СПОСОБ РАЗВЕДКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАЛИЙНО-МАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ
METHOD OF EXPLORATION OF POTASSIUM-MAGNESIUM SALTS DEPOSITS AT LARGE DEPTHS

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разведке калийных и калийно-магниевых месторождений, расположенных на большой глубине от поверхности.
2
Известен способ разведки месторождения полезных ископаемых (Марамзин А.В. Бурение геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые. - Л., 1969; Патент RU №1304470, опубл. 20.01.1995; Патент RU №2134768, опубл. 20.08.1999), включающий колонковое бурение разведочных скважин, отбор керна при бурении разведочных скважин, химические исследования кернов для установления литолого-петрографических характерстик горных пород по длине разведочных скважины и содержания в них полезных компонентов. Плотность сети геологоразведочных скважин при использовании данного способа достигает 6 скважин на 1 км.
Недостатками данного способа при разведке месторождений калийных и калийно-магниевых солей, залегающих на больших глубинах, являются: большие объемы, продолжительность и трудоемкость работ, связанных с бурением скважин, и лабораторными исследованиями кернового материала.
Известен способ разведки месторождения полезных ископаемых (Патент RU №2219337, опубл. 20.12.2003), включающий проведение геофизических исследований разрезов скважин, в результате которых определяют физические свойства горных пород (естественную радиоактивность, удельное электрическое сопротивление породы, приращение аномалии естественного электрического потенциала относительно естественного электрического потенциала вмещающих пород и др.), зависящих от литолого-петрографических особенностей горных пород.
При обработке полученной информации непрерывно вдоль ствола скважины с выбранным шагом по глубине на основе применения обобщенных петрофизических моделей рассчитывают интегральный электрический заряд поровых каналов структурного каркаса породы, пористость, доли общей и связанной воды в поровом пространстве, по которым совместно с измеренным параметром естественной радиоактивности породы определяют геологические характеристики пород, являющиеся показателями структурно-минералогической неоднородности геологической среды.
Недостатками данного способа при его использовании для разведки месторождений калийно-магниевых солей являются низкая достоверность получаемой информации о строении калийно-магниевых пластов, слагающих продуктивные горизонты, мощностях и прослойках пустых пород в продуктивных пластах, химическом составе пластов и содержании в них полезных компонентов.
Известен способ разведки месторождений полезных ископаемых (Патент RU №2390043, опубл. 20.05.2010). Данный способ, принятый в качестве способа-прототипа, включает бурение геологоразведочных скважин, проведение геофизических исследований физических свойств горных пород (радиоактивности, удельного электрического и теплового сопротивления, электрохимической активности и др.), зависящих от литолого-петрографических особенностей горных пород (их минералогического состава, дисперсности, пористости и др.), слагающих продуктивный горизонт, отбор керна при бурении геологоразведочных скважин и его химические исследования для определения литолого-петрографических особенностей горных пород и содержания в них полезных компонентов. Путем сопоставительного анализа исследований кернового материала с геофизическими аналогами устанавливают достоверность воспроизводства контура продуктивной толщи.
Недостатками данного способа при его использовании для разведки месторождений калийно-магниевых солей на больших глубинах являются большие объемы и продолжительность геологоразведочных работ, а также низкая надежность получаемой информации о геологическом разрезе (строении) продуктивного горизонта калийно-магниевых солей (мощностях и строении калийно-магниевых пластов, слагающих продуктивный горизонт; мощностях междупластий и прослойков пустых пород; химическом составе пластов и содержании в них калийно-магниевых солей).
Техническим результатом заявляемого способа является снижение объемов и продолжительности геологоразведочных работ, а также повышение надежности получаемой информации о геологическом разрезе (строении) продуктивного горизонта калийно-магниевых солей (мощностях и строении калийно-магниевых пластов, слагающих продуктивный горизонт; мощностях междупластий и прослойков пустых пород; химическом составе пластов и содержании в них калийно-магниевых солей) при разведке месторождений калийно-магниевых солей на больших глубинах.
