способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания и устройство для его реализации

Классы МПК:E21B43/28 добыча полезных ископаемых иных, чем углеводороды, растворением, например с помощью щелочного или кислотного выщелачивающего вещества
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Общество с ограниченной ответственностью научно-производственный центр "ГеоМИР" (ООО НПЦ "ГеоМИР") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-11-21
публикация патента:

Группа изобретений относится к горнодобывающей промышленности и может быть использована для интенсификации добычи редких металлов и других полезных ископаемых методом подземного выщелачивания. Изобретение включает закачку в продуктивный пласт через систему нагнетательных скважин растворов рабочего агента и откачку с помощью погружного насоса продуктов взаимодействия редких металлов с раствором рабочего агента через систему добывающих скважин, воздействие полем упругих колебаний на прискважинное и межскважинное пространство с помощью источников упругих колебаний. При этом останавливают на время 3-4 часа работу добывающей скважины, извлекают погружной насос и спускают в скважину на одножильном геофизическом кабеле скважинный источник упругих колебаний. В качестве источника упругих колебаний используют скважинный излучатель плазменно-импульсного воздействия, создающий импульсы упругого поля со спектром частот в диапазоне от нескольких герц до нескольких килогерц и энергией упругих импульсов в диапазоне 1.0÷1.2 кДж, серией 10÷30 импульсов с периодичностью 2÷3 импульса в минуту, электроснабжение производится по одножильному кабелю от наземного источника тока с частотой 300-1000 Гц. В процессе обработки скважин излучатель перемещают с шагом 0.5÷1.0 м по всему интервалу фильтра скважины, а после его извлечения из скважины спускают насос и работу скважины восстанавливают. Изобретение позволяет снизить затраты на проведение технологии осуществления способа и повысить его эффективность, уменьшить габариты и упростить конструкцию устройства для его реализации. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил. способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного   выщелачивания и устройство для его реализации, патент № 2478780

Рисунки к патенту РФ 2478780

способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного   выщелачивания и устройство для его реализации, патент № 2478780 способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного   выщелачивания и устройство для его реализации, патент № 2478780 способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного   выщелачивания и устройство для его реализации, патент № 2478780 способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного   выщелачивания и устройство для его реализации, патент № 2478780 способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного   выщелачивания и устройство для его реализации, патент № 2478780

Группа изобретений относится к горнодобывающей промышленности и может быть использована для интенсификации добычи редких металлов и других полезных ископаемых методом подземного выщелачивания, а также для восстановления дебита гидрогеологических скважин водозаборов, приемистости специальных скважин при закачке токсичных и других веществ.

Из уровня техники известен способ подземного выщелачивания полезных ископаемых с использованием погружного в скважину генератора, создающего импульсы давления с несимметричным распределением энергии. Воздействие импульса осуществляют со спектром в интервале частот меньше 100 Гц и максимумом плотности энергии в интервале 15-35 Гц (пат. РФ № 1030540, приор. 15.04.1980, публ. 23.07.1983).

Известный способ требует громоздких наземных компрессоров, шлангов высокого давления и сложных механических клапанов, при этом для поддержания динамического режима работы необходима сложная схема управления. Межремонтный период, как показал опыт, составляет 1-2 месяца, после чего воздействие необходимо повторять.

В качестве наиболее близкого аналога известен 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. Перед воздействием 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 его эксплуатации. По результатам обработки данных отбирают те скважины, для которых снижение продуктивности обусловлено кольматацией призабойной зоны и межскважинного пространства. Для отобранных скважин задают режим воздействия полем упругих колебаний на прискважинную зону и межскважинное пространство, включающий амплитуду, частоту, длительность, очередность, синфазность. Воздействие на прискважинную зону и межскважинное пространство производят, возбуждая в них упругие колебания заданных режимов воздействия, контролируют скорость удаления кольматантов из прискважинной зоны, 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 значениях проницаемости призабойных зон и межскважинного пространства, полученных в результате воздействия полем упругих колебаний, затем все операции повторяют (пат. РФ № 2162147, приор. 25.12.1998, публ. 20.01.2001). Выбран в качестве прототипа к заявленному способу.

Каждый источник упругих колебаний содержит настраиваемые преобразователи электрических колебаний в акустические в диапазоне 5-200 кГц и энергией до 10 Вт/см2 и возможностью работы в искусственном режиме с частотой импульсов до 5 кГц и средней энергией до 5 Вт/см2.

Данный способ требует тщательной настройки при выборе частот акустического воздействия, так как на предлагаемых частотах поглощение акустических сигналов - значительно, поэтому требуется большая мощность источников-преобразователей электрических сигналов в акустические.

