Application of numerical simulation to estimate the efficiency of additional wells using at uranium mining by the in sit.pdf Введение Скважинное подземное выщелачивание (СПВ) является перспективным методом добычи урана [1, 2]. СПВ основывается на воздействии на залежь полезных ископаемых через систему технологических скважин. Через нагнетательные скважины осуществляется нагнетание в залежь выщелачивающих растворов для перевода урана в раствор. Продуктивные растворы, содержащие растворенный уран, извлекаются через откачные скважины на поверхность, где подвергаются дальнейшей переработке. В России способ подземного выщелачивания применяется при разработке экзогенных месторождений урана палеодолинного типа. Эти месторождения характеризуются сложными горно-геологическими условиями, рудные тела имеют сложную морфологию с неоднородным распределением продуктивности. Применение стандартных схем расположения технологических скважин приводит к неравномерности темпов отработки: бедные участки эксплуатационных блоков отрабатываются раньше, чем участки с высокой продуктивностью. Это повышает эксплуатационные затраты на стадии доработки эксплуатационных блоков. Снижение себестоимости добычи урана может быть достигнуто путем применения специальных систем вскрытия залежи. Для оценки эффективности применения различных систем вскрытия целесообразно использовать методы численного моделирования [3-6]. В настоящей работе с помощью численного моделирования исследуется применение дополнительных рядов скважин в области с высокой продуктивностью при отработке эксплуатационного блока поперечной рядной системой технологических скважин. Методика проведения исследований Исследование проводилось с помощью специализированной информационно-моделирующей системы «Курс», разработанной в СТИ НИЯУ МИФИ [7]. Система «Курс» позволяет создавать геолого-технологические цифровые модели эксплуатационных блоков, включающие в себя модели геологической среды и технологических объектов, а также осуществлять моделирование процесса методом скважинного подземного выщелачивания. Геотехнологические расчеты выполняются с учетом гидрологических и геологических особенностей строения продуктивного горизонта, режимов работы технологических скважин и составов нагнетаемых растворов. В настоящей работе рассматривается два варианта схемы вскрытия (рис. 1) модельного технологического блока. В первом случае для вскрытия блока применяется классическая поперечная рядная схема со следующими параметрами: расстояние между рядами откачных и нагнетательных скважин - 40 м, расстояние между нагнетательными и откачными скважинами в ряду - 30 м (рис. 1, а). Количество технологических скважин равняется 32 (20 нагнетательных и 12 откачных). Во втором случае в области с высокой продуктивностью расстояние между рядами откачных и нагнетательных скважин сокращается вдвое. При этом в схему добавляется 9 нагнетательных и 6 откачных скважин, располагающихся в области с высокой продуктивностью (рис. 1, б). Эксплуатационный блок имеет следующие геотехнологические параметры: площадь - 28.8 тыс. м2, эффективная мощность - 10 м, запас урана - 157.5 т, горно-рудная масса - 529.8 тыс. т. Продуктивность в пределах блока изменяется в диапазоне от 0.3 до 10 кг/м2 при среднем значении 5.47 кг/м2. Рис. 1. Исходное распределение продуктивности (кг/м2) и расположение технологических скважин в эксплуатационном блоке в случае классической рядной схемы (а) и схемы со сгущением рядов в области с высокой продуктивностью (б) Моделирование работы эксплуатационного блока проводилось при постоянной разнице напоров в откачных и нагнетательных скважинах при соблюдении баланса темпов нагнетания и откачки. Вследствие разного количества технологических скважин дебиты блока были различны. В первом случае среднее значение дебита откачной скважины составило 5 м3/ч (суммарный дебит по блоку - 60 м3/ч), а во втором случае - 6.55 м3/ч (117.9 м3/ч). Средняя концентрация кислоты в выщелачивающих растворах составляла 12.5 г/л. Моделирование осуществлялось до момента достижения 80% извлечения урана из контура эксплуатационного блока. Результаты и