Способ разработки инновационной технологии эксплуатации гидрогенных месторождений урана по системе «Один блок и одна поршневая скважина»

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Техническим результатом является разработка блока или эксплуатационного поля, состоящего из нескольких блоков урана, которая осуществляется с помощью одной поршневой скважины с применением веерных горизонтальных скважин направленного бурения по всем слоям (горизонтам),разделенным в массиве гидрогенной урановой залежи. Таким образом, при подаче химического или биохимического раствора по этим скважинам направленного бурения весь массив гидрогенной залежи урана подвергается процессу выщелачивания, что ускоряет процесс закисления и образования продуктивных растворов, которые затем откачиваются по поршневой скважине на дневную поверхность для их переработки. Применение направленного бурения скважин позволяет бурить горизонтальные скважины длиной несколько сот метров со значительной скоростью,тем более в осадочных породах гидрогенных месторождений урана. Легко применимо в автоматизированной системе. В этом случае получим безлюдное производство продуктивных растворов урана и других полезных компонентов. Данная инновационная технология разработки гидрогенных месторождений урана и других полезных компонентов не имеет аналога в мировой практике производства продуктивных растворов урана.(76) Мутанов Галимкаир Мутанович Цой Самен Жусупбеков Сарсенбек Сейбекович Казанский Игорь Александрович(54) СПОСОБ РАЗРАБОТКИ ИННОВАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГИДРОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАНА ПО СИСТЕМЕ ОДИН БЛОК И ОДНА ПОРШНЕВАЯ СКВАЖИНА(57) Способ разработки инновационной технологии эксплуатации гидрогенных месторождений урана по системе Один блок и одна поршневая скважина может быть применен с большим экономическим эффектом. Целевым назначением данной технологии является уменьшение продолжительности процесса закисления,создание условий равномерной фильтрации химических или биохимических растворов, подаваемых в массив урановой залежи,ускорение процесса выщелачивания и образования продуктивных растворов урана и других полезных компонентов и обеспечение высокой рентабельности производства урана и других цветных металлов. Изобретение относится к горному делу и может быть применимо для разработки гидрогенных месторождений урана и других полезных компонентов. В настоящее время в странах основных производителей урана США, Канаде, Австралии,Китае, России, Казахстане и Узбекистане разработка гидрогенных месторождений урана осуществляется только методом подземного скважинного выщелачивания(24 Н 2 О), нагнетаемые по закачным скважинам,фильтруются через поры и трещины в рудном массиве гидрогенного пласта урана до откачных скважин. В процессе фильтрации химические растворы, обогащаясь концентрацией урана путем его выщелачивания, становятся продуктивными растворами, которые откачиваются по откачным скважинам на дневную поверхность для их переработки до получения уранового концентрата. Технология подземного скважинного выщелачивания наиболее эффективна для разработки гидрогенных месторождений урана с коэффициентом фильтрации более 0,5 м/сутки. После вскрытия гидрогенных урановых месторождений технологическими скважинами осуществляется подача выщелачивающих химических растворов в большом количестве в массив гидрогенных урановых залежей, то есть выполняется процесс закисления урановых залежей,продолжительность которого принимается 2 и 3 месяца, в зависимости от интенсивности процесса выщелачивания. По истечению требуемого периода закисления начинается откачка продуктивного раствора урана по поршневой (откачной) скважине на дневную поверхность для его переработки. При существующей технологии эксплуатации гидрогенных урановых месторождений приняты системы расположения технологических скважин линейные или рядные (модель чередования скважин), и площадные или ячеистые (модель компактных скважин). Из различных схем линейной системы расположения технологических скважин наиболее распространенной в практике эксплуатации гидрогенных месторождений урана является рядная система, состоящая из первого ряда закачных скважин, второго ряда откачных скважин и третьего ряда закачных скважин и т.