Способ разработки месторождений полезных ископаемых подземным выщелачиванием Советский патент 1985 года по МПК E21B43/28 

Изобретение относится к области горного дела, а именно к способам разработки месторождений полезных ископаемых подземным вьш1елачиванием Известен способ разработки пласт вых месторождений полезных ископае-мых подземкым вьш елачиваннем, заклю чающийся во вскрытии рудного тела системой от.качных и закачных скважин, оборудовании их фильтрами, рас положенными в пределах рудного тела на одном уровне относительно друг друга с последующей подачей в пласт через закачные скважины выщелачиваю щего и откачкой через откачные сква откачные жины продуктивного раствора j , Недостатками этого способа являются значительные утечки рабочих, растворов за пределы рудного тела во вмещающие породыj что приводит к непроизводительным потерям до 5070% дорогостоящего выщелачивающего реагента5 снижение концентрации продуктивных растворов в откачных скважинах/ увеличение общего времен отработки и значительное загрязнени недр. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки месторож дений полезных ископаемых подземным выщелачиванием, включающий вскрытие рудного тела по меньшей мере одной технологической скважиной, оборудование ее фильтрами выше и ниже рудного тела, отработку рудного тела подачей вьш ;елачивающего раствора в один из фильтров с одновременвьпу от бором продуктивного раствора из дру гого фильтра 2J о В данном способе создается вертикальный .гидродинамический поток раствора через рудное тело перпенди кулярно направлению напластования пород, Недостатком способа являютсязна чительная неравномерность проработки участка рудного тела, приходяще1ося на каждую пару эксплуатационных скважин,так в случае совмещения осей откачкой и закачкой скважины часть рудного тела вблизи скважин отрабатьюае.гся быстро, а время отра ботки более удаленных частей возрастает в несколько раз, при этом растворы, идущие по уже выщелоченно центральной зоне, не участвуют в формировании полезной концентрации продуктивных растворов, а лишь разубоживают последние. Это ведет к огромным непроизводительным затратам выщелачивающего реагента, до 70-80% всего закаченного объема, и значительно увеличивает время полной отработки участка рудного тела, приходящегося на пару эксплуатационных скважин (откачная и закачная)„ оси откачкой и закачной скважин разнесены на определенное расстояние, то интенсивно прорабатывается центральная часть участка, а части рудного тела, прилегающие к скважинам практически не вовлекаются в отработку Таким образом и в этом случае снижается коэффициент извлечения и увеличивается общее время отработки. Цель изобретения - увеличение эффективности процесса извлечения путем снижения расхода вьшелачивающего раствора и уменьшения времени отработки с одновременным повьшением полноты извлечения полезного .компонента , Цель достигается тем, что в способе разработки месторождений полезных ископаемых подземным выщелачиванием, включающим вскрьпие рудного тела по меньшей мере одной технологической скважиной, оборудование ее фильтрами и ниже рудного тела,, отработку рудного тела подачей выщелачивающего раствора в один из фильтров с одновременным отбором продуктивного раствора из другого фильтра, сначала отрабатьшают центральную зону с интенсивным процессом вьще,пачивания, прилегающ: к технологической скважине, через которую фильтруется 25-50% объема закачиваемого раствора, при достиженир в указанной зоне 50-60% уровня извлечения полезного компонента, создают противофильтрационный горизонтальный эк1)ан, перекрьшающий эту зону, затем отбрасывают промежуточные зоны, эквивалентные центральной, с созданием противофильтрационного горизонтального экрана в каждой зоне до получения в периферийной зоне оптимального уровня извлечения. Кроме того, после отработки центральной зоны противофильтргционньш горизонтальный экран создают на всю протяженность промежуточных зон, эквивалентных центральной.

При этом горизонтальный экран создают гидроразрывом пласта с последуюп(им заполнением трещин гидроразрыва .

На фиг.1 схематически показан один из возможных вариантов реализации предлагаемого способа.{ на фиг.2 - характер взаимодействия фильтров технологических скважин, расположенных на одной оси без прони цаемого экрана; на фиг.З - то же, с экраном в рудном теле между фильтрами на фиг.4 - графики, отражающие зависимость времени отработки сечений рудного тела, отстоящих от оси взаимодействующих фильтров на разном расстоянии при наличии в средней части пласта горизонтального непроницаемого экрана.

Разработка месторождений предложенным способом производится следующим образом.

