Способ разработки месторождений полезных ископаемых подземным выщелачиванием

 

. 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 1 А

4(51) F 21 В 43/28 т "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13

H ABTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ полезного компонента, сначала отра— батывают центральную зону с интенсивным процессом выщелачивания, прилегающую к технологической скважине, через которую фильтруется 25-501 -. объема закачиваемого раствора, при достижении в указанной зоне 50-607. уровня извлечения полезного компонента создают противофильтрационный горизонтальный экран, перекрывающий эту зону, затем отрабатывают промежуточные зоны, эквивалентные центральной, с созданием противофильтрационного горизонтального экрана в каждой зоне до получения в периферийной зоне оптимального уровня извлечения.

2. Способ по п.1, о т л и ч а— ю шийся тем, что после отработки центральной зоны противофильтрационный горизонтальный экран соз- дают на всю протяженность промежуточных зон, эквивалентных центральной.

3. Способ по п.?, о т л и ч а юшийся тем, что горизонтальный экран создают гидроразрывом пласта с последующим заполнением трещин гидооразрыва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3403226/22-03 (22) 02.03.82 (46) 15.01.85. Бюл. № 2 (72) О.К.Барышников, Таймас Атакулов, И.С.Глазунов, М.И.Фазлуллин, И.И.Крашин и Г.А.Шилов (53) 622.234.4:622.276(088.8) (56) 1. Калабин A.È. Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием и другими геотехнологическими методами. M., Атомиздат, 1981, с. 68-78.

2. Патент США № 4105252, кл. 299-4, опублик. 1978 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПОДЗЕМHbIM ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕМ, включающий вскры. тие рудного тела по меньшей мере одной технологической скважиной, оборудование ее фильтрами выше и ниже рудного тела, отработку рудного тела подачей выщелачивающего раствора в один из фильтров с одновременным отбором продуктивного раствора из другого фильтра, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения эффективности процесса извлечения путем снижения расхода выщелачивающего раствора и уменьшения времени отработки с одновременным повышением полноты извлечения

1052011

Изобретение относится к области горного дела, а именно к способам разработки месторождений полезных ископаемых подземным выщелачиванием.

Известен способ разработки пластовых месторождений полезных ископае-. мых подземным выщелачиванием, заключающийся во вскрытии рудного тела системой откачных и закачных сква— жин, оборудовании их фильтрами, рас — i0 положенными в пределах рудного тела на одном уровне относительно друг друга с последующей подачей в пласт через закачные скважины вьпцелачивающего и откачкой через откачные сква- 15 г жины продуктивного раствора 1 .

Недостатками этого способа являются значительные утечки рабочих растворов за пределы рудного тела во вмещающие породы, что приводит 20 к непроизводительным потерям до 50—

70% дорогостоящего выщелачивающего реагентя, снижение концентрации продуктивных растворов в откачных скважинах, увеличение общего времени 25 отработки и значительное загрязнение недр.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разработки месторож- g0 дений полезных ископаемых подземным вьпцелачиванием, 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 одновременным отбором продуктивного раствора из дру— гого AHJIbTpa f2) .

В данном способе создается вертикальный гидродинамический поток раствора через рудное тело перпендикулярно направлению напластования пород. 45

Недостатком способа являются значительная неравномерность проработки участка рудного тела, приходящегося на каждую пару эксплуатационных скважин,так в случае совмещения >О осей откачкой и закачкой скважины часть рудного тела вблизи скважин отрабатывается быстро, а время отработки более удаленных частей возрастает в несколько раз, при этом 55 растворы, идущие по уже вьпцелоченной центральной зоне, не участвуют в формировании полезной концентрации продуктивных растворов, а лишь разубоживают последние. Это ведет к огромным непроизводительным затратам вьпцелачивающего реагента, до

70-80 всего закяченного объема, и значительно увеличивает время полной отработки участка рудного тела, приходящегося на пару эксплуатационных скважин (откачная и закачная) .

Если оси откачной и закачной скважин разнесены на определенное расстояние„ то интенсивно прсрабатывается центральная часть участка, а части рудного тела, прилегающие к скважинам практически не вовлекаются в отработку. Таким образом и в этом случае снижается коэффициент из вл еч ения и увеличивается об це е время отработки.

