Область техники
Изобретение относится к области геотехнологии, а именно к способам полевых исследований геотехнологических свойств руд под отработку скважинным подземным выщелачиванием на месторождениях инфильтрационного типа.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время известен достаточно широкий спектр способов проведения полевых исследований с целью определения геотехнологических параметров руд для оценки возможности их эффективной отработки скважинным подземным выщелачиванием.
Известен способ полевого исследования геотехнологических свойств руд, включающий сооружение одной скважины закачку в нее выщелачивающих растворов, их перемешивание, выстойку и откачку продуктивных растворов (Патент РФ № 2066747). Недостатками данного способа являются получение только качественной информации о возможности растворения рудной минерализации, точечное опробование рудного тела без учета изменчивости продуктивности рудоносного пласта, отсутствие возможности получить динамические параметры по выщелачиванию руды.
Известен способ исследования геотехнологических свойств водоносных рудовмещающих пластов, включающий лабораторные испытания руд, создание опытной ячейки из двух скважин-откачной и закачной, подачу в пласт выщелачивающего раствора, откачку продуктивного раствора с дебалансом от 4 до 10 в сторону откачки и прекращением откачки при уменьшении содержаний урана ниже минимально допустимого по технологическим требованиям с учетом коэффициента небаланса (А.С. СССР № 735752). Недостатками данного способа являются: ограниченность его применения по геолого-гидрогеологическим условиям, в частности - только при наличии верхнего и нижнего водоупоров (плоскорадиальная фильтрация), когда коэффициент дебаланса возможно применять для расчета реальных содержаний металла в продуктивных растворах, а также только точечное изучение рудного тела без учета изменчивости продуктивности в пространстве. При отсутствии нижнего или верхнего водоупора или большой рудовмещающей мощности водоносного пласта, получение истинных содержаний металла в продуктивных растворах получить вообще невозможно в связи с подтягиванием пластовых вод к откачной скважине со всех сторон, как по плоскости, так и снизу и сверху водоносного пласта.
Наиболее близким (прототип) к заявленному является способ натурных испытаний геотехнологических свойств руд с использованием многоскважинных ячеек - три закачных и 1 откачная, четыре закачные и одна откачная, с пятью, шестью и более закачными и от 1 до 3 откачными скважинами (Бровин К.Г., Грабовников В.А., Шумилин М.В., Язиков В.Г. Прогноз, поиски, разведка и промышленная оценка месторождений урана для отработки подземным выщелачиванием. Алматы: Гылым, 1997 с. 296-306). Основным недостатком известных опытных схем является получение геотехнологических параметров для усредненной продуктивности, что не позволяет прогнозировать процесс (время отработки, содержание в продуктивных растворах) отработки залежи с различной продуктивностью, что в последствии влечет дополнительные эксплуатационные затраты.
Заявляемое техническое решение направлено на создание высокоэффективного способа полевых исследований геотехнологических свойств руд для оценки возможности эффективной отработки полезных ископаемых скважинным подземным выщелачиванием.
Раскрытие изобретения
Технический результат, достигаемый применением нового способа полевых исследований геотехнологических свойств руд, заключается в создании опытной ячейки технологических скважин, сооруженной с учетом продуктивности рудоносного пласта, тем самым обеспечивая получение геотехнологических параметров для одновременной, в дальнейшем, отработки добычных блоков с различной продуктивностью, что значительно повышает технологичность способа, одновременно снижая капитальные и оперативные затраты на добычу полезных ископаемых, а также натурного испытания эффективности окислителей на этапе закисления рудоносного пласта.
Отличительный существенный признак «скважины в опытной ячейке сооружают исходя из продуктивности рудоносного пласта» является также и новым, так как на практике и в открытых источниках использование такого приема при проведении полевых исследований геотехнологических свойств руд неизвестно. В рамках геологоразведочных работ на месторождениях инфильтрационного типа, в том числе и палеодолинного, проводят изучение геотехнологических параметров руд путем создания опытных ячеек с различным соотношением откачных и закачных скважин от 1:1 до 1:6, при этом обычно выбирают участок залежи с усредненными параметрами-по продуктивности, мощности руды, содержанию урана. В результате полученные геотехнологические параметры соответствуют средним значениям, которые закладывают в проект отработки месторождения. Это прежде всего касается сети технологических скважин, где проектировщики не учитывают продуктивность рудного пласта, что в корне неверно и ведет к проектному времени отработки средне продуктивных руд и блоков (обычно до 5 кг/м2) и растягиванию по времени продолжительности отработки руд с большей продуктивностью (10-15 кг/м2 и более), что в свою очередь увеличивает эксплуатационные затраты и соответственно себестоимость металла. Это подтверждает существенность данного признака.
