Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ДОБЫЧИ В МЕСТОРОЖДЕНИИ

Изобретение относится к способу и устройству для повышения добычи в месторождении, содержащем породу, которая включает в себя по меньшей мере один раскрываемый путем размельчения породы минерал ценного материала и по меньшей мере один другой минерал.

Для того чтобы эффективно эксплуатировать месторождение, нужно раскрывать и по возможности полностью отделять содержащийся в породе минерал ценного материала. В зависимости от величины зерен минерала ценного материала для его раскрытия требуются различные степени размельчения породы. Так порода с минералами с большой величиной зерна минерала для раскрытия минерала ценного материала должна размельчаться в меньшей степени, чем порода с минералами меньших величин зерна минерала.

При этом под понятием «величина зерна минерала» для минерала ценного материала понимается не величина зерна кристаллитов этого минерала, а локальная пространственная протяженность фазы минерала ценного материала в породе.

До настоящего времени добытая порода размельчалась до средней величины зерна минерала, при этом первая часть породы, которая включает в себя минерал ценного материала с высокой величиной зерна минерала, размельчается излишне сильно, а вторая часть породы, которая включает в себя минерал ценного материала с меньшей величиной зерна минерала, размельчается в недостаточной степени. Излишне сильное измельчение первой части породы приводит к излишне высокому потреблению энергии для процесса размельчения. Напротив, недостаточное размельчение второй части породы приводит к недостаточному раскрытию и вследствие этого к недостаточной отделяемости минерала ценного материала и, тем самым, к неэффективной эксплуатации месторождения.

Величина зерна минерала и распределение минералов в породе до сих пор определялась с высокими временными затратами за счет того, что в месторождении на различных местах берутся и анализируются пробы породы. Для этого в месторождении собираются обломки породы величиной с кулак и/или выполняются разведочные бурения в грубом растре, чтобы получить буровой керн для анализа. Эти пробы породы анализируются в лаборатории в отношении их минералогического и химического состава. В то время как химический анализ по существу определяет тип и объем содержащихся элементов, минералогический анализ определяет тип и объем содержащихся минералов, а также их пространственное расположение. Для определения пространственного расположения минералов пробы породы шлифуются в направлении определенных пространственных осей. За счет оптического анализа микрошлифа или аншлифа (полированного шлифа), например, под микроскопом можно узнать пространственное расположение и распределение минералов в породе. При пространственно широко распределенном расположении минералов имеют место малые величины зерна минералов, в то время как группирования минералов в определенных местах имеют место в случае больших величин зерна минералов.

В отношении структуры месторождения или пространственного распределения величин зерна минерала ценного материала в месторождении таким способом может быть предоставлено лишь немного информации, и то со значительной временной задержкой.

Моделирование месторождения, то есть создание модели месторождения, включающей в себя трехмерную регистрацию слоев пород или формаций пород с различными величинами зерна минерала ценного материала, возможно лишь в ограниченной степени, ввиду незначительного располагаемого количества информации. Поэтому ориентированные на локально имеющуюся породу, то есть содержание в ней минерала ценного материала и характерную для нее величину зерна минерала, выемка и размельчение породы возможны лишь в ограниченной степени.

В WO 2010/000055 A1 описан способ и устройство для, в частности, непрерывного локального анализа буровой мелочи из бурового шлама. Отбирается проба буровой мелочи, которая является репрезентативной для пробуренной формации породы, и анализируется в отношении типа породы и химического состава. При необходимости параметры бурения, включая глубину бурения, эмиссии гамма-лучей и/или другие параметры, протоколируются, и выполняется их корреляция с результатами анализа пробы.

Задачей изобретения является создание способа и устройства, с помощью которых можно с высоким разрешением определять величину зерна минерала для по меньшей мере одного минерала ценного материала и ассоциированной с ней оптимальной степени размельчения для породы, чтобы повысить добычу в месторождении.

