Способ сооружения эксплуатационных скважин для подземного выщелачивания руды

 

Изобретение относится к подземному выщелачиванию полезных ископаемых на месте залегания. Цель - повышение надежности работы скважины (С) путем устранения вероятности утечек рабочих растворов в период эксплуатации. Продуктивный горизонт (ПГ) вскрывают бурением ствола С. Промывают последнюю структурным буровым раствором (СВР) с образованием вокруг С зоны проникновения СВР в породы. Оборудуют С фильтровой колонной с двумя фильтрами, располагаемыми в кровле и подошве рудного тела. Затем осуществляют прокачку верхнего фильтра до достижения радиусом RP зоны разрушения пород величины радиуса зоны проникновения СБР в породы. Затем прокачивают нижний фильтр. Для промывки С используют СБР с динамическим напряжением сдвиг а TO, определяемьгм из зависимости TQ 2rc-K-dX X p/Rf-rl где Гс - радиус ствола С в интервале ЛГ; К коэффициент сопротивления движению СБР в ПГ; d - средний диаметр зерен пород ПГ; Др - разность давлений в С и ПГ. 4 ил. (О сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1461877 A 1 (5и4 Е21 В 43 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

74 г

13

75

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4284748/23-03 (22) 4.07.87 (46) 28.02.89. Бюл. № 8 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (72) М. И. Фазлуллин, И. В. Хрипач, Г. А. Шилов, И. И. Крашин, С. А. Тархановский, В. К. Вольвак и В. В. Демидович (53) 622.234.4 (088.8) (56) Патент США № 4105252, кл. 299 — 5, опублик. 1978.

Сергиенко И. А. Бурение и оборудование геотехнологических скважин.— М.: Недра, 1984, с. 172 — 173. (54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СКВАЖИН ДЛЯ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ РУДЫ (57) Изобретение относится к подземному выщелачиванию полезных ископаемых на месте залегания. Цель — повышение надежности работы скважины (С) путем устранения вероятности утечек рабочих растворов в период эксплуатации. Продуктивный горизонт (ПГ) вскрывают бурением ствола С. Промывают последнюю структурным буровым раствором (СБР) с образованием вокруг С зоны проникновения СБР в породы. Оборудуют С фильтровой колонной с двумя фильтрами, располагаемыми в кровле и подошве рудного тела. Затем осуществляют прокачку верхнего фильтра до достижения радиусом зоны разрушения пород величины радиуса зоны проникновения СБР в породы. Затем прокачивают нижний фильтр. Для промывки С используют СБР с динамическим напряжением сдвига тю, определяемым из зависимости т0=2г,. К dX

Xhp/@ — r,, где r, — радиус ствола С в интервале -ПГ; К вЂ” коэффициент сопротивления движению СБР в ПГ; d — средний диаметр зерен пород ПГ; Лр — разность давлений в С и ПГ. 4 ил.

1461877

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке рудных месторождений, сложенных неустойчивыми породами с достаточной проницаемостью.

Цель изобретения — повышение надежности работы скважины путем устранения вероятности утечек рабочих растворов в период эксплуатации.

На фиг. l показана конструкция скважины; на фиг. 2 — схема движения жидкости при раздельной прокачке фильтров; на фиг. 3 — сечение А — А на фиг. 1, при сооружении скважины по известному способу; на фиг. 4 — то же, по предложенному способу.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Бурят основной ствол скважины 1 до кровли продуктивного горизонта 2. Вскрытие продуктивного горизонта 2 производят стволом 3 меньшего диаметра с промывкой структурным буровым раствором. В процессе вскрытия буровой раствор проникает в породу приствольной зоны продуктивного горизонта, образуя зону 4 проникновения.

Проникая в породу продуктивного горизонта 2, структурный буровой раствор понижает ее фильтрационные свойства за счет частичной кольматации порового пространства твердой фазой. Коэффициент фильтрации зоны 4 проникновения определяют по формуле

Кро

Кр =— где К р — коэффициент фильтрации породы зоны проникновения бурового раствора, м/сут;

Кро — коэффициент фильтрации породы продуктивного горизонта, м/сут;

b — степень снижения фильтрационных свойств.

Степень снижения фильтрационных свойств зависит от состава и свойств бурового раствора и составляет для глинистых растворов 3 — 9, для полимерно-глинистых

6- — 7 и для полимерных растворов 4 — 144.

