Результат интеллектуальной деятельности: Способ подготовки добычных блоков к скважинному подземному выщелачиванию полезных ископаемых

Область техники

Изобретение относится к области геотехнологии, а именно к способам подготовки добычных блоков полезных ископаемых к отработке скважинным подземным выщелачиванием на месторождениях инфильтрационного типа.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время известен широкий спектр способов добычи полезных ископаемых скважинным подземным выщелачиванием - урана, меди, золота и др. Скважинное подземное выщелачивание в мире активно развивается уже более 60 лет и за этот период разработано множество вариантов схем расположения технологических скважин на добычных блоках, имеющих как преимущества, так и свои недостатки.

Известны способы подготовки добычных блоков для скважинного подземного выщелачивания на инфильтрационных месторождений песчаникового типа:

- кольцевая схема отработки блоков системой закачных-откачных скважин с расположением куста закачных скважин в центре и по вершинам гексагональной ячейки 6 откачных скважин (предпатент Республики Казахстан №14474. Способ подземного выщелачивания полезных ископаемых/Рогов Е.И. и др. опубл. 15.06.2004 г.);

- квадратная схема отработки блоков с расположением одной откачной скважины в центре и четырех закачных скважин по краям квадратной ячейкии (Комплексы подземного выщелачивания// Под ред. Кедровского О.Л. Москва, Недра, 1992 г. с.240-241);

- гексагональная схема вскрытия блоков с расположением одной откачной скважины в центре и шести закачных скважин по периферии гексагональной ячейки (Комплексы подземного выщелачивания// Под ред. Кедровского О.Л. Москва, Недра, 1992 г. с. 240-242).

Все известные способы подготовки добычных блоков вскрытием системами технологических скважин имеют ряд недостатков:

- при кольцевой системе вскрытия руды трудно расположить кольцевые ячейки в блоке из-за большой площади ячейки. Кроме того, краевые откачные скважины будут подтягивать пластовые воды и произойдет разубоживание продуктивных растворов, что приведет к снижению содержаний металла и увеличению срока отработки;

- при квадратной системе вскрытия руды отношение закачных скважин к откачным составляет 1,5-2,0, что приводит к увеличению сроков отработки блоков. Также при такой системе образуются застойные непроработанные зоны между откачными скважинами в ряду, что приводит к потере металла в недрах или дополнительным затратам по доработке застойных зон;

-основным недостатком гексагональной схемы вскрытия руды является то, что отношение закачных и откачных скважин при разработке широких рудных залежей оказывается ближе к двум, что приводит к увеличению сроков отработки блоков.

Наиболее близким (прототип) к заявленному является способ подготовки добычных блоков путем сооружение системы откачных и закачных скважин, которая состоит из набора различных регулярных схем технологических скважин (рядных, ячеистых или их вариантов) и проектируется по данным геологоразведочных работ получение товарного продукта (Абдульманов И.Г. и др. «Комплексы подземного выщелачивания», Москва, «Недра», 1992, с.130-134, 222-248).

Основным недостатком известного способа является отсутствие оперативной возможности корректировать расстояния между откачными и закачными скважинами в ходе горно-подготовительных работ при бурении технологических скважин с учетом изменяющейся морфологии и продуктивности добычных блоков, что приводит к увеличению капитальных затрат на сооружение скважин, непопадание скважин в руду, неравномерной отработке блоков и как следствие неоправданным эксплуатационным затратам.

Заявляемое техническое решение направлено на создание высокоэффективного способа подготовки добычных блоков к скважинному подземному выщелачиванию полезных ископаемых с возможностью оперативно создавать нерегулярную технологическую сеть скважин на основе результатов бурения закачных и откачных скважин в ходе проведения горно-подготовительных работ.

Раскрытие изобретения

Технический результат, достигаемый применением нового способа подготовки добычных блоков к скважинному подземному выщелачиванию полезных ископаемых, заключается в создании нерегулярной сети технологических скважин, позволяющий задавать расстояния между закачными и откачными скважинами исходя из полученных данных по продуктивности рудных тел, при этом обеспечивая одновременность отработки добычных блоков с разновеликой продуктивностью, что значительно повышает технологичность способа, одновременно снижая капитальные и оперативные затраты на добычу полезных ископаемых.

Сложившаяся практика проектирования схем технологических скважин к сожалению инертна и при воплощении в реалии зачастую используется шаблонирование известной схемы вскрытия руды - рядной или гексагональной, иногда комбинированной, что приводит к неоправданным излишним затратам на сооружение технологических скважин без учета продуктивности и разновременным срокам отработки добычных блоков, так как проектирование ведут по результатам геологоразведочных работ, где сеть разведочных скважин довольно разряженная, дающая только общее представление о имеющейся изменчивости продуктивности рудных тел (Руденко А.А., Гладышев А.В., Новгородцев А.А. «Способы повышения эффективности добычи урана скважинным подземным выщелачиванием»/Тезисы Третьего международного симпозиума «Уран, геология, ресурсы, производство/, ВИМС, М. 2013, с. 252-257). При бурении эксплуатационных скважин на добычных блоках используется проектная сеть, хотя многолетние результаты горно-подготовительных работ показывают, что рудные залежи имеют более выраженную дифференциацию по продуктивности чем по результатам геологоразведочных работ (где сеть разведочных скважин более разреженная в отличие от технологической сети), и, если продуктивность руды ниже средней по блоку - сеть можно разрядить, а где превышает среднюю продуктивность, необходимо сеть сгустить. Так, например, анализ соотношений продуктивностей залежей на месторождении Количиканское Хиагдинского рудного поля в Витимском урановорудном районе показал, что продуктивность руд до 5 кг/м² составляет 74%, 5-10 кг/м²- 16%, 10-15 кг/м² - 9% и более 15 кг/м² - 2%.