их обсуждение Результаты расчетов распределения кислоты и урана в технологических растворах продуктивного горизонта для двух вариантов схемы вскрытия на момент извлечения 80% урана представлены на рис. 2. Рис. 2. Распределение в продуктивном горизонте кислоты (а, б) и урана (в, г) при отработке блока классической рядной схемой (а, в) и рядной схемой с дополнительными скважинами (б, г) Из сравнения рис. 2, а и б видно, что увеличение количества технологических скважин ведет к росту концентрации кислоты в области с высокой продуктивностью. Это приводит к интенсификации растворения урановых минералов и возрастанию концентрации урана в технологических растворах продуктивного горизонта, как показано на рис. 2, в и г. Распределение продуктивности на момент извлечения 80% урана представлено на рис. 3. Видно, что применение дополнительных скважин приводит к более равномерной отработке блока и уменьшению остаточного урана в области с высокой продуктивностью на завершающей стадии отработки. Рис. 3. Распределение продуктивности на момент 80% извлечения урана при отработке блока классической рядной схемой (а) и рядной схемой с дополнительными скважинами (б) На рис. 4 приведены временные зависимости концентрации урана в продуктивных растворах и массы извлеченного урана для различных вариантов схемы вскрытия. Применение дополнительных скважин приводит к снижению концентрации урана в продуктивных растворах (рис. 4, а). Вместе с тем в результате увеличения суммарного дебита блока происходит существенное возрастание темпов добычи урана. Таким образом, достижение 80%-й степени извлечения урана из технологического блока происходит значительно быстрее, как показано на (рис. 4, б). Рис. 4. Зависимости от времени концентрации урана в продуктивных растворах (а) и массы извлеченного урана (б) для различных вариантов схемы вскрытия Геотехнологические показатели отработки технологического блока на момент извлечения 80% урана для двух вариантов схемы вскрытия представлены в таблице. На основе приведенных данных можно сделать вывод, что увеличение количества технологических скважин в области высокой продуктивности приводит к повышению эффективности отработки технологического блока (сокращению времени отработки, уменьшению отношения жидкое/твердое (Ж/Т), снижению затрат кислоты и увеличению содержания урана в продуктивных растворах и др.). В результате происходит снижение эксплуатационных расходов за счет сокращения затрат на реагенты, электроэнергию и прочие расходы, необходимые для работы блока. Интегральная оценка экономических показателей отработки технологического блока показывает, что снижение эксплуатационных расходов приводит к уменьшению себестоимости добычи урана несмотря на увеличение капитальных затрат при сооружении дополнительных скважин. Основные геотехнологические показатели отработки технологического блока для степени извлечения урана 80% Показатель Классическая поперечная рядная схема Рядная схема с дополнительными скважинами Концентрация U в продуктивных растворах на момент завершения отработки, мг/л 11.76 27.47 Концентрация кислоты в продуктивных растворах на момент завершения отработки, г/л 4.4 7.78 Масса извлеченного U, т 126 126 Время отработки, лет 7.42 2.67 Отношение Ж/Т, м3/т 7.36 5.21 Расход кислоты, тыс. т 32.96 14.5 Кислотоемкость, кг/т 62.22 27.37 Удельный расход кислоты, кг/кг 261.38 114.07 Средняя концентрация U в продуктивных растворах, мг/л 32.33 46.07 Средняя концентрация кислоты в продуктивных растворах, г/л 4.06 7.25 Выводы Результаты геотехнологических расчетов отработки модельного блока показывают, что увеличение количества технологических скважин в области с высокой продуктивностью приводит к повышению равномерности отработки рудного тела. При этом происходит увеличение темпов добычи урана, уменьшение расхода кислоты и сокращение времени отработки блока. Таким образом, сооружение дополнительных технологических скважин в области с высокой продуктивностью можно рассматривать как способ повышения эффективности разработки месторождения урана методом СПВ и снижения себестоимости добычи.

Скачать электронную версию публикации