Способ обработки фильтров и призабойной зоны скважин подземного выщелачивания

(51) 21 37/00 (2006.01) 21 43/28 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ жидкость готовят двух видов - разрыхляющую и растворяющую, которые перед вводом в пласт подвергают кавитационной обработке. Последовательно закачивают промывную разрыхляющую жидкость, выщелачивающий агент и промывную растворяющую жидкость, а после поглощения пластом растворов повторно закачивают выщелачивающий раствор и осуществляют очистку откачных скважин с применением кавитатора. Промывная разрыхляющая жидкость содержит (масс. ) поверхностно-активное вещество - 0,005-0.01,тринатрий полифосфат - 0.05-0.1, маточник сорбции-остальное промывная растворяющая жидкость содержит) тринатрий полифосфат - 0.05 - 0.1, сульфаминовая кислота 0.06 - 0,125, маточник десорбции - остальное. Техническим результатом способа является эффективная декальматацию,увеличение приемистости закачных скважин, снижение расхода химических реагентов.(72) Мамытбеков Галымжан Куламкадырович Кожахметов Серик Касымович Шаванда Владимир Владимирович(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Институт высоких технологий(74) Никитина Ирина Ильинична Имансаева Айжан Мейрхановна(56) Инновационный патент РК 22931, кл.Е 21 В 37/00, 15.09.2010 г(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ФИЛЬТРОВ И ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИН ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ(57) Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых способом подземного выщелачивания. Способ включает подачу в закачные скважины промывной жидкости,выщелачивающего раствора и воздействие упругих колебаний. Согласно изобретению промывную Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых способом подземного выщелачивания (ПВ) и может быть использовано для интенсификации добычи урана и других полезных ископаемых, путем удаления твердых механических или химических отложений сложного состава из призабойной зоны пласта, в том числе со стенок скважинных фильтров в процессе проведения ремонтновосстановительных работ(РВР) технологических скважин, а также для восстановления дебита и приемистости специальных скважин. При разработке месторождений урана и других металлов методом ПВ производительность технологических скважин снижается вследствие кольматации фильтров и прискважинных зон,которая зависит от многочисленных факторов геологического строения рудного тела способа бурения конструкции скважин и фильтра способа установки фильтра способа и сроков освоения скважин гидрохимического состава подземных вод типа использованного оборудования выщелачивающего реагента других факторов(А.И.Калабин. Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием и другими геотехнологическими методами. 2 изд., М. Атомиздат, 1981). Предотвращение или снижение степени кольматации позволит повысить извлечение урана и других металлов. Известен способ подачи с поверхности через скважины в продуктивный горизонт выщелачивающего раствора и газообразного реагента, диспергирование механических взвесей в выщелачивающем растворе в акустическом поле с интенсивностью 1,70-10 Вт/м 2,собственно выщелачивание и откачку продуктивного раствора(Патент РФ 2295638, публ. 20.03.2007). Недостатком способа является использование двух или более узлов диспергирования,использование генератора мощных акустических колебаний, использование циклической системы подготовки продуктивных растворов через дополнительный узел - прудок- отстойник, что увеличивает время прокачки выщелачивающего раствора через рудоносный горизонт. Известен способ подземного выщелачивания полезных ископаемых с использованием погружного в скважину генератора, создающего импульсы давления с несимметричным распределением энергии. Воздействие импульса осуществляют со спектром в интервале частот меньше 100 Гц и максимумом плотности энергии в интервале 15-35 Гц (Пат. РФ 1030540, приор. 15.04.1980, публ. 23.07.1983). Недостатком способа является необходимость громоздких наземных компрессоров, сложных механических клапанов,сложная схема управления. Межремонтный период составляет 1-2 месяца, после чего воздействие необходимо повторять. Известен способ декольматации фильтров и призабойной зоны пласта, приведенный в пат. Российской Федерации 2319724 (МПК С 09 8/52,публ. 20.03.2008 г.). Он включает обработку подачей 2 в забой скважины промывочной жидкости, которая содержит,мас.