Отличительный существенный признак «для каждой градации продуктивности пласта кратной 5» регламентирует шаг продуктивности, когда изменяют расстояние между откачной и закачной скважинами на опытной ячейке, при заданном времени отработки. Изменение расстояний при такой градации составляет 3-4 м (Патент РФ № 2 794 116 опубл. 11.04.2023, бюл. № 11), поэтому делать более дробный шаг нецелесообразно.
Отличительный существенный признак «отбор проб растворов осуществляют из наблюдательных скважин перед закачкой выщелачивающих растворов для определения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и рН растворов, и определения содержания урана в растворе» является регламентирующим признаком, обеспечивающим наблюдение за процессом продвижения фронта закисления рудоносного пласта и полноты закисления, что позволяет сделать сравнительный анализ качеству процесса окисления и эффективности применения данного окислителя по интенсивности изменения ОВП, рН и перехода урана в продуктивный раствор.
Отличительный существенный признак «расстояния между откачными и закачными скважинами определяют по геотехнологической палетке» является необходимым инструментом для определения оптимальных расстояний в опытной ячейке при проведении полевых исследований по исследованию геотехнологических свойств руд для оценки их под отработку скважинным подземным выщелачиванием (Патент РФ № 2 794 116 опубл. 11.04.2023, бюл. № 11).
Отличительный существенный признак «на этапе закисления опытной ячейки в пласт подают одновременно различные окислители» является одновременно и новым так, как в открытых источниках такой прием при проведении полевых исследований геотехнологических свойств руд автору не встречался. На практике применение окислителя осуществляют на уже работающих добычных блоках, добавляя его, чтобы повысить содержание потенциал задающих металлов (например, железа трехвалентного) и соответственно извлекаемость добываемого полезного компонента (например, урана, находящегося в четырехвалентной форме труднорастворимой): пероксид - Джакупов Д.А. «Повышение эффективности различных схем скважинного подземного выщелачивания при разработке сложных гидрогенных месторождений». Диссертация на соискание ученой степени PhD. Алматы, 2019 г., с. 85-89; винную кислоту в качестве выщелачивающего раствора - патент РФ № 2 788 138 опубл. 17.01.2023, бюлл. № 2; нитрита натрия в качестве окислителя - патент РФ № 2 572 910 опубл. 20.01.2016, бюл. № 2; марганцевой руды в качестве окислителя урана - патент РФ № 2179195 опубл. 10.02.2002. Предлагаемый прием позволит одновременно испытать сразу несколько окислителей в течение одного натурного опыта.
Отличительный существенный признак «в качестве выщелачивающих растворов используют сернокислотные растворы с концентрацией 10-15 г/л» обеспечит процесс растворения урановых руд низкозатратным потоком носителем с концентрацией серной кислоты гарантирующей растворение быстрорастворимого шестивалентного урана.
Отличительный существенный признак «в качестве окислителей используют пероксид водорода, винную кислоту, нитрит натрия и двуокись марганца» предлагает общедоступные варианты окислителей, которые позволят вместо нескольких опытов провести один, сэкономив несколько сотен миллионов рублей. Применение одновременно разных окислителей позволит в течение одного опыта определить наиболее эффективный окислитель по степени воздействия на извлечение полезного компонента из руд различной продуктивности в продуктивный раствор.