Задача решается способом для повышения добычи в месторождении, содержащем породу, которая включает в себя по меньшей мере один раскрываемый посредством размельчения породы минерал ценного материала и по меньшей мере один другой материал, причем способ содержит следующие этапы:

выполнение процесса бурения посредством буровой установки для выемки породы,

регистрацию по меньшей мере одного предопределенного параметра бурения для буровой установки,

регистрацию по меньшей мере одного измеренного значения, характеризующего текущий режим бурения буровой установки, и

выполнение вычислительного исключения зависимости по меньшей мере одного измеренного значения по меньшей мере одного параметра бурения, причем получают по меньшей мере одну характеристику, зависимую от текстуры породы, и причем эта по меньшей мере одна характеристика применяется как мера величины зерна минерала для по меньшей мере одного минерала ценного материала в породе и для установления оптимальной степени размельчения при размельчении породы.

Задача также решается устройством для осуществления соответствующего изобретению способа, содержащим

по меньшей мере один агрегат для размельчения для размельчения породы, причем степень размельчения является изменяемой,

по меньшей мере один блок управления и/или регулирования для установки оптимальной степени размельчения на по меньшей мере одном агрегате для размельчения,

по меньшей мере одну буровую установку,

по меньшей мере одно устройство для регистрации по меньшей мере одного параметра бурения и по меньшей мере одного измеренного значения,

по меньшей мере один вычислительный блок для выполнения вычислительного исключения зависимости по меньшей мере одного измеренного значения по меньшей мере одного параметра бурения и для определения по меньшей мере одной характеристики, зависимой от текстуры породы, и

по меньшей мере одно устройство передачи для передачи по меньшей мере одного определенного на основе критерия регулирующего воздействия на по меньшей мере один блок управления и/или регулирования для установки оптимальной степени размельчения на по меньшей мере одном агрегате для размельчения при размельчении породы.

Изобретение использует знание о том, что измеренные значения, регистрируемые во время процесса бурения, характеризующие текущий режим бурения бурового инструмента, зависят не только от параметров бурения, а кроме того, находятся в прямой взаимосвязи с величиной зерна минерала для по меньшей мере одного минерала ценного материала, который имеется в пробуриваемой породе. Целенаправленная оценка измеренных значений, после вычислительного исключения их зависимости от параметров бурения, позволяет неожиданным образом сделать достаточно точные выводы о величинах зерна минералов, имеющихся в пробуриваемой породе, и создать модель месторождения. На основе модели возможны целенаправленная выемка и размельчение породы, локально согласованное с имеющейся величиной зерна минерала, так что содержащийся минерал ценного материала всегда оптимальным образом раскрывается. В результате обеспечивается особенно эффективная разработка месторождения и эффективный по затратам режим выемки.

Так, например, скорость бурения, в том числе, зависит от твердости и состава пробуриваемой породы, причем высокая твердость и/или скопление твердых материалов имеют следствием снижение скорости бурения. Кроме того, скорость бурения зависит от того, какая бурильная установка и какой бурильный инструмент используются. В частности, здесь имеют значение тип, геометрия и состояние износа бурового долота. Эти параметры бурения, естественно, следует учитывать при оценке скорости бурения.

Вычислительное исключение зависимости от параметров бурения требует обозримого количества предварительных опытов, в которых определяются и коррелируются друг с другом отдельные параметры влияния. Полученная таким способом база данных предпочтительно сохраняется в по меньшей мере одном вычислительном блоке и служит для определения характеристики, зависимой только от текстуры породы.

При знании характеристики, зависимой от текстуры породы, которая образует меру (критерий) для величины зерна минерала ценного материала и служит для создания модели месторождения, возможно быстрое и несложное определение и ассоциирование оптимальной степени размельчения с пробуриваемой породой.

При этом в качестве оптимальной степени размельчения рассматривается степень размельчения для соответствующей породы, при которой размельчение производится до раскрытия по меньшей мере одного минерала ценного материала, но не выше этого.

Способ и устройство обеспечивают возможность особенно быстрого и достаточно точного согласования степени размельчения с локально имеющейся величиной зерна минерала ценного материала в породе. Ассоциирование зависимой от текстуры породы характеристики с величиной зерна минерала и, как следствие, с оптимальной степенью размельчения для пробуриваемой породы осуществляется во время процесса бурения, так что данные для каждой скважины предоставляются в зависимости от глубины погружения и актуальным образом.