Известен скважинный источник сейсмической энергии, содержащий плазменно-импульсный разрядник, блок накопительной энергии, зарядное устройство, систему управления, механизм подачи проводника для замыкания электродов, при этом указанный источник выполнен сборным из двух секций, в первой секции размещен плазменно-импульсный разрядник, механизм подачи проводника и блок накопителей энергии, а во второй секции размещены система управления и зарядное устройство. По второму варианту исполнения указанный источник может иметь диаметр 42 мм и длину 3750 мм. По третьему варианту исполнения указанный источник снабжен средством для его спуска в скважину и подъема, в качестве которого использован устьевой шлюз (Пат РФ № 105476, приор. 05.03.2011, публ. 10.06.2011, G01V 1/00).

Так как известный источник состоит из двух секций, то для его сборки требуются дополнительное оборудование и специальное приспособление на скважине, что снижает удобство в эксплуатации и увеличивает трудозатраты на обслуживание.

Известны «Способ воздействия на призабойную зону скважины и нефтенасыщенные пласты (варианты) и устройство для его осуществления» (патент РФ № 2373386, G01V 1/157, приор. 01.07.2008, публ. 20.11.2009).

Известный способ состоит в том, что в гидросреде в полости скважины создают импульсы давления. В качестве средства создания упомянутых импульсов используют источник электрогидроимпульсного разряда, содержащий накопительный конденсатор, электроды, замкнутые металлической проволокой с площадью поперечного сечения от 0.1 мм2 до 0.9 мм2. Подают на электроды импульсы напряжения величиной от 2.6 кВ до 4.3 кВ через промежутки времени от 20 сек до 70 сек, обеспечивают тем самым взрыв проволоки и формирование импульсов давления в гидросреде, при этом расстояние между электродами составляет от 11 мм до 60 мм. Обеспечивают перемещение источника на расстояние от 300 мм до 1000 мм с шагом перемещения от 270 до 600 мм/с.

При этом источник сейсмической энергии содержит плазменно-импульсный разрядник, блок накопительной энергии, зарядное устройство, систему управления, механизм подачи проводника для замыкания электродов. Выбран в качестве прототипа к заявленному устройству.

Недостаток известной конструкции заключается в том, что она имеет большие габариты в диаметре и может применяться только после демонтажа насосно-компрессорных труб и обязательном глушении нефтяной скважины и не приспособлена для добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания.

Задачей группы изобретений является снижение затрат на проведение технологии осуществления добычи редких металлов методом подземного скважинного выщелачивания и повышение ее эффективности, уменьшение габаритов и упрощение конструкции устройства для реализации.

Поставленная задача решается тем, что в способе добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания (ПСВ), включающем закачку в продуктивный пласт через систему распределенных в пространстве нагнетательных скважин растворов рабочего агента и откачку с помощью погружного насоса продуктов взаимодействия редких металлов с раствором рабочего агента через систему добывающих скважин, воздействие полем упругих колебаний на прискважинное и межскважинное пространство с помощью источников упругих колебаний, в отличие от существующих способов предусматривают остановку на время 3-4 часа работы добывающей скважины, извлечение погружного насоса и спуск в скважину на одножильном геофизическом кабеле скважинного источника упругих колебаний. При этом в качестве скважинного источника упругих колебаний используют излучатель электрогидравлического (плазменно-импульсного) воздействия, управляемый импульсами постоянного тока, и который снабжают умножителем напряжения и наземным блоком питания переменным током с частотой 300-1000 Гц. Указанный излучатель генерирует импульсы давления (сжатия и разряжения) упругого поля со спектром частот в диапазоне от нескольких герц до нескольких килогерц, серией импульсов в диапазоне 10÷30 с периодической последовательностью 2÷3 импульса в минуту и энергией упругих импульсов в диапазоне 1.0÷1.2 кДж с помощью инициирования электрогидравлического разряда калиброванным проводником в межэлектродном пространстве разрядника.

При минерализации скважинного флюида 5-30 г/л производят обработку указанным излучателем без инициирования электрогидравлического разряда калиброванным проводником.

В процессе обработки указанный излучатель перемещают с шагом 0.5÷1.0 м по всему интервалу фильтра скважины, а после обработки его извлекают из скважины, вновь спускают погружной насос и восстанавливают работу добывающей скважины.

Кроме того, производят плазменно-импульсную обработку нагнетательных скважин.

Эффективность плазменно-импульсного воздействия определяют по данным измерений дебита скважины до и после обработки, при этом измеряют дебиты и приемистость реагирующих на воздействие скважин, расположенных на расстоянии до 300÷400 м. Для оценки эффективности плазменно-импульсного воздействия производят измерения концентрации растворов рабочего агента до воздействия и после воздействия, регулярно во времени - посуточно, еженедельно, ежемесячно.