Технический результат достигается тем, что в способе разведки месторождений калийно-магниевых солей на больших глубинах, включающем бурение геологоразведочных скважин, проведение геофизических исследований физических свойств горных пород (радиоактивности, удельного электрического и теплового сопротивления, электрохимической активности и др.), зависящих от литолого-петрографических особенностей горных пород (их минералогического состава, дисперсности, пористости и др.), слагающих продуктивный горизонт, отбор керна при бурении геологоразведочных скважин и его химические исследования для определения литолого-петрографических особенностей горных пород и содержания в них полезных компонентов, согласно изобретению по данным геофизических исследований определяют положения нижней и верхней границ продуктивного горизонта, из числа геологоразведочных скважин выделяют опорные геологоразведочные скважины, из опорных геологоразведочных скважин между верхней и нижней границами продуктивного горизонта пробуривают боковые стволы с отбором керна, проводят химические исследования кернов, полученных при бурении боковых стволов, по данным этих исследований устанавливают литолого-петрографические особенности горных пород, слагающих слои продуктивного горизонта, и содержания в них калийно-магниевых солей, результаты химических исследований кернового материала сопоставляют с результатами геофизических исследований, полученных в опорных геологоразведочных скважинах для соответствующих слоев продуктивного горизонта, результаты этого сопоставления используют для построения геологических разрезов продуктивного горизонта и определения содержания калийно-магниевых солей в слоях, слагающих продуктивный горизонт в местах расположения всех геологоразведочных скважин, при этом минимально допустимое расстояние между боковым стволом и опорной геологоразведочной скважиной определяют из выражения
где b - минимально допустимое расстояние между боковым стволом и опорной геологоразведочной скважиной;
1
r - глубина зоны разрушения породного массива, образовавшейся в окрестности опорной геологоразведочной скважины под воздействием горного давления;
2
r - глубина зоны разрушения породного массива, образовавшейся в окрестности бокового ствола под воздействием горного давления.
Сущность заявляемого способа поясняется схемой, представленной на фиг.1.
На фиг.1: 1 - опорная разведочная скважина; 2 - боковой ствол (боковая скважина); 3 - земная поверхность; 4 - верхняя граница продуктивного горизонта калийно-магниевых солей; 5 - нижняя граница продуктивного горизонта калийно-магниевых солей; 6, 7, 8 и 9 - пласты калийно-магниевых солей, расположенные в пределах продуктивного горизонта калийно-магниевых солей; М - мощность продуктивного горизонта калийно-магниевых солей; b - минимальное расстояние между боковым стволом и опорной геологоразведочной скважиной.
Способ реализуют следующим образом. Бурят геологоразведочные скважины. Во всех геологоразведочных скважинах с использованием известных методов проводят геофизические исследования физических свойств горных пород (радиоактивности, удельного электрического и теплового сопротивления, электрохимической активности и др.), зависящих от литолого-петрографических особенностей горных пород (их минералогического состава, дисперсности, пористости и др.). По данным геофизических исследований определяют положения верхней 4 (фиг.1) и нижней 5 границ продуктивного горизонта.
Из общего числа геологоразведочных скважин выделяют опорные геологоразведочные скважины 1. Количество опорных геологоразведочных скважин определяется в каждом конкретном случае с учетом сложности горно-геологических условий залегания калийно-магниевых пластов в пределах продуктивного горизонта и допустимых погрешностей при определении литолого-петрографических особенностей горных пород и содержания в них калийно-магниевых солей.
Из опорных геологоразведочных скважин 1 между верхней 4 и нижней 5 границами продуктивного горизонта пробуривают боковые стволы 2, являющиеся ответвлениями опорных геологоразведочных скважин 1. При бурении боковых стволов 2 производят отбор керна.
С использованием известных методик проводят химические исследования кернов, полученных при бурении боковых стволов. По данным этих исследований устанавливают литолого-петрографические особенности горных пород (их минералогический состав, дисперсность, пористость и др.), слагающих слои продуктивного горизонта, и содержания в них калийно-магниевых солей.
Результаты химических исследований кернового материала, полученного при бурении боковых стволов, сопоставляют с результатами геофизических исследований, полученных в опорных геологоразведочных скважинах для соответствующих слоев продуктивного горизонта. Результаты этого сопоставления используют для построения геологических разрезов продуктивного горизонта калийно-магниевых солей и определения содержания калийно-магниевых солей в слоях, слагающих продуктивный горизонт в местах пересечения его всеми геологоразведочными скважинами.