Технологическаяскважина 1 (фиг.1 бурится до кровли рудного тела 2 и закрепляется обсадными трубками 3. После вскрытия рудного тела 2 и создания фильтра 4 в забойной части производится углубление технологической скважины 1 в почвенную часть рудного тела. Пробуренный интервал рудного тела закрепляется вторым ставом обсадных труб 5 с последующим вскрытием рудного тела 2 и образованием фильтра 6. Выщелачивающий раствор подают по межтрубному пространству 7 в верхний фильтр 4, откуда он, продвигаясь по рудному телу 2, . вьщелачивает полезный компонент и через нижний фильтр 6 вьщается на поверхность в виде продуктивного раствора. После отработки до уровня извлечения 50-60% полезного компонента зоны рудного тела 2, в пределах которой фильтруется 25-50% закачиваемых растворов, процесс вьщелачивания останавливается. Время остановки процесса и величина зоны определяются по данным моделирования применительно к конкретным гидрогеологическим условиям месторождения. Скважина обор.удуется пакерующим устройством 8, опускаемым- на бурильных тру бах 9, устанавливаемым в центральной части рудного тела 2. Проводится операция гидроразрьша и в образованную трещину нагнетается изолирующая смесь в количестве, достаточном для образования непроницаемого экрана 10, целиком перекрывающего проработанную зону. Затем пакетирующее устройство извлекается и продолжается процесс после выщелачивания. После последующих проработок зон, в пределах которых фильтруется 25-35 % закаченных растворов, до уровня извлечения 50-60% возможно периодическое наращивание непроницаемого экрана на величину этой зоны. Процесс вьщелачивания чередуется с операциями по созданию непроницаемых экранов до полной отработки участка рудного тела, приходящегося на одну скважину.

Время проведения операций по созданию непроницаемых экранов и их.размеры определяются исходя из конкретных условий месторождения и выбранного режима эксплуатации, по данным моделирования. Для определения этих характеристик по результатам моделирования отстраивается графическая зависимость вида

),

которая показывает зависимость времени t отработки определенной точки рудного тела до за |;аниого уровня извлечения от ее расстояния f до оси эксплуатационной скважины при наличии непроницаемого экрана определенного радиуса R .

Кроме того, для определения указанных параметров используется зависимость величины извлечения от времени для данного типа руд видaБ i(t которая получается путем анализа результатов лабораторных химических исследований руд.

На каждом последующем э-тапе создания непроницаемого экрана радиус его увеличивается на определе1Й1ую величину i4J , которая представляет собой щирину зоны, отработанной до определенной степени извлечения при наличии экрана радиЯ а R, . Для того, чтобы не происходило непроизводительной потери растворов, фильтрующихся через данную зону k.4( , необходимо, чтобы извлечение в ее пределах не достигало проектной величины (80-90%). Поэтому за критерий проведения операций по созданию непроницаемых экранов R; берется время отработки до уровня 50-60% зоны, через которую фильтруется 25-50% всех закаченных растворов. Величина этой зоны определяется по данным моделирования (фиг,2,3). &R; iU,L,m,W, радиус экрана 5 расстояние между соседним парами взаимодействующих скважин MODjpocTb рудного тела, мощность рудовмещающих , пород. Радиус нового экрана будет равен к определяется необходи мое количество циклов тампонировани и величина экрана, создаваемая на каждом цикле Зная величиньн й,, Ri используя зависимость вида Е i:U) легко можно по существующим методикам рассчитать время проведения каждого цикла тампонирования и обще время отработки участка рудного тел приходяп1;егося на одну эксплуатацион ную скважину, ; Возможна отработка рудного тела 1ПО предлагаемому способу с проведением всего одной операции по созданию непроницаемого экрана определен ного радиуса. При этом время провед ния рперации определяется так же, как и в случае многократного создания экранов, но его размер ршой. Радиус экрана должен быть таким чтобы распределение расхода раствор идущего через свободное сечение руд ного тeлaЛj2-R (), было как можно более равномерным. Результаты моделирования показывают, ч;о этого можно добиться при условии, что рад ус экрана будет перекрывать зону вокруг скважины, через которую филь руется 70-90% объема закаченных растворов. В этом случае точка рудного тела, находящегося на конце экрана, будет к моменту его сооруже ния отработана до уровня извлечения 15-20%. При использовании одного эк рана определенного радиуса непроизводительные потери реагента будут иметь место, но величина этих потерь незначительная по сравнению с прототипом. Фиг.2 иллюстрирует характер взаимодействии откачного и закачного фильтров, совмещенных по оси, расположенных в пласте мощностью М с непроницаемой кровлей и подошвой. Линии N К и Мк - нейтральные линии тока, ограничивающие участок рудно116го тела и объем рудовмещающего пласта, приходящийся на каждую скважину. Линия )( к НК ограничивает единичную гидродинамическую ячейку. Центральные линии тока значительно короче краевых, кроме того, скорости фильтрации, подсчитанные по кратчайшей и самой длинной линиям, ггоказьгвают, что растворы в центральной части рудного тела в пределах я гейки движутся значительно быстрее,, чем в краевой. Это приводит к быстрой проработке центральных частей рудного тела по сравнению с краевьми (зона при прочих равных условиях -отрабатывается в десятки раз быстрее,, чем зонаИ). Таким образом растворы, фильтрующиеся через зону 1, после полной ее переработки не несут в себе полезной концентрации и лии1ь разубоживают растворы, проходящие к откачному фильтру по другим, более удаленным линиям тока Зона полной обработки участка залежи в пределах ячейки расширяется от оси скважины, постепенно перемещаясь к линиям NK иМк, и все большее число линий тока захватывается тке проработанной зоной и, следовательно, возрастает объем растворов, не участвующих в выщелачивании полезного компонента и разубоживающих продуктивные растворы в откачном фильтре. Фиг, 3 иллюстрирует структуру гидродинамического потока между двумя взаимодействующими фильтрами, совмещенными по оси 00 , при наличии в центральной части рудного тела непроницаемого экрана радиуса Rj распределение линий тока наглядно показывает, что все рабочие растворы фильтруются через рудное тело в пределах интервала шириной -1,/2-R практически не поступая в проработанную зону, перекрытую экраном. Это приводит к значительному возрастанию скоростей фильтрации растворов и, следовательно5 снижает время отработки. Кроме того, это повьшает коэффициент использования растворов до 1. Ленты тока отрисованы таким образом, что .расход раствора в пределах каждой из них равен одной величине , где - расход фильтра в пределах данного сечения. Из этого следует5 что в пределах первьгх двух лент тока фильтруется 50% всех закаченных растворов. Ширина этой зоны (i.R , как видно на чертеже, легко определяется по результатам моделирования. После отработки зоныЛ. до 50% извлечения создается новый непроницаемый экран с радиусом, равным R-v .

