CC BY
39
© А.И. Левченко, 2003
УЛК 622.363.1/.2
А.И. Левченко
НЕОБХОЛИМОСТЬ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЛЯ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАЗМЫВА В РЕЖИМЕ РЕЦИРКУЛЯЦИИ И КОНТРОЛЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ КАМЕР ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПЛАСТА КАМЕННОЙ СОЛИ СПОСОБОМ ПОЛЗЕМНОГО РАСТВОРЕНИЯ
Работа скважин при добыче солей способом подземного растворения обычно включает два этапа: подготовительный и эксплуатационный. Целью подготовительного этапа является создание начальной поверхности растворения соли, достаточной для получения промышленной производительности скважин по кондиционному рассолу. На эксплуатационном этапе требуется обеспечить выемку залежи в проектных границах отработки с получением наилучших технико-экономических показателей рассо-лодобычи.
Подготовительный размыв скважин (начальная поверхность растворения), как правило, создается у подошвы соляной залежи (для последующей отработки залежи снизу вверх) путем размыва в соли горизонтальной полости небольшой высоты - гидро-вруба или подготовительной выработки.
В обычных условиях эксплуатации к подготовительной выработке предъявляются следующие требования:
1. Горизонтальная поверхность растворения подготовительной выработки должна обеспечивать возможность максимального съема соли при переводе скважин на эксплуатационный режим.
2. Боковая поверхность подготовительной выработки должна обеспечивать донасыщение рассолов, получаемых при размыве первых эксплуатационных ступеней, до промышленной концентрации. Для этого подготовительная выработка должна иметь достаточный объем и благоприятное для растворения положение боковых стенок.
3. Высота подготовительной выработки должна обеспечивать возможность размещения выпадающих при растворении соли нерастворимых включений, исключения зашламовывания рассолоподъемной колонны и проникновения пресной воды из водоподающей колонны в рассолоподъемную, т.е. исключения круговой циркуляции воды вдоль оси скважины, связанной с разбавлением извлекаемых рассолов и излишними энергозатратами на размыв.
4. Потери соли в подошве подготовительной выработки должны быть минимальными (для снижения ущерба от потерь), минимальными должны быть и затраты на сооружение подготовительной выработки.
Выполнение этих требований обеспечивается выбором соответствующих параметров размыва: диаметра и высоты выработки, количества ступеней
размыва, интенсивности подачи воды и связанной с ней продолжительностью размыва.
Выбор способа и режима подготовки скважин к эксплуатации производят с учетом следующих основных факторов:
• условий разработки залежи и, прежде всего ее мощности, строения, угла падения, содержания нерастворимых включений;
• требуемой продолжитель-нос-ти подготовки;
• возможности использования получаемых слабонасыщенных рассолов.
Один из наиболее сложных вопросов при подготовке скважины к эксплуатации
- вопрос сброса слабых строительных рассолов, образующихся при подготовительном размыве.
Согласно «Инструкции по безопасному ведению работ и охране недр при разработке месторождений солей растворением через скважины с поверхности» [1], образующийся в процессе подготовительного размыва некондиционный рассол необходимо использовать путем:
• передачи рассола рассолопотребляющим и другим предприятиям;
• получения соли естественной или искусственной выпаркой рассола;
• закачкой рассола в отработанные горные выработки;
• закачкой рассола в глубокие поглощающие горизонты в соответствии с установленным порядком пользования недрами для захоронения вредных веществ, отходов производства, сброса сточных вод;
Отсутствие возможности утилизации слабых рассолов в период размыва подготовительной выработки вынуждает прибегнуть к получению продукционных рассолов в режиме рециркуляции.
