Скважинная фильтровая колонна

(51) 21 43/08 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ собой секций одинаковой длины, составляющей, как минимум, один метр, каждая секция имеет отверстия одинакового диаметра, а в направлении сверху вниз в каждой последующей секции диаметр отверстий выполнен увеличенным на 0,05 мм по сравнению с предыдущей при скважности верхней секции ко равной 0,055, причем скважность нижней секции в зависимости от величины показателей скин-эффекта ко, к в начальном и конечном сечениях фильтровой колонны определяют по следующим выражениям при этом, отдельные секции фильтровой колонны скреплены между собой, например,резьбовым соединением.(72) Рогов Евгений Иванович Язиков Виктор Григорьевич Рогов Андрей Евгеньевич Забазнов Владимир Львович Кених Михаил Вячеславович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Горнорудная компания(57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых подземным скважным выщелачиванием металлов. Техническим результатом изобретения является осуществление равномерной подачи выщелачивающих растворов по всей длине скважинной фильтровой колонны, что сокращает сроки выщелачивания металлов. Это достигается тем, что в известной скважинной фильтровой колонне содержащей перфорированную трубу, согласно изобретению,труба состоит из отдельных, скрепленных между 14932 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке любых месторождений подземным скважинным выщелачиванием металлов. В практике подземного скважинного выщелачивания(ПСВ) металлов известны различные конструкции фильтров, содержащих трубу с отверстиями, разнообразие которых огромно/1,2,3/. Главнейшими показателями фильтров являются его длина и скважность. Однако, при всем разнообразии конструкций фильтров, все они имеют одинаковую по длине скважность. Известно также,что чем длиннее фильтр, тем он хуже работает с глубиной, причем не зависимо от его скважности. Неравномерная и уменьшающаяся с глубиной подача выщелачивающих растворов через фильтры с постоянной скважностью приводит к увеличению сроков отработки блоков и, следовательно, к удорожанию добываемого металла. Известен также, скважный фильтр, содержащий перфорированную трубу и насадки с отверстиями,выполненные в форме трапецеидальных пазов или усеченных конусов, закрепленных на наружной поверхности трубы и совмещенные с ее отверстиями, согласно изобретению, отверстия трубы и насадок расположены по винтовой линии, а каналы связи выполнены тангенциально относительно наружной поверхности трубы по окружности /4/. Недостатком этого фильтра является также то,что он работает с постоянной скважностью. Это приводит к неравномерной подаче раствора по всей его длине и увеличению сроков выщелачивания. Задачей изобретения является создание скважинной фильтровой колонны, позволяющей осуществлять равномерную подачу раствора по всей ее длине и сократить сроки выщелачивания. Техническим результатом изобретения является сокращение сроков выщелачивания. Это достигается тем, что в известном скважинном фильтре,содержащем перфорированную трубу, согласно изобретению,труба состоит из отдельных, закрепленных между собой одинаковых секций длинойодного метра с нарастающим размером входных отверстий на 0,05 мм для каждой последующей секции при скважности верхней секции ко равной 0,055,причем скважность нижней секции к в зависимости от величины показателей скин-эффекта ко к в начальном и конечном сечениях фильтровой колонны определяют по выражениям при этом, отдельные секции фильтровой колонны закреплены между собой, например,резьбовым соединением. Технический результат изобретения достигается за счет того, что предлагаемое конструктивное решение фильтровой колонны работает с переменной по ее длине скважностью, которая позволяет равномерно распределять выщелачивающие растворы. На фиг. 1 представлена схема соединения отдельных секций скважинной фильтровой колонны на фиг. 2 изображен схематично процесс работы скважинной фильтровой колонны. Скважинная фильтровая колонна содержит трубу 1 с отверстиями 2 (на чертеже не показано),состоящую из отдельных секций 3. На чертежах также показаны закачная скважина 4, верхний и нижний водоупоры 5.6 соответственно,продуктовый пласт 7, и эпюра нагрузок 8 на стенки сважинной фильтровой колонны. Скважинная фильтровая колонна работает следующим образом. При подаче раствора в скважину под давлением в первую секцию, она пропускает количество раствора 1, м 3/час или м 3/сут. Так как по длине первой секции происходит потеря напора, то на второй секции, вследствие увеличенных диаметров отверстий и скважности при меньшем давлении, дебит второй секции 2 сохраняется примерно в пределах 12. Последующие, третья, четвертая т.д. секции фильтра работают по принципу второй секции. В результате достигается выравнивание расходов раствора, подаваемого в пласт по всемсекциям. Для обоснования новой конструкции рассмотрим работу фильтров на закачной скважине в зависимости от глубины скважин и длины фильтра(фиг. 2). Рассматривая эпюру нагрузок на стенки фильтра можно записать 02 - 1,(1) где 2 н , тс/м 2 1 Мэв, тс/м 2(3) гдеи в - плотность раствора и воды соответственно, т/м 3. Для практических расчетов можно принять в 1 т/м 3, тогда из (3) получим 0 н-Мэ.(4) Простейшее уравнение (4) при длине фильтра фМэ для совершенной скважины будет иметь вид для напора н по высоте продуктивного горизонта н 0 н - ф, тс/м 2.