Вместо оценки бурового керна, получаемого при колонковом бурении, для определения соответствующей структуры породы можно при разведке месторождения просто анализировать режим бурения бурильной установки. Число скважин может быть заметно увеличено, так как больше не требуются затратные лабораторные анализы буровых кернов. В частности, могут теперь использоваться также взрывные скважины (шпуры), которые размещаются в более тесном растре, чем разведывательные скважины. Взрывные скважины проходятся в типовом случае с горизонтальным расстоянием от 2 до 5 м, причем данные могут предоставляться с разрешением по вертикали в дм-диапазоне. Таким способом возможно особенно быстрое и точное моделирование месторождения и, как следствие, особенно эффективная разработка месторождения.

Хорошо зарекомендовало себя то, когда по меньшей мере одна зависимая от текстуры породы характеристика сравнивается с заранее определенными характеристиками для породы, с которыми ассоциирована соответственно определенная величина зерна минерала для по меньшей мере одного минерала ценного материала и соответственно оптимальная степень размельчения, причем при совпадении по меньшей мере одной зависимой от текстуры породы характеристики с одной из заранее определенных характеристик ассоциированная с ней величина зерна минерала ценного материала и ассоциированная оптимальная степень размельчения также ассоциируются с упомянутой по меньшей мере одной зависимой от текстуры породы характеристикой. Создание базы данных для этого сравнения требует обозримого числа предварительных опытов для соответствующей бурильной установки и соответствующего типа породы, чтобы определять корреляцию между режимом бурения буровой установки и пробуренной породой.

Предпочтительным образом в качестве минерала ценного материала раскрывается рудный материал посредством размельчения породы. В качестве «руды» обозначаются природные минеральные агрегаты, представляющие хозяйственный интерес, из которых посредством обработки может выделяться один или более ценных материалов. Чаще всего это материалы, которые содержат больше или меньше металлических компонентов, таких как, например, железо, медь, никель, олово, цинк, серебро, золото и т.д.

Является предпочтительным, если во время процесса бурения определяется глубина погружения бурового долота бурильной установки и/или данные местоположения для местоположения бурильной установки в месторождении и логически связываются с мерой, определенной на этом месте, и что при выемке породы на этом месте соответствующая позиционно-зависимая мера применяется для установки оптимальной степени размельчения добываемой породы. При знании характеристик, имеющих место по всем трем размерностям месторождения, которые представляют распределение величин зерна минералов для по меньшей мере одного минерала ценного материала в месторождении, возможно очень точное моделирование месторождения, как уже пояснялось. Для того чтобы по возможности точно определять текущее местоположение буровой установки в течение бурения в месторождении, в частности, измеряется наклон скважины и местоположение точки приложения сил при бурении, предпочтительно с помощью по меньшей мере одного блока GPS.

Устройство предпочтительным образом содержит, кроме того, выемочное (добычное) оборудование для выемки породы и/или для добычи уже грубо предварительно размельченной при подрыве породы, которое также имеет по меньшей мере один блок GPS.

Данные местоположения выемочного оборудования передаются, в частности, посредством передачи данных через радиосвязь на по меньшей мере один вычислительный блок. Выемочное оборудование для породы может быть образовано экскаватором периодического действия, в частности одноковшовым экскаватором или грейдером, или экскаватором непрерывного действия, таким как роторный экскаватор, многоковшовый (цепной) экскаватор, или т.п. Выемочное оборудование для транспортировки уже грубо предварительно размельченной посредством подрыва породы может быть образовано колесным погрузчиком.

Отделенной или подорванной породой обычно распоряжаются посредством системы материального снабжения, в которой сохранено расположение или место хранения подорванной или добытой породы и через которую может управляться выемочное оборудование. Добытая или отбитая взрывом порода, при необходимости, после промежуточного размельчения, засыпается в автомобили-самосвалы с ковшовой платформой или ленточные транспортеры и транспортируется к по меньшей мере одному агрегату размельчения или непосредственно в агрегат для размельчения, где осуществляется дальнейшее размельчение породы для раскрытия минерала ценного материала.

