Способ подземного выщелачивания металлов

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Задачей изобретения является минимизация затрат на сооружение и обвязку технологических скважин и их эксплуатацию, сокращение времени закисления и отработки месторождения, т.е. повышение экономической эффективности добычи металлов подземным выщелачиванием в целом. В изобретении обосновывается новое техническое решение по определению оптимального радиуса о гексагональной ячейки, исходя из условий полной обработки раствором рудных тел и с учетом гидродинамических параметров фильтрации выщелачивающих растворов. Предлагаются также решения по определению оптимальных параметров искусственных прифильтровых зон технологических скважин с высокой проницаемостью.(72) Джакишев Мухтар Еркынович Язиков Виктор Григорьевич Рогов Евгений Иванович Забазнов Владимир Львович Рогов Андрей Евгеньевич(73) Закрытое акционерное общество Национальная атомная компания Казатомпром(54) СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ(57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проектировании технологических систем добычи металлов подземным скважинным выщелачиванием (ПСВ). 12869 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проектировании технологических систем добычи металлов подземным скважинным выщелачиванием (ПСВ). Известен способ подземного выщелачивания металлов через систему технологических скважин,пробуренных с поверхности до нижнего водоупорного слоя через рудные тела с подачей в закачные скважины растворителя и извлечением через откачные скважины продуктивного раствора (Калабин А.И. Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием и другими геотехнологическими методами. М. Атомиздат, 1980). При проектировании технологических систем ПСВ металлов по известному способу важным параметром для схем вскрытия продуктивных пластов является радиусэлементарной ячейки (Толстов Е.А. Физико-химические геотехнологии освоения месторождений урана и золота в Кызылкумском регионе. М. МГГУ, 1999). Следует отметить, что радиус элементарной ячейки не только формирует всю гидродинамику ПСВ, но и определяет время закисления и отработки эксплуатационных участков, блоков, месторождения в целом. Он также является определяющим параметром при оценке суммарных затрат на сооружение, обвязку скважин и эксплуатацию всего месторождения. Однако до настоящего времени нет достаточного научно обоснованного подхода к определению этого параметра. При реализации способа, принятого за прототип (а. с. СССР 1522818, 1989), радиус элементарной ячейкипринимается на базе накопленных данных по уже отработанным месторождениям. Способ подземного выщелачивания металлов по прототипу включает вскрытие и отработку рудного тела системой технологических скважин, пробуренных с поверхности до нижнего водоупора через рудные тела, подачу выщелачивающего раствора в закачные скважины и отвод продуктивного раствора через откачные скважины. При этом радиус ячейки устанавливают по данным практики без учета гидрогеологических условий конкретного месторождения. При назначении радиуса ячейки без достаточных обоснований гидродинамических параметров фильтрации выщелачивающих растворов - времени закисления и выщелачивания металла в пределах ячейки сопровождаются следующими недостатками 1. При малых значениях радиуса ячейки сеть технологических скважин сгущается и соответственно возрастают затраты на сооружение скважин обратно пропорционально квадрату ячейки однако при этом уменьшаются эксплуатационные затраты прямо пропорционально квадрату радиуса ячейки 2. При больших значениях радиуса ячейки сеть технологических скважин разрежается и соответственно уменьшаются затраты на их сооружение однако растут эксплуатационные затраты прямо пропорционально квадрату радиуса ячейки. 2 Задачей изобретения является минимизация затрат на сооружение и обвязку технологических скважин и их эксплуатацию, сокращение времени закисления и отработки месторождения, т.