Цель изобретения — увеличение эффективности процесса извлечения путем снижения расхода вышелачивающего раствора и уменьшения времени отработки с одновременным повышением полноты извлечения полезного компонента

Цель достигается тем, что в способе разработки месторождений полезных ископаемых подземным вьпцелачиванием, включающим вскрытие рудного тела по меньшей мере одной технологической скважиной, оборудование ее фильтрами выше и ниже рудного тела, отработку рудного тела подачей выщелачивающего раствора в один из фильтров с одновременным отбором продуктивного раствора из другого фильтра, сначала отрабатывают центральную зону с интенсивным процессом вьпцелачивания, прилегающую к технологической скважине, через которую фильтруется 25-50 объема закачиваемого раствора, при достюкении в указанной зоне 50-60 уровня извлечения полезного компонента, создают противофильтрационный горизонтальный экран, перекрывающий эту =-ону, затем отбрасывают промежуточные зоны, эквивалентные центральнсй, с созданием противофильтрационного горизонтального экрана в каждсй зоне до получения в периферийной зоне оптимального уровня извлечения.

Кроме того, после отработки центральной зоны противофильтргLtHQHHbIH горизонтальный экран создают на всю протяженность промежуточных зон, эквивалентных центральной.

При этом горизонтальный экран создают гидроразрывом пласта с последующим заполнением трещин гидроразрыва.

На фиг.1 схематически показан 5 один из возможных вариантов реализации предлагаемого способа на фиг.2 — характер взаимодействия фильтров технологических скважин, расположенных на одной оси без прони- 10 цаемого экрана на фиг.3 — то же, с экраном в рудном теле между фильтрами, на фиг.4 — графики, отражающие зависимость времени отработки сечений рудного тела, отстоящих от оси 15 взаимодействующих фильтров на разном расстоянии при наличии в средней части пласта горизонтального непроницаемого экрана.

Разработка месторождений предло- i0 женным способом производится следующим образом.

Технологическая скважина 1 (фиг.1) бурится до кровли рудного тела 2 и закрепляется обсадными трубками 3. 25

После вскрытия рудного тела 2 и создания фильтра 4 в заоойной 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. Вьпцелачивающий раствор подают по межтрубному пространству 7 в верхний фильтр 4, откуда он, продвигаясь по рудному телу 2, вьпцелачивает полезный компонент и через нижний фильтр 6 выдается на

1 поверхность в виде продуктивного 40 раствора. После отработки до уровня извлечения 50-60Х полезного компонента зоны рудного тела 2, в пределах которой фильтруется 25-50Х закачиваемых растворов, процесс вьпцелачивания осТанавливается. Время остановки процесса и величина зоны определяются по данным моделирования применительно к конкретным гидрогеологическим условиям месторождения. Сква- 50 жина оборудуется пакерующим устройством 8, опускаемым-на бурильных трубах 9, устанавливаемым в центральной части рудного тела 2. Проводится операция гидроразрыва и в образованную

55 трещину нагнетается изолирующая смесь в количестве, достаточном для образования непроницаемого экра-.

11 d на 10, целиком перекрывающего проработанную зону. Затем пакетирующее устройство извлекается и продолжается процесс после вьпцелачивания.

После последующих проработок зон, в пределах которых фильтруется 25-35 X закаченных растворов, до уровня извлечения 50 — 60X возможно периодическое наращивание непроницаемого экрана на величину этой зоны. Процесс вьпцелачивания чередуется с операциями по созданию непроницаемых экранов до полной отработки участка рудного тела, приходящегося на одну скважину.

Бремя 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

t=f ф которая показывает зависимость времени . отработки определенной точки рудного тела до заданного уровня извлечения от ее расстояния 1(до оси эксплуатационной скважины при наличии непроницаемого экрана определенного радиуса К

Кроме того, для определения указанных параметров используется зависимость величины извлечения от времени для данного типа руд видаЕ1ф которая получается путем анализа результатов лабораторных химических исследований руд.

На каждом последующем этапе создания непроницаемого экрана радиус его увеличивается на определеййую величину Ц,, которая представляет собой ширину зоны, отработанной до определенной степени извлечения при наличии экрана ради а ; . Для того, чтобы не происходило непроизводительной потери растворов, фильтрующихся через данную зону hg, необходимо,чтобы извлечение в ее пределах не достигало проектной величины (8 3-90X). Поэтому за критерий провед=ния операций по-созданию непроницаемых экранов R берется время отработки до уровня 50-607 зоны, через которую фильтруется 25-50Х всех закаченных растворов. Величина

1052011 этой зоны определяется по данным моделирования (фиг.2,3), gR;=4(R,,m,M), где К вЂ” радиус экрана, — расстояние между соседними парами взаимодействующих скважин, мощность рудного тела, и — мощность рудовмещающих пород.