По меньшей мере один параметр бурения образован, например, из прижимающего усилия бурового долота буровой установки, и/или числа оборотов бурового долота, и/или объемного расхода газа газового потока для удаления буровой мелочи у бурового долота, и/или частоты ударов бурового долота, и/или предшествующей длительности использования бурового долота, и/или данных материала или геометрии бурового долота и т.п. Частота ударов получается при этом, в числе прочего, из данных прижимающего усилия и данных газового потока.

По меньшей мере одно измеренное значение, характеризующее текущий режим бурения, выбирается, в частности, из группы измеренных значений, включающей в себя скорость бурения, результирующий вращающий момент на силовой вращающейся головке бурового долота, давление газа газового потока для удаления мелочи у бурового долота, ввод энергии в буровую установку, колебательный режим буровых штанг буровой установки и т.п.

Для регистрации по меньшей мере одного параметра бурения и/или по меньшей мере одного измеренного значения, характеризующего текущий режим бурения буровой установки, служит по меньшей мере одно устройство, причем применяются уже имеющиеся на буровой установке датчики или дополнительно устанавливаемые на буровой установке датчики.

В предпочтительном выполнении устройства на по меньшей мере одной буровой установке имеется по меньшей мере одно устройство в форме по меньшей мере одного датчика корпусного шума для регистрации измеренного значения, характеризующего текущий режим бурения, в форме колебательного режима буровых штанг буровой установки. Показано, что вибрация буровых штанг, с учетом параметров бурения, простым способом позволяет сделать вывод о свойствах породы, которая пробуривается в текущий момент.

Фиг.1-4 должны на примере пояснять возможные устройства и способы согласно изобретению. При этом на чертежах показано следующее:

Фиг.1 - схематичное представление устройства для выполнения способа и схема выполнения способа;

Фиг.2 - схематичное представление другого устройства для выполнения способа и схема выполнения способа;

Фиг.3 - схематичное представление модели месторождения;

Фиг.4 - схематичное представление возможных потоков данных и массы для способа.

Фиг.1 схематично показывает устройство для выполнения способа в области месторождения 10 с породой 10а, показанной в разрезе. Устройство содержит буровую установку 1 с буровым долотом 1b и буровой колонной 1с в области точки 1а приложения усилия бурения и блок 2 для обеспечения газового потока, который воспринимает возникающую у бурового долота 1b буровую мелочь и переносит в направлении поверхности земли. Блок 2 для этого через по меньшей мере один газопровод 3 соединен с буровой установкой 1. На блоке 2 находится устройство 2а в форме датчика объемного расхода газа, который служит для регистрации параметра бурения в форме объемного расхода газа для газового потока. На блоке 2 находится также дополнительное устройство 2b в форме датчика давления газа для регистрации характеризующего режим бурения измеренного значения в форме давления газа газового потока. Как параметр бурения, так и измеренное значение передаются на вычислительный блок 12, который находится вне области бурения. В то время как параметры бурения обычно передаются обслуживающим персоналом и/или различными приборами на вычислительный блок 12, передача измеренных значений на вычислительный блок 12 предпочтительно осуществляется по радиосвязи 15.

Для того чтобы позицию бурения буровой установки 1 в точке 1а приложения усилия бурения в месторождении 10 можно было регистрировать, буровая установка 1 содержит GPS-блок 14. Данные местоположения, в частности текущая глубина погружения бурового долота 1b, в также наклон скважины, передаются, в частности, по радиосвязи 15 на вычислительный блок 12.

