CC BY
58
Науки о земле
УДК 622.234/42
Лизункин Закиев Гаврилова
Владимир Михайлович Рашит Бореевич Надежда Анатольевна
Vladimir Lizunkin Rashit Zakiev Nadezhda Gavrilova
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РЯДНОЙ СИСТЕМЫ СКВАЖИННОГО ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ НА ОСНОВЕ МНОГОСТВОЛЬНЫХ СКВАЖИН ДЛЯ УСЛОВИЙ ХИАГДИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
PARAMETER OPTIMIZATION OF UNDERGROUND BOREHOLE LEACHING SYSTEM ON THE BASIS OF IN-LINE MULTI-SHAFT BOREHOLES FOR HIAGDA DEPOSIT CONDITIONS
Рассмотрены вопросы оптимизации парамет- The article deals with the parameter optimization of ров рядной системы СПВ многоствольными сква- the in-line multi-shaft system concerning production жинами по критерию цеховой себестоимости до- shop price of 1 kg of metal in Hiagda deposit condi-бычи 1 кг металла в условиях Хиагдинского ме- tions. The dependence between the shop price for dif-сторождения. Установлены зависимости цеховой ferent engineering variants of multi-shaft boreholes and себестоимости для различных вариантов конст- parameters of productive deposit development was рукции многоствольных скважин от параметров determined, as well as sphere of their application вскрытия продуктивной залежи и область их применения
Ключевые слова: критерий цеховой себестоимости, Key words: criterion of the shop price, multi-shaft bore-многоствольные скважины, продуктивная залежь, ряд- holes, productive deposit, in-line system, underground bore-ная система, скважинное подземное выщелачивание hole leaching (UBL), Hiagda deposit (СПВ), Хиагдинское месторождение
Согласно «Долгосрочной государственной программе изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы России на основе баланса потребления и воспроизводства минерального сырья», утвержденной приказом МПР России 8 июня 2005 г., существующее отечественное производство природного урана (ОАО «ППГХО», ЗАО «Да-лур», ОАО «Хиагда») составляет около 20 % от потребностей. При этом его дефицит в размере 80 % покрывается складскими запасами, которые, по прогнозам экспертов, будут исчерпаны к 2020...2030 гг.
Одним из вариантов повышения добычи природного урана является применение высокоэффективного и экологически безопасного метода скважинного подземного выщелачивания (СПВ) из руд пластово-инфильтрационных месторождений. Этим способом в конце XX в. добывалось 13 % (1996 г.) урана в мире, а в начале XXI в. - уже 27,2 % (2002 г.). Особенно интенсивно росла добыча урана способом СПВ в США, доля которого к 1994 г. составила 69 %. В России же объемы производства в 2007 г. не превышали и 11 % несмотря на то, что минерально-сырьевая база отрасли насчитывает более 20 месторождений «песчаникового» типа (Витлаусское, Талаканское, Щег-ловское, Имское, Журавлиное и др.) и 132 ру-допроявления. При этом данным методом отрабатываются только два месторождения -Хиагдинское (ОАО «Хиагда») и Далматовское (ЗАО «Далур»), где выщелачивание осуществляют через одноствольные вертикальные скважины.
Несмотря на высокую эффективность СПВ, существенными остаются затраты на бурение скважин, доля которых составляет
30.40 % в себестоимости конечной продукции, что существенно снижает экономическую привлекательность данного метода. Перспективным направлением является выщелачивание многоствольными скважинами. Из опыта их применения в геологоразведке, нефтяной и газовой промышленности известно, что замена вертикальных одноствольных скважин многоствольными позволяет сократить бурение (в зависимости от глубины) до 50 % от общего объема горно-подготовительных работ [1]. Кроме этого, снижение затрат на выщелачивание создает предпосылки для широкомасштабного его применения, в том числе для разработки более бедных руд.
На основании анализа опыта бурения многоствольных скважин разработаны три варианта технически возможных конструкций многоствольной скважины для выщелачивания урана из пластово-инфильтрационных месторождений (рис. 1). При этом за основу взята наиболее рациональная конструкция - двухзабойная скважина со смешанным двухинтер-вальным профилем дополнительного ствола. Условные обозначения к рис. 1 представлены в таблице.