Пористость породы зоны 4 проникновения определяют из зависимости проницаемости пористых сред от насыщения порового пространства кольматантом ./к

= б —. ачк„, где ni — пористость породы зоны проникновения, доли ед.;

tl() — — пористость породы продуктивного горизонта, доли ед.

По окончании вскрытия ствол скважины 1 оборудуют фильтровой колонной 5 с двумя фильтрами 6 и 7, которые располагают в подошве и кровле рудного тела 8, и манжетой 8, расположенной выше фильтра 6.

Затрубное пространство 10 фильтровой колонны 5 выше фильтра 6, гидроизолируют.

Затем в скважину 1 спускают раствороподъемную колонну 11 с пакером 12 на забой ном конце и производят раздельную прокачку фильтров.

В процессе прокачки фильтров пластовая жидкость продуктивного горизонта движется к скважине со скоростью

V=—

2лтг где v — критическая скорость фильтрации, м /сут;

Кр — - коэффициент фильтрации пород приствольной зоны, м/сут; а — коэффициент размерности, а=

=1 м величина сцепления зерен пород приствольной зоны Н/м ; у„ — удельный вес пластовой жидкости, Н/м";

11 — коэффициент, учитывающий угол откоса, в данном случае п=0,2.

Радиус зоны 13 разрушения определяется по формуле,с

Q

2лто„р где R — радиус зоны разрушения, м.

Критические скорости фильтрации для породы продуктивного горизонта 2 и зоны 4 проникновения соответственно равны

va po= Кро (— +О, 12), ас

3 ж

55 v i Крi (— +0,12). ас Ф

Так как коэффициент фильтрации продуктивного горизонта 2 больше коэффициенгде v — скорость движения жидкости в рассматриваемой точке, м/сут;

Q — дебит скважины, м /сут; т — мощность продуктивного горизонта, м;

r — расстояние от оси скважины до рассматриваемой точки, м.

Вследствие движения жидкости на породы продуктивного горизонта 2 действуют фильтрационные силы, величина которых пропорциональна градиенту напора и имеет максимальное значение в приствольной зоне.

Если фильтрационные силы превышают сумму сил сцепления и внутреннего трения

25 в породе, порода приствольнои части разрушается и, переходя в текучее состояние, заполняет ствол, образуя зону 13 разрушения. Критическую скорость фильтрации, вызывающую разрушение пород приствольной зоны, с учетом сил сцепления и внутреннего трения определяют по формуле а„, — +0,6 )К„=К, (— +0,12), 3 ®к

1461877 та фильтрации зоны 4 проникновения, критическая скорость фильтрации для породы продуктивного горизонта 2 больше критической скорости фильтрации для породы зоны 4 проникновения, а радиус зоны 13 разрушения пород продуктивного горизонта 2 меньше радиуса разрушения породы зоны

4 проникновения. Следовательно, при проникновении бурового раствора на расстояние меньше радиуса зоны 13 разрушения породы продуктивного горизонта 2 разрушению подвергается как порода зоны 4 проникновения, так и порода продуктивного горизонта 2, следствием чего являются утечки рабочего раствора в процессе эксплуатации. При проникновении бурового раствора на глубину, равную радиусу зоны 13 разрушения породы продуктивного горизонта 2, разрушению подвергается только порода зоны 4 проникновения, что позволяет исключить утечки рабочего раствора. При проникновении бурового раствора на глубину, большую радиуса зоны 13 разрушения породы продуктивного горизонта 2, разрушению также подвергается только порода зоны 4 проникновения. Так как с точки зрения освоения скважины более предпочтительна меньшая глубина проникновения бурового раствора, то радиус зоны 13 разрушения определяют из условия устойчивости породы продуктивного горизонта 2 р,= — ——

2лто хр о 2лт Кю (ас/у +0,12)

Таким образом, прокачка одного из фильтров скважины в неустойчивых породах продуктивного горизонта 2 приводит к разрушению пород приствольной зоны, перемещению их к фильтровой колонне 5 и заполнению ствола скважины. В начальный момент прокачки приток жидкости происходит по всему стволу 1 скважины в пределах продуктивного горизонта 2 (фиг. 2).

В случае разрушечия приствольной зоны путем прокачки нижнего фильтра 7 (левая часть фиг. 2) движение жидкости в кольцевом зазоре, расположенном выше фильтра 7, направлено сверху вниз. При этом скорость падения частиц выносимой из ствола породы (v,) и скорость движения жидкости (v ) направлены в одну сторону, что вызывает значительное увеличение вертикальной составляющей скорости движения частиц породы. Увеличение вертикальной составляющей скорости движения частиц приводит к быстрому заполнению кольцевого пространства нижнего фильтра 7, следствием чего является неравномерное заполнение ствола скважины породой.

