Способ исследования полезного ископаемого Советский патент 1984 года по МПК E21B49/00 

i

Изобретение относится к исследоваиию полезного ископаемого путем бурения скважин и определения фильтрационных характеристик, а также размываемости, размокаемости, растворимости полезного ископаемого в естественном залегании и может использоваться для исследования полезного ископаемого на всех стадиях разведки для обоснования воможности добычи полезного ископаемого методами подземного выщелачивания, скважинной добычи и гидродобычи.

Известны способы исследования полезного ископаемого путем бурения одиночной скважины с последующим измерением фильтрационных и геотехнологических характеристик горной

ПОрОДЕ 1 П

Однако эти способы неточны.

Известны также способы исследования полезного ископаемого путем бурения двух и более скважин с последующим измерением фильтрационных и геотехнологических характеристик полезного ископаемого.

При этом для измерения фильтрационных характеристик одна скважина используется как нагнетательная или водопонижающая, а другая - в качестве наболюдательной. Дпя определения геотехнологических характеристик одна скважина используется в качестве нагнетательной, а другая - в качестве пульпоотводящей рТ.

Однако при разведке глубокозалегающего полезного ископаемого эти способы требуют большого объема буровых работ.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ исследования полезного ископаемого, включающий бурение основного дополнительного стволов скважины, о бор керна в пласте с полезным ископаемым и проведение исследований керна и пласта 3j.

Недостатком известного способа является невозможность получения достоверных данных о фильтрационных и геотехнологических характеристиках полезного ископаемого в массиве.

Целью изобретения является повышение информативности исследований путем получения фильтрационных и геотехнологических характеристик полезного ископаемого.

200962

Указанная цель достигается тем, что согласно способу исследования полезного ископаемого, включающему бурение основного и дополнительного ствоJ лов скважины, отбор керна в пласте с полезным ископаемым и проведение исследований керна и пласта, в дополнительный ствол спускают колонну труб, перекрывают кольцевое прос0 транство между колонной труб и стенками дополнительного ствола выше интервала залегания полезного ископаемого пакером, а фильтрационные и геотехнологические характеристики 5 полезного ископаемого определяют путем прокачивания жидкого агента через массив полезного ископаемого из дополнительного ствола в основной и обратно,

0 Кроме того, возмущающее воздействие создают в основном стволе скважины, а в дополнительном стволе измеряют параметры рабочего агента.

На чертеже изображена схема ис5 следования полезного ископаемого.

Схема включает полезное ископаемое I, основной ствол 2 скважины, дополнительный ствол 3 скважины, колонну труб 4 с установленными на Q ней пакерными уплотнениями 5, обсадную колонну 6, посаженную впотай в основной ствол скважины, отклоняющий клин 7, Соединенный с обсадной колонной 6.

Способ реализуется следующим образом.

