СПОСОБ РАЗРАБОТКИ КАЛИЕВЫХ СОЛЕЙ ИЗ ПОДЗЕМНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
POTASSIUM SALTS MINING METHOD FROM THE UNDERGROUND DEPOSIT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу разработки минерала, более конкретно к улучшенному способу добычи калиевых солей из подземных месторождений.
Предпосылки создания изобретения
Калий встречается в природе в минеральных месторождениях хлорида калия (сильвит), тесно связанных с хлоридом натрия (галит), образуя механические смеси в виде месторождений растворимых солей (сильвинит), которые образуют «покрытия» или «мантии» из различных пропорