Способ раскольматации призабойной зоны и межскважинного пространства технологических скважин для добычи редких металлов методом подземного выщелачивания

 

Изобретение относится к области эксплуатации буровых скважин. Задачей изобретения является повышение интенсивности эксплуатации технологических скважин при добыче редких металлов, например урана, при воздействии полем упругих колебаний (ВПУК) на призабойную зону (ПЗ) и межскважинное пространство (МСП) скважин. Для этого перед ВПУК анализируют гидродинамическую связь скважин с пластом и определяют гидропроводность пласта в МСП на основе гидродинамической, геологической, геофизической информации, а также анализа параметров скважин данного месторождения в процессе их эксплуатации. По результатам обработки данных определяют режимы ВПУК на ПЗ и МСП. При этом ВПУК проводят в заданном режиме. Контролируют скорость удаления кольматантов из ПЗ и МСП и скорость перевода металла в выщелачивающий раствор. По результатам контроля корректируют режимы ВПУК и выдают рекомендации по оптимальным режимам эксплуатации скважин при новых значениях проницаемости ПЗ и ПСМ. Приводятся конкретные режимы ВПУК на ПЗ и МСП. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области эксплуатации буровых скважин и предназначено для очистки от кольматантов призабойной зоны и межскважинного пространства технологических скважин для добычи редких металлов методом подземного выщелачивания.

Необходимым условием для использования способа подземного выщелачивания, получившего широкое распространение при добыче редких металлов, например урана (см. "Комплексы подземного выщелачивания"/ Под ред. О.Л.Кедровского.- М. : Недра, 1992 ) является возможность движения выщелачивающего реагента в рудной зоне, т.е. рудоносные породы должны обладать естественной или искусственно созданной проницаемостью.

Известно, что скважины теряют свою продуктивность в процессе эксплуатации. Это может явиться следствием естественной выработки запасов залежи, снижением проницаемости пород пласта в межскважинном поровом пространстве, кольматацией (закупориванием) фильтров, прифильтровых зон откачных и закачных скважин. В поровом пространстве кольматация может вызываться выпадением в осадок гипса в случае пород с повышенной карбонатностью и рядом других причин. В результате уменьшается эффективное сечение потока выщелачивающего раствора, поступающего в скважины.

Если снижение продуктивности скважин не связано с естественной выработкой запасов залежи, то имеется возможность частично или полностью восстановить продуктивность скважин путем очистки порового пространства призабойных зон и межскважинного пространства или изменением структуры указанных областей.

Известны различные способы, позволяющие решить данную задачу. К ним относятся, в частности, воздействие высоким давлением, гидроудар, взрывы небольших зарядов взрывчатого вещества, химическая проработка закольматированной зоны (растворение осадка). Все эти способы требуют остановки скважин на длительный период и они небезопасны с экологической точки зрения (см., например, указанную выше книгу "Комплексы подземного выщелачивания").

Известно также, что воздействие полем упругих колебаний на пористое вещество (см., например, "Ультразвук". Маленькая энциклопедия, изд-во "Советская энциклопедия".- М., 1979) позволяет решить задачу его очистки от кольматантов и интенсифицировать процессы выщелачивания при добыче металлов методом подземного выщелачивания.

Известен способ раскольматации призабойной зоны и межскважинного пространства, основанный на удалении продуктов кольматации путем периодического воздействия на прискважинное и межскважинное пространство полем упругих колебаний (см., например, А.А.Дорошенко, В.А.Белкина, М.А.Касов "Обоснование геологических критериев оценки ожидаемой эффективности акустического воздействия в нефтяных скважинах", "Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений", N 4, 1994).

В известном способе технология проведения воздействия не выходит за рамки спуска скважинного излучателя упругих колебаний в фильтровую зону скважины и обработки призабойной пласта акустическим полем. При этом не принимается во внимание, что эффект воздействия может быть положительным далеко не во всех скважинах (см. например, И.А.Ефимова "Оценка успешности акустической обработки призабойной зоны нефтяного пласта на основе данных геофизических и гидродинамических исследований", Труды ВНИИ, вып. 113, 1991, с. 97-100). Анализ результатов показал, что неучет особенностей продуктивного пласта и состояния призабойных зон скважин может привести к нулевому и даже отрицательному результату.