На буровой установке 1 предпочтительно также установлен датчик 13 корпусного шума, который служит для регистрации измеренного значения, характеризующего текущий режим бурения, в данном случае колебательный режим буровых штанг 1с буровой установки 1. Зная заданные на буровой установке 1 параметры бурения и колебательный режим буровых штанг 1с, можно исключить зависимость колебательного режима от параметров бурения путем вычислений с помощью дополнительного вычислительного блока 12а, который расположен вблизи буровой установки 1. Данные колебательного режима настолько обширны, что передача данных для них посредством радиосвязи на вычислительный блок 12 могла бы быть реализована лишь с трудом. Во всяком случае установленный непосредственно на месте работ вычислительный блок 12а может передать по радиосвязи 15 выполненную оценку данных колебаний от дополнительного вычислительного блока 12а на удаленно расположенный вычислительный блок 12.

Устройство содержит, согласно фиг.1, выемочное оборудование 16 для непосредственной выемки нетронутой породы 10а, которое также содержит GPS-блок 14'. Данные местоположения выемочного оборудования 16, в частности, посредством передачи по радиосвязи 15', передаются на вычислительный блок 12. Выемочное оборудование 16 образовано здесь либо экскаватором периодического действия, в частности одноковшовым экскаватором или грейдером, или экскаватором непрерывного действия, таким как роторный экскаватор, многоковшовый (цепной) экскаватор, или т.п.

Выемочное оборудование 16 передает локально добытую породу 10а' опосредованно, например, после промежуточного хранения, контролируемого системой управления материалами, или непосредственно на агрегат 17 размельчения, который содержит блок 17а управления и/или регулирования, для установки оптимальной степени размельчения.

Фиг.2 схематично показывает другое устройство для выполнения способа в области месторождения 10 с породой 10а, показанной в разрезе. Ссылочные позиции, аналогичные показанным на фиг.1, обозначают одинаковые элементы.

В отличие от фиг.1 здесь в породе 10а показаны взрывные скважины SPL1, SPL2, которые выполнены буровой установкой 1. Предпочтительным образом на горизонтальном расстоянии от 2 до 5 м в породе 10а размещается некоторое количество взрывных скважин. Порода 10а посредством подрыва отделяется от нетронутой породы 10а, причем затем грубо размельченная порода 10а' с помощью выемочного оборудования 16, например, в форме колесного погрузчика, вынимается. Она затем может храниться промежуточным образом и повторно обнаруживаться, что обеспечивается системой управления материалами, или непосредственно транспортироваться к агрегату 17 для размельчения (см. стрелку Т).

Для каждого места выемки породы 10а, которое известно вычислительному блоку 12 на основе GPS-блока 14' на выемочном оборудовании 16, в зависимости от предварительно определенной оптимальной степени размельчения для этого места выемки и глубины выемки в агрегат 17 для размельчения или его блок 17а управления и/или регулирования сообщается регулирующее воздействие, в частности, посредством линии 15' передачи данных по радиосвязи. Это может осуществляться автоматически посредством вычислительного блока 12 или, разумеется, также с помощью обслуживающего персонала.

При этом оптимальная степень размельчения задается, согласно зависимой от текстуры породы характеристики, вычислительным блоком 12 таким образом, что локально имеющийся в породе 10а минерал ценного материала оптимально раскрывается. Агрегат 17 для размельчения выполняет размельчение теперь согласно соответствующей, в частности, автоматической установке инструмента размельчения согласно заданной оптимальной степени размельчения породы. Теперь может осуществляться почти полное отделение раскрытого минерала ценного материала от другого минерала, так что выполняется эффективная эксплуатация месторождения 10.

Вычислительный блок 12 служит для выполнения вычислительного исключения зависимости по меньшей мере одного измеренного значения от по меньшей мере одного параметра бурения и для определения по меньшей мере одной зависимой от текстуры характеристики в качестве критерия для установки оптимальной степени размельчения породы 10а. В частности, вычислительный блок 12 соответствует при этом устройству передачи для передачи по меньшей мере одного определенного на основе критерия регулирующего воздействия на по меньшей мере одно устройство 17а управления и/или регулирования для установки оптимальной степени размельчения породы 10а по меньшей мере одного агрегата 17 для размельчения. Вообще устройство передачи может также иметься отдельно от вычислительного блока 12 и снабжаться вручную с помощью обслуживающего персонала данными для управляющего воздействия. При выемке породы 10а в определенной позиции бурения или отборе вынутой породы 10а' из места 10 хранения или из промежуточного хранения агрегат 17 для размельчения соответствующим образом управляется и/или регулируется.