В случае разрушения приствольной зоны путем прокачки верхнего фильтра 6 (правая часть фиг. 2) движение жидкости в кольцевом зазоре, расположенном ниже фильтра

6, направлено снизу вверх, скорость падения частиц выносимой из ствола породы (v,) и скорость движение жидкости (о) направлены в разные стороны, что приводит к снижению вертикальной составляющей движения частиц в потоке. Ввиду низких скоростей движения частиц порода находится практически во взвешенном состоянии, следствием чего является равномерное заполнение ствола скважины. Поэтому разрушение породы приствольной зоны производят путем прокачки сначала верхнего фильтра 6, а затем нижнего фильтра 7.

Разрушенная порода имеет больший объем по сравнению с породой, чаходящейся в массиве заполнения ствола скважины, Коэффициент разрыхления породы в зоне

13 разрушения определяют по формуле 7 ор Я вЂ” r„"-DH+v,,, van Р= — г 2 т=

R — гг

"г ггг где v — объем разрыхленной породы, м, v объем породы в массиве, м ;

v„„объем кольцевого пространства между стенками скважины и фильт25 ровой колонной, м ;

r„— радиус ствола скважины, м;

r — наружный радиус колонны, м;

Rr — радиус зоны разрушения, м.

Разрыхление породы зоны 13 разрушения сопровождается увеличением пористости.

30 Пористость разрыхленной породы равна и„+ i(— I

Р=

"=" к, где и — пористость. разрыхленной породы, доли ед.; и„ вЂ” пористость породы в массиве, доли, ед.

Тогда пористость породы зоны 4 проникновения и продуктивного горизонта 2 после разрушения соответственно равна

Кр

no+ Кр — 1 из у р

45 где и — пористость разрушенной породы зоны проникновения, доли ед.;

n — пористость породы зоны проникновения в массиве, доли ед.;

n3 — пористость разрушенной породы продуктивного горизонта, доли ед.;

no — пористость продуктивного горизонта в массиве, доли ед.

Увеличение пористости вызывает увеличение коэффициента фильтрации породы зоны

13 разрушения. Согласно зависимости коэффициента фильтрации пористых сред от пористости коэффициенты фильтрации разрушенной породы зоны 4 проникновения и продуктивного горизонта 2 будут соответственно равны

1461877

К =Кs (— )= — —, пг з К о (пг)

b 7fl

Kg ç=Кро (пз)

ffp где Kg г — коэффициент фильтрации разрушенной породы зоны проникновения, м/сут;

К 1 — коэффициент фильтрации породы зоны проникновения в массиве, м/сут;

Кл з — коэффициент фильтрации разрушенной породы продуктивного горизонта, м/сут;

К о — коэффициент фильтрации породы продуктивного горизонта в массиве, м/сут.

Так как степень снижения фильтрационных свойств зоны проникновения бурового раствора b составляет значительную величину, коэффициент фильтрации разрушенной породы зоны 4 проникновения будет меньше коэффициента фильтрации породы продуктивного горизонта 2 в массиве. В то же время вследствие разрыхления породы зоны разрушения величина пз/по всегда больше единицы, поэтому коэффициент фильтрации разрушенной породы продуктивного горизонта 2 больше коэффициента фильтрации породы продуктивного горизонта 2 в массиве.

По окончании прокачки производят освоение фильтров 6 и 7 скважины. При освоении фильтров 6 и 7 с помощью реагентных или импульсных методов фильтрационные свойства прифильтровых зон 14 могут быть восстановлены до проницаемости породы продуктивного горизонта. При этом межфильтровый интервал сохраняет пониженные фильтрационные свойства вследствие наличия глухой трубы 15 фильтровой колонны 5 в интервале между фильтрами6и7.

Если в процессе вскрытия продуктивного горизонта буровой раствор проникает в породу на глубину, меньшую радиуса зоны

13 разрушения, что имеет место в известном способе (фиг. 3), в процессе прокачки скважины разрушению подвергаются как породы зоны 4 проникновения бурового раствора, так и породы продуктивного горизонта 2. При этом зона разрушения будет состоять из участки 13 разрушенной породы зоны 4 проникновения бурового раствора и участка

16 разрушенной породы продуктивного горизонта, Радиус участка 13 разрушенной породы зоны 4 проникновения определяют по формуле где R,ð — радиус участка разрушения зоны проникновения бурового раствора, м;

r, — радиус ствола скважины, м;

r> — наружный радиус колонны, м.