Кроме того, в известном способе не используются возможности повышения эффективности воздействия за счет оптимизации его режимов на базе геологопромысловых данных. Не используются также возможности коррекции режимов воздействия по данным оперативного контроля в процессе воздействия. Т.о. преимущества, полученные в результате повышения проницаемости порового пространства прискважинной и межскважинной областей после воздействия полем воздействия полем упругих колебаний, не всегда могут быть реализованы при режимах эксплуатации скважин, применявшихся до воздействия.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ раскольматации призабойной зоны и межскважинного пространства технологических скважин для добычи редких металлов методом подземного выщелачивания, включающий удаление продуктов кольматации при периодическом воздействии на прискважинное и межскважинное пространство полем упругих колебаний с помощью одного или нескольких источников упругих колебаний (см. SU 1739015 A1, кл. E 21 B 43/28, 07.06.1992).

Однако известный способ не учитывает особенности продуктивного пласта и кроме того, в известном способе отсутствует коррекция режимов воздействия по данным оперативного контроля в процессе воздействия, что не всегда позволяет использовать его при режимах эксплуатации скважин, применяющихся до воздействия.

Настоящее изобретение решает задачу повышения интенсивности эксплуатации технологических скважин при добыче редких металлов, в частности урана, методом подземного выщелачивания с использованием воздействия на призабойную зону скважин и межскважинное пространство полем упругих колебаний за счет выбора режима воздействия с учетом состава и свойства обрабатываемого пласта и выщелачивающего раствора и состояния призабойной зоны, контроля эффективности процесса в ходе воздействия и коррекцией режимов эксплуатации скважин после воздействия.

Для этого в способе раскольматации призабойной зоны и межскважинного пространства технологических скважин для добычи редких металлов методом подземного выщелачивания, включающем удаление продуктов кольматации при периодическом воздействии на прискважинное и межскважинное пространство полем упругих колебаний с помощью одного или нескольких источников упругих колебаний, с помощью одного или нескольких источников упругих колебаний, перед воздействием полем упругих колебаний анализируют гидродинамическую связь скважин с пластом и определяют гидропроводность пласта в межскважинном пространстве на основе гидродинамической, геологической, геофизической информации, а также анализа параметров скважин данного месторождения в процессе их эксплуатации, по результатам обработки данных отбирают те скважины, для которых снижение продуктивности обусловлено кольматацией призабойной зоны и межскважинного пространства, для отобранных скважин определяют режимы воздействия полем упругих колебаний на прискважинную зону и межскважинное пространство, включающие амплитуду, частоту, длительность, очередность, синфазность, воздействие на призабойную зону и межскважинное пространство проводят, возбуждая в них упругие колебания заданных режимов воздействия, контролируют скорость удаления кольматантов из прискважинной зоны и межскважинного пространства и скорость перевода металла в выщелачивающий раствор, по результатам контроля корректируют режимы воздействия и выдают рекомендации по оптимальным режимам эксплуатации скважин при новых значения проницаемости призабойных зон и межскважинного пространства, полученных в результате воздействия полем упругих колебаний, затем все операции повторяют. При этом обработку данных при выборе скважин для воздействия полем упругих колебаний осуществляют по результатам анализа структуры порового пространства, типа кольматантов и проницаемости породы продуктивного горизонта в межскважинном пространстве, гидравлических сопротивлений и фильтрационных характеристик прифильтровой зоны, а также газонасыщенности раствора в процессе эксплуатации. Указанные выше параметры используют для определения режима воздействия полем упругих колебаний, включающего амплитуду упругих колебаний, длительность, синфазность и очередность воздействия. При спаде продуктивности скважин в процессе их эксплуатации повторно осуществляют воздействие полем упругих колебаний. Для реализации способа используют оборудование, состоящее из наземного источника питания, соединенного кабелем со скважинным источником упругих колебаний или системы источников питания и скважинных источников упругих колебаний, при этом каждый из источников содержит настраиваемые преобразователи электрических колебаний в акустические.

Причем преобразователи электрических колебаний в акустические могут быть выполнены с частотой в диапазоне 5-200 кГц и энергией упругих колебаний до 10 Вт/см² на поверхности скважинного источника упругих колебаний либо с возможностью работы в импульсном режиме с частотой импульсов до K 5 кГц и средней энергией упругих колебаний до 5 Вт/см².

Отдельные скважинные источники упругих колебаний могут работать в одинаковых или различных режимах, а режим воздействия скважинных источников упругих колебаний устанавливают по результатам периодического отбора и анализа проб флюида с последующей коррекцией режимов воздействия.