Поставленная задача в части устройства для реализации способа решается тем, что устройство для генерирования упругих импульсов в гидросфере скважины, содержащее корпус скважинного прибора, в котором размещены: конденсаторный накопитель электрической энергии, электрический разрядник, высоковольтный электрод излучателя и низковольтный электрод излучателя и механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство, снабжено наземным блоком питания переменным током частоты 300÷1000 Гц и управления импульсами постоянного тока, соединенным со скважинным прибором одножильным геофизическим кабелем, а скважинный прибор - умножителем высокого напряжения. В заявляемом устройстве механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство излучателя выполнен в виде системы подпружиненных кулачков, установленных в корпусе механизма протяжки, и снабжен подпружиненной тягой электромагнита, а конденсаторы накопителя электрической энергии размещены на шасси в корпусе скважинного прибора и снабжены дополнительными уравнивающими разрядные токи проволочными резисторами, при этом корпус скважинного прибора выполнен диаметром 42 мм и длиной 2700 мм.

На фиг.1 даны проекции траекторий скважины № 13-4-3 на вертикальные и горизонтальную плоскости:

- а) вертикальный разрез Север-Юг;

- б) вертикальный разрез Запад-Восток;

- в) горизонтальный разрез Запад-Восток.

На фиг.2 представлена блок-схема устройства для генерирования упругих импульсов в гидросфере скважины.

На фиг.3 дан разрез (А-А)скважинного прибора.

На фиг.4 представлен механизм подачи калиброванного проводника.

На фиг.5 изображены осциллограммы импульсов скважинного источника упругих импульсов электрогидравлического (плазменно-импульсного) воздействия:

а) - без инициирования проводником;

б) - при инициировании проводником.

Практика разработки месторождений редких металлов (урана, ванадия и др.) методом ПСВ показывает, что производительность технологических скважин снижается вследствие кольматации фильтров и прискважинных зон. Этот процесс неизбежен и скорость его зависит от многочисленных факторов: геологического строения рудного тела; способа бурения; конструкции скважин и фильтра; способа установки фильтра; способа и сроков освоения скважин после установки фильтра; гидрохимического состава подземных вод; типа раствороподъемного оборудования; типа реагента, применяемого для выщелачивания; режима эксплуатации и других факторов (А.И.Калабин. Добыча полезных ископаемых подземным выщелачиванием и другими геотехнологическими методами. 2 изд., М.: Атомиздат, 1981).

В настоящее время межремонтный срок эксплуатации скважин составляет 1.5-2.0 месяца, для очистки от образующихся в процессе добычи продуктивных растворов фильтров требуются остановка скважин и дополнительные затраты на восстановление их проницаемости.

Каждое месторождение, разрабатываемое с применением рабочих агентов (вода, рассолы и др.), нужно рассматривать как сложную многофакторную нелинейную динамическую систему, в которой происходят постоянные изменения. Чаще всего в результате длительной эксплуатации залежи, постоянного техногенного вмешательства в процесс добычи полезного ископаемого необходимо оперативно применять способы и технические средства для оптимального управления физико-химическими процессами в пласте.

Ряд исследователей объясняют эти явления нелинейностью взаимодействия физических сред. Действительно, исследование спектра сигнала, излучаемого сейсмическими источниками, и приема в точках, удаленных на разное расстояние от источника, показали, что наряду с большим поглощением более высоких частот в геологическом разрезе, в спектрах измеренных сигналов выделялись сигналы, частота которых для пластов с различными физическими параметрами отличались по частоте, а их амплитуда превышала сигналы соседних частот по спектру.

Поиски новых решений использования энергии продуктивного пласта и более внимательное рассмотрение свойств геологического разреза с характерными для каждого пласта массой, плотностью, скоростью распространения упругих колебаний (продольные, поперечные и другие типы волн) натолкнули на мысль, что затухание упругих колебаний разных частот в разрезе, сложенном породами с различными физическими параметрами, включая пористые среды, отличающиеся параметрами пористости, проницаемости, содержания глинистого материала, заполненные различными флюидами, должно быть различным.

Каждый насыщенный пласт имеет свою собственную резонансную (доминантную) частоту, в продуктивной залежи постоянно идет процесс неупорядоченных колебаний за счет закачиваемого в пласт рабочего агента для создания перепада давления в пласте и энергии, поступающей извне (приливы-отливы, природные и техногенные землетрясения и т.д.).

Такие явления характерны для неравновесных упругих автоколебательных систем. В каждой комплексной системе коэффициенты отражения, преломления и поглощения упругих колебаний меняют свои параметры и характеристики.

Фундаментальные исследования, выполненные в научном центре нелинейной волновой механики и технологии РАН в области нелинейной волновой механики гидромеханических систем на основе новых, открытых в процессе создания волновой технологии, явлений и эффектов, позволяющих эффективно производить резонансную накачку энергии в обрабатываемые среды, тем самым многократно (до нескольких десятков раз) интенсифицировать технологические процессы (Нелинейная механика. Научный центр нелинейной волновой механики и технологии РАН., М., 2007).

Теория самоорганизации показывает, что траектория в фазовом пространстве, описывающая эволюцию системы со сложно организованной внутренней структурой, оказывается очень чувствительной к малым возмущениям, обладая многими точками бифуркации (самоорганизации) открытых систем, их переходу от хаоса к порядку, и наоборот.