(ПАВ) полиэтиленоксида-400 2,4 - 7,0 мас. и поливинилового спирта марки 18/11 1,4 мас., воду - остальное. Недостатком способа является большой расход сильной агрессивной кислоты. Известен способ деколматации фильтров и стенок скважин, (Пат. РФ 2295630, МПК Е 21 В 37/08, публ. 20.03.2007 г.). Он включает промывку технической водой и одновременное периодическое воздействие кавитатором. Недостатком способа является его недостаточная эффективность,особенно при химической кольматации фильтров и призабойной зоны скважин. Известен способ декольматации фильтров и прифильтровой зоны скважин (Патент РК 15427,МПК Е 21 В 43/00, публ. 15.02.2005 г.). Он заключается в обработке скважины последовательным смешением технической поваренной соли с серной кислотой в стехиометрическом соотношении 21 или при значительном избытке последней для получения соляной кислоты, последующем продавливании образовавшегося столба жидкости путем подачи маточных растворов и выдерживании скважины в этом режиме в течение 24-36 часов. Недостатками способа является большой расход кислоты и технической поваренной соли и длительность выдержки режима растворения твердых отложений в прифильтровой зоне, причем необходимо строго контролировать температуру охлаждения промывочной смеси не выше 80 С. Кроме того, способ позволяет достичь дебита скважины только в среднем 4,25 м 3/час. Известен способ декольматации фильтров и призабойной зоны скважин, раскрытый в описании к предпатенту РК 17778 (МПК Е 21 В 37/06, публ. 15.09.2006 г.) Он включает химическую обработку подачей в забой скважины промывочной жидкости,содержащей сульфаминовую кислоту в количестве 1-5 мас. и воду - остальное, и одновременное с химической обработкой воздействие на призабойную зону знакопеременными силовыми волновыми импульсами с помощью гидродинамического излучателя (ГДИ). После обработки ГДИ выводят на поверхность, а в скважину подается вода для задавливания сульфаминовой кислоты в призабойную зону для последующей химической обработки или промывки скважины. Недостатком способа является периодичность действия ГДИ. Колебания,создаваемые гидроударником при давлении 40-50 атм, могут привести к деформации и повреждению обсадных колонн. Задавливание сульфаминовой кислоты в призабойную зону усложняет способ и увеличивает продолжительность обработки скважины. Также известный способ требует большого расхода сульфаминовой кислоты и энергетических затрат. Дебит от скважин после обработки известным способом составляет 5,0 - 6,2 м 3/час. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ декольматации фильтров и призабойной зоны скважин, включающий обработку скважин промывочной жидкостью при непрерывном воздействии кавитатора. Согласно варианту способа, промывочная жидкость содержит воду и 0,001-0,12 мас. поверхностно-активного вещества. По второму варианту промывная жидкость дополнительно содержит 0,3-0,5 мас. сульфаминовой кислоты.(Пат. РК 22931, оп.2012 г) Недостатком способа, принятого за прототип,является его сложность и недостаточная эффективность. Скважину обрабатывают подачей технической воды в течение 15 мин. под давлением 5-10 атм, затем подают промывную жидкость под давлением 20-40 атм. в течение от 20 до 210 мин.,обрабатывая каждые 30-50 см забоя скважины. Задачей изобретения является создание простого способа декольматации фильтров и призабойной зоны скважин,улучшение фильтрационных характеристик рудоносного горизонта за счет обеспечения гидроразмыва,увеличения дисперсности твердых кольматантов, создание промывных жидкостей химических реагентов,повышение эффективности декольматации,снижение материальных и энергетических затрат,продолжительность декольматации, исключение возможности повреждения обсадных колонн. Техническим результатом является упрощение процесса декольматации, увеличение приемистости закачных скважин, снижение расхода химических реагентов, уменьшение энергетических затрат и рост концентрации урана в продуктивных растворах. Технический результат достигается способом обработки фильтров и призабойной зоны скважин,который включает подачу в закачные скважины промывочной жидкости и кавитационное воздействие,причем,в соответствии с изобретением, промывную жидкость используют двух видов разрыхляющую и растворяющую,которые перед вводом в пласт подвергают кавитационной обработке. Последовательно закачивают промывную разрыхляющую жидкость,выщелачивающий агент и промывную растворяющую жидкость, а после поглощения пластом растворов повторно закачивают выщелачивающий раствор и осуществляют очистку откачных скважин с применением кавитатора. Промывная разрыхляющая жидкость содержит следующие компоненты, масс. поверхностноактивное вещество - 0,005-0.01, тринатрий полифосфат - 0.05-0.1, маточник десорбции(содержание