Отличительный существенный признак «время подачи окислителей регулируют по значениям окислительно-восстановительных потенциалов (ОВП) растворов в наблюдательных скважинах» предписывает добавлять окислитель в выщелачивающий раствор в течение такого промежутка времени на этапе закисления руды за которое окислительно-восстановительный потенциал раствора из естественного (до закисления) преобразуется в потенциал задающий, при котором начинается активное выщелачивание полезного ископаемого, например, урана. Так, на месторождениях Хиагдинского рудного поля окислительно- восстановительный потенциал руды в естественном состоянии составляет минус 260 мВ. Оптимальным же условием эффективного выщелачивания урана является поддержание ОВП на уровне 550-650 мВ (Геотехнология урана (российский опыт). И.Д. Акимова, А.С.Бабкин, А.Г. Иванов и др. КДУ, М. 2017, с. 137-139). Продолжительность же подачи окислителей определяют по анализам растворов (ОВП, рН, уран), отобранных из наблюдательных скважин, которые расположены на половине расстояний от закачной скважины к откачной. При достижении ОВП 550-650 мВ и промышленно значимых значений урана в растворах (например, более 20 мг/л), подачу окислителей продолжают на протяжении еще такого же промежутка времени, как по их достижению в наблюдательных скважинах. При меньших значениях ОВП будет наблюдаться вялотекущий процесс выщелачивания с низкими содержаниями металла, а при более высоких ОВП - происходит излишний расход окислителя практически без существенного увеличения эффективности выщелачивания (http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t17-3 1964/0008/).
Совокупность вышеперечисленных отличительных существенных и новых признаков заявляемого технического решения позволит достичь заявленной цели в полной мере. Осуществления изобретения
Ниже приводятся сведения, подтверждающие осуществление предлагаемого изобретения и показана его эффективность по отношению к известным техническим решениям.
На ФИГ. 1, 2 и 3 показан пример осуществления заявляемого способа.
Опытную ячейку для полевых исследований геотехнологических свойств, например, урановых руд сооружают на разведанной залежи, где оконтурены следующие продуктивности - ФИГ. 1: средняя продуктивность составляет 5 кг/м2 (1), 10 кг/м2 (2) и 15 кг/м2 (3). Опытная ячейка состоит из откачной скважины (4), закачных скважин (5), которые располагают на разнопродуктивных участках залежи и наблюдательных скважин (6), которые размещают на половине расстояния между закачной (5) и откачной (4) скважин. Расстояния между откачной и закачной скважинами на разнопродуктивных участках определяют по геотехнологической палетке - ФИГ. 2, задавая единую продолжительность отработки разновеликих по продуктивности участков рудоносного пласта по патенту РФ № 2 794 116 опубл. 11.04.2023, бюл. № 11. Для продуктивности участка 5 кг/м2 по геотехнологической палетке - ФИГ. 2, при заданной продолжительности отработки участка в 5 лет, определяют оптимальное расстояние между откачной и закачной скважинами в ячейке равное 32 м (1). Для продуктивности руды 10 кг/м2 - оптимальное расстояние между откачной и закачной скважинами составит 28 м (2), а для продуктивности 15 кг/м2 уже 25 м (3). В результате получим опытную ячейку для проведения полевых исследований геотехнологических свойств руд с дифференцированными расстояниями между закачными и откачной скважинами, которые учитывают изменение продуктивности рудоносного пласта.
Закисление ячейки начинают с одновременной подачи окислителей в рудоносный пласт (7), расположенного, как правило, между верхним и нижним водоупорами (8), все закачные скважины (5) и откачки растворов из откачной скважины (4) - ФИГ.3. В процессе опыта из наблюдательных скважин (6) отбирают пробы растворов на определение ОВП, рН и урана. На момент достижения ОВП 550-650 мВ и промышленно значимых содержаний урана, отмечают продолжительность периода прохождения растворов половины расстояния от закачной (5) до откачной (4) скважины. Время подачи окислителя по каждой продуктивности удваивается и продолжается вторая часть этапа закисления рудоносного пласта (7). По истечении периода закисления окислитель прекращают подавать в закачные скважины (5), продолжая опыт, подавая выщелачивающие сернокислотные растворы в закачные скважины (5) принятой концентрацией - обычно 10-15 г/л и откачивая продуктивный раствор из откачной скважины (4). Опыт прекращают, когда извлечение металла достигает проектного уровня. Опыт может быть прекращен по отношению к какому-либо не эффективному окислителю, о чем будут свидетельствовать результаты анализов проб растворов из наблюдательной скважины. В этом случае подачу не эффективного окислителя прекращают, заменяя его на окислитель показавший лучший результат за прошедшее время опыта. По окончании опыта на основании проведенных замеров и определений (содержание урана в растворе, рН, ОВП и др., дебиты откачки, дебиты закачки, времени закисления, площади закисления, объема горнорудной массы, концентраций окислителя, концентраций серной кислоты в выщелачивающем растворе) рассчитывают производные показатели процесса - извлечение, кислотоемкость, удельный расход окислителя и кислоты, Ж/Т, скорость выщелачивания и т.д. (Бровин К.Г., Грабовников В.А., Шумилин М.В., Язиков В.Г. Прогноз, поиски, разведка и промышленная оценка месторождений урана для отработки подземным выщелачиванием. Алматы: Гылым, 1997, с. 305-311).