е. повышение экономической эффективности добычи металлов подземным выщелачиванием в целом, за счет оптимизации радиусаячеистых схем вскрытия продуктивных пластов и параметров искусственных прифильтровых зон технологических скважин. Для решения поставленной задачи предлагается создать ячеистую сеть скважин с откачной скважиной в центре каждой ячейки, например, гексагональной, радиус которой определяют, исходя из условий полной обработки раствором рудных тел и недопущения растекания раствора в нерабочую зону рудного пласта по расчетной формуле. В качестве критерия оптимальности принимают затраты на сооружение и эксплуатацию сети скважин при отработке конкретного эксплуатационного участка для ПСВ (Рогов Е.И., Язиков В.Г., Рогов А.Е. Математическое моделирование в горном деле. Алматы, 2001). Любую известную схему расположения закачных и откачных скважин в блоке можно рассматривать в виде ячеистой. В каждой элементарной ячейке блока в центре ее сооружают откачную скважину и на определенном расстоянии (о) от нее сооружают закачные скважины, число которых может быть самым различным для восьмигранника - 8, шестигранника - 6, квадрата - 4, треугольника - 3, прямоугольника - 4. Причем закачные скважины располагают в вершинах соответствующих фигур, вписанных в окружность, радиусом - . Площадь вписанной в окружность фигуры является площадью ячейки блока,которая может быть определена через радиус -2 восьмигранник -я 2,86 о , м 2 2 шестигранник -я 2,6 о , м 2 2 квадрат -я 2 о , м 2 2 треугольник -я 1,3 о , м 2 прямоугольник со сторонами а и 2 а 2 я 1,6 о , м 2. Число ячеек в любом блоке определится в виде осб ,(1) я где б - площадь блока или участка месторождения. Исходя из условий полной обработки раствором рудных тел и недопущения растекания раствора в нерабочую зону пласта и достижения минимума затрат получена обобщающая конечная формула для определенияв виде- оптимальное значение параметра ото ношения числа закачных скважин к откачным- глубина скважины, м скв - стоимость 1 пог.м скважины (бурение, оснастка, обвязка, эксплуатация и погашение), /мф - средний коэффициент фильтрации, м/сут н - компрессия на закачной скважине, м- депрессия на откачной скважине, м с - радиус технологических скважин, м 1 - радиус прифильтровой зоны скважин, м- параметр, отношение жидкого к твердому(ЖТ)- параметр, отношение скорости выщелачивания металла к скорости фильтрации растворав по любой линии тока ф- значение плотности пород пласта, т/м 3 эу - число эксплуатационных участков на месторождении, отрабатываемых последовательно э - суточные эксплуатационные затраты по участку- параметр, зависящий от геометрии ячейки Успешную реализацию предложенного способа сооружения ячейки обеспечивают условия минимальной кольматациии прифильтровой зоны технологических скважин. В закачных и откачных скважинах в зоне установки фильтров по всей их высоте и некоторому радиусу от центра скважины - прифильтровой зоне создают искусственный высокопроницаемый цилиндр, который существенно увеличивает дебиты технологических скважин. Рассмотрим любую технологическую скважину и ее прифильтровую зону по высоте установленного фильтра. Введем обозначения (рис. 1) о - радиус питания - оптимальный радиус ячейки, м с - радиус скважины, м 1 - некоторый радиус прифильтровой части скважины, м ф - среднее значение коэффициента фильтрации в -ой ячейке, м/сут 1 - среднее значение коэффициента фильтрации в прифильтровой зоне -ой ячейки, м/сут 1,,- число технологических скважин. Схема взаимодействия технологических скважин с прифильтровой частью массива Рисунок 1 Прифильтровая зона радиусом 1 формируется вследствие многих факторов- наличия в растворах мелких частиц различного состава- скорости поступления растворов в прифильтровую зону - 1- наличия каких-либо способов формирования искусственных проницаемых зон - 1, например,создание дополнительной проницаемой области гравийной обсыпкой фильтра скважин. Для этого предлагается формула для вычисления (прогноза) дебита скважин (Рогов Е.И., Язиков В.Г., Рогов А.