серной кислоты 2 г/л) остальное. Промывная растворяющая жидкость содержит следующие компоненты,масс. тринатрий полифосфат 0.05-0.1, сульфаминовую кислоту 0.060,125), маточник десорбции (содержание серной кислоты 2 г/л) - остальное. Выщелачивающий раствор является раствором серной кислоты с концентрацией 5-10 г/л. Кавитационную обработку промывных разрыхляющего и растворяющего растворов, осуществляют через кавитационное устройство, присоединенное к центробежному насосу, при давлении от 5 до 10 атм. в течение 0,51 час. Время обработки пласта выщелачивающим раствором составляет не менее 3 часов. Очистку откачных скважин осуществляют непрерывным воздействием кавитатора. Существенными отличительными признаками предлагаемого способа ПВ являются последовательная подача через сеть закачных скважин(ЗС) промывных жидкостей в продуктивный горизонт,предварительно прошедших кавитационную обработку в емкости объемом 16 м 3, компоненты которой способствуют разрыхлению пласта, диспергированию твердых отложений (карбонатов, сульфатов, гидроксидов переходновалентных металлов). Процесс сопровождается обильным газовыделением, что способствует интенсификации процесса фильтрации платового флюида через поры горнорудной массы и направлению его в сторону разгрузочных(откачных) скважин, т.е. газообразование играет положительную роль. Промывные жидкости проявляют функции антибарьерной жидкости. Их применение способствует снятию геохимического барьера в карбонизованных пластах и увеличению пластового давления при ПВ. Для приготовления промывочных жидкостей используются маточники десорбции с кислотностью 2 г/л. Кавитационная обработка жидкостей способствует ее активации, изменяет ее физикохимические свойства, интенсифицирует химико технологические процессы. Для этой цели использовался гидродинамическая кавитационная установка. Ввиду карбонатности пластов в процессе закисления неизбежным является протекание реакции гипсообразования за счет взаимодействия серной кислоты и известковыми и доломитовыми породами. Промывные жидкости создают условия,при которых происходит растворение гипсовых корок на поверхности вмещающих пород. Степень разрыхления твердых осадков возрастает за счет внедрения в их структуру диспергирующих агентов,которые придают им агрегативную устойчивостью,но не способны полностью растворить. Перевод осадка во взвешенное состояние достигается поверхностно-активными веществами (ПАВ). В качестве ПАВ используют отрицательно заряженное производное продуктов переработки нефти и газа. Молекулы ПАВ имеют дифильной природу. Углеводородный радикал - неполярная часть, а сульфоновая группа, ковалентно связанная с алкильным радикалом полярная часть обеспечивают способность адсорбироваться и внедряться в трещины поверхностного гипса. При этом углеводородный радикал адсорбируется на поверхности электронейтральной частицы гипса а полярные группы уже О 4-22 О,адсорбированных молекул ПАВ отталкиваются друг от друга вызывая гидрофилизацию поверхности за 3 счет образования двойного электрического слоя, что обеспечивает дополнительное проникновение флюида (пластовой воды или выщелачивающего раствора) в межзерновое пространство твердых отложений. Такое разрыхление способствует переводу твердых осадков во взвешенное состояние с увеличением их агрегативной устойчивости за счет электростатического фактора стабилизации. Каждая оторванная с поверхности частица гипса оголяет внутреннюю поверхность загипсованных участков рудовмещающей породы и обеспечивает к ней доступ выщелачивающего раствора. Концентрация ПАВ,используемая в предлагаемом способе,увеличивающая коэффициент фильтрации пласта, не превышает критическую величину критическую концентрацию мицеллообразования, при которой может произойти обратный эффект, т.е. создание зон кольматации или противофильтрационных экранов за счет обильного ценообразования в пласте. Состав и концентрации промывных жидкостей способствуют ингибированию кислотной коррозии и обеспечивает высокопроизводительную работу оборудования, увеличение срока действия и сокращение числа прорывов трубопроводов и оборудования гидрометаллургических заводов,способствует мероприятиям по охране окружающей среды. Для растворения карбонатов использовали соль фосфорной кислоты - триполифосфат натрия(5310). Воздействие этих солей на железистые и карбонатные соединения представлены следующими уравнениями 653 О 1052(СО 3)32 е 5(Р 3 О 10)31523 253105 СаС 3 Са 5(Р 3 О 10)2523 Сульфаминовая кислота в водных растворах находится преимущественно в форме биполярного иона и способна легко связывать заряженные частицы и ионы и предохранять