Для экономической оценки эффективности применения каждого варианта была разработана методика определения стоимости добычи 1 кг металла рядной системой СПВ на основе многоствольных скважин. При этом использовали существующие методики расчета параметров конструкции двухствольных геологоразведочных скважин [1] и геотехнологиче-ских параметров и показателей отработки продуктивного пласта одноствольными вертикальными скважинами [2, 3].
Рис. 1. Варианты конструкции геотехнологической многоствольной скважины с дополнительным стволом, забуренном на: а - «выполаживание» (вариант 1); б - «выкручивание» (вариант 2); в - «выполаживание» и искривленным основным стволом (вариант 3)
а
Условные обозначения к рис. 1
Обозна- чение Показатель Единица измерения
д отход дополнительного ствола от основного м
R радиус кривизны криволинейного участка дополнительного (основного) ствола м
11, 13 длина криволинейного участка дополнительного (основного) ствола м
Ь, 14 длина наклонно-прямолинейного участка дополнительного (основного) ствола м
1 общая длина дополнительного ствола м
Н проектная глубина скважины м
Нзаб глубина забуривания дополнительного ствола м
Дфакт фактический отход дополнительного ствола от основного м
Д1 сокращение объема буровых работ в натуральном выражении за счет бурения одного дополнительного ствола м
до полный угол искривления на криволинейном участке дополнительного ствола град.
Д1 (Д3) отход забоя дополнительного ствола многоствольной скважины от основного на криволинейном участке дополнительного (основного) ствола скважины м
Д2 (Д4) отход забоя дополнительного ствола многоствольной скважины от основного на прямолинейном участке дополнительного (основного) ствола скважины м
Н1 (Н2) вертикальная проекция криволинейного (прямолинейного) участка дополнительного ствола м
Н3 (Н4, Н5) вертикальная проекция участка спрямления (криволинейного, прямолинейного) основного ствола м
Но вертикальная проекция дополнительного ствола многоствольной скважины м
ф угол наклона основного ствола град.
У отход забоя основного ствола скважины от горизонтальной проекции точки забуривания дополнительного ствола м
В качестве критерия оценки принята цеховая себестоимость добычи урана, которая отражает технологическую цепочку получения конечного продукта и складывается из статей затрат по видам производимых работ (горноподготовительные, процесс выщелачивания,
раствороподъем, транспортировка и переработка продуктивных растворов, прочие статьи затрат).
На основании проведенных расчетов установлены зависимости изменения цеховой себестоимости (рис. 2) от параметров системы
СПВ (отхода дополнительного ствола от основного Д и шага вскрытия продуктивной залежи основными откачными и закачными стволами 5), описываемые следующим выражением:
Сц = [(к1 ' И + к2 )' 5 + к3 ' И + к4 ]'Д +
( л ^ * , ру6.,
+ (к 5 •И + к 6 )• 5И+к*
где I - вариант конструкции многоствольной скважины (1, 2, 3);
к1,к2 ...к8 - эмпирические коэффициенты,
зависящие от варианта конструкции многоствольной скважины, определяемые по табл. 1.
Отход дополнительного ствола от основного, м
Рис. 2. Зависимость изменения цеховой себестоимости 1 кг урана от параметров системы СПВ при вскрытии продуктивного пласта вертикальными (1) и многоствольными скважинами (2,3,4, 5) и шаге вскрытия:
1,5...25м; 4...20м; 2...10м; 3...15м
Таблица 1
Коэффициенты /
1 2 3
ку 0,0028 - 7Е - 05 • <р + 0,0026 0,0019
к.2' -0,2197 0,0078 • <р - 0,2026 -0,115
кэ' -0,0782 0,0017 • <р - 0,0637 -0,047
к4| 10,929 - 0,336^ <р +10,284 5,8791
к5' 5,2551 - 0,0836 • <р + 5,2882 4,593
кб' -140,08 8,1402 • <р -153,14 -49,754
ку' 0,001 0,0009 0,0008
к8' 0,019 0,0026 • <р + 0,0114 0,0047
Для оптимизации параметров рядной системы СПВ многоствольными скважинами по критерию минимума цеховой себестоимости 1 кг урана в работе использован метод градиента. В результате чего параметры рядной системы СПВ составили:
- для первого варианта: 5=22,03 м, Д=7,28 м при Сц=512,50 р/кг;
- для второго варианта: 5 =18,45 м, Д=7,61 м при Сц=532,26 р/кг;
- для третьего варианта: 5 =22,18 м, Д=8,31 м при Сц=524,98 р/кг.