д. (чередование скважин). При этом расстояние между рядами и скважинами в ряду принимается соответственно 80 и 30 м и более. На фиг.1 показаны стрелками схемы распространения химического раствора,подаваемого по закачным скважинам на площадях пассивных зон П 1 и П 2 и направление потоков продуктивных растворов в сторону ряда откачных скважин. На пассивных зонах при работе откачных скважин проникший ранее химический раствор,становясь продуктивным раствором урана, частично будет фильтроваться в обратном направлении в 2 сторону ряда откачных скважин, что является мало вероятным, так как потоки химического раствора,подаваемого по закачным скважинам, служат как гидравлические завесы. Во всех работах многочисленных авторов 1, 2, 3 и т.д. без исключения указанные линейные системы расположения скважин принимаются как лучшие технические решения. К недостаткам рядных систем расположения закачных и откачных скважин относятся следующие 1. Эксплуатация гидрогенных урановых месторождений осуществляется применением большого количества дорогостоящих закачных и откачных скважин, что требует больших затрат как по капиталовложениям, так и по эксплуатационным расходам. 2. Требуется большой расход серной кислоты(160) (на 1 кг концентрата урана расход 60 кг 2 О 4). 3. Значительные потери как химических, так продуктивных растворов. В практике эксплуатации гидрогенных месторождений урана так же применяются площадные системы расположения скважин, к которым относятся гексагональные и треугольные ячейки. В работе 3. С. 117 авторы отмечают, что площадные системы расположения скважин обычно применяют для разработки залежей, приуроченных к осадочным слоистым неоднородным рудам и породам горизонтального или слабонаклонного залегания в условиях относительно низкой водопроницаемости руд (Кф 0,1 м/сутки). В Советском Союзе ячеистые расположения скважин применялись редко. При дальнейшем вовлечении в разработку методом ПВ более сложных в морфологическом отношении рудных залежей с относительно невысокими коэффициентами фильтрации, большой изменчивостью физико-химических свойств руды и вмещающих пород, а также при использовании для откачки растворов высокодебитных насосов площадные схемы расположения скважин видимо найдут более широкое применение. В работе 4. С. 350 отмечается, что менее распространены в отечественной практике ячеистые системы скважины. Для рудных залежей сложной неправильной формы с низкими параметрами проницаемости целесообразно использовать гексагональную сеть закачных скважин с откачной скважиной в центре каждой ячейки, соотношение дебитов в такой схеме 33. Из выше приведенных кратких аннотаций по трудам ведущих ученых стран СНГ в области разработки гидрогенных месторождений урана понятно, что общее признание в применении получили площадные(гексагональная, треугольная, ячейки) расположения скважин. Выше приведенные заключения ведущих ученых и специалистов по поводу применения гексагональных и треугольных систем расположения технологических скважин для вскрытия и эксплуатации гидрогенных месторождений урана стали не приемлемыми. Все площадные системы гексагональные и треугольные представляют собой линейные системы худшего типа,применение которых при строительстве и эксплуатации урановых рудников наносят крупномасштабный экономический ущерб,что является недопустимым 7. На фиг.2 показаны площадные (ячеистые) системы расположения технологических скважин а - гексагональные ячейки, б - треугольная ячейка. Проведем линии, соединяющие все закачные и откачные скважины. Получим прямые линии,параллельные между собой, то есть на гексагональных ячейках получим прямые линии(ряды) 1, 2, 3 11, которые являются параллельными. При этом на правой и левой сторонах линии откачных скважин 3, 6 и 9 располагаются по две закачных линий, на которых располагаются закачные скважины в шахматном порядке (фиг.2). Все закачные ряды (1, 2, 4, 5, 7, 8 и 10, 11) и откачные ряды (3, 6 и 9) покажем в плане (фиг.3). Получим линейные системы расположения технологических скважин. Каждый ряд откачных скважин (3, 6 и 9) обслуживается справа и слева расположенными по 2 ряда закачными скважинами 1,2 - 4,5 4,5 - 7,8 7,8 - 10,11. Подобным образом получим линейные системы расположения скважин из треугольной системы (фиг.4). Из фиг.3 видно, что при гексагональной системе расположения технологических скважин вокруг одного ряда откачных скважин располагают 4 ряда закачных скважин, а при треугольной системе расположения технологических скважин вокруг двух рядов откачных скважин располагают два закачных ряда, т.