их от потери агрегативной устойчивости благодаря электростатическому фактору стабилизации. Например,где- , А 13 Благодаря донорной способности атома азота аминогруппа легко может принять протон и придать поверхности положительный заряд. Аналогично сульфаминовая кислота стабилизирует гидроокиси, сульфаты и карбонаты уранила в различных ее формах и степенях окисления 2232(23)22 у(Н 2) Сульфаниловая кислота может вступать с уранил ионом как в ионные, так и в координационные связи,находясь при этом в полностью диссоциированном состоянии. Промывные растворы последовательно закачивают в следующем порядке промывную разрыхляющую жидкость, выщелачивающий агент и промывную растворяющую жидкость, а после поглощения пластом растворов повторно 4 закачивают выщелачивающий раствор и осуществляют очистку откачных скважин с применением кавитатора. При этом вне зависимости отсреды (от 1,5 до 6,8 ед. ) в 5 из 6-ти откачных скважин происходит самоизлив,сопровождаемый обильным газовыделением. Время закачки и компонентный состав определяют характеристики пласта литология и содержание карбонатных соединений в породе. Подачу продолжают циклически до проявления положительной реакции на увеличение фильтрации рудоносного горизонта,а именно,росту приемистости закачных скважин и дебита откачных скважин, а также увеличению концентрации металла в продуктивном растворе, и обильному газовыделению, что приводит к увеличению пластового давления и динамического уровня откачных скважин. Т.о. предлагаемый способ позволяет повысить приемистость закачных скважин, дебит откачных скважин и концентрацию извлекаемого урана за счет улучшения фильтрационных характеристик рудоносного горизонта последовательным введением предварительно кавитационноактивированных промывных разрыхляющего и растворяющего раствора. Сведения,подтверждающие возможность осуществления способа. Пример. В маточном растворе сорбции объемом 16 м 3 растворяют разрыхляющие компоненты - ПАВ сульфанол, тринатрийполифосфат в соотношении от 0,5 до 1,6 кг первого, и от 8 до 25 кг второго компонента. После чего проводят активацию раствора посредством кавитатора, присоединенного к центробежному насосу (производительностью 510 атм) в течение от 0,5 до 1 часа. Готовый раствор вводят в пласт через систему закачных скважин в режиме нагнетания при давлении 7 атм. После поглощения активированного раствора пластом, в систему закачных скважин подают стандартный раствор выщелачивающий раствор с концентрацией серной кислоты 5-10 г/л в течение трех часов. Промывной растворяющий раствор готовят в той же емкости объемом 16 м 3. В маточнике сорбции растворяют тринатрийполифосфат и сульфаминовую кислоту в соотношении 8-16 кг первого и 10-20 кг второго компонента. Проводят активацию раствора посредством кавитатора в течении 1 часа с последующей подачей растворяющего раствора в пласт через закачные скважины в аналогичном режиме. После поглощения пластом промывного растворяющего раствора в ЗС подается стандартный ВР в течение 3 и более часов. Очистку откачных скважин осуществляют непрерывным воздействием кавитатора на каждые 30-50 см. забоя скважины в течение 10-15 мин. Полученные результаты представлены в Таблицу 1. Операция продолжается циклически до проявления положительной реакции на увеличение фильтрации рудоносного горизонта, что выражается в росте приемистости закачных скважин и дебита откачных скважин,а также изменением концентрации металла в продуктивном растворе, и обильном газовыделении, что приводит к увеличению пластового давления и статического уровня откачных скважин(ОС). Способ осуществляли в течение 21 дня при количестве закачных скважин (ЗС) в блоке 27 ед., ОС - 6 ед. В ходе обработки фильтров и призабойной зоны скважин подземного выщелачивания проводили замеры приемистости ЗС и дебита откачных скважин,замерялся,окислительновосстановительный потенциал (ОВП) раствора и определялась концентрация урана в продуктивных растворах. Положительный эффект по увеличению приемистости ЗС проявился на 8 сутки после последовательной закачки промывных жидкостей и выщелачивающих растворов, давление нагнетания выщелачивающего раствора в закачные скважины снизилось от 7 атм до 3 атм. Результаты приведены на фиг.1. Относительное увеличение приемистости закачных скважин представлено, как отношение приемистости скажины после снятия геохимического барьера, последовательной подачей активированных промывных растворов к ее исходному значению (до введения кавитационноактивированных растворов в пласт). После снятия геохимического барьера проводится очистка и освоение откачных скважин с применением