Способ выщелачивания полезных ископаемых из продуктивных горизонтов

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено в основном для добычи урана из продуктивных пластов. Способ включает бурение нагнетательных и откачных скважин, подачу выщелачивающего раствора через нагнетательные скважины в продуктивный горизонт и откачку продуктивного раствора из продуктивного горизонта через откачные скважины. При плотности выщелачивающего раствора, превышающей плотность пластовых вод, забойные участки нагнетательных скважин размещают у подошвы продуктивного горизонта, а забойные участки откачных скважин - у кровли продуктивного горизонта, при плотности пластовых вод, превышающей плотность выщелачивающего раствора, забойные участки нагнетательных скважин размещают у кровли продуктивного горизонта, а забойные участки откачных скважин размещают у подошвы продуктивного горизонта. Скважины верхнего и нижнего уровня размещают в шахматном порядке по отношению друг к другу. После снижения концентрации выщелачиваемого компонента в продуктивном растворе ниже рентабельного уровня назначение нагнетательных и добычных скважин меняют местами. Закачку выщелачивающего раствора периодически приостанавливают на несколько часов для выравнивания поверхности вытесняющего агента. На заключительной стадии эксплуатации объекта в рабочий горизонт закачивают жидкость для нейтрализации оставшегося в пласте выщелачивающего раствора. В качестве жидкости используют воду. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых, например урана, через скважины.

Известен способ подаваемого выщелачивания полезных ископаемых (патент США 3309140, кл. 299-4, 1967), включающий вскрытие рудного тела откачкой скважиной и закачными скважинами, расположенными лучами вокруг откачной скважины, закачку выщелачивающего раствора производят через закачную, а откачку продуктивного раствора через откачные скважины.

Недостатком известного способа является низкий охват выщелачиваемым раствором продуктивного пласта, а следовательно, и низкий коэффициент извлечения полезного продукта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ выщелачивания полезных ископаемых из продуктивных горизонтов (авт. св. N 1530763, кл. E 21 B 43/28, от 1989 г.).

Данный способ предусматривает проведение вертикальной выработки, бурение из нее на двух уровнях вееров радиально-направленных скважин, подачу выщелачивающего раствора в скважины одного веера и откачку продуктивного из скважин другого веера, при этом скважины верхнего и нижнего вееров бурят наклонными, с расположением их устьев и основных частей стволов в устойчивых породах верхнего и нижнего водоупоров и с выводом забойных участков этих скважин в породы продуктивного пласта.

Недостатком данного способа является возможность опережающего продвижения выщелачивающего раствора по наиболее проницаемым каналам к откачкам скважинам, недостаточный охват продуктивного горизонта выщелачивающим раствором, а следовательно, и низкий коэффициент извлечения полезного ископаемого.

Изобретение направлено на решение задачи по разработке способа подземного выщелачивания полезных ископаемых с более высоким охватом продуктивного горизонта выщелачивающим раствором и, следовательно, с более высоким коэффициентом извлечения полезного ископаемого.

Поставленная задача решается созданием способа, включающего бурение нагнетательных и откачных скважин, размещение забойных участков нагнетательных и откачных скважин на разных уровнях в продуктивном горизонте, подачу выщелачивающего раствора через нагнетательные скважины в продуктивный горизонт и откачку продуктивного раствора из продуктивного горизонта через откачные скважины. Отличительным признаком предлагаемого способа согласно изобретению является то, что при плотности выщелачивающего раствора, превышающей плотность пластовых вод, забойные участки нагнетательных скважин размещают у подошвы продуктивного горизонта, а забойные участки откачных скважин у кровли продуктивного горизонта, при плотности пластовых вод, превышающей плотность выщелачивающего раствора, забойные участки нагнетательных скважин размещают у кровли продуктивного горизонта, а забойные участки откачных скважин размещают у подошвы продуктивного горизонта.

Важность данного отличительного признака заключается в том, что это позволяет исключить возможность опережающего продвижения выщелачивающего раствора за счет разницы плотностей выщелачивающего раствора и пластовой жидкости. Напротив, силы гравитационного разделения жидкостей в данном случае играют положительную роль - служат выравниванию фронта нагнетаемого растворителя.

Желательно, чтобы при этом скважины верхнего и нижнего уровня размещались в шахматном порядке по отношению друг к другу. Размещение скважин верхнего и нижнего уровня в шахматном порядке позволяет увеличить путь продвижения выщелачивающего раствора по продуктивному горизонту, и, следовательно, также будет способствовать большему охвату продуктивного горизонта по извлечению полезного продукта.

