Способ подземного скважинного выщелачивания металлов из месторождений с большой проницаемостью подрудного горизонта

(51)7 21 43/28, 22 3/04 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Язиков Виктор Григорьевич Рогов Евгений Иванович Иванин Евгений Филатович Забазнов Владимир Львович Троценко Евгений Матвеевич Рогов Андрей Евгеньевич(73) Закрытое акционерное общество Национальная атомная компания Казатомпром(56) Отчет НИР Разработка опытно-промышленной технологической схемы вертикальной фильтрации растворов ПВ в пласте с созданием непроницаемых зон на месторождении Мынкудук. Книга 1. Геотехнологическая часть. М. 1984(54) СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО СКВАЖИННОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С БОЛЬШОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ ПОДРУДНОГО ГОРИЗОНТА(57) В заявке излагается новое техническое решение для отработки блоков инфильтрационных месторождений, имеющих высокопроницаемые подрудные горизонты. Сущность решения состоит в обосновании оптимальной схемы вскрытия и установки фильтров в продуктивном горизонте и отработки залежи в три стадии - закисление рудного тела через все технологические скважины, отработку первой очереди с выдачей раствора через откачные скважины первого яруса фильтров и заключительным этапом с выдачей продуктивных растворов через фильтры обоих ярусов одновременно. Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проектирования и отработки эксплуатационных участков при добыче металлов подземным скважинным выщелачиванием из месторождений с большей проницаемостью подрудного горизонта. 12464 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для проектирования и отработки эксплуатационных участков при добыче металлов подземным скважинным выщелачиванием из месторождений с большой проницаемостью подрудного горизонта. При подземном выщелачивании металлов определенную трудность представляет отработка инфильтрационных пластовых месторождений, у которых рудное тело расположено выше определенного и высокопроницаемого подрудного горизонта (см. рис. 1). (Справочник по геотехнологии урана. М. Энергоатомиздат, 1997, с. 672). Особенно, когда мощности рудного тела 2 и подрудного горизонта 3 имеют одинаковый порядок, а горизонтальные коэффициенты фильтрации рудного тела и подрудного горизонта разнятся в разы и КФ 3 КФ 2. Например,для отдельных участков месторождения Мынкудук эти показатели имеют значенияф 2 6 м/сутф 3 12,8 м/сут 2710 м 38-12 м. (Отчет НИР Разработка опытно-промышленной технологической схемы вертикальной фильтрации растворов ПВ в пласте с созданием непроницаемых зон на месторождении Мынкудук. Книга 1. Геотехнологическая часть. Москва, 1984). Известен способ отработки таких блоков на полную мощность двух горизонтов МЭ 23, где МЭ - эффективная мощность рудовмещающего горизонта (Добыча урана методом подземного выщелачивания. М. Атомиздат, 1980, с. 248). Этот способ обладает весьма существенным недостатком, так как по подрудному горизонту фильтруется выщелачивающий раствор в большем количестве, пропорциональном коэффициенту фильтрации КФ 3 и мощности 3, т.е. при прочих равных условиях дебит скважин в подрудном горизонтеф 33 32 ,(1)ф 22 где 2 - дебит откачных или закачных скважин,м 3/сут.ф 2 иф 3 - средние значения коэффициентов фильтрации рудного тела и подрудного горизонта соответственно, м/сут. Для отмеченных выше условий 12,8 10 3 зс - отношение числа закачных к числу от ос качных скважин н - напор на закачной скважине, м вод. ст. о - депрессия на откачной скважине, м вод. ст. 2 с - радиус скважины, м к - показатель скин-эффекта, безразмерная величина. Ясно, что, например, для условий (2) концентрация продуктивного раствора будет существенно разбавляться за счет циркуляции выщелачивающего раствора по пустым породам подрудного горизонта. Во втором варианте возможна разработка рудного тела при МЭ 2 и отсутствии участка 5 откачных скважин. В этом случае часть продуктивного раствора будет фильтроваться за счет сил гравитации