Эффективность использования заявляемого изобретения заключается в повышении качества получаемых геотехнологических параметров руд и гидродинамических показателей процесса выщелачивания, а также сокращение затрат на проведение полевых исследований геотехнологических свойств руд за счет унификации схемы опыта применительно к разнопродуктивным сортам руд и возможности одновременного испытания нескольких окислителей для интенсификации процесса выщелачивания руд.
При средней стоимости 1 скважины глубиной 200 м 2,0 млн. руб., экономия, например, для схемы «Треугольник» (3 закачных, 1 откачная и 2 наблюдательные) составит: (3 продуктивности х 3 окислителя х 6 скважин) х 2,0 млн. руб. - 2 млн. руб. х 6 скважин = 96 млн. руб., это только на сооружении скважин без учета затрат на геотехнологическое и аналитическое сопровождение, затрат на электроэнергию, горюче-смазочные материалы и т.д. Все это в конечном итоге дает возможность сдать месторождение в эксплуатацию за гораздо меньшие сроки, получив не усредненные, а реальные параметры руд, что, в свою очередь, даст дополнительно определенный объем товарной продукции.
Предложенное изобретение относится к области геотехнологии, а именно к способам полевых исследований геотехнологических параметров руд для оценки возможности отработки полезных ископаемых скважинным подземным выщелачиванием на месторождениях инфильтрационного типа. Способ полевого исследования геотехнологических свойств руд включает сооружение опытной ячейки, состоящей из технологических скважин - откачной и закачных и наблюдательных скважин, закачку выщелачивающих растворов и откачку продуктивных растворов, отбор проб растворов и определение по этим пробам геотехнологических свойств руд. Скважины в опытной ячейке сооружают исходя из продуктивности рудоносного пласта для каждой градации продуктивности пласта, кратной 5. Отбор проб растворов осуществляют из наблюдательных скважин перед закачкой выщелачивающих растворов для определения окислительно-восстановительного потенциала и рН растворов, и определения содержания урана в растворе. Перед отбором проб осуществляют закисление опытной ячейки путем одновременной подачи в пласт различных окислителей, время подачи которых регулируют по значениям окислительно-восстановительных потенциалов растворов в наблюдательных скважинах. В качестве выщелачивающих растворов используют сернокислотные растворы с концентрацией 10-15 г/л. Расстояния между откачной и закачными скважинами в опытной ячейке определяют по геотехнологической палетке. В качестве окислителей используют пероксид водорода, винную кислоту, нитрит натрия и двуокись марганца. Технический результат - получение геотехнологических параметров, позволяющих отрабатывать блоки с разной продуктивностью пласта одновременно и выбор эффективного окислителя для руды в данных природных условиях. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
1. Способ полевого исследования геотехнологических свойств руд, включающий сооружение опытной ячейки, состоящей из технологических скважин - откачной и закачных и наблюдательных скважин, закачку выщелачивающих растворов и откачку продуктивных растворов, отбор проб растворов и определение по этим пробам геотехнологических свойств руд, отличающийся тем, что скважины в опытной ячейке сооружают исходя из продуктивности рудоносного пласта для каждой градации продуктивности пласта, кратной 5, при этом отбор проб растворов осуществляют из наблюдательных скважин перед закачкой выщелачивающих растворов для определения окислительно-восстановительного потенциала и рН растворов, и определения содержания урана в растворе, причем перед отбором проб осуществляют закисление опытной ячейки путем одновременной подачи в пласт различных окислителей, время подачи которых регулируют по значениям окислительно-восстановительных потенциалов растворов в наблюдательных скважинах, а в качестве выщелачивающих растворов используют сернокислотные растворы с концентрацией 10-15 г/л.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояния между откачной и закачными скважинами в опытной ячейке определяют по геотехнологической палетке.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве окислителей используют пероксид водорода, винную кислоту, нитрит натрия и двуокись марганца.