Способ раскольматации призабойной зоны и межскважинного пространства технологических скважин для добычи редких металлов методом подземного выщелачивания поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематически представлена динамика изменения продуктивности скважины во времени, на фиг. 2 дана кривая динамики выноса кольматантов из призабойной зоны и межскважинного пространства продуктивного пласта в процессе воздействия полем упругих колебаний, на фиг. 3 представлена схема расположения технологических скважин при добыче редких металлов методом подземного выщелачивания, а на фиг. 4 изображена установка для реализации способа.

На фиг. 1 обозначены: T₁, T₂, T₃ - моменты времени, когда произведена обработка призабойной зоны и межскважинного пространства.

Пунктиром показана динамика изменения продуктивности Q скважины без обработки призабойной зоны и межскважинного пространства.

На фиг. 2 обозначено: T₁ - время прекращения воздействия полем упругих колебаний, P - динамика изменения выноса кольматантов из призабойной зоны.

На фиг. 3 показано групповое и ячеистое расположение скважин, причем расстояние между скважинами, форма ячеек (3-, 4-, 5- и т.д. - гранные) зависят от многих геолого-гидрогеологических факторов, требований технологического порядка и т.п.

На фиг. 4 обозначены: 1 - скважинный источник упругих колебаний, 2 - кабель, 3 - наземный источник питания, 4 - обсадная колонна, 5 - рудная залежь, 6 - фильтр.

Способ раскольматации призабойной зоны и межскважинного пространства технологических скважин для добычи редких металлов методом подземного выщелачивания согласно данному изобретению применим только для тех скважин, для которых динамика уменьшения продуктивности (см. фиг. 1, кривая ABC) является следствием "запечатывания" кольматантами пористого пространства призабойной зоны и пород пласта в межскважинном пространстве.

Отбор таких скважин согласно данному изобретению осуществляется путем комплексного анализа информации о структуре пористого пространства, типа кольматантов и проницаемости породы продуктивного горизонта в межскважинном пространстве, гидравлических сопротивлений и фильтрационных характеристик прифильтровой зоны, а также газонасыщенности раствора в процессе эксплуатации, мощности пласта, составе и свойствах флюида, скорости перевода металла в раствор на месте залегания руды. Изучается также динамика эксплуатационных параметров скважины: продуктивности, газового фактора, забойного давления и пластового давления за время эксплуатации скважины. Методика измерения и анализа эксплуатационных параметров скважины изложена, например, в статье "Обоснование геологических критериев оценки ожидаемой эффективности акустического воздействия в нефтяных скважинах" авторов А.А.Дорошенко, В.А.Белкиной и М.А.Касова "Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений", N 4, 1994.

На основе этого анализа отбираются те скважины, для которых снижение продуктивности обусловлено кольматацией призабойной зоны и межскважинного пространства. Для отобранных скважин на основе перечисленной информации задают режимы воздействия полем упругих колебаний: интервалы воздействия, длительность, амплитуду, частоту и энергию упругих колебаний, очередность воздействия на различные участки межскважинного пространства. По кривым динамики уменьшения продуктивности (см. фиг. 1) определяется очередность проведения воздействия в различных скважинах с учетом степени уменьшения их продуктивности.

Имея перечень отобранных вышеуказанным способом скважин, а также график очередности их обработки, приступают к работам по проведению воздействий на призабойную зону и межскважинное пространство на данном месторождении.

Для реализации предложенного способа используют оборудование, состоящее из одного источника 3 питания, соединенного кабелем 2 со скважинным источником 1 упругих колебаний, или системы источников питания 3 и скважинных источников упругих колебаний. Каждый из источников упругих колебаний содержит настраиваемые преобразователи электрических колебаний в акустические. При этом преобразователи могут быть выполнены с частотой в диапазоне 5-200 кГц и энергией упругих колебаний до 10 Вт/см² на поверхности скважинного источника упругих колебаний, а могут работать в импульсном режиме с частотой импульсов до 5 кГц и средней энергией упругих колебаний до 5 Вт/см².

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

Скважинный источник упругих колебаний 1 спускают на кабеле 2 в зону продуктивного интервала выбранной скважины (при необходимости возможно одновременное воздействие на межскважинное пространство нескольких источников упругих колебаний), производят настройку частоты и энергии колебаний изменением параметров наземного источника электрических колебаний 3 и питания и осуществляют воздействие полем упругих колебаний на соответствующие призабойные зоны и межскважинное пространство согласно определенным ранее значениям времени и шага воздействия. В процессе воздействия осуществляют периодический отбор проб флюида и анализ содержания в нем кольматанта и растворенного металла.

