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

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.

Описание изобретения к патенту

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.