В такой системе используется накопительный бак (поз.1) (см. рис. 1) емкостью 200 м3. Вода, подаваемая через КРП из резервуара (поз. 9) поступает в скважину (поз. 3), частично насыщается по NaCl в камере, возвращается на поверхность и поступает в накопительный бак (поз. 1) до тех пор, пока полностью не заполнит его. При производительности во-доподачи 16 м3/час заполнение происходит за 12 часов. После этого подачу воды в скважину останавливают и организуют подачу растворителя в скважину из накопительного бака (поз. 1). Таким образом, сформирован замкнутый контур - накопительный бак (поз. 1), нагнетательный насос (поз. 2), трубы водоподачи (ВО), водоподающая колонна (поз. 4), камера (поз.6), рассолозаборная колонна (поз. 5), накопительный бак (поз. 1), в котором растворитель циркулирует до тех пор, пока концентра -ция рассола (он же - растворитель) в баке не достигнет заданной величины. После этого нагнетательный насос (поз. 2) останавливают, а рассол из накопительного бака (поз. 1) перекачивают в две емкости (поз. 7, 8) по 100 м3 каждая, для последующей реализации потребителям.
Дальнейший размыв камеры в режиме рециркуляции осуществляют путем возобновления подачи воды в скважину (поз. 3) из резервуара (поз. 9) и слива рассола в накопительный бак (поз. 1) до его заполнения, после чего возобновляется рециркуляция по замкнутому контуру [накопительный бак (поз. 1), нагнетательный насос (поз. 2), подземная камера (поз. 6), накопительный бак (поз. 1) с насыщением рассола и слива его в баки емкостью 100 м3 (поз. 7, 8) для реализации]. При расчете режима рециркуляции решается две самостоятельные задачи: 1 - определение концентрации рассола в резервуаре, расположенном на поверхности, на конец заданного интервала времени; 2 - определение времени размыва, необходимого для достижения концентрации рассола в резервуаре, удовлетворяющей требованиям потребителя.
Из-за сложности определения текущей концентрации, как в камере растворения так и в резервуаре, вследствие непрерывности массообменных процессов в системе ''резервуар - камера'', возникает необходимость программного обеспечения для расчета основных параметров размыва, позволяющего производить их при т——0. Также появляется возможность моделирования процесса размыва методом вариантов с изменяющимися параметрами, такими как объем резервуара рециркуляции, производительность скважины по растворителю, процентное содержание слабонасыщенных рассолов в растворителе и т.д.
Концентрация в бассейне-хранилище (концентрация рассола на данном этапе размыва) рассчитывается по формуле:
С = С = С«,-1 ¥хр + т•п • 6 •С, , г/л;
басс вых, Тг ^
' Ухр + т»•6
где Ухр - объем резервуара для хранения рассола, м3; т
- время периода расчета, час; п - количество одновременно работающих скважин; О - производительность одной скважины, м3/час; С - текущая концентрация рассола в камере, г/л.
Допуская равенство с = С, получаем с = с , где:
Свых
х - концентрация выходящего из камеры рассола на
данном этапе расчета; С - концентрация растворите-
вх,+1
ля для следующего этапа размыва; С среднеобъемная концентрация:
- -КА
С = С„ - (С„ - с, )е~г, г/л [2];
где Сн - концентрация насыщения, г/л; Б - поверхность камеры, подверженная растворению, м2; V - объем камеры, м3; К - коэффициент скорости растворения;
Таким образом, при сколь угодно малом рассматриваемом интервале времени, можно рассчитать основные параметры продолжительного и многоэтапного размыва подготовительной выработки в режиме рециркуляции. Блок схема для программного расчета режима рециркуляции показана на рис. 2.
Добыча солей методом подземного растворения, безаварийное создание и эксплуатация камер возможны только при оперативной и достоверной информации о форме, размерах и расположении выработок в соляном пласте. Контроль формообразования подземных камер может быть прямым и косвенным. Прямое измерение формы камеры производится гидролокаторами. Косвен-
Средняя горизонтальная скорость растворения, м/сугки Радиус выработки, м.