Целесообразно закачку выщелачивающего раствора периодически приостанавливать на несколько часов для выравнивания поверхности вытесняющего агента. Важность периодических остановок закачки выщелачивающего раствора заключается в том, что в этом случае также за счет гравитационных сил будет происходить выравнивание зеркала закачиваемого растворителя в порах различного диаметра, что особенно важно при отработке продуктивного горизонта, характеризующегося высокой степенью неоднородности. Это также будет способствовать увеличению охвата продуктивного горизонта выщелачиваемым раствором и соответственно увеличению количества извлекаемого полезного продукта.

Целесообразно после снижения концентрации выщелачиваемого компонента в продуктивном растворе ниже рентабельного уровня назначение закачных и добычных скважин менять местами. При смене функций скважин будет иметь место частичное перераспределение основных линий тока в коллекторе с охватом ранее не участвовавших в отработке участков продуктивного горизонта.

Желательно на заключительной стадии эксплуатации объекта производить закачивание в рабочий горизонт жидкости, например, пресной воды или специального раствора для нейтрализации оставшегося в пласте выщелачивающего раствора, с целью снижения содержания в нем экологически вредных компонентов до уровня, равного или ниже ПДК.

Для лучшего понимания сущности способа изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлено размещение скважин в разрезе; на фиг. 2, 3 - в плане, для продуктивного горизонта полосообразной формы (фиг. 2) и для пласта круговой или овальной формы (фиг. 3).

На продуктивный горизонт 1 бурят сеть скважин 2, размещенных вблизи кровли продуктивного горизонта и сеть скважин 3, размещенный у подошвы продуктивного горизонта. Скважины бурят вертикальными до кровли продуктивного горизонта, а в продуктивном горизонте ствол скважин проводят горизонтально.

Технология бурения таких скважин достаточно хорошо отработана в нефтегазовой промышленности. Такое размещение скважин позволяет резко сократить площадь землеотвода, а также существенно сократить расходы на эксплуатационное обслуживание.

При этом скважины верхнего и нижнего уровня в плане размещают в шахматном порядке по отношению друг к другу, что обеспечивает увеличение длины тока и ориентации градиента тока под углом около 45^o по отношению к напластованию пород.

Таким образом, выщелачивающий раствор будет продвигаться, как вдоль, так и поперек напластования пород, имеющих различную проницаемость, охватывая своим воздействием больший объем продуктивного горизонта.

Полагая, что в данном примере плотности выщелачивающего раствора больше плотности пластовой жидкости, закачку раствора осуществляют через скважины, размещенные у подошвы продуктивного горизонта, а откачку обогащенного раствора производят из скважин, размещенных у кровли продуктивного горизонта.

С целью выравнивания фронта выщелачивающего раствора в продуктивном горизонте периодически закачку выщелачивающего раствора на несколько часов приостанавливают. Оптимальная продолжительность остановок закачки выщелачивающего раствора может быть определена на основании лабораторных исследований керна, извлеченного из интервала продуктивного горизонта.

При снижении полезного компонента в продуктивном растворе, близкoм к уровню рентабельности, назначение закачных и добычных скважин изменяют на обратное, что приведет к изменению основных линий потока и позволит подключить к обработке дополнительных участков продуктивного горизонта, ранее не охваченных процессом выщелачивания.

По окончании отработки продуктивного горизонта в него закачивают пресную воду до полного вытеснения выщелачивающего раствора, что обеспечит экологическую безопасность использования предложенного способа разработки месторождений полезных ископаемых посредством подземного выщелачивания.

Формула изобретения

1. Способ выщелачивания полезных ископаемых из продуктивных горизонтов, включающий бурение нагнетательных и откачных скважин, размещение забойных участков нагнетательных и откачных скважин на разных условиях в продуктивном горизонте, подачу выщелачивающего раствора через нагнетательные скважины в продуктивный горизонт и откачку продуктивного раствора из продуктивного горизонта через откачные скважины, отличающийся тем, что при плотности выщелачивающего раствора, превышающей плотность пластовых вод, забойные участки нагнетательных скважин размещают у подошвы продуктивного горизонта, а забойные участки откачных скважин - у кровли продуктивного горизонта, при плотности пластовых вод, превышающей плотность выщелачивающего раствора, забойные участки нагнетательных скважин размещают у кровли продуктивного горизонта, а забойные участки откачных скважин размещают у подошвы продуктивного горизонта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скважины верхнего и нижнего уровня размещают в шахматном порядке по отношению друг к другу.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после снижения концентрации выщелачиваемого компонента в продуктивном растворе ниже рентабельного уровня назначение нагнетательных и добычных скважин меняют местами.

4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что закачку выщелачивающего раствора периодически приостанавливают на несколько часов для выравнивания поверхности вытесняющего агента.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что на заключительной стадии эксплуатации объекта в рабочий горизонт закачивают жидкость для нейтрализации оставшегося в пласте выщелачивающего раствора.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве жидкости используют пресную воду.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3