Е. Математическое моделирование в горном деле. Алматы, 2001) откачных скважин где э - эффективная мощность продуктивного пласта в ячейке, м э - величина скин-эффекта в области 1. Показатель скин-эффекта является безразмерной величиной и зависит от параметров с, 1, ф, 1. Для определения э рекомендуется следующее соотношение (Рогов Е.И., Язиков В.Г., Рогов А.Е. Математическое моделирование в горном деле. Алматы, 2001) 3- если ф 1, то скважина имеет некоторый цилиндр в прифильтровой области, например, созданной обсыпкой, тогда э 0- радиус скважины с имеет менее существенное влияние на э, а влияние радиуса 1 - более заметное. Введем новый безразмерный параметр с и назовем его коэффициентом эффективности -ой скважины. Ясно, что этот параметр характеризует увеличение дебитаскважиныпри ф 1 или его уменьшение при ф 1 из-за состояния прифильтровой ее части, где 1 с. Подставляя (6) в (3) и (4), получим(7)0,0727 фэ, м 3/сут, гдено - напоры для откачных ин - для закачных скважин, м. Приводим пример возможности осуществления предлагаемого способа по месторождению Мынкудук для условий м 1,45105 м 20,26280 м скв 26,8 /м (с обсыпкой)3 н 80 м о 5 м 1,11,821,450,46 эу 1 эс 86,812109,7 м/сут. 18 По формуле (2) вычисляется 188247850,336104 6760770,13250,99 , м. 2784414,3 Принимаем 50 м. Показатель скин-эффекта определяется по формуле (5) при оптимальных значениях соотношений для закачных скважинф 1 0,101101 с э-0,910-2,1. для откачных скважинф 1 0,10151 с э-0,95-1,5. Коэффициенты эффективности скважин - для закачных определяются по формуле (6) 4 0,081,5 Увеличение дебита технологических скважин приведет к сокращению сроков выщелачивания металлов минимум на 30 при оптимальном радиусе ячейки 50 м и заданных исходных данных. Средний срок выщелачивания урана из блока для условий Мынкудука составляет Тв 1390 суток. При эксплуатационных затратах в сутки Сэ 4,1103 экономия средств только по эксплуатационным затратам составит Э 113904,11030,31709,7103 США. Кроме того, при оптимальном радиусе ячейки,определяемом по формуле (2), сокращается число технологических скважин в среднем на блок с площадью б(80100)103, м 2 порядка 16 скважин. При стоимости сооружения одной скважины 12 000 экономия средств составит Э 21612103192103 США. Общий эффект от предлагаемого способа сооружения ячеек и технологических скважин составит Э(1709,7192)103 США. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ подземного выщелачивания металлов, включающий вскрытие и отработку рудного тела системой технологических скважин, пробуренных с поверхности до нижнего водоупора через рудные тела, подачу выщелачивающего раствора в закачные скважины и отвод продуктивного раствора через откачные скважины, отличающийся тем, что создают ячеистую сеть скважин с откачной скважиной в центре каждой ячейки, например, гексагональной, радиус которой определяют, исходя из условий полной обработки раствором рудных тел раствора по расчетной формуле- оптимальное значение параметра от 0 ношения числа закачных скважин к откачным Н - глубина скважины, м Сскв - стоимость 1 пог. м скважины (бурение,оснастка, обвязка, эксплуатация и погашение) Кф - средний коэффициент фильтрации, м/сут- компрессия на закачной скважине, м- депрессия на откачной скважине, м- радиус технологических скважин, м- радиус прифильтровой зоны скважин, м(Ж.Т)- параметр, отношение скорости выщелачивания урана к скорости фильтрации раствора в - по любой линии тока ф- значение плотности пород пласта, т/м 3 э - число эксплуатационных участков на месторождении, отрабатываемых последовательно Сэ - эксплуатационные затраты по участку а - параметр, зависящий от геометрии ячейки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в прифильтровой зоне скважины по высоте фильтра создают искусственную высокопроницаемую цилиндрическую полость с соотношениями коэффициентов фильтрации Кф породного массива продуктивного горизонта К и коэффициента фильтрации 1 искусственной среды полости 110 и отноф шениями радиусов полости 1 к радиусу скважины -110 для закачных скважин, 15 для