В такой ситуации резко возрастает роль малых величин и эффектов, которые будучи задействованы вовремя, позволяют управлять процессами самоорганизации, направляя их желательным образом. Малые эффекты играют роль спускового крючка, запуская в действие скрытые резервы систем.

Авторами делается вывод о том, что продуктивный пласт должен рассматриваться в качестве открытой диссипативной системы, свободной к самоорганизации и содержащей огромный источник непознанной и потому невостребованной энергии. Для организации волновых процессов в пласте предлагалось создавать их с помощью наземного компрессора, подавая жидкость в интервал продуктивного пласта по насосно-компрессорным трубам, а резонатор устанавливать на конце труб.

Результаты этих работ подтверждают наши исследования и исследования других авторов о сложности физических процессов, происходящих в пласте и новых возможностях грамотно управлять этими процессами. Чтобы привести такую сложную систему в резонанс, необходимо иметь идеальный, нелинейный широкополосный управляемый источник периодических упругих колебаний (генератор накачки).

Скважинный управляемый источник упругих колебаний для воздействия на призабойную зону пласта должен, с одной стороны, обладать достаточной мощностью, чтобы разрушить закольматированное пространство, с другой стороны, сохранить целостность цементного кольца. Такими возможностями обладает разработанный нами высоковольтный электрогидравлический разрядный источник в жидкости. Применение «взрывной» проволочки для инициирования электрического пробоя в междуэлектродном пространстве способствует образованию устойчивой «холодной» плазмы независимо от электропроводности скважинного флюида и гидростатического давления окружающей среды.

Расширение плазменного канала и его последующее «схлапывание» оказывает на призабойную зону пласта и пласт в целом знакопеременные нагрузки. В результате многократного повторения циклов «репрессия - депрессия» ударные гидравлические волны давления распространяются по скелету пласта и в его пористой среде и изменяют емкостные и фильтрационные свойства пород. Под их влиянием происходит очистка фильтров от осадков, кольматирующих частиц породы и остатков бурового раствора, его фильтрата, а также выпавших в пористой среде осадков солей и других образований. Импульсы давления раскрывают природные трещины коллектора и способствуют образованию новых трещин.

Для получения дополнительного притока флюида в добывающую (откачную) скважину или повышения приемистости пласта нагнетательной (закачной) скважины необходимо инициировать серию упругих импульсов по всему рабочему интервалу фильтра, давление которых превышало бы коэффициент закупорки, а скорость распространения этих импульсов способствовала бы увеличению коэффициента пьезопроводности (Молчанов А.А. и Агеев П.Г. Плазменно-импульсное воздействие на нефтяную залежь, как на многофакторную динамическую диссипативную систему. // НТВ «Каротажник», - Тверь: Изд. АИС, 2010. - Вып.2).

Важным фактором является то, что сама продуктивная залежь слоиста, и каждый слой, несмотря на анизотропию пласта, имеет свою собственную резонансную частоту. В самой залежи постоянно идут незатухающие колебания, поддерживаемые внешними источниками энергии флюидопотоков, обеспечивающих закачкой рабочего агента (воды с реагентами) через нагнетательные скважины, а также за счет лунно-солнечной активности, приливов-отливов, природных и техногенных землетрясений и т.д. Все это происходит в нелинейной диссипативной системе, вид и свойства колебаний которой определяются самой системой.

Так, понимая сложность процессов, происходящих в продуктивном пласте, надо рассматривать продуктивную залежь как совокупность колебательных систем (нелинейный осциллятор в неравновесной упругой среде), на которую можно воздействовать путем внешних вынужденных колебаний. Важнейшей особенностью неравновесной среды является то, что даже небольшая возмущающая сила может привести к непропорционально большому эффекту (триггерный эффект). Для возбуждения такой среды и декольматации призабойной зоны необходимо иметь идеальный нелинейный источник внешних вынужденных колебаний.

Таким источником упругих импульсов является электрогидравлический (плазменно-импульсный) источник. В нем накопленная в высоковольтных конденсаторах большой емкости энергия (более 1,0 кДж) при электрическом разряде в жидкости создает плазменный канал, сопровождаемый мощным упругим импульсом с широким частотным спектром.

Этот импульс формирует ударную волну, которая через перфорационные отверстия в фильтре распространяется в пласт.

Высокочастотные составляющие импульса возбуждения расходуются на разогрев прискважинной зоны пласта, ее очистку от загрязнений механическими частицами при первичном и при вторичном вскрытии пласта, отложений солей и парафинов, низкочастотные составляющие проникают далеко в пласт, возбуждая пласт на резонансных (доминантных) частотах.

Особенностью предлагаемой технологии скважинного электрогидравлического (плазменно-импульсного) воздействия является воздействие не только на призабойную зону, но и на пласт в целом благодаря глубокому проникновению сейсмоакустической волны в пласт и созданию в пласте резонансных процессов.

Для поддержания в пласте незатухающих колебаний необходимо, чтобы каждый последующий импульс «накачки» был в фазе с резонансными колебаниями в пласте, создавая «триггерный» эффект.

