Способ получения рассола

Изобретение относится к горному делу, в частности к технологии скважинной разработки месторождений каменной, калийной и других солей путем их растворения, и может быть использовано для интенсификации процесса насыщения растворителя в период эксплуатационного размыва камер. Позволяет упростить операции способа, увеличить скорость насыщения растворителя до кондиционного и снизить затраты энергии за счет уменьшения числа циклов насыщения. Способ заключается в бурении вертикальной скважины в массив отрабатываемой камеры, обсадку скважины, оборудование ее концентрически расположенными водоподающей, рассолоподъемной и эксплуатационной трубами, подачу по межтрубному пространству между водоподающей трубой и рассолоподъемной трубой под давлением растворителя, подачу по межтрубному пространству между водоподающей трубой и эксплуатационной трубой под давлением нерастворителя, создание подготовительной выработки, подачу растворителя с инертным заполнителем и отбор рассола по рассолоподъемной трубе. В качестве инертного заполнителя используют торф или шелуху овса, в объеме от 20 до 50% от объема растворителя, с максимальными размерами частиц, не более половины зазора между водоподающей и рассолоподъемной трубами. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к технологии скважинной разработки месторождений каменной, калийной и других солей, путем их растворения, и может быть использовано для интенсификации процесса насыщения растворителя в период эксплуатационного размыва камер.

Известны способ и устройство для добычи каменной соли с помощью одиночной камеры (патент США №287909 "Устройство для получения рассола из пластов каменной соли", 1883 г.). Растворитель вводится в породу через затрубное пространство двух концентрических трубопроводов. Вода подается в соляную породу через поворотное сопло или несколько сопл, а рассол откачивается вверх из дна камеры, которая принимает форму перевернутого конуса. Недостатком данного способа является сложность и недостаточная скорость насыщения растворителя до получения кондиционного рассола.

Известен способ получения рассола (патент РФ №2212531, опубл. 20.09.2003, бюл. №26). Изобретение заключается в бурении вертикальной скважины в массив отрабатываемой камеры, обсадке скважины, оборудовании ее концентрически расположенными водоподающей, рассолоподъемной и эксплуатационной трубами, подаче по межтрубному пространству между водоподающей трубой и рассолоподъемной трубой под давлением растворителя, подаче по межтрубному пространству между водоподающей трубой и эксплуатационной трубой под давлением нерастворителя, создании подготовительной выработки. Затем производят воздействие на соль в верхней части камеры по периметру тангенциально ориентированными струями растворителя и отбор рассола по рассолоподъемной трубе. Согласно изобретению в растворитель после создания подготовительной выработки вводят инертный заполнитель - древесные опилки в количестве от 60 до 80% от массы растворителя. Недостатком данного способа является сложность и недостаточная скорость насыщения растворителя до получения кондиционного рассола.

Техническим результатом изобретения является упрощение операций способа и ускорение процесса путем увеличения скорости насыщения растворителя за счет более активного перемешивания ненасыщенных рассолов, находящихся в проектном контуре камеры растворения.

Технический результат достигается тем, что способ получения рассола, включающий бурение вертикальной скважины в массив отрабатываемой камеры, обсадку скважины, оборудование ее концентрически расположенными водоподающей, рассолоподъемной и эксплуатационной трубами, подачу по межтрубному пространству между водоподающей трубой и рассолоподъемной трубой под давлением растворителя, подачу по межтрубному пространству между водоподающей трубой и эксплуатационной трубой под давлением нерастворителя, создание подготовительной выработки, подачу растворителя с инертным заполнителем и отбор рассола по рассолоподъемной трубе, согласно изобретению в качестве инертного заполнителя используют торф или шелуху овса в объеме от 20 до 50% от объема растворителя с максимальными размерами частиц, не более половины зазора между водоподающей и рассолоподъемной трубами.

Применение способа по сравнению с прототипом позволяет упростить операции способа и повысить скорость насыщения растворителя солью до кондиционного насыщения.

Главной причиной низкого уровня конвективной скорости растворения стенки камеры подземного растворения является малая интенсивность пристеночных, а также внутрикамерных потоков, что в свою очередь вызывает значительную толщину пограничного слоя с ламинарным течением насыщенного рассола, через который медленный массоперенос осуществляется по механизму молекулярной диффузии (по закону Фуко). Совершенствование технологии требует учитывать связь константы скорости растворения с коэффициентом диффузии и толщиной пограничного слоя. Отсюда следует, что для увеличения скорости растворения необходимо искать пути уменьшения толщины пограничного слоя, то есть увеличения скорости пристеночных потоков и внутрикамерных потоков.

Способ получения рассола поясняется чертежом, где

1 - проектный контур камеры растворения;

2 - заполнитель, например торф или шелуха овса;

3 - водоподающая труба;

4 - рассолоподъемная труба;

5 - подготовительная выработка;

6 - нерастворитель, например дизельное топливо;

7 - эксплуатационная труба;

8 - земная поверхность.