Полезное ископаемое J, залегающее в виде пласта,.линзы, жилы или иного геологического тела, разбуривается с отбором керна стволом 2 скважины. В скважине проводятся геофизические и гидрогеологические исследования и исследования керна полезного ископаемого любым известным способом. При наличии результатов, положительно характеризующих полезное ископаемое с точки зрения возможности его разработки подземным выщелачиванием или скважинной гидродобычей, реализуется описываемый 0 способ, Дпя этого основной ствол скважины в интервале залегания полезного ископаемого обсаживается впотай перфорированной колонной 6. На верхнем конце колонны крепится 5 отклоняющий клин 7, имеющий перфорацию в желобе клина, обеспечивающую свободное прохождение жидкости по стволу 2 скважины от забоя до устья и наоборот. Затем производит ся бурение дополнительного ствола 3 с отбором керна до пересечения, полезного ископаемого. В ствол 3 вводится колонна труб, например бу рильных, с установленными на ней пакерными уплотнениями 5. После эт прокачивание жидкости по замкнутому контуру: от промывочного насоса по бурильным трубам 4 на забой дополнительного ствола 3 скважины, затем по массиву полезного ископае мого в основной ствол скважины, гд жидкость поднимается по колоне 6, и через отверстия в отклоняющем кли не 7 выходит по стволу скважины 2 поверхность к промывочному насосу. .Фильтрационные характеристики поле ного ископаемого определяются по гидравлическим сопротивлениям при прокачивании жидкости на участке между основным и дополнительным стволом скважины. При исследованиях полезного ископаемого, представленного пластами, содержащими жидкий пластовый агент для исследования фильтрационных и гидродинамических свойств пласта, осуществляют также возмущающее воздействие, например понижение уровня жидкого агента в основном стволе скважины 2, и регистрируют параметры пластового агента в полости бурильных труб 4. При этом полость бурильных труб выполняет функции реагирующей скважины. После оценки фильтрационных характеристик полезного ископаемого производят при., неудовлетворительных значениях фильтрационных характерис тик повыщение проницаемости массива полезного ископаемого, например гидроразрывом. Затем, прокачивая жи кий рабочий агент, например техническую воду, через массив полезного ископаемого из дополнительного ство 3 в основной ствол 2 и наоборот рас воряют или размывают полезное ископаемое и транспортируют его на поверхность. При этом определяются геотехнологические характеристики полезного ископаемого в естественно залеганнии, такие как размываемость растворимость, размокаемость, транс портируемость и т.д. Степень извлечения полезного ископаемого предпагаемым способом из массива горных пород позволяет обоснованно судить о перспективах разработки данного методом подполезного ископаемого или скважинной земного выщелачивания гидродобычи. Например I. Необходимо исследовать глубоко залегающий пласт рыхлых обводненных ураносодержащих руд для оценки возможности их разработки методами подземной гидродобычи и уточнения гидрогеологических характеристик пласта. Способ реализуется в следующей последовательности.- Бурится скважина типового геологоразведочного диаметра, например 112 мм, диаметр бурильных труб 50 мм, до пересечения пласта полезного ископаемого с отбором керна. При этом уточняется интервал залегания пласта. Затем монтируется колонна обсадных труб, перфорированных в интервале, залегания пласта. На верхнем конце колонны обсадных труб крепится отклоняющий клин 7, также содержащий перфорацию, обеспечивающую свободное прохождение жидкости по стволу скважины. На верхнем конце клина имеется отсоединительный переходник с незатянутой резьбой, Колонна .обсадных труб с закрепленным на ней отклоняющим клином крепится на бурильных трубах и опускается в I скважину. После ориентирования клина известными методами и установки обсадной колонны с клином в скважине левым вращением колонна бурильных труб отсоединяется от переходника, установленного на отклоняющем клине, и извлекается из скважины. Затем производится отбуривание от клина и бурение дополнительного ствола скважины меньшим диаметром, например 93 мм, до вторичного пересечения пласта. При этом бурильная колонна проходит через отсоединительный переходник, установленный на отклоняющем клине, затем по желобу клина в дополнительный ствол 3 скважины. По кончанию бурения дополнительного ствола проводится инклинометрия и монтируется испытательный инструмент, включающий перфорированную трубу на нижнем конусе бурильных труб и пакерные устройства 5, приводимые в действие от нагружения колонны бурильных труб, установленной на забой дополнительного ствола. Пакеры устанавливаются в интервале залегания плотных устойчивых пород и обеспечивают 1 азобщение кольцевых пространств дополнительного и основного стволов скважины. Инструмент вводят в дополнительный ствол и осуществляют пакеровку его кольцевого пространства. Затем проводят гидрогеологические исследования пласта любыми и 3 в е ст ными ме тода ми. При этом кольцевое пространство скважины выполняет функции центральной скважины а полость бурильных труб функции наблюдательной скважины. С целью определения гидравлического градиента пласта проводят измерения уровней жидкости, например с помощью электроуровнемера, в кольце вом пространстве основного ствола 2 скважины и в полости бурильных труб 4. Разность измеренных уровней отнесенная к расстоянию между основ ным и дополнительным стволами скважины, определенная по данным инклинометрии, дает значение гидравличес кого градиента пласта. С целью опре деления коэффициента фильтрации и коэффициента пьезопроводности пласта используют методы откачек или наливов. Из кольцевого пространства основного ствола скважины осуществляют удаление жидкости, вакуумиров нием или эрлифтом. Одновременно фиксируют значения уровня жидкости в бурильных трубах. Затем расчитывают значения коэффициентов пьезо проводности и фильтрации по формулам Веригина и Бочевара. При этом в формулах вместо значений расстояния от центральной скважины до наблюд;)тельной указывается расстояние от основного ствола скважины до дополнительного, вычисленное по данным инклинометрии для интерваля пласта. С целью определения геотехнических характеристик полезного ископаемого осуществляют нагнетание рабочей жид кости, например технической воды, В бурильные трубы с помощью промывочного насоса. Одновременно фиксируют давление жидкости в нагнетатель ной магистрали насоса. Кидкость поступает на забой дополнительного ство ла скважины и затем.фильтруется в пласт. Постепенно повьшая давление нагнетательной магистрали, добивают ся фильтрованного размыва полезного ископаемого и его выноса в основной ствол скважины, откуда гидросмесь по обсадной колонне 6 и далее по кольцевому пространству основного ствола 2 поступает на поверхность. На поверхности полезное ископаемое отделяется от рабочей жидкости в сепараторах или циклонах, и рабочая жидкость снова подается на забой. При исследовании полезного ископаемого определяются давление и расход раберчей жидкости, необходимые для фильтрационного размыва и выноса полезного ископаемого на поверхность, состав гидропульпы,гранулометрический состав твердого компонента, плотность, формула частиц и их абразивность. Размываемость, размокаемость, растворимость полезного ископаемого и вмещающих пород определяют на основании сравнительного количества и качественного анализа керна и гидропульпы. Периодически процесс размыва прекращают, колонну бурильный труб извлекают из скважины и производят контроль параметров образовавшейся каверны известными способами, например с помощью звуколокаторов. По форме и размера образовавшейся камеры судят об устойчивости пород, составляющих полезное ископаемое,- и кровле пласта. Соотношение объемов извлеченного на поверхно.сть полезного ископаемого и объема KaMepiii позволяет оценить степень, извлечения полезного ископаемого из пласта методом гидроразмыва. Затраты труда, материалов и энергоресурсов на единицу массы добытого полезного ископаемого позволяют судить об эффективности применения метода гидродобычи. И р и м е р 2. Необходимо исследовать глубоко залегающую линзу сильвинитовых руд для оценки возможности ее разработки методом подземного выщелачивания. Способ проводят следующим образом. Бурится скважина диаметром, например 99 мм до пересечения полезного ископаемого. Аналогично примеру 1, отбуривается дополнительный ствол диаметром 76 мм. Затем проводят гидрогеологические и геотехнические исследования в следующей последовательности. Путем желонирования удаляют часть минерализованной жидкости из скважины. В дополнительный ствол скважины вводят колонну бурильных труб, содержащую перфорацию в . нижней части, и пакеры.. Пакеруют