Радиус нового экрана будет равен

К;«=1„ йР„, Так определяется необходимое количество циклов тампонирования и величина экрана, создаваемая на каждом цикле. Зная величины <,ЬЧ,,Ц, и используя зависимость вида E = z(t) легко можно по существующим методикам рассчитать время проведения каждого цикла тампонирования и общее 2О время отработки участка рудного тела, приходящегося на одну эксплуатационнуюю с кваж ин у, Возможна отработка рудного тела . по пр едлагаемому спос обу с проведением всего одной операции по созданию непроницаемого экрана определенного радиуса. При этом время проведения,операции определяется так же, как и в случае многократного создания экранов, но его размер иной.

Радиус экрана должен быть таким чтобы распределение расхода раствора, идущего через свободное сечение рудного тела L12-Ä (фиг.3), было как

3$ можно более равномерным. Результаты моделирования показывают, ч-о этого можно добиться при условии, что радиус экрана будет перекрывать зону вокруг скважины, через которую фильтруется 70-903 объема закаченных растворов. В этом случае точка рудного тела, находящегося на конце экрана, будет к моменту его сооружения отработана до уровня извлечения

15-207. При использовании одного экрана 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 11к и 1 1r — нейтральные линии тока, ограничивающие участок рудного тела и объем рудовмещаюшего пласта, приходящийся на каждую скважину.

Линия k 3 l N К or раничивает е .;иничную гидродинамическую ячейку.

Центральные линии тока значительно короче краевых, кроме того „скорости фильтрации,, подсчитанные по кратчайшей и самой длинной линиям,, показывают, что растворы в централ.ной части рудного тела в пределах ячейки движутся значительно быстрее, чем в краевой. Это приводит к быстрой проработке центральных частей р одного тела по сравнению с краевыми (зона 1 при прочих равных условиях о грабатывается в десятки раз быстрее„чем зона II ) . Таким образом растворы, фильтрующиеся через зону 1, после полной ее переработки не несут в себе полезной концентрации и лишь разубоживают растворы, проходящие к откачному фильтру по другим, бо— лее удаленным линиям тока. Зона полной обработки участка залежи в пределах ячейки расширяется от оси скважины, постепенно перемещаясь ,! к линиям 11К и М К, и все боггьшее число линий тока захватывается уже проработанной зоной и, следовательно, возрастает объем растворов, r:е участвующих ь. вьппелачивании поле"-ного компонента и разубоживающих гродуктивные растворы в откачном фильтре.

Фиг.3 иллюстрирует структуру гидродинамического потока между двумя в з аимод ейс твующими AH JI ьтр ами, совме1 щенными по оси 00 при налички в

) центральной части рудного тела непроницаемого экрана радиуса 13; распределение линий тока наглядн о по— казывает, что все рабочие растворы фильтруются через руцное телс в пределах интервала шириной 1. /2 - 8 практически не поступая в проработанную зону, перекрытую экраном. Этс приводит к значительному возрастанию скоростей фильтрации растворов и, следовательно, снижает время отработки. Кроме того, это повьппает коэффициент использования растворов до 1.

Ленты тока отрисованы таким образом, что расход раствора в пределах каждой из них равен одной величине

g/4, где — расход фильтра в пределах данного сечения. Из этого сле- дует, что в пределах первых двух лент тока фильтруется 507. всех закаченных растворов. Ширина этой зо7

1052011 ны, как видно на чертеже, легко определяется по результатам моделирования. После отработки зоны Е до 507 извлечения создается новый непроницаемый экран с радиусом, 5 равным к .

На фиг.4 представлено семейство кривых, отражающих зависимость времени отработки сечения рудного тела, отстоящего от оси скважины на ðàñстояние X при наличии в средней части пласта непроницаемого экрана радиуса R вида т, = 4 x,8); Каждая кривая соответствует определенному радиусу экрана. Кривая, огибающая кривые семейства t =f(x,Ð ïðåäñòàâëÿåò собой частный случай той же самой зависимости при X= (1, т.е. соот— ветствует времени, отработки сечения рудного тела, находящегося непосредственно у непроницаемого экрана. Са. мая первая кривая также представляет собой частный случай зависимости при =О, 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, находяшаяся на расстоянии 20 м от оси скважины, при отсутствии экрана выщелачивается до расчетного уровня извлечения (80Х) за 4 года. При наличии экранов с радиусом 5,8, 14 м время вьппелачивания сокращается соответственно до 2,5, 1,25, 0,5 лет.

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

f 052011

1052011

125 г з

Составитель

Техред 3.Палий

Корректор Г.Решетина

Редактор Л.Письман

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 98/2 Тираж 540

ВНИИПИ Государственного комитета СCCP по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5