Способ получения рассола осуществляют следующим образом: бурят с земной поверхности 8 вертикальную скважину в массив отрабатываемой камеры 1. Скважину обсаживают, оборудуют ее тремя концентрически расположенными трубами: водоподающей трубой 3, рассолоподъемной трубой 4, эксплуатационной трубой 7. Для размыва подготовительной выработки 5 башмак рассолоподъемной трубы 4 опускают в нижнее проектное положение (1-3 м от забоя скважины), а разницу между башмаками водоподающей трубы 3 и рассолоподъемной трубы 4 принимают в пределах от 5 до 15 м (в зависимости от необходимых геометрических размеров подготовительной выработки). Затем по зазору между водоподающей трубой 3 и рассолоподъемной трубой 4 под давлением подают растворитель (например, воду), а по зазору между водоподающей трубой 3 и эксплуатационной трубой 7 подают под давлением нерастворитель (например, дизельное топливо или керосин). После размыва подготовительной выработки 5 водоподающую трубу 3 поднимают так, что разница между башмаками водоподающей трубы 3 и рассолоподъемной трубы 4 составила величину от 15 до 100 м (в зависимости от геометрических размеров камеры). Растворение соли ведут вертикальными слоями в радиальном направлении от центра скважины. В процессе эксплуатационного размыва в растворитель на поверхности добавляют мелкодробленый заполнитель с заданными максимальными размерами частиц, например торф или шелуху овса, в объеме от 20 до 50% от объема растворителя (на основе исследований, проведенных методом моделирования, эффективный объем заполнителя из торф или шелухи овса лежит в пределах от 20 до 50%). Торф обладает плотностью 1,05 т/м³, шелуха овса имеет плотность около 0,7 т/м³, что дает возможность их использования для достижения желаемого эффекта, так как они после всплытия в верхнюю часть камеры из-за впитывания насыщенного начинают активно выпадать в нижнюю часть камеры 1. Заполнитель, торф или шелуха овса, попадая в проектный контур 1 камеры растворения, вначале попадает в верхнюю часть размываемой камеры. После этого из-за перемешивания заполнителя с рассолом, находящимся в верхней части камеры 1 он начинает интенсивно опускаться на дно камеры, вызывая интенсивное перемешивание значительных объемов рассола в контуре камеры 1. Из нижней части камеры заполнитель вытесняется вместе с насыщенным рассолом на поверхность. На поверхности торф или шелуху овса улавливают фильтрами грубой очистки, после чего снова используют в вышеописанном процессе. Возможна утилизация заполнителя путем сжигания и использования полученного продукта в качестве посыпки для автодорог. Максимальные размеры частиц принимают не более половины зазора между водоподающей 3 и рассолоподъемной 4 трубами для обеспечения наименьших гидравлических потерь при прокачивании растворителя с добавленным заполнителем для получения рассола. Например, при использовании рассолоподъемной трубы с внешним диаметром 146 мм, а водоподающей трубы с внутренним диаметром 219 мм разница составит 73 мм. Соответственно при концентрическом расположении этих труб зазор с каждой стороны составит 36,5 мм. Следовательно, размер частиц следует принимать не более 18,2 мм. При добавлении заполнителя более 50% от массы раствора процесс нагнетания раствора в скважину затрудняется, средняя радиальная скорость растворения каменной соли снижается (см. таблицу). При добавлении инертного заполнителя менее 20% процесс перемешивания рассола недостаточно эффективен, средняя радиальная скорость растворения каменной соли равна средней радиальной скорости растворения каменной соли в пресной воде (см. таблицу). Управление процессом формообразования камеры производится с помощью нерастворителя 6 (например, дизельного топлива), подаваемого в зазоре между водоподающей трубой 3 и эксплуатационной трубой 9.

Таблица
Радиус камеры, м	Средняя радиальная скорость растворения соли, см/сут
При соотношении объемов заполнителя к растворителю
	19:100	20:100	40:100	50:100	51:100*
0-10	0,18	0,19	0,24	0,16	0,14
10-20	0,13	0,15	0,2	0,13	0,1
20-30	0,08	0,1	0,18	0,09	0,06
30-40	0,06	0,08	0,16	0,06	0,05
40-50	0,05	0,06	0,12	0,05	0,04

*- граница подвижного состояния раствора, нагнетание раствора сопровождается большими гидравлическими потерями.

Применение данного способа получения рассола обеспечивает следующие преимущества:

- упрощение операций способа;

- увеличение скорости насыщения растворителя до кондиционного;

- снижение затрат энергии за счет уменьшения числа циклов насыщения.

Способ получения рассола, включающий бурение вертикальной скважины в массив отрабатываемой камеры, обсадку скважины, оборудование ее концентрически расположенными водоподающей, рассолоподъемной и эксплуатационной трубами, подачу по межтрубному пространству между водоподающей трубой и рассолоподъемной трубой под давлением растворителя, подачу по межтрубному пространству между водоподающей трубой и эксплуатационной трубой под давлением нерастворителя, создание подготовительной выработки, подачу растворителя с инертным заполнителем и отбор рассола по рассолоподъемной трубе, отличающийся тем, что в качестве инертного заполнителя используют торф или шелуху овса в объеме от 20 до 50% от объема растворителя с максимальными размерами частиц не более половины зазора между водоподающей и рассолоподъемной трубами.