На фиг.4 представлено семейство кривых, отражающих зависимость времени отработки сечения рудного тела отстоящего от оси скважины на расстояние X при наличии в средней части пласта непроницаемого экрана радиуса R вида т i (.х, R) ; Каждая кривая соответствует определенному радиусу экрана. Кривая, огибающая кривые семейства t -i( R) представляе собой частный случай той же самой зависимости при , т.е. соответствует времени.отработки сечения рудного тела, находящегося непосредственно у непроницаемого экрана. Самая первая кривая также представляет собой частный случай зависимости при R 0, т.е. непроницаемый экран

отсутствует. Из приведенного графика видно, как значительно снижается время отработки сечения рудного тела при наличии в пласте непроницаемого экрана. Точка рудного тела, находящаяся на расстоянии 20 м от оси скважины, при отсутствии экрана выщелачивается до расчетного уровня извлечения (80%) за 4 года. При наличии экранов с радиусом 5,8,14 м время

вьпцелачивания сокращается соответственно до 2,5, 1,25, 0,5 лет.

Область эффективного применения способа практически че ограничена глубиной залегания и горно-геологическими условиями.

. 1. СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЩЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПОДЗЕМНЬМ ВЫЦЕЛАЧИВАНИЕМ, включающий вскрытие рудного тела по меньшей мере одной технологической скважиной, оборудование ее фильтрами вьпие и ниже рудного тела, отработку рудного тела подачей выщелачивающего раствора в один из фильтров с одновременным отбором продуктивного раствора из другого фильтра, отличающийся тем, что, с делью увеличения эффективности процесса извлечения путем снижения расхода вьщелачивающего раствора и уменьшения времени отработки с одновременным повышением полноты извлечения полезного компонента, сначала отрабатьшают центральную зону с интенсивным процессом вьицелачивания, прилегаю1чую к технологической скважине, .через которую фильтруется 25-50% объема закачиваемого раствора, при достижении в указанной зоне 50-60% уровня извлечения полезного компонента создают противофильтрационный горизонтальный экран, перекрывающий эту зону, затем отрабатывают промежуточные зоны, эквивалентные центральной, с созданием противофильтрационi ного горизонтального экрана в каждой зоне до получения в периферийной (Л зоне оптимального уровня извлечения. 2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что после отработки центральной зоны противофильтрационный горизонтальный экран соз.дают на всю протяженность промежуточных зон, эквивалентных централь:л ной. N0 О 3.Способ по п.Л, о т л и ч а ющ и и с я тем,.что горизонтальный экран создают гидроразрывом пласта с последующим заполнением трещин гидроразрыва.

У/////////////////////////////////// ///////////////,

Фие1

N

0 Фиг2

К

/V

K

-Щтфя- ,

0 к &KU

42-Я

чг

-11I-In1I1111-t-TfK

5 S ЮП W/J /7 20 2 П52621Ь Х(П)

|y-j | 1 2 J

R--0

5L 6