е. между двумя закачными рядами располагаются два ряда откачных скважин (фиг.4). Из приведенных фигур видно,что гексагональная и треугольная системы расположения скважин представляют собой не что иное, как линейные системы. Вокруг двух рядов откачных скважин расположены по одному ряду закачных скважин. В первом случае соотношения количества откачных скважин к количеству закачных скважин составляет 14, во втором случае это соотношение равно 22. Во всех случаях на практике в условиях, когда коэффициент фильтрации Кф 0,5 м/сутки, это соотношение должно быть принято 11 или 12, то есть один ряд откачных скважин обслуживается двумя рядами или одним рядом закачных скважин. Таким образом, в вышеуказанном первом случае два ряда закачных скважин стали лишними, а во втором случае один ряд откачных скважин из двух стал ненужным. Применение поршневых скважин Рассмотрим следующий вариант расположения технологических скважин на эксплуатационных блоках уранового поля. По конструктивному оформлению откачная скважина отличается от закачной скважины наличием установки глубинного насоса и отсутствием трубного отвода для подачи выщелачивающего раствора в массив гидрогенного пласта, приваренного сварочной работой к оголовнику скважины. Таким образом, откачная скважина с трубным отводом абсолютно свободно может выполнять и роль закачной скважины. Откачную скважину, имеющую трубный отвод,приваренный к своему оголовнику, назовем поршневой скважиной, которая может выполнять функции как откачной, так и закачной скважины,т.е. откачная скважина без изменения конструктивного оформления, выполняет функцию закачной скважины. На основании возможности использования принципа работы поршневых скважин можно разработать инновационную технологию добычи продуктивных растров урана и других полезных компонентов в условиях гидрогенных месторождений урана. Сущность этой технологии заключается в следующем. Поток химического раствора, подаваемого по вертикально расположенной поршневой скважине вокруг ее, фильтруется в массиве гидрогенного уранового пласта по круговой площади. По истечению некоторого периода времени образующийся продуктивный раствор урана откачивается по этой же поршневой скважине на дневную поверхность для переработки. На эксплуатационных блоках или участках без применения закачных скважин поршневые скважины размещаются однорядно или многорядно в зависимости от требуемой производственной мощности рудника. Режим работы поршневых скважин принят выполнением следующих операций время от времени проводится реверсирование потоков химических растворов, подаваемых в массив гидрогенного пласта, то есть производится периодическая смена процесса закачки на процесс откачки и наоборот. На фиг.5 показана схема разработки эксплуатационного блока гидрогенного уранового месторождения. Размеры блока 200240. Существующая схема расположения технологических скважин трехрядная линейная система два ряда закачных скважин в количестве 16 и один ряд откачных скважин в количестве 8 шт. Всего 24 скважина. При применении инновационной технологии добычи продуктивных растворов урана для разработки указанного блока требуется всего четыре поршневые скважины (фиг.5). Наиболее близким предлагаемой нами технологии является инновационный патент Способ вскрытия и эксплуатации гидрогенных месторождений урана (19)(13) А 4 (11) 28587 Способ вскрытия и эксплуатации гидрогенных месторождений урана, включающий вскрытие и эксплуатацию системой технологических скважин отличающийся тем,что все скважины устанавливаются в один ряд и каждая скважина работает в автоматическом реверсивном режиме используется как для закачивания растворителя,также и для откачки продуктивного раствора, а в тот период времени смены режимов закачки и откачки определяется по формуле . К недостаткам указанного прототипа относятся 1. Не показана роль поршневых скважин при разработке инновационной технологии эксплуатации гидрогенных месторождений 2. Не рассмотрен вопрос интенсификации процесса выщелачивания полезных компонентов, в том числе урана в условиях гидрогенных месторождений. 