В отличие от прототипа в заявляемом способе сеть технологических скважин сооружают и корректируют по результатам бурения в процессе горно-подготовительных работ, что дает прямой экономический эффект за счет сокращения скважин по площади добычных блоков.

Отличительный существенный признак «создают нерегулярную сеть технологических скважин» является также и новым, так как на практике и в открытых источниках использование такого приема неизвестно. На предприятиях, где добычу полезных ископаемых осуществляют скважинным подземным выщелачиванием, технологическую сеть закачных-откачных скважин создают исходя из запроектированной регулярной схемы-либо рядной, либо гексагональной, иногда пробуют и комбинированные, но везде сеть технологических скважин создают по запроектированной схеме на основе результатов геологоразведочных работ. Существенность признака определяется основным важным показателем - одновременностью отработки блоков с разной продуктивностью за счет изменения расстояний между закачными и откачными скважинами. Кроме этого, перераспределение скважин дает сокращение скважин и, как следствие, капитальных затрат.

Известный прием создания нерегулярной (адаптивной) сети скважин описанный в докладе Шрайнера А.Э. «Применение нерегулярных схем расположения скважин при добыче урана методом скважинного подземного выщелачивания», Проблемы геологии и освоения недр, Труды XXI Международного симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых учёных, посвященного 130- летию со дня рождения профессора М.И. Кучина, Томск, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2017, с.606-607, осуществляют «путем трансформации шестиугольных шестиугольных ячеек в трех-, четырех-, пятиугольные ячейки, что по существу является набором или комбинацией регулярных (ячеистых) сетей скважин и, как описано там же, делают это для сокращения скважин сети по блоку с увеличением дебитов откачных скважин, что, по мнению автора, приводит к более быстрой отработке блоков, и не имеет отношения к одновременной отработке разнопродуктивных руд на эксплуатационных блоках.

Отличительный существенный признак «оптимальные расстояния между закачными и откачными скважинами определяют с помощью геотехнологической палетки», что позволяет оперативно вносить коррективы в сеть технологических скважин, сооружая скважины под критерий единовременной отработки. В противном случае увеличение сроков отработки влечет дополнительные эксплуатационные затраты, за счет недоработанных ячеек. Геотехнологическая палетка была разработана путем соединения трех показателей - продуктивности пласта, времени отработки и оптимальных расстояний между закачными и откачными скважинами (Руденко А.А., Гладышев А.В., Новгородцев А.А. «Способы повышения эффективности добычи урана скважинным подземным выщелачиванием»/Тезисы Третьего международного симпозиума «Уран, геология, ресурсы, производство/, ВИМС, М. 2013, с. 252-257). - Фиг. 1. Пользоваться ею достаточно просто. Задавая требуемое время отработки при имеющейся продуктивности пласта (ось ординат) на оси абцисс определяем оптимальное расстояние между закачной и откачной скважинами в нерегулярной сети технологических скважин.

Совокупность вышеперечисленных отличительных существенных признаков заявленного технического решения позволит достичь заявленной цели в полной мере.

Осуществление изобретения

Ниже приводятся сведения, подтверждающие осуществление предлагаемого изобретения и показана его эффективность по отношению к известным техническим решениям.

На схеме Фиг. 2 показан пример осуществления заявляемого способа.

Эксплуатационный добычной блок (1) разбуривают технологическими скважинами (2-4). Пробурив первую скважину (2) по результатам гамма каротажа определяют продуктивность руды. Допустим продуктивность составляет 5 кг/м², тогда по геотехнологической палетке - Фиг. 1 при заданном времени отработки блока 5 лет определяют оптимальное расстояние между откачной и закачными скважинами в ячейке равное 32 м (1). И так продолжают разбуривать пока продуктивность не изменится, например, в пробуренной скважине (3) - Фиг. 2, продуктивность руды составила 10 кг/м². Следовательно, по геотехнологической палетке - Фиг. 1 определяем оптимальное расстояние между откачной и закачными скважинами, которое составит (при времени отработки блока 5 лет) - 28 м (2). Продолжаем разбуривать, пока продуктивность не изменится, например в скважине (4) - Фиг. 2 она составила 15 кг/м². Значит, при прочих равных условиях по палетке - Фиг. 1 оптимальное расстояние между откачной и закачной скважинами составит уже 25 м (3). И так разбуривают нерегулярной сетью все залежи, что в результате дает объективную, инженерно обоснованную сеть технологических скважин, с оперативно изменяющимися расстояниями между закачными и откачными скважинами в зависимости от продуктивности руды на добычных блоках.

Эффективность использования заявляемого изобретения заключается в сокращении капитальных затрат на строительство технологических скважин и одновременной отработке добычных блоков. Так, например, на месторождении Количиканское Хиагдинского рудного поля, при сравнении регулярной (проектной) и нерегулярной (оптимизированной) сетей на блоке Кл1-1-С1, определено, что нерегулярная сеть с учетом продуктивности позволяет сократить общее количество скважин при использовании гексагональной схемы расположения на 216 шт. При использовании рядной схемы - сокращение по блоку Кл1-7-С1 на 17 шт. При средней стоимости 1 скважины 2 млн. руб., экономия по этим двум блокам только на сооружении скважин составит 466 млн. руб.