Необходимое количество периодических импульсов «накачки» зависит от горно-геологических, фильтрационно-емкостных и других особенностей залежи, свойств пластовых флюидов и рассчитывается по специальной методике. Чем больше инициируется импульсов через равные промежутки времени определенного давления, тем дальше проникает ударная волна, которая в упругой среде вызывает упругие колебания во всей газожидкостной поровой системе.

Благодаря широкому диапазону частот в спектре от нескольких герц до несколько килогерц пласт сам выбирает свою резонансную частоту для поддержания незатухающих колебаний.

Дальность действия электрогидравлического (плазменно-импульсного) воздействия на пласт составляет в терригенном разрезе до 300-400 м. Поэтому скважины, находящиеся на обрабатываемом пласте, воспринимают это воздействие. За счет очистки пор коллектора, образования новых трещин, лучшей отмываемости и подвижности полезного компонента, увеличивается дебит добываемой продукции обрабатываемой и реагирующих скважин.

Опыт, накопленный авторами по повышению производительности нефтяных (нагнетательных и добычных эксплуатационных) скважин с применением электрогидравлического (плазменно-импульсного) воздействия на прискважинную зону пласта показал, что эту технологию можно применить в скважинах подземного выщелачивания.

Отличительной особенностью оборудования для месторождений редких металлов, разрабатываемых методом подземного скважинного выщелачивания, является применение пластмассовых труб, фильтров, соединительных элементов, конструкций насосов и другого оборудования, устойчивого к воздействию кислотной среды. Это создает определенные трудности при бурении скважин с определенной траекторией, а учитывая, что скважины обсаживаются гибкими пластмассовыми трубами и практически не закрепляются, то в процессе эксплуатации (из-за пучения глин и других технологических причин), зоны фильтров становятся недоступными для скважинных приборов, соизмеримыми по внутреннему диаметру. Так, в скважины с внутренним диаметром 74 мм из-за их кривизны и всевозможных изгибов и перегибов прибор 60 мм и длиной 3,0 м в зону фильтров невозможно доставить (Фиг.1).

По этой причине геофизические исследования в откачных и закачных скважинах при подземном выщелачивании руд (в частности, на месторождениях Казахстана) выполняются приборами диаметром 42 мм и длиной не более 3 м.

Для исключения изливов рабочего агента при работах на скважине устье скважины необходимо герметизировать, поэтому применение одножильного геофизического кабеля с пластмассовым покрытием является обязательным.

Настоящий способ предусматривает анализ режима работы скважин с ухудшенными параметрами по дебиту и приемистости, выбор первоочередных скважин для упругого воздействия, при этом откачную (закачную) скважину останавливают на 3-4 часа, извлекают погружной насос и в зону фильтра спускают на одножильном геофизическом кабеле скважинный прибор с плазменно-импульсным излучателем (электрогидравлического типа), который снабжают умножителем напряжения и наземным источником тока с частотой 300-1000 Гц, и который генерирует импульсы давления (сжатия и разряжения) упругого поля со спектром частот в диапазоне от нескольких герц до нескольких килогерц, серией импульсов в диапазоне 10÷30 с периодической последовательностью 2÷3 импульса в минуту и энергией упругих импульсов в диапазоне 1.0÷1.5 кДж с помощью инициирования электрогидравлического разряда калиброванным проводником в межэлектродном пространстве разрядника (фиг.5-6).

При этом создаваемые в гидросфере скважины упругие импульсы сжатия и разряжения достигают давления до 1.0÷1.5·10 3 МПа, а температура превышает 20÷40·103 С. Регулярно посылаемые в пласт импульсы с периодом 2-3 импульса в минуту создают параметрический резонанс в системе «скважина-пласт», благодаря этому происходит декольматация фильтра и прискважинной зоны. Импульсы, распространяясь в пласт, создают дополнительные трещины в пласте, повышая проницаемость продуктивного пласта, ускоряя движение флюида и отмываемость металла. При минерализации скважинного флюида 5-30 г/л обработку производят указанным излучателем без инициирования электрогидравлического разряда калиброванным проводником (фиг.5-а). Из осциллограммы видно, что в кислотной среде с концентрацией H2SO4 от 0.5% (5 г/л) до 2% (20 г/л) мощность электрогидравлического разряда выше без инициирования проводником, чем при инициировании.

Перемещая скважинный прибор в интервале фильтра через каждые 0.5÷1.0 м и создавая в каждой точке по 10÷20 импульсов, удается практически полностью очистить фильтр и прискважинную зону. Подняв скважинный прибор из скважины, производят промывку ствола скважины, опускают погружной насос и вновь вводят скважину в эксплуатацию. Аналогичным образом обрабатывают другие откачные или закачные скважины с пониженным дебитом или приемистостью.