Так как коэффициент фильтрации участка 13 разрушения зоны 4 проникновения меньше коэффициента фильтрации породы продуктивного горизонта 2 в массиве, а коэф5 фициент фильтрации участка разрушенной породы продуктивного горизонта 2 больше коэффициента фильтрации породы продуктивного горизонта в массиве, в процессе эксплуатации скважины наблюдаются утечки рабочего раствора по разрушенным породам продуктивного горизонта.

Для полного устранения утечек рабочего раствора понижение фильтрационных свойств породы продуктивного горизонта в процессе вскрытия производят на глубину, равную радиусу зоны 13 разрушения. При понижении фильтрационных свойств породы на глубину, меньшую радиуса зоны 13 разрушения, будут происходит утечки рабочего раствора. Понижение фильтрационных свойств породы на глубину, больщую радиуса зоны -13 разрушения, не приводит к увеличению эффективности способа. Так как воздействие рабочих растворов (кислотных и щелочных) способствует снижению фильтрационных свойств пород, содержащих глину, 25 а полимерная твердая фаза не растворима в кислотных и щелочных растворах, для понижения фильтрационных свойств породы используют глинистые, полимерно-глинистые и полимерные растворы, обладающие структурными свойствами.

Радиус зоны проникновения, образующейся при вскрытии продуктивного горизонта структурным буровым раствором, зависит от разности давлений в продуктивном горизонте и скважине, диаметра скважины, гранулометрического состава породы, степени дисперсности твердой фазы и динамического напряжения сдвига бурового раствора. При достаточно высокой степени дисперсности твердой фазы радиус зоны проникновения бурового раствора в пласт опре4р деляют из уравнения

Лр — — — - (R и — г,), 2r,Kd где Лр — разность давлений в скважине и продуктивном горизонте, Па;

45 то — динамическое напряжение сдвига бурового раствора, Па;

r, — радиус ствола скважины, м;

К вЂ” коэффициент сопротивления движению бурового раствора в продуктивном горизонте, К=0,14—

50 — 0,16;

d — средний диаметр зерен породы продуктивного горизонта, м;

R» — радиус зоны проникновения, м.

Радиус зоны проникновения структурного бурового раствора пропорционален динамическому напряжению сдвига. Так как для полного устранения утечек радиус зоны

1461877

Формула изобретения фиг. 2

4 проникноения должен быть равен радиусу зоны 13 разрушения, необходимое динамическое напряжение сдвига структурного буррового раствора, применяемого для вскрытия продуктивного горизонта, определяют из зависимости

2r,. КсИр то= — —

Rð, — r, где R — радиус зоны разрушения, м.

Способ сооружения эксплуатационных скважин для подземного выщелачивания руды, включающий бурение ствола скважины, вскрывающей продуктивный горизонт, промывку структурным буровым раствором с образованием вокруг скважины зоны проникновения бурового раствора в породы, оборудование скважины фильтровой колонной с двумя фильтрами, располагаемыми в кровле и подошве рудного тела, раздельную прокачку фильтров скважины с образованием зоны разрушения пород и их освоение, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы скважины путем устранения вероятности утечек рабочих растворов в период эксплуатации, для про-, мывки используют структурный буровой раствор с динамическим напряжением сдвига, определяемым из зависимости

2 ° r, КсИр то= -р—

R — r, где то — динамическое напряжение сдвига бурового раствора, Па;

r, — радиус ствола скважины в интервале продуктивного горизонта, м;

К вЂ” коэффициент сопротивления движению бурового раствора в продук15 тивном горизонте;

d — средний диаметр зерен породы продуктивного горизонта, м;

Лр — разность давлений в скважине и продуктивном горизонте, Па;

R — радиус зоны разрушения пород, м, а при прокачке фильтров сначала осуществляют прокачку верхнего фильтра до достижения радиуса зоны разрушения пород зоны проникновения бурового раствора в по. роды.

1461877

73

16

Риз. 3

13

Риа. Ф

Состав ител ь В. Г1етри шев

Редактор Л. Веселовская Техред И. Верес. Корректор М. Максимишинен

Заказ 582/25 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушскач наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 10!