Зная заданные на буровой установке 1 параметры бурения и, например, колебательный режим буровых штанг 1с, можно исключить зависимость колебательного режима от параметров бурения вычислительным способом с помощью вычислительного блока 12. Получают зависимый от текстуры породы параметр, который в качестве критерия привлекается для определения оптимальной степени размельчения для этой породы.

Кроме того, посредством вычислительного блока 12 может создаваться модель 100 месторождения, см. фиг.3, из которой вытекает распределение минералогических фаз в месторождении.

На основе определенных величин зерна минерала ценного материала в различных местах бурения в месторождении 10 и, в частности, кроме того, при различных глубинах погружения бурового долота в породу можно при соответственно большом числе мест бурения или взрывных скважин создать модель 100 месторождения, которая достаточно точно отображает трехмерную картину месторождения 10. В модели 100 месторождения можно видеть пространственные слои 50, 60, 70, 80, 90 породы с различными локальными величинами зерна минерала ценного материала. Исходя от точки 1а приложения усилия бурения, определяются пять лежащих на различной глубине слоев породы с минералом ценного материала с различной величиной зерна минерала.

Фиг.4 схематично показывает потоки данных и массы для возможного способа. Вычислительный блок 12 посредством источника D данных снабжается, как правило, известными параметрами BP бурения, причем в качестве источника данных может служить обслуживающий персонал и/или иные электронные приборы. Параметры ВР бурения передаются в форме данных относительно типа буровой установки 1, типа и геометрии бурового долота буровой установки 1, длительности использования, в течение которой буровое долото уже было использовано, усилия прижатия и/или числа оборотов бурового долота и т.д. При этом, как правило, используется проводная линия передачи данных. В процессе бурения от буровой установки 1 или имеющихся на ней приемников измеренных значений передаются характеризующие режим бурения измеренные значения MW на вычислительный блок 12. Измеренные значения MW представляют собой, например, скорость бурения, ввод энергии в буровую установку 1 и т.д. Кроме того, GPS-блок 14 передает текущие данные местоположения BMD буровой установки 1, в частности бурового долота, на вычислительный блок 12.

После того как измеренные значения MW и данные местоположения BMD в области бурения BG получены, они предпочтительно беспроводным способом (см. пунктирные линии) передаются на пространственно удаленный вычислительный блок 12.

Измеренные значения MW для режима бурения, которые имеются в форме данных колебаний SDMW, оцениваются в дополнительном вычислительном блоке 12а непосредственно в области бурения BG, и оценка затем беспроводным способом передается на вычислительный блок 12.

На основе определенной в вычислительном блоке 12 модели 100 осуществляется предпочтительным образом управление полным режимом добычи в области месторождения 10, прежде всего в отношении выемки или подрыва SG, а также транспортировки Т, хранения L и размельчения Z породы для добытой породы. Так, зная модель 100 и, при необходимости, локальную твердость породы, можно, например, корректировать локально используемое количество взрывчатого вещества, добытую породу в зависимости от свойств хранить в различных местах, причем, в частности, порода с одинаковой величиной зерна минерала ценного материала собирается вместе, транспортируется в желательной последовательности к агрегату для размельчения и там в зависимости от величины зерна минерала ценного материалам размельчается в различной степени.

На чертежах показан только пример для устройства и способа. Специалист сможет без труда согласовать соответствующее изобретению устройство и соответствующий изобретению способ с соответствующим месторождением и ситуацией добычи, чтобы локально ассоциировать оптимальную степень размельчения породы с имеющейся информацией о породе. Так можно, естественно, в зависимости от месторождения, выполнять бурение вертикально, и/или горизонтально, и/или наклонно в недра земли. Кроме того, могут регистрироваться другие параметры или измеренные значения, чтобы определить зависимую от текстуры породы характеристику в качестве меры для величины зерна минерала для минерала ценного материала и для установления оптимальной степени размельчения породы.