Эффективность плазменно-импульсного воздействия определяют по данным измерений дебита откачных скважин наземными контрольно-измерительными приборами до и после обработки, при этом измеряют дебиты и приемистость реагирующих на воздействие скважин, расположенных на расстоянии до 300÷400 м. Длительность последействия составляет 3-6 месяцев и зависит от состояния скважины и режима отработки залежи. Для оценки эффективности плазменно-импульсного воздействия производят измерения концентрации рабочего агента до воздействия и после воздействия регулярно во времени - посуточно, еженедельно, ежемесячно.

Последовательность операций при обработке откачных и закачных скважин

По закачным скважинам:

1. Изучаются материалы по режиму работы скважины, параметры продуктивного пласта, профиль приемистости, объемы закачиваемой жидкости (приемистость).

2. Измеряется приемистость скважины до обработки.

3. Скважинный прибор спускается на каротажном кабеле в зону фильтра (лучше привязать данные глубины по электрическому каротажу) и с шагом в 0.5-1,0 м проводится обработка по всей длине фильтра 15-20 импульсами в каждой точке в автоматическом или ручном режимах.

4. После извлечения скважинного прибора из скважины вновь измеряется приемистость скважины. Повышение приемистости свидетельствует о результативности обработки. Желательно выполнить профиль приемистости. Подключив насос, измеряется расход рабочего агента и давление на устье скважины.

5. Устанавливается контроль за режимом работы скважины. Результаты измерений поступают Заказчику и направляются Исполнителю для анализа. При обработке могут улучшаться режимы работы других близкорасположенных скважин (закачных и откачных). Эти изменения необходимо также регистрировать для анализа.

По откачным скважинам:

1. Изучаются материалы по режиму работы скважин ячейки, блока с момента освоения скважины, результаты по объемам добываемой жидкости после очередных ремонтов (очистке фильтров) во времени, текущие показатели, строятся кривые спада добычи.

2. После отключения погружного насоса и его извлечения из скважины на дневную поверхность измеряется статический уровень жидкости в скважине при отсутствии самоизлива. Желательно снять диаграмму дебита по отдельным участкам по всей длине фильтра.

3. Скважинный прибор спускается в интервал фильтра и через каждые 0,5 м по точкам снизу вверх производится обработка 10-20 импульсами. Если при снятии дебитограммы до обработки выявлены интервалы, не дающие притока, количество импульсов на этих интервалах рекомендуется увеличить до 30.

4. После извлечения из скважины скважинного прибора повторно измеряются: статический уровень жидкости в скважинах без самоизлива и дебитограмма по длине фильтра. Это позволяет уточнить работающие интервалы. После установки погружного насоса регулярно измеряется дебит и давление напора, эффективность добычи и др.

5. Во время обработки и после обработки откачной скважины необходимо следить за параметрами связанных с ней закачных скважин, определяющих эффективность ее обработки.

6. После обработки «откачной» скважины устанавливается контроль за изменениями режимов ее работы. Результаты измерений поступают Заказчику и направляются Исполнителю для анализа. Регистрация результатов наблюдений ведется за весь период рентабельной работы скважины (продолжительность и эффективность воздействия, изменение в процентах извлекаемости).

Решаемые задачи предлагаемым способом:

- увеличение проницаемости прифильтровой зоны пласта, очистка фильтров от механических кольматантов и других песчано-глинистых отложений;

- развитие систем каналов в продуктивном пласте;

- увеличение подвижности рассолов и ускорение процессов перехода урана в подвижную форму сложных терригенных и песчано-глинистых коллекторов.

Преимущества способа:

- повышение дебита откачных и приемистости закачных скважин в 2-8 раз;

- увеличение извлекаемых запасов урана и других металлов на 15-20% за счет ускорения процессов перехода металла в подвижную форму;

- минимальные затраты материальных средств;

- уменьшение расхода реагентов (кислоты);

- увеличение межремонтного срока эксплуатации скважин в 3 и более раз в сравнении с существующими методами.

Способ реализуется с помощью заявляемого устройства.

Устройство содержит наземный блок 1 питания, управления и контроля, соединенный одножильным геофизическим кабелем 2 (типа КГ1) со скважинным прибором 3 (фиг.2), в котором размещены: умножитель высокого напряжения 4, конденсаторный накопитель электрической энергии 5, электрический разрядник 6, высоковольтный электрод излучателя 7, калиброванный проводник 8, низковольтный электрод излучателя 9. Поз.10 - механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство излучателя. Поз.11 - схема управления разрядом накопителя электрической энергии и механизмом подачи калиброванного проводника.

Механизм подачи 10 калиброванного проводника 8 в межэлектродное пространство выполнен в виде кулачков 12 и снабжен подпружиненной 13 тягой 14 электромагнита 15. Запас калиброванного проводника 8 размещен на бобине 16 (фиг.4).

В корпусе скважинного прибора 3 на шасси размещены конденсаторы 17 накопителя электроэнергии 5 с уравнивающими разрядные токи дополнительными проволочными резисторами 18 (фиг.3).

Устройство работает следующим образом.