Минимально допустимое расстояние между боковым стволом 2 и опорной геологоразведочной скважиной 1 определяют из выражения (1).
На фиг.1 представлена типовая схема бокового ствола 2 в виде ответвления опорной геологоразведочной скважины 1. Минимально допустимое расстояние b между боковым стволом 2 и опорной геологоразведочной скважиной 1 определяют из выражения (1).
1
2
Параметры, необходимые для реализации заявляемого способа, а именно глубину (r) зоны разрушения породного массива, образовавшейся в окрестности опорной геологоразведочной скважины под воздействием горного давления, а также глубину зоны разрушения породного массива (r), образовавшейся в окрестности бокового ствола под воздействием горного давления, определяют в каждом конкретном случае с использованием известных методик шахтных, лабораторных или аналитических исследований.
1
2
По данным аналитических исследований, выполненных с использованием известных расчетных методов, при расположении продуктивного горизонта калийно-магниевых солей на глубинах более 800 м, глубина зоны разрушения породного массива, образовавшейся в окрестности ствола скважины под воздействием горного давления, равна 3-4 радиусам скважины. Т.е. на глубинах более 800 м параметр r принимают равным 3-4 радиусам опорной геологоразведочной скважины 1, параметр r принимают равным 3-4 радиусам бокового ствола 2.
Местоположение верхней 4 и нижней 5 границ продуктивного горизонта калийно-магниевых солей уточняют при химических исследованиях кернов, полученных при бурении боковых стволов 2.
Использование заявляемого способа позволяет по сравнению с известными способами снизить объемы и продолжительность геологоразведочных работ, а также повысить надежность получаемой информации о геологическом строении продуктивного горизонта при разведке месторождений калийно-магниевых солей. Достижение положительного эффекта связано с тем, что при использовании заявляемого способа снижаются объемы трудоемких работ, связанных с извлечением и хранением керна.
С увеличением глубины расположения продуктивного горизонта калийно-магниевых солей от поверхности эффективность способа возрастает.
Повышение надежности информации о геологическом строении продуктивного горизонта связано с тем, что на керновый материал, получаемый при бурении бокового ствола 2, не оказывает влияния зона разрушения породного массива, образовавшаяся в окрестности опорной геологоразведочной скважины под воздействием горного давления, а также подземные воды и газы, находящиеся в опорной геологоразведочной скважине 1 на участке CD (фиг.1). Этот эффект достигается при выполнении условия (1).
Максимальный экономический эффект от реализации заявляемого способа достигается при использовании для разведки месторождений калийно-магниевых солей геологоразведочных скважин, ранее пробуренных при поиске нефтяных месторождений.
Так, на участках Нивенский 1 и Нивенский 2 Калининградско-Гданьского солеродного бассейна ранее было пробурено 17 нефтепоисковых скважин без отбора керна, в которых были проведены геофизические исследования, включающие гамма-каротаж. В настоящее время на указанных участках ведутся геологоразведочные работы с целью изучения калийно-магниевых пластов, залегающих на глубинах более 1000 м, и определения балансовых запасов месторождения. С учетом специфики горно-геологических условий данного месторождения, фактического расположения ранее пробуренных геологоразведочных скважин и предполагаемой технологии отработки калийно-магниевых пластов число опорных разведочных скважин составляет 4-5. Минимально допустимое расстояние между боковым стволом 2 и опорной геологоразведочной скважиной 1 составляет 0,6-07 м.
Сопоставление (корреляция) данных гамма-каротажа и характеристик калийно-магниевых руд, установленных при проведении химических исследований кернового материала, полученного при бурении боковых стволов, может быть проведено, например, в соответствии с «Методическими рекомендациями по геофизическому опробыванию при подсчете запасов месторождений металлов и нерудного сырья». Москва. 2007 г.
Для условий Нивенского месторождения ожидаемый экономический эффект, связанный со снижением объемов и продолжительности геологоразведочных работ, а также повышением надежности информации о геологическом строении продуктивного горизонта, исчисляется миллионами долларов.