0-10 0-20 0-30 0-40 0-50
10-20 0-20 20-30 0-30 30-40 0-40 40-50 0-50
ю, м/сут 0,2 0,15 0,17 0,12 0,16 0,09 0,14 0,07 0,12
ным путем параметры камеры рассчитываются по объему вынутой соли, скоростей растворения соляной поверхности, масштабам сдвижения земной поверхности и т.п. Основные технологические параметры, контролирующие характер формообразования камеры рассчитываются по следующим зависимостям:
объем камеры растворения:
( Л
Ус
Ус
где ^р - вес соли, извлеченной на поверхность, на момент определенияVкам, т.; ус - объемный вес соли, т/м3; с - средняя концентрация получаемого рассола, т/м3.
Радиус камеры может быть проконтролирован по скорости растворения:
R = ю • т, м
где т - число суток активного размыва; ю - средняя скорость (радиального) растворения соли, м/сутки.
Средняя радиальная скорость растворения в зависимости от радиуса камеры приведена в таблице.
Эти зависимости используются для ориентировочного контроля за процессом формообразования камеры растворения.
Объем добычи соли, определенный по звуколокационным съемкам, сравнивается с контрольным объемом добычи, зарегистрированным на контрольно-распределительных пунктах.
Сопоставление данных локационных съемок и технологических показателей процесса эксплуатации скважины позволяют сделать выводы об адекватности прогнозного расчета реальным результатам формообразования камеры, а также о возможных отклонениях в работе скважины (обрушения нерастворимых про-пластков, защитной потолочины, “уходы” потолка и
т.д.). Эти данные используются также для перспективного планирования развития горных работ.
Однако при технологии размыва в режиме рециркуляции (описано выше) определение параметров камеры косвенным путем затрудняется цикличностью работы скважины с постепенным затуханием процесса растворения на каждом цикле и сложностью определения концентрации в текущий период времени вследствие непрерывности массообменных процессов в системе ''резервуар - камера''.
Вследствие этого, при контроле формообразования таких камер необходимы как можно более точные данные гидролокационных съемок, т.е. сведение погрешности при их получении и обработке к минимуму.
Однако, осложняющими при этом факторами являются: как правило, малая высота камер подготовительного размыва, основная часть объема которой находится в зоне интенсивного растворения и характеризуется большим градиентом скорости звука; наличие ''проблематичных'' участков (дно и потолок камеры), вследствие выпавших нерастворимых включений, различных выступов потолка и образования ''теневых'', невидимых локатором зон. Таким образом, учитывая небольшие объемы подготовительных выработок, величина погрешности измерений в процентном отношении ко всему объему камеры может составлять порядка 30%, что недопустимо для адекватного построения объема выработки.
К методам повышения точности гидролокационных съемок относятся:
• аппаратурные (непосредственно при локации);
• погрешности интерпретации (при обработке материала съемок и определении объема камеры).
Для повышения точности локации нужно стремиться к уменьшению телесного угла акустической волны, что зависит от лепестка излучения антенны гидролокатора, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Реально достигаемые углы лепестка направленности при работе излучателя в однородной среде (вода, рассол) ~ 0,6-0,8°. Переходы границ (“стрельба” через оргстекло, работа через трубу) существенно увеличивают телесный угол облучения отражающей границы (до 5-10°), что увеличивает погрешность съемки пропорционально радиусу облучаемого сечения. При работе в камерах малого диаметра длительность импульса излучения должна быть минимальна (до 0,1 мс). При локации камер большого радиуса (50-100 м) не более 0,3-0,5 мс. Существенно влияет на определение истинных границ динамический диапазон и автоматическая регулировка усиления (АРУ), которая, расширяя динамический диапазон, тем самым, ухудшает анализ реальной отраженной границы (рис. 3.а). Поэтому желательно иметь тракт приема локатора с возможно большим динамическим диапазоном и амплитудно-цифровой преобразователь устройства согласования не ниже 16 разрядов, что позволяет работать с минимальным АРУ. Таким образом, при увеличении разрядности, увели-
3
Рис. 4. Алгоритм обработки материалов гидролокационной съемки и построения формы камеры
чивается динамический диапазон измеряемых сигналов, что при определенном алгоритме обработки позволяет с достаточной точностью вычленить реальную отраженную границу из множества зафиксированных пришедших сигналов (рис. 3.б).
