CC BY
2ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ УРАНА, ОТРАБАТЫВАЕМЫХ МЕТОДОМ ПСВ
ТУГАНБАЙ Н¥РМ¥ХАМЕД ЭБДЮШЭМ¥ЛЫ
Магистрант кафедры «Геофизика и сейсмология», Казахский национальный исследовательский университет им. Сатпаева, Алматы, Казахстан
ЕСЕТ ЕЛС¥ЛТАН СЛАМХАН¥ЛЫ
Магистрант кафедры «Геофизика и сейсмология», Казахский национальный исследовательский университет им. Сатпаева, Алматы, Казахстан
СЕЙТХАН СЕЙТЭЛ1 СЕЙТЦАСЫМ¥ЛЫ
Магистрант кафедры «Геофизика и сейсмология», Казахский национальный исследовательский университет им. Сатпаева, Алматы, Казахстан
ТЕМИРХАНОВА РАУШАН ГАЛИМЖАНОВА
PhD, Ассоциированный профессор, Сатпаев университет, Алматы, Казахстан
ТОГИЗОВ КУАНЫШ СЕРИКХАНОВИЧ
PhD, профессор, Сатпаев университет, Алматы, Казахстан
Аннотация. В статье приведены освоение метода ПСВ стало причиной резкого изменения взглядов к гидрогенным пластово-инфильтрационным месторождениям урана. Таким образом, неблагоприятные для традиционного метода показатели, такие как обводненность рудоносных пород, слабовыраженная литофикация, низкие содержания урана превратились в преимущества, позволяющие вести отработку физико-химическим способом. На основании данных геофизических исследований можно более точно определить, какие ремонтно-восстановительные работы необходимо провести, что позволяет сократить время и затраты, связанные с восстановлением скважин.
Ключевые слова: методом подземного скважинного выщелачивания, сернокислого кальция, химическая кольматация, осадки на стенках скважины, ремонтно-восстановительных работа, пневмоимпульсная, расходометрия, токовый каротаж.
Урановые месторождения являются ключевыми ресурсами для энергетической отрасли, обеспечивая топливо для ядерных реакторов. Эффективное управление этими ресурсами, в том числе и проведение ремонтно-восстановительных работ, требует использования современных технологий, среди которых важное место занимают геофизические методы исследования. Особое внимание следует уделить месторождениям, отрабатываемым методом подземного скважинного выщелачивания (ПСВ), где оперативный мониторинг и оценка состояния скважин играют критическую роль в обеспечении эффективности работы.
ПСВ является способом разработки рудных месторождений песчаникового типа без поднятия руды на поверхность путем избирательного перевода ионов природного урана в продуктивный раствор непосредственно в недрах. При этом урансодержащая руда остается под землей в отличие от традиционных методов добычи (шахтный и карьерный). Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) признает данную технологию как самый экологически чистый и безопасный способ отработки месторождений, не требующий значительных затрат на рекультивацию [ 1].
Освоение метода ПСВ стало причиной резкого изменения взглядов к гидрогенным пластово-инфильтрационным месторождениям урана. Таким образом, неблагоприятные для традиционного метода показатели, такие как обводненность рудоносных пород,
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
слабовыраженная литофикация, низкие содержания урана превратились в преимущества, позволяющие вести отработку физико-химическим способом. Для выщелачивания урана в качестве реагента используются слабые растворы серной кислоты, карбонат содержащих солей аммония, натрия, калия, кальция и магния. Выбор метода вскрытия урановой руды определяется минералогическим составом руды, причем должны учитываться как минералы урана, так и минералы вмещающих пород [2]. Основными рудовмещающими породами месторождений пластово-инфильтрационного типа являются песчанно-глинистые породы, в составе которых имеется кварц, полевые шпаты, слюды и гидрослюды. Из алюмосиликатов, находящихся в составе урановых руд, процесс выщелачивания значительно усложняют глинистые материалы, особенно разбухающие глины. При кислотном выщелачивании расход реагента увеличивается, когда в рудах и вмещающих их породах присутствуют карбонатные минералы [3]. Известно, что при кислотном выщелачивании пластовых месторождений в результате взаимодействия содержащихся в отложениях карбонатов с раствором серной кислоты образуется углекислый газ. Количество образующегося газа зависит от содержания карбонатов в горной породе и от концентрации поступающего в пласт раствора серной кислоты, которая при этом нейтрализуется с образованием сернокислого кальция:
Взаимодействие карбонатов и серной кислоты протекает в закрытой системе в условиях полного насыщения пласта водой при пластовом давлении, равном гидростатическому напору в данной точке. Образующийся углекислый газ в условиях высокого давления и насыщения пласта водой полностью растворяется. Допускается, что растворенный СО2 находится в виде CaCOз [4]. Таким образом, происходит газовая и химическая кольматация фильтров скважин, прифильтровых зон и порового пространства рудоносных пород. Кольматация - это процесс снижения пропускной способности фильтра технологических скважин и фильтрационных свойств прифильтровой зоны рудовмещающего горизонта за счет осаждения веществ, растворенных в технологических растворах, или механического перемещения частиц рудовмещающего горизонта, а также газовыделений. Выделяются следующие виды кольматации: - химическая, связанная с образованим в порах химических осадков; - газовая, обусловленная образованием углекислого газа и сероводорода в рудовмещающем горизонте в результате взаимодействия кислоты с карбонатными составляющими пород; - ионообменная, связанная с изменением размера пор в присутствии органического вещества и глинистых минералов в проницаемых породах при изменении рН и минерализации фильтрующих растворов; - механическая, вызванная закупоркой поровых каналов пород механическими взвесями, содержащимися в фильтрующих растворах [5].