Кривая скорости выноса кольматанта (см. фиг. 2) и данные анализа содержания растворенного металла в растворе позволяют осуществить коррекцию режимов воздействия в процессе работы на данной точке и определить время окончания воздействия T₁ (см. фиг. 2). Затем производится последовательная обработка других участков породы и призабойных зон скважин.

Степень эффективности приведенного воздействия определяют по приращению продуктивности скважин после воздействия.

Воздействие поля акустических колебаний на призабойные зоны скважины и межскважинное пространство продуктивных пластов существенно изменяет структуру и проницаемость порового пространства.

В дальнейшем анализ кривой спада продуктивности скважины во времени позволяет определить время повторных воздействий (см. фиг. 1, точки T₂ и T₃), проведение которых обеспечит длительное поддержание продуктивности скважины на высоком уровне.

Приведенные экспериментальные исследования подтвердили возможность повышения интенсивности эксплуатации технологических скважин для добычи редких металлов методом подземного выщелачивания воздействием на фильтровую зону скважин и межскважинного пространства полем упругих колебаний (см. "Акт о проведении промыслового эксперимента по акустическому воздействию на фильтровую зону скважин", Ленинабадский горно-химический комбинат, РУ5, от 28.04.87).

Формула изобретения

1. Способ раскольматации призабойной зоны и межскважинного пространства технологических скважин для добычи редких металлов методом подземного выщелачивания, включающий удаление продуктов кольматации при периодическом воздействии на прискважинное и межскважинное пространство полем упругих колебаний с помощью одного или нескольких источников упругих колебаний, отличающийся тем, что перед воздействием полем упругих колебаний анализируют гидродинамическую связь скважин с пластом и определяют гидропроводность пласта в межскважинном пространстве на основе гидродинамической, геологической, геофизической информации, а также анализа параметров скважин данного месторождения в процессе их эксплуатации, по результатам обработки данных отбирают те скважины, для которых снижение продуктивности обусловлено кольматацией призабойной зоны и межскважинного пространства, для отобранных скважин задают режимы воздействия полем упругих колебаний на прискважинную зону и межскважинное пространство, включающее амплитуду, частоту, длительность, очередность, синфазность, воздействие на призабойную зону и межскважинное пространство проводят, возбуждая в них упругие колебания заданных режимов воздействия, контролируют скорость удаления кольматантов из прискважинной зоны и межскважинного пространства и скорость перевода металла в выщелачивающий раствор, по результатам контроля корректируют режимы воздействия и выделяют рекомендации по оптимальным режимам эксплуатации скважин при новых значениях проницаемости призабойных зон и межскважинного пространства, полученных в результате воздействия полем упругих колебаний, затем все операции повторяют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку данных при выборе скважин для воздействия полем упругих колебаний осуществляют по результатам анализа структуры порогового пространства типа кольматантов и проницаемости породы продуктивного горизонта в межскважинном пространстве, гидравлических сопротивлений и фильтрационных характеристик прифильтровой зоны, а также газонасыщенности раствора в процессе эксплуатации.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанные выше параметры используют для задания режимов воздействия полем упругих колебаний, включающих частоту, амплитуду упругих колебаний, длительность, синфазность и очередность воздействия.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что при спаде продуктивности скважин в процессе их эксплуатации повторно осуществляют воздействие полем упругих колебаний.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что для реализации способа используют оборудование, состоящее из одного источника питания, соединенного кабелем со скважинным источником упругих колебаний, или системы из нескольких источников питания и скважинных источников упругих колебаний, при этом каждый из источников упругих колебаний содержит настраиваемые преобразователи электрических колебаний в акустические.

6. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что преобразователи электрических колебаний в акустические выполнены с частотой в диапазоне 5 - 200 кГц и энергией упругих колебаний до 10 Вт/см² на поверхности скважинного источника упругих колебаний.

7. Способ по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что преобразователь электрических сигналов в акустические выполнен с возможностью работы в искусственном режиме с частотой импульсов до 5 кГц и средней энергией упругих колебаний до 5 Вт/см².

8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что отдельные скважинные источники упругих колебаний могут работать в одинаковых или различных режимах.

9. Способ по любому из пп.5 - 7, отличающийся тем, что режим воздействия скважинных источников упругих колебаний устанавливают по результатам периодического отбора и анализа проб флюида с последующей коррекцией режимов воздействия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4