Хорошим шагом к увеличению точности локации является облучение каждого сечения камеры под разными углами. Поскольку скорость в среде камеры может меняться по вертикали, геометрическая картина распространения звука в этом случае усложняется. Поэтому необходимо измерение скорости на каждом горизонте съемки. Таким образом набирается статистика по вертикальному градиенту скорости, с расчетом поправочных коэффициентов для каждого слоя, учитывающихся при обработке материала локации.
Локация камеры под разными углами к горизонту позволяет резко сократить зону “тени”, образующуюся при “уходах” потолка, при отрицательных углах растворения, при обрушении нерастворимых пропластков.
Этап обработки материала может внести большие погрешности определения истинных размеров камеры. Поэтому основной задачей программного обеспечения является, при правильно выбранном алгоритме обработки материала, сведение к минимуму субъективных факторов обработки. Уменьшение интервала съемки по высоте камеры (увеличение числа срезов), а также дублирование одного сечения локацией в противоположном направлении применимо для отсечения ‘'случайных'' сигналов и позволяет увеличить статистическое накопление первоначального сигнала. А это, в свою очередь, приводит к необходимости мощного программного обеспечения для обработки такого количества материала. Принципиально новый подход к обработке материалов гидролокации - построение трехмерной матрицы из эхограмм горизонтальных срезов камеры с учетом их азимутальной привязки и глубины. Обработка ведется двумя независимыми путями с построением трехмерных моделей по алгоритмам, учитывающим особенности локации и процессов, проходящих при размыве камер: 1 - последовательная обработка отдельных сечений; 2 - обработка вертикальных профилей по всей высоте камеры на каждом градусе сечения.
Следующий этап - сравнение и усреднение моделей на основании накопленного статистического материала с целью исключения частных погрешностей обработки. При наличии съемок сечений под разными углами, построенная трехмерная матрица эхограмм “проверяется” по различным пронизывающим направлениям с целью получения более точной и более полной картины, отражающей истинную форму камеры.
Такой подход позволяет свести к минимуму долю субъективизма в обработке, решая вопрос «узких» мест локации (дно камеры, потолочина, переходы со ступени на ступень и т.д.). При передаче результатов обработки программе размыва появляется возможность осуществить оперативный прогнозный расчет формообразования камеры или смоделировать пройденный этап размыва. Блок схема обработки материалов гидролокационной съемки представлена на рис. 4.
В дальнейшем планируется совместить работу программ с целью взаимоконтроля, позволяющего усовершенствовать алгоритмы, описывающие технологические процессы, проходящие в камере.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Инструкция по безопасному ведению работ и охране недр при разработке месторождений солей растворением через скважины с поверхности, С.-Пб, ТОО «СТРЕСС», ОАО ВНИИга-лургии, Утв. 26.11.1998 постановлением Госгортехнадзора № 68.
2. Кулле П.А. Разработка месторождений соли подземным выщелачиванием. Труды ВНИИгалургии. XX выпуск.
3. Пермяков Р.С., Романов В.С., Вельды М.П. Технология добычи солей. - М., Недра, 1981. - 272 с.
4. Вобко П.С., Романов В.С., Исаев ГГ и др. Строительство скважин подземного выщелачивания солей. - Обз. Инф. Сер. «Развитие калийной промышленности». - М., НИИ-ТЭХИМ, 1976.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Левченко А.И. - инженер, ОАО ВНИИгалургии, г. Санкт-Петербург.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
ЛЕВЧЕНКО
в:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\01ЛВ6_03
С:\и8еге\Таня\ЛррБа1а\Коаті^\Місго80й\ШаблоньіШогта1Ло1т
А
Алексей
23.05.2003 11:51:00 9
08.11.2008 22:16:00
Таня
28 мин.
08.11.2008 22:36:00 4
2 391 (прибл.)
13 634 (прибл.)