7

интервал контакта рудной линзы с подстилающи ш породами. Затем опред ляют коэффициент фильтрации подстилающих горных пород методом наливов. Для этого в кольцевое пространство ствола заливают минерализованную жидкость, одновременно фиксируя электроуровнемерами уровни жидкости в кольцевом пространстве основного ствола и. в полости бурильных труб. Значения коэффициента филь-трации расчитывают по формуле Дюпюи. При малых значениях коэффициента фильтрации производят гидроразрыв подстилаю1аих пород, нагнетая в полость бурильных труб минерализованную промывочную жидкость буровым насосом или цементировочным агрегатом. После осуществления гидравлической сбойки дополнительного и основного стволов скважины на контакте линзы с подстилающими породами осуществляют исследование геотехнологических характеристик руды путем прокачивания выщелачивающего агента, например технической йоды, из дополнительного ствола скважины в основной вдольподощвы линзы с помощью промывочног насоса. Проводятся измерения аналогичные примеру 1. Полученный на поверхности щелок исследуется на соответствие требованиям горнодобывающей и химической промышленности. По изменению гидравлическ 1х сопротивлений на прокачивание выщелачивающей жидкости через полезное ископаемое исходя из зависимости Дарси судят об изменении фильтрационной характеристики полезного ископаемого в рабочей зоне, из которой происходит вынос полезного ископаемого

,

&Р

200968

где К - коэффициент-фильтрации; . W - площадь фильт ациоцного

потока,

Q - расход жидкости, фиксируе5 мый на выходе из скважины, J - расстояние между дополнительным и основным стволом скважины;

йР - гидравлические сопротивле0 ния на прокачивание жидкости через ископаемое, причем UP определяют по формуле

,- Pj,

где Р - давление в нагнетательной 15 магистрали промывочного насоса при прокачивании жидкости через ископаемоеJ Р„ - потери давления на промывку скважины при бурении ос20 новного ствола скважины в интервале залегания полезного ископаемого. Гю мере растворения полезного ископаемого между стволами скважины 25 образуется гидравлический канал в виде каверны. При этом показатель К характеризует удельные гидравлические сопротивления протеканию щелока с частицами нерастворивщихся горных 30 пород по каверне.

Технико-экономическая эффективность . предлагаемого способа заключается в том, что способ исследо-. вания полезного ископаемого с ис,е пользованием основного и дополнительного ствола скважины, сообщаю цихся через массив полезного ископаемого, по сравнению с известным способом позволяет оценивать фильтрационные о и геотехнологические свойства глубоко залегающего полезного ископаемого в массиве при минимальном объе ме буровых работ с использованием типового геологоразведочного обо5 РУДования и инструмента.

1. СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО, включающий бурение основного и дополнительного стволов скважины, отбор керна в пласте с полезным ископаемым и проведение исследований керна и пласта, о т л ич а ю |ц и и с я тем, что, с целью повьпиения информативности исследований путем получения фильтрационных и геотехнологических характеристик полезного ископаемого, в дополнительный ствол спускают колонну труб, перекрывают кольцевре пространство между колонной труб и стенками дополнительного ствола выше интервала залегания полезного ископаемого пакером, а фильтрационные и геотехнологические характеристики полезного ископаемого определяют путем прокачивания жидкого рабочего аген- та через массив полезного ископаемого из дополнительного ствола в осповной. 2. Способ ПОП.1, отлич ающ и и с я тем, что возмущающее воздействие создают в основном стволе скважины, а в дополнительном стволе измеряют параметры рабочего агента.