в подрудный горизонт. В зависимости от времени 1 отработки рудного тела мощностью 2 выщелачивающие растворы в пределе могут заполнить все поровое пространство рудного тела. При этом потери металла составят(4) Пб 2 пп р 10 3 , кг,где б - площадь отрабатываемого блока, м 2 Кп - среднее значение коэффициента эффективной пористости пласта, доли ед Спр - концентрация продуктивного раствора,мг/л. Известен также опыт (Отчет НИР Разработка опытно-промышленной технологической схемы вертикальной фильтрации растворов ПВ в пласте с созданием непроницаемых зон на месторождении Мынкудук. Книга 1. Геотехнологическая часть. Москва, 1984 (прототип проведения отработки опытного блока на месторождении Мынкудук с параметрами, указанными выше, с так называемой вертикальной фильтрацией, когда фильтры закачных скважин устанавливались в верхней части рудного тела на границе с горизонтом 1, а откачных - в подрудном горизонте на границе с подошвой водоупора. Хотя опыт и показал принципиальную возможность такой схемы фильтрации выщелачивающих растворов в породах горизонтов 1, 2 и 3, однако он явно нерационален и малоэффективен вследствие двух причин. Во-первых в предложенном варианте реализуется пространственный радиально-сферический поток фильтрации в пористой среде, для которого, как известно, скорость по любому радиусуфильтрации имеет вид 211 ,(5) 2 где С 1 - некоторая постоянная. Для плоскорадиального потока эта же скорость будет(7)21 Это означает, что в плоскорадиальном потоке скорость фильтрации во много раз превосходит таковую в радиально-сферическом. 12464 Во-вторых, коэффициенты фильтрации пород горизонтов 1, 2 и 3 по вертикали (в крест напластованию) существенно ниже таковых по горизонтали. Данные опыта позволили установить, чтофв 0,66(8) 2 Известно, что под действием сил гравитации скорость потока фильтрации по вертикали составляетфвфв(9) 10 Исходя из этого, время, которое необходимо для замещения пластовых вод в подрудном горизонте выщелачивающим раствором, в пределе составит) Устранить отмеченные недостатки перечисленных известных способов, значительно сократить время подготовки запасов к отработке рудного тела мощностью 2, увеличить продуктивность растворов и снизить потери металла в указанных условиях позволяет следующее новое техническое решение. Закачные скважины не добуривают до кровли подрудного горизонта с некоторым интерваломи оборудуют фильтрами - 6 на этой высоте (2-), а откачные скважины пробуривают до нижнего водоупора и оборудуют двухъярусными фильтрами (4, 5) высотой, равной высоте рудного тела и подрудного горизонта (23) (см. рис.), и разработку рудного тела (2) осуществляют в три последовательных этапа. На первом этапе с целью минимизации фильтрации продуктивного раствора в подрудный горизонт включают всетехнологических скважин в режим закачки и выщелачивающие растворы реагента подают одновременно в откачные и закачные скважины и вытесняют пластовые воды в объеме порового пространства рудного тела, при этом время вытеснения определяют по формуле,) где б - площадь отрабатываемого блока, м 2 п - среднее значение коэффициента эффективной пористости пласта, доли едф - среднее значение коэффициента фильтрации рудного тела, м/сут н - напор на закачных скважинах, м вод. ст. о - радиус ячейки, м с - радиус скважины, м- число технологических скважин, шт. к - показатель скин-эффекта, безразмерная величина. Причем, в откачных скважинах включается только первый ярус фильтров (4) при изолированном втором ярусе (5). По прошествии времени Тв на втором этапе отработки в откачные скважины с фильтрами (4) подачу раствора прекращают и включают в работу одновременно закачные и откачные скважины в нормальном режиме эксплуатации в течение времени р, определяемого по формуле) гдефв - среднее значение коэффициента фильтрации по вертикали в крест напластования рудного тела мощностью 2 и горизонтальным коэффициентом фильтрацииф 2 и подрудного горизонта мощностью 3 и горизонтальным коэффициентомф 2 ф 3 фильтрацииф 3 , равноефв. 