откачных скважин на блоке 20 шт. ) составит 14,169 т, что в переводе на рубли, при средней цене за 1 кг 4500 руб, потери составят 63 763 200 руб.

Предложенное изобретение относится к горному делу, а именно к геотехнологическим способам разработки месторождений полезных ископаемых скважинным подземным выщелачиванием. Способ скважинного подземного выщелачивания полезных ископаемых в условиях проявления газовой кольматации рудоносного пласта включает сооружение сети технологических скважин, закачку выщелачивающих растворов, откачку продуктивных растворов. Сеть технологических скважин сооружают поэтапно - на первом этапе сооружают проектную сеть откачных и закачных скважин, а на втором этапе сооружают дегазационные скважины. Последние сооружают в шахматном порядке между рядами закачных и откачных скважин. После прекращения процесса дегазации пласта ряды проектных откачных скважин переоборудуют в ряды закачных скважин, а дегазационные скважины используют в качестве откачных. Технический результат - повышение эффективности добычи за счет ликвидации газовой кольматации рудного пласта и интенсификации добычи продуктивных растворов. 2 ил.

Способ скважинного подземного выщелачивания полезных ископаемых в условиях проявления газовой кольматации рудоносного пласта, включающий сооружение сети технологических скважин, закачку выщелачивающих растворов, откачку продуктивных растворов, отличающийся тем, что сеть технологических скважин сооружают поэтапно - на первом этапе сооружают проектную сеть откачных и закачных скважин, а на втором этапе сооружают дегазационные скважины, причем последние сооружают в шахматном порядке между рядами закачных и откачных скважин, при этом после прекращения процесса дегазации пласта ряды проектных откачных скважин переоборудуют в ряды закачных скважин, а дегазационные скважины используют в качестве откачных.