При спускоподъемных операциях на скважине наземный блок 1 питания, управления и контроля соединяется одножильным геофизическим кабелем 2 (КГ1) со скважинным прибором 3 и производится проверка аппаратуры в ручном режиме. Нажатием кнопки «протяжка» подается калиброванный проводник 8 в межэлектродное пространство электродов 7 и 9, посредством подачи импульсов постоянного тока на электромагнит механизма подачи проводника. Нажатием кнопки «заряд» подается напряжение с частотой 300÷1000 Гц на умножитель высокого напряжения 4 для заряда конденсаторов 17. Процесс роста напряжения и достигнутое напряжение заряда фиксируется контрольно-измерительной аппаратурой в наземном блоке 1 питания управления и контроля. Нажатием кнопки «разряд» производится разряд конденсаторов разрядником 6 накопителя электрической энергии 5, при этом фиксируется напряжение разряда. Затем проверяется работа устройства в автоматическом режиме переключением тумблера «вид работы» в «автоматический режим».

После извлечения погружного насоса из откачной скважины и установки на устье скважины блок-баланса каротажного подъемника начинается спуск скважинного прибора на кабеле КГ1 в скважину при контроле глубины положения прибора в зоне фильтра по глубиномеру.

Обработка фильтра производится на остановках через 0,5-1,0 м глубины скважины снизу вверх по 10-20 импульсов с периодом следования 2 импульса в минуту по всему интервалу фильтра.

После подъема и извлечения скважинного прибора из скважины вновь спускается погружной насос и восстанавливается работа скважины.

По показаниям контрольно-измерительного прибора, установленного на поверхности, регистрируется дебит откачной скважины после обработки.

Эффективность обработки оценивается по показателям до и после обработки.

Применение в скважинах, заполненных жидкостью, устройства для генерирования упругих импульсов с энергией порядка 1.0-1.2 килоджоуля в частотном спектре от нескольких герц до нескольких килогерц позволяет обеспечить декольматацию фильтров и прискважинной зоны и, воздействуя на продуктивный пласт, возбудить в системе «скважина-пласт» резонансные колебания, способствующие восстановлению и увеличению проницаемости (пьезопроводности) пласта.

Следует заметить, что дальность плазменно-импульсного воздействия составляет 300-400 м, поэтому все скважины, расположенные в этой зоне, будут реагировать положительно.

Скважинный прибор источника упругих импульсов обеспечивается питанием переменным током частотой 300÷1000 Гц от наземного блока питания, что позволило существенно упростить схему преобразования для получения высокого напряжения для заряда конденсаторов в скважинном приборе, использовав лишь схему умножения напряжения до 2.5-3.0 киловольт, что позволило уменьшить габариты блока питания в скважинном приборе, а управление импульсами постоянного тока электрическим разрядником и электромагнитом механизма подачи проводника в межэлектродное пространство упростить конструкцию и реализовать спускоподъемные операции на одножильном геофизическом кабеле с энергией упругих импульсов 1.0-1.2 килоджоуля в едином корпусе прибора 42 мм при общей длине скважинного прибора 2700 мм. Использование в блоке накопителя электрической энергии уравнивающих разрядные токи отдельных конденсаторов дополнительных проволочных резисторов позволило ограничить разрядные токи и увеличить ресурс работы силовых конденсаторов. Измененная конструкция излучателя дала возможность создания упругих импульсов в среде с минерализацией флюида 5-30 г/л без инициирования электрогидравлического разряда калиброванным проводником (фиг.5).

Примеры реализации способа.

Пример 1. Проведена обработка электрогидравлическим (плазменно-импульсным) воздействием закачной скважины № 17-1-14 уранового месторождения Ак Дала (глубина скважины 186 м, интервал фильтра 162,5-178,2 м). Приемистость до обработки 0,2 м3/час. Была обработана по точкам через 1 м по 20 импульсов, после обработки приемистость увеличилась в 5 раз и составила 1,06 м3/час.

Пример 2. Проведена обработка электрогидравлическим (плазменно-импульсным) воздействием откачной скважины № 22-2-13 уранового месторождения Ак Дала (глубина скважины 193,7 м, интервал фильтра 169,5-184,4 м). Дебит до обработки составлял 7,3 м3/час, после обработки 9,08 м3 /час.

Пример 3. При обработке разработанной технологией двух откачных скважин дебит увеличился с 7,3 м3/час до 9,2 м3/час и с 8,7 м3/час до 9,9 м 3/час, в трех закачных скважинах приемистость увеличилась с 0,2 м3/час до 2,0 м3/час (в 10 раз), с 3,4 м3/час до 6,4 м3/час (в 1,88 раза) и с 1,9 м3/час до 10 м3/час (в 5,26 раз).