3. Не показана рентабельность разработки гидрогенных месторождений урана. 4. Не разработана инновационная технология эксплуатации гидрогенных месторождений. Описание сущности изобретения Способ разработки инновационной технологии эксплуатации гидрогенных месторождений полезных ископаемых по системе Один блок и одна поршневая скважина основан на применении одной поршневой скважины,выполняющей функции как закачных, так и откачных, с применением веерных горизонтальных скважин направленного бурения вокруг поршневой скважины, как показано на фиг.6. В центре одного из блоков эксплуатационного поля с дневной поверхности пробуривается только одна поршневая скважина глубиной,предусмотренной проектом. По эффективной мощности урановой залежи разделяется ряд слоев мощностью 10-15 м, по которым вокруг поршневой скважины проводятся веерные горизонтальные скважины направленного бурения. По этим скважинам подается под давлением химический или биохимический раствор в массив урановой залежи. При этом возникает процесс выщелачивания полезных компонентов, в том числе урана. Химический раствор, обогащаясь концентрацией урана, становится продуктивным раствором урана,который откачивается по поршневой скважине на дневную поверхность для его переработки. Применение направленного бурения скважин позволяет бурить горизонтальные скважины длиной несколько сот метров со значительной скоростью,тем более в осадочных породах гидрогенных месторождений урана. Пользуясь этой возможностью, предлагаемая нами инновационная технология позволяет разработать одной поршневой скважиной не только один блок, а целое эксплуатационное поле, состоящее из нескольких блоков,что позволяет получать высокую экономическую эффективность. Определение экономической эффективности При существующей технологии (трехрядная система расположения технологических скважин), 4 применяемой для разработки одного блока площадью 240200 м Годовой план разработки 8 блоков Стоимость сооружения одной закачной скважины 7 271 000 тг Стоимость сооружения одной откаточной скважины 8 771 000 тг Закачные скважины 16 167 271 0008930 688 000 тг Откачные скважины 8 88 771 0008561 344 000 Стоимость установки поршневой скважины с установкой направленного бурения 8(8 771 0001 500 000)82 168 000 Общая стоимость 16 закачных скважин 8 откачных скважин,применяемых при существующей технологии 930 688 000561 344 0001 492 032 000 тг Годовая экономическая эффективность 1 492 032 000 - 82 168 0001 409 864 000 тг Пусть подсчет произведен с ошибкой 50, тогда 1 409 864 0002704 932 000 тг Полученная сумма выражает экономию по капитальному вложению. Если определить по эксплуатационным расходам, то получим также колоссальную экономическую эффективность. На основании вышеизложенного, приходим к следующим выводам 1. Способ разработки инновационной технологии эксплуатации гидрогенных месторождений по системе Один блок и одна поршневая скважина является универсальной технологией, не имеющей аналога в мировой практике эксплуатации гидрогенных месторождений урана. 2. Применение данной технологии позволит получить высокую экономическую эффективность при эксплуатации гидрогенных месторождений урана и других полезных компонентов. 3. Применение данной технологии позволит получить экологически чистое производство. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ разработки инновационной технологии эксплуатации гидрогенных месторождений урана по системе Один блок и одна поршневая скважина,основанный на применении одной поршневой скважины, выполняющей функции как закачных,так и откачных скважин, отличающийся тем, что предусматривают применение веерных горизонтальных скважин направленного бурения в массивах каждого слоя гидрогенной урановой залежи, по которым подают химический раствор для получения продуктивного раствора урана и других полезных компонентов,откачиваемых по поршневой скважине на дневную поверхность для переработки. 2. Способ п.1, отличающийся тем, что применение направленного бурения горизонтальных веерных скважин позволяют разработать одновременно несколько последовательно расположенных блоков эксплуатационного поля месторождений урана.