Данные показатели цеховой себестоимости добычи 1 кг урана по разработанным вариантам на 33, 27 и 30 % ниже по сравнению с базовым вариантом - рядной системой СПВ на основе одноствольных вертикальных скважин.
Сравнительная технико-экономическая оценка вскрытия продуктивного пласта много-
ствольными и одноствольными скважинами с их рядным расположением проведена для условий Хиагдинского месторождения по чистой дисконтированной прибыли, рентабельности, индексу доходности и сроку окупаемости капитальных вложений.
В результате расчетов установлено (табл. 2), что наилучшие показатели имеет второй вариант - многоствольные скважины с дополнительными стволами, забуренными на «выкручивание» с оптимальными параметрами рядной системы СПВ 5 =18,45 м и Д=7,61 м (рис. 1, б). Эта конструкция позволяет упростить технологию бурения и оборудования добычных скважин, что в конечном итоге сокращает затраты времени и средства на вскрытие продуктивного пласта. При этом все три варианта эффективнее применяемого на руднике метода СПВ вертикальными одноствольными скважинами (рис. 3).
Таблица 2
Экономические показатели рассматриваемых вариантов
Наименование показателей Ед. изм. Варианты Базовый вариант
1 2 3
Чистая дисконтированная прибыль млн руб. 232,6 840,9 380,9 -347,9
Индекс доходности млн руб. 174,1 415,3 259,1 -36,71
Рентабельность % 15,30 31,75 20,76 9,14
Срок окупаемости лет 4,94 2,10 3,20 > 10
Цена за 1 кг урана, долл.
Рис. 3. Эффективная область применения СПВ многоствольными скважинами
Таким образом, отмеченные преимущества многоствольных скважин, по сравнению с вертикальными, позволяют вовлекать в отработку месторождения «песчаникового» типа с
1. Костин Ю.С. Современные методы и технологии по управлению траекториями геологоразведочных скважин / Ю.С. Костин, Ю.Г. Соло-вов, В.В. Нескромных, Р.Б. Закиев, Ю.Ф. Блохин. -Чита: ООО «Издательский дом «Ресурсы Забайкалья». - 2004. - 352 с.
2. Толстов Е.А. Физико-химические гео-
Коротко об авторах____________________________________
Лизункин В.М., д-р техн. наук, профессор, Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИПРЭК СО РАН), зав. кафедрой подземной разработки месторождений полезных ископаемых, Читинский государственный университет (ЧитГУ)
Lizunkin@mail.ru)
Научные интересы: физико-химическая геотехнология
Закиев Р.Б, канд. техн. наук, доцент, Читинский государственный университет(ЧитГУ)
Тел.: 35-92-25
Научные интересы: физико-химическая геотехнология
Гаврилова Н.А., аспирантка, Читинский государственный университет (ЧитГУ)
GavrilovaNA@rambler.ru
Научные интересы: физико-химическая геотехнология
меньшим содержанием полезного компонента в руде, что расширяет область применения СПВ и минерально-сырьевую базу уранодобывающей отрасли России.
_________________________________Литература
технологии освоения месторождений урана и золота в Кызылкумском регионе /Е.А. Толстов. -М.: МГГУ, 1999. - 314 с.
3 Подземное выщелачивание полиэле-ментных руд / Н.П. Лаверов и др.; под ред. Н.П. Лаверова. - М.: Изд-во Академии горных наук, 1998. - 446 с.
______________________Briefly about the authors
V. Lizunkin, Doctor of Engineering Science, Professor (Institute of Natural Resources, Ecology and Criology, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences); Head of the Department of Underground Development of Mineral Deposits (Chita State University)
Areas of expertise: physicochemical geotechnology
R. Zakiev, Candidate of Engineering Science, Associated Professor (Chita State University)
Areas of expertise: physicochemical geotechnology N. Gavrilova, post-graduate student (Chita State University)
Areas of expertise: physicochemical geotechnology