Практикой работ было установлено, что повышенная карбонатность водопроницаемых руд и вмещающих пород (СО2 более 2,0%) усложняет процесс ПСВ во всех отношениях: резко увеличиваются расходы кислоты, усиливается газовая и химическая кольматация. При больших содержаниях карбонатов в рудах применение сернокислотных растворов для выщелачивания может оказаться неэффективным в силу образования и осаждения гипсового осадка, препятствующего движению выщелачивающих растворов (рис 1). Точно такие же осадки образовываются на фильтрах скважин закупоривая отверстия фильтра, поры и микротрещины горных пород, тем самым ухудшая проницаемость.
CaCO3 + H2SO4 ^CaSO4|+H2CO3 H2CO3 ~H2O + CO2
(1) (2)
Рисунок 1. Осадки на стенках скважины [6]
С целью восстановления или увеличения проницаемости пород призабойной зоны применяют различные методы воздействия при ремонтно-восстановительных работах (РВР) делящиеся на: физические, химические, комбинированные. Выбор метода РВР зависит от гидрогеологических условий, технологией бурения, конструкцией скважины, фильтра и других факторов. Эффективность проведения РВР увеличивается при условиях, что продуктивный горизонт обладает высоким напором пластовых вод и представлен устойчивыми породами без пропластков глины, с крупным и среднезернистым песками, гравием и галечником. Физический - гидродинамический метод регенерации скважины (эрлифтная прокачка, пневмоимпульсная обработка, промывка, свабирование, поршневание) основан на удалении твердых и мелкодисперсных, пастообразных с малой прочностью частиц из пласта и препятствующие фильтрации растворов. Химический метод РВР (реагентные обработки) основан на взаимодействии вводимых в пласт химических реагентов с кольматирующими образованиями, растворением их и удаляемые из скважины обычно путем откачки. В комбинированных методах РВР (импульсно-реагентные) импульсы сжатого воздуха в растворе химических реагентов воздействуют на кольматирующие пласт элементы. Эрлифтная прокачка - метод восстановления производительности скважин заключающийся в создании изменяющейся по величине депрессии на водоносный горизонт насыщением воздухом (воздушно-водяная смесь), находящейся в стволе скважины жидкости, вызывающий приток воды из пласта в скважину, в результате чего происходит очистка поверхности фильтрации пласта и фильтра с последующим выносом осадкообразований на дневную поверхность. Прокачка скважин эрлифтом, как правило, применяется для устранения последствий механической кольматации фильтров и составляет обязательную завершающую часть ремонтно-восстановительных работ при применении других методов восстановления производительности скважин, таких как пневмоимпульсная, химическая, гидровибрационная обработка, для выноса на поверхность разрушенного кольматационного материала и песка.
На основании данных геофизических исследований можно более точно определить, какие ремонтно-восстановительные работы необходимо провести, что позволяет сократить время и затраты, связанные с восстановлением скважин.
Стоит отметить, что на этапе эксплуатации участка геофизическими методами систематически контролируется техническое состояние скважин, определяется распространение технологических растворов по площади и их проникновение за водоупоры, отслеживается ход процесса выщелачивания.
Среди методов ГИС, используемых при РВР скважин, важное место занимают токовый каротаж и расходометрия. Данные методы решают следующие задачи:
✓ Оценка состояния скважин:
Геофизические методы позволяют определить наличие дефекта в обсадных трубах, исключить кольматаж и загрязнения, а также оценить состояние фильтров и насосов.
✓ Мониторинг продуктивности:
Анализ геофизических данных помогает оценить текущую продуктивность скважин и выявить причины снижения добычи урана.
✓ Оптимизация ремонта:
Геофизические исследования помогают выбрать наиболее эффективные методы ремонта, учитывая состояние и особенности каждой конкретной скважины.