Кроме того, 12 близкорасположенных скважин отреагировали на воздействие следующим образом: 7 - увеличили приемистость на 18,7 м3/час, 3 - сохранили параметры, 2 скважины уменьшили приемистость всего на 1,5 м3/час.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания, включающий закачку в продуктивный пласт через систему распределенных в пространстве нагнетательных скважин растворов рабочего агента и откачку с помощью погружного насоса продуктов взаимодействия редких металлов с раствором рабочего агента через систему добывающих скважин, и воздействие полем упругих колебаний на прискважинное и межскважинное пространство с помощью источников упругих колебаний, отличающийся тем, что останавливают на время 3-4 ч работу добывающей скважины, извлекают погружной насос и спускают в скважину на одножильном геофизическом кабеле скважинный источник упругих колебаний, при этом в качестве указанного источника используют скважинный излучатель электрогидравлического (плазменно-импульсного) воздействия с умножителем напряжения, питание скважинного прибора электрическим током осуществляют переменным током частоты 300-1000 Гц и управление скважинным прибором производят импульсами постоянного тока от наземного блока аппаратуры.

2. Способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания по п.1, отличающийся тем, что в качестве скважинного источника упругих колебаний используют скважинный излучатель электрогидравлического (плазменно-импульсного) воздействия, который генерирует в скважинном флюиде импульсы давления (сжатия и разряжения) упругого поля со спектром частот в диапазоне от нескольких герц до нескольких килогерц, серией импульсов в диапазоне 10÷30 с периодической последовательностью 2÷3 импульса в минуту и энергией упругих импульсов в диапазоне 1,0÷1,2 кДж с помощью инициирования электрогидравлического разряда калиброванным проводником в межэлектродном пространстве излучателя, а в процессе обработки указанный излучатель перемещают с шагом 0,5÷1,0 м по всему интервалу фильтра скважины.

3. Способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания по п.1, отличающийся тем, что при минерализации скважинного флюида 5-30 г/л производят обработку указанным излучателем без инициирования электрогидравлического (плазменно-импульсного) разряда калиброванным проводником.

4. Способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания по пп.1 и 2, отличающийся тем, что производят плазменно-импульсную обработку нагнетательных скважин.

5. Способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания по п.1, отличающийся тем, что эффективность плазменно-импульсного воздействия определяют по данным измерений дебита добывающей скважины до и после обработки, при этом измеряют дебиты и приемистость реагирующих на воздействие скважин, расположенных на расстоянии до 300÷400 м.

6. Способ добычи редких металлов по технологии подземного скважинного выщелачивания по п.1, отличающийся тем, что для оценки эффективности плазменно-импульсного воздействия производят измерения концентрации растворов рабочего агента до этого воздействия и после, регулярно во времени - посуточно, еженедельно, ежемесячно.

7. Устройство для генерирования упругих импульсов в гидросфере скважины, содержащее корпус скважинного прибора, в котором размещены: конденсаторный накопитель электрической энергии, электрический разрядник, излучатель, состоящий из высоковольтного электрода и низковольтного электрода и механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство, отличающееся тем, что оно снабжено наземным источником тока с частотой 300÷1000 Гц, соединенным со скважинным прибором одножильным геофизическим кабелем, а скважинный прибор - умножителем высокого напряжения, конденсаторы накопителя электрической энергии размещены на шасси в корпусе скважинного прибора и снабжены уравнивающими разрядные токи проволочными резисторами, а механизм подачи калиброванного проводника в межэлектродное пространство излучателя выполнен в виде системы подпружиненных кулачков, подпружиненной тяги электромагнита и снабжен бобиной с запасом калиброванного проводника, установленных в корпусе механизма подачи.

8. Устройство для генерирования упругих импульсов в гидросфере скважины по п.7, отличающееся тем, что корпус скважинного прибора выполнен диаметром 42 мм и длиной 2700 мм.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2478780

patent-2478780.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс E21B43/28 добыча полезных ископаемых иных, чем углеводороды, растворением, например с помощью щелочного или кислотного выщелачивающего вещества

Патенты РФ в классе E21B43/28:
способ подземного выщелачивания окисленных никель-кобальтовых руд -  патент 2516423 (20.05.2014)
способ подземного блочного выщелачивания полезных ископаемых -  патент 2506423 (10.02.2014)
способ скважинного выщелачивания золота из глубокозалегающих россыпей и техногенных минеральных образований -  патент 2504648 (20.01.2014)
способ геотехнологической переработки некондиционного сульфидного рудного материала, содержащего цветные металлы и железо -  патент 2502869 (27.12.2013)
способ извлечения дисперсного золота из упорных руд -  патент 2497962 (10.11.2013)
способ подготовки рудных тел на месте залегания к выщелачиванию полезных компонентов -  патент 2495238 (10.10.2013)
поточная линия для круглогодичного кучного выщелачивания металлов из руд -  патент 2493364 (20.09.2013)
поточная линия для круглогодичного кучного выщелачивания благородных металлов в криолитозоне -  патент 2493363 (20.09.2013)
способ извлечения металлов из металлсодержащего минерального сырья -  патент 2476610 (27.02.2013)
способ кюветно-скважинного выщелачивания металлов -  патент 2475639 (20.02.2013)




Наверх