20 По прошествии времени ТвТр переходят к третьему этапу отработки рудного тела путем включения в работу откачных скважин в режиме откачки продуктивных растворов одновременно с двумя ярусами фильтров (4) и (5) до полной отработки рудного тела. р Схема вскрытия рудного тела и расположения фильтров (4, 5, 6) в рудовмещающем пласте Рисунок Обозначения 1, 3, - мощность надрудного и подрудного горизонтов, м 2 - мощность рудного тела, м Кф 1, Кф 2, Кф 3 - средние значения коэффициентов фильтрации горизонтов, м/сут 4, 5, 6 - фильтры о - радиус ячейки, м Кф 3 Кф 2 Кф 1. Возможность практической реализации предлагаемого способа можно проиллюстрировать следующим примером. По опытным данным, накопленным при отработке отдельных участков одного из месторождений Шу-Сарысуской рудной провинции, для условий 3 12464 б 1,45105 м 2 п 0,262,50,271,27 т/м 3 ф 26,8 м/сут н 80 м вод. ст. о 50 м с 0,08 м 1 (3,0) 28 м 310 мф 312 м/сут., время закисления составляет от 75 до 90 суток, а время отработки первого этапа 210-240 суток. Определяем время вытеснения пластовых вод из блока (время закисления) по предлагаемому способу по формуле (11) 50 10 21451050,26,355741,4 68 суток. Время работы фильтров первого яруса и периода первого этапа отработки блока определится по формуле (12) Предлагаемый способ отработки рудного тела позволяет также увеличить продуктивность раствора за счет исключения потерь продуктивного раствора в подрудном горизонте и исключить соответственно потери металла в нем. При площади блока б 1,45105 м 2, средней эффективной пористостип 0,26 и мощности подрудного горизонта 310 м, потери продуктивного раствора составляютп рб 3 п 377000 м 3. Объем прокачиваемых продуктивных растворов по рудному телу 2 рб 2 пп , м 3, где п - плотность пород пласта, т/м 3- отношение ЖТ- параметр отношения средней скорости выщелачивания к средней скорости фильтрации раствора по любой линии тока. 1,72,5 р 14510380,264747407 м 3. 0,27 Увеличение средней продуктивности раствора составит 377000 п р 10084747407 и соответственно уменьшение потерь металла составляет также 8 . ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ подземного скважинного выщелачивания металлов из месторождений с большой проницаемостью подрудного горизонта через систему технологических скважин, включающий вскрытие и отра 4 ботку рудного тела системой откачных - закачных скважин вертикальной фильтрации растворов, в котором откачные скважины пробуривают до нижнего водоупора, отличающийся тем, что закачные скважины не добуривают до кровли подрудного горизонта с некоторым интерваломи оборудуют фильтрами на этой высоте, а откачные скважины оборудуют двухъярусными фильтрами высотой,равной высоте рудного тела и подрудного горизонта,и разработку рудного тела осуществляют в три последовательных этапа.этап - выщелачивающие растворы реагента подают одновременно в откачные и закачные скважины и вытесняют пластовые воды в объеме порового пространства рудного тела, причем, в откачных скважинах включается только первый ярус фильтров при изолированном втором ярусе, при этом время вытеснения определяют по формуле,где- площадь отрабатываемого блока, м 2 п - среднее значение коэффициента эффективной пористости пласта, доли едф - среднее значение коэффициента фильтрации рудного тела, м/сут- напор на закачных скважинах, м вод. ст. о - радиус ячейки, м с - радиус скважины, м- число технологических скважин, шт- показатель скин-эффекта, безразмерная величина.этап - прекращают подачу раствора в откачные скважины и включают в работу одновременно закачные и откачные скважины в нормальном режиме эксплуатации в течение времени Тр, определяемого по формуле р, сутки, гдефв - среднее значение коэффициента фильтрации по вертикали в крест напластования рудного тела мощностью 2 и горизонтальным коэффициентом фильтрации Кф 2 и подруднорго горизонта мощностью 3 и горизонтальным коэффициентом фильтрации Кф 3, равноеф 2 ф 3 фв. 20 этап - откачные скважины включают в работу с двухъярусными фильтрами до полной отработки рудного тела.