Сущность расходометрии заключается в том, что расход осевого потока воды, измеренный в стволе скважины в режиме фонтанирования, откачки, налива или нагнетания изменяется лишь в интервалах проницаемых (водоносных) пород, в пределах водоупорв остается постоянным или равным нулю.
График расходометрии построенный по результатам замеров расхода воды в скважине, позволяет определить глубину залегания, мощность и гидродинамические характеристики проницаемых пластов. Границы пластов, отличающие по фильтрационным свойствам, фиксируются точками излома расходометрического графика. [7]_
Гистограмма дебигомстрии. мЗ час
I H'f 4.А7 S.4J (. JJ
О 00 D00 и 00 00 24 24 18
).40
_1-4Z
ИБ_
и /а
I 82
0 00 0 00 .0 00 О 00 .0 00 ООО 0.00 О 00 0 00 О 00
Рисунок 2. Данные токового каротажа и расходометрии На рисунке 2 видно, что фильтр состоит из 5 секции, диаграмма токового каротажа четко отображает интервалы фильтровой колонны, тем самым позволяя сделать точную привязку фильтра по глубине, и, соответственно, привязать данные других измерений. Также следует отметить, что диаграмма токового каротажа (черная линия) позволяет обнаружить дефекты обсадной колонны. Диаграмма расходометрии (розовая линия) показывает, что значительная
часть объема раствора уходит во вторую и третью секции фильтра, согласно данным расходометрии первая секция фильтра отличается слабым дебитом, а четвертая и пятая секции отличаются практическим отстутствием дебита. Это обусловлено такими причинами, как наличие глинистой корки, частичная кольматация фильтра и лучшей проницаемостью пород в интервале второй и третьей секции фильтровой колонны.
При эксплуатации пластово-инфильтрационных месторождений урана, токовый каротаж применяется, главным образом, для решения задач по определению технического состояния эксплуатационных скважинных комплексов:
• определение фактического интервала установки фильтров в технологических скважинах;
• определение технического состояния (целостности) обсадных колонн на момент каротажа;
• определение фактической глубины скважины за вычетом зашламованной ее части.
ilk lit 1
I 1 J
]
) __5
фильтр до РВР фильтр
f после РВР
Рисунок-3. Результаты токового каротажа до и после ремонтно-восстановительных работ
На рисунке -3 приведены результаты токового каротажа, красным цветом выделен результат токового каротажа до проведения ремонтно-восстановительных работ. Как видно по характеру красной кривой фильтр данной скважины закольматирован а так же забит отстойник скважины. Следующая "кривая" зеленого цвета показывает состояние скважины после ремонтно-восстановительных работ. По характеру кривой мы видим, что все 4 секции фильтра, а также отстойник фильтра открыты. Надо признать, что такой хороший результат не всегда получают при одноразовых ремонтно-восстановительных работах. Метод токового каротажа выполняется несколько раз в скважинах, до того пока РВР не достигнут результата, когда фильтр и отстойник скважины будут полностью открыты. Токовый каротаж должен проводится во всех технологических скважинах полигона для мониторинга и определения целостности обсадных колонн, открытости фильтра и отстойника скважины, в целях профилактики один раз в год. Хочется отметить, что методы геофизических исследований скважин используются на всех этапах разведочных, эксплуатационных и ликвидационных работ на месторождениях пластово-инфильтрационного типа и решают геотехнологические, технические и экологические задачи.
Таким образом, геофизические исследования являются важным инструментом для анализа, диагностики и совершенствования процессов, связанных с ремонтно-восстановительными работами скважин, что в конечном итоге способствует более безопасной и эффективной добыче урана.
ЛИТЕРАТУРА
1. Официальный сайт НАК Казатомпром http://www.kazatomprom.kz/#!/industry/uranium/Uranium-mining
2. Белецкий В.И., Богатков Л.К., Волков Н.И. и др. Справочник по геотехнологии урана.// под ред. Скороварова Д.И., М. Энергоатомиздат, 1997, 672с
3. Мамилова В.А., Петров Р.П., и др. Добыча урана методом подземного выщелачивания, Москва, 1980, 248с.
4. Мукушева А.С, Жатканбаев Е.Е., "Мылтыкбаева А.Т и др. "Кислотно-- бикарбонатный способ выщелачивания урана из карбонатных руд" Горный информационно-аналитический бюллетень, №8/2011г. http://www.giabonline.ru/catalog/10568
5. Методические рекомендации по подземному скважинному выщелачиванию, Инструкция НАК "Казатомпром", Алматы 2008, 22 с
6. Le Beux A., Schmitt J.-M., LagneauV., Fiet N., Chemistry, mineralogy and petrography of reservoir clogging products МНПК «Актуальные проблемы урановой промышленности», Астана 2017, р. 51.