кавитатора. Приемистость скважин возросла от 5 до 20 раз от исходного значения. Таким образом,положительный эффект заявляемого способа заключается в повышении эффективности снятия геохимического барьера в карбонизированных пластах за счет улучшения фильтрационных характеристик пласта в результате диспергирования и растворения гипсово-карбонатных отложений и минералов,интенсификации обильного газообразования в пластовых условиях, приводящее к росту статического уровня откачных скважин и концентрации металла в продуктивных растворах. Приемистость скважин возрастает в 5-20 раз, что в 1,5-2 раза выше, чем при осуществлении способа по прототипу. Таблица Характеристи Вид ка скважины кольматац ии Параметры обработки скважин в 1 цикле Разрыхляющей Растворяющей промывной Выщелачивающий промывной жидкостью,масраствор жидкостью,мас. Результаты обработки фильтров и призабойной зоны скважины при ПВ в циклическом режиме,21 день-655,7 м, Пескоотло ПАВ-0,005 тринатрийполифосфат - Серная кислота 5 г/л, осв 15 м 3/час, рН-2,67 Нф-5,6 м. жение тринатрийполифосфат 0,05 сульфаминовая кислота в режиме нагнетания Суран 228 мг/л до обрабботки 0,05-0,06 Маточник сорбции- в течение трех часов. 1,0 м 3/час,Маточник сорбцииостальное Активация рН-2,67 остальное Активация раствора кавитационной Суран 108 мг/л раствора кавитационной обработкой 0,5 ч режим обработкой 0,5 ч. режим нагнетания при давлении нагнетания при давлении 7 атм 7 атм-506 м,Гипсоотло ПАВ-0,005 тринатрийполифосфат -0,05 Серная кислота осв 20 м 3/час, рН-6,44 Нф-10 м. жение тринатрийполифосфат - сульфаминовая кислота 10 г/л, в режиме Суран 83 Мг/л до обработки 0,01 Маточник сорбции- 0,10 Маточник сорбции- нагнетания в течение 3 м 3/час остальное Активация остальное Активация десяти часов-7,29. раствора кавитационной раствора кавитационной Суран 75 мг/л обработкой 0,5 ч режим обработкой 1,0 ч режим нагнетания при давлении нагнетания при давлении 7 атм 7 атм-480 м, Гипсоотло ПАВ-0,01 тринатрийполифосфат -0,1 Серная кислота 10 осв 20 м 3/час,Нф-7,8 м, жение Тринатрийполифосфат сульфаминовая кислота г/л, в режиме рН-0,7. Одо обработки 0,01 Маточник сорбции- 0,125 Маточник сорбции- нагнетания в течение Суран 55 мг/л 3 1,0 м /час,остальное Активация остальное Активация более двадцати часов рН-6,3. раствора кавитационной раствора кавитационной Суран 34 мг/л обработкой 1,0 ч режим обработкой 01,0 ч режим нагнетания при давлении нагнетания при давлении 7 атм 7 атм- глубина геотехнологической скважины Нф - длина фильтра скважины- дебит скважины до обработки- время обработки скважины на определенной глубине, время обработки фильтровой зоны ПАВ - сульфанол или другие продукты сульфирования нефти и нефтепродуктов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки фильтров и призабойной зоны скважин, включающий подачу в закачные скважины промывной жидкости, выщелачивающего раствора и воздействие упругих колебаний,отличающийся тем, что промывную жидкость готовят двух видов разрыхляющую и растворяющую, которые перед вводом в пласт подвергают кавитационной обработке,последовательно закачивают промывную разрыхляющую жидкость, выщелачивающий агент и промывную растворяющую жидкость, а после поглощения пластом растворов повторно закачивают выщелачивающий раствор и осуществляют очистку откачных скважин с применением кавитатора. 5 2. Способ по п.1 отличающийся тем, что промывная разрыхляющая жидкость содержит следующие компоненты, масс. Поверхностно-активное вещество - 0,005-0.01 Тринатрий полифосфат - 0.05- 0.1 Маточник десорбции(содержание серной кислоты 2 г/л) - остальное. 3. Способ по п.1 отличающийся тем, что промывная растворяющая жидкость содержит следующие компоненты, масс.Тринатрий полифосфат - 0.05- 0.1 Сульфаминовая кислота - 0.06 - 0,125. Маточник десорбции(содержание серной кислоты 2 г/л) - остальное. 4. Способ по п.1 отличающийся тем, что выщелачивающий раствор является раствором серной кислоты с концентрацией 5-10 г/л. 5. Способ по п.1 отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют продукты сульфирования нефти и нефтепродуктов. 6. Способ по п.1 отличающийся тем, что кавитационную обработку промывных разрыхляющего и растворяющего растворов,осуществляют через кавитационное устройство,присоединенное к центробежному насосу, при давлении 5-10 атм. в течение 0,5-1 час. 7. Способ по п.1 отличающийся тем, что время обработки пласта выщелачивающим раствором составляет не менее 3 часов. 8. Способ по п.1 отличающийся тем, что очистку откачных скважин осуществляют непрерывным воздействием кавитатора на каждые 30-50 см забоя скважины в течение 60-90 мин.