(5) Из анализа формулы (5) следует три важных вывода- с увеличением длины фильтра ф напор н на стенки продуктивного пласта падает пропорционально длине ф- при длине фильтра фн существует нулевая плоскость в пласте, по которой напор отсутствует,следовательно,и отсутствует фильтрация раствора- при длине фильтра фн он становится 14932 бесполезным и используется как отстойник мелких взвешенных в растворе твердых частиц. Для убедительности рассмотрим простой пример. Пусть н 50 м, имеется двухярусное рудное тело, заключенное в продуктивный горизонт средней мощностью М 50 м. Пусть первая залежь рудного горизонта 16 м лежит в верхней части продуктивного горизонта, а вторая залежь 29 м расположена в нижней части пласта. Если теперь вскрыть это двух ярусное рудное тело одной системой откачных и закачных скважин и начать их одновременную отработку, то она будет совсем не эффективной. Так в соответствии с (5) напор на конце фильтра первого яруса будет н 150643 м(6) А напор в начале второго фильтра второго яруса составит всего н 2506359 м.(7) где 35 м - средняя мощность пород между ярусами. Ясно, что в конце фильтра второго яруса напор будет нулевым. Сравнивая напоры н и н 2 в верхней части фильтров получаем, что дебиты закачных скважин второго яруса будут почти в пять раз ниже таковых в первом ярусе. Тогда срок отработки второго яруса из одной системы скважин по продолжительности будет в пять раз длиннее первого срока. Из этого примера ясно, как важно учитывать напоры по длине фильтров, особенно для многоярусных и мощных рудных тел. Если теперь положить, что гидродинамическое сопротивление фильтра прямо пропорционально его скважности, то очевидно можно записать уравнение для приведенного коэффициента фильтрации прифильтровой зоны закачной скважины /2/ где Кф коэффициент фильтрации продуктивного пласта в ячейке по высоте фильтра ф, м/сут- оптимальный радиус ячейки, м, 1 - радиусы скважины и прифильтровой зоны с коэффициентом фильтрации К 1, м/сут. Ранее /2/ мы не выделяли К 1 от скважности фильтра , доли единицы. Будем считать, что имеется зависимость 110 к, м/сутки,(9) где к - скважность фильтра, доли ед. 10 - проницаемость или коэффициент фильтрации прифильтровой зоны, м/сут- безразмерный параметр, определяемый опытным путем. Дебит закачной скважины определяется по нашей формуле /2/ 110 к, м/сут. С тем, чтобы добиться равной скорости фильтрации по плоскостям длины фильтра при напоре (11), очевидно, необходимо условие После соответствующих получим уравнение Откуда находим показатель скин-эффекта для скважин в конце фильтра ф и скважность фильтра на его конце(15) Полученные формулы (14), (15) вполне согласуются с физическим смыслом геотехнологических процессов при ПСВ металлов. Ясно, что с тем, чтобы компенсировать уменьшение напора с глубиной - высотой фильтра необходимо увеличивать скважность фильтра по уравнению (15),которая позволит уменьшить показатель скинэффекта до вычисляемых величин (14) и (15). Рассмотрим простейший пример. Пусть для ЗС дано ко 2 ф 8 м н 60 м о 40 м с 0,08 м ко-0,1. По формуле (14) получаем(9) и по формуле (15) имеем скважность фильтра на его конце т.е скважность фильтра должна быть распределена линейно по его длине от 0,1 до 0,22 или от 10 до 22. 14932 Приведем пример обоснования экономической эффективности работы нового фильтра в условиях двухярусных рудных залежей, приведенных ниже. Пусть для условий Мынкудука заданы параметры отрабатываемого блока Кф 9,8 м/сут 50 м 0,08 м н 75 м 6 м. Суточные эксплуатационные затраты по руднику - Сэ 860 /сут, сеть скважин гексагональная, п 0,27 п 2,5 п 1,7 т/м 32,8. Определим время отработки верхнего яруса рудного тела по нашей формуле /2/ Тэ 2 Тэ 1. Источники 1. Справочник по геотехнологии урана, М.,Атомиздат, 1998, с. 632. 2. Язиков В.Г., Забазнов В.Л., Петров Н.Н.,Рогов Е.И., Рогов А.Е., Геотехнология урана на месторождениях Казахстана, Алматы, 2001, с. 442. 3. Комплексы подземного выщелачивания, М.,Недра, 1992, с. 40-48, 58-61, под. редакцией д-ра техн. наук О.Л. Кедровского. 4. Заявка на изобретение 2000 121102/03,кл. Е 21 В 3/18, Е 21 В 43/08, 2002 г. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ о - оптимальный радиус ячейки, м п - плотность пород продуктивного горизонта,т/м 3- параметр ЖТ- параметр Кф - средняя по рудному телу скорость фильтрации раствора, м/сут н и- компрессия и депрессия на технологических скважинах, м- радиус скважины, м 1. Скважинная фильтровая колонна, содержащая перфорированную трубу, отличающаяся тем, что труба состоит из отдельных скрепленных между собой секций одинаковой длины, составляющей, как минимум, один метр, каждая секция имеет отверстия одинакового диаметра, а в направлении сверху вниз в каждой последующей секции диаметр отверстий выполнен увеличенным на 0,05 мм по сравнению с предыдущей, при скважности верхней секции ко равной 0,055, причем скважность нижней секции к в зависимости от величины показателя скин-эффекта в начальном сечении фильтровой колонны ко и в ее конечном сечении к определяют выражениями При известной конструкции фильтров срок тработки второго яруса составит При новой конструкции фильтра с правильным его оформлением скважности по длине срок отработки второго яруса Тэ 2 будет равным сроку отработки первого 2. Скважинная фильтровая колонна по п.1,отличающаяся тем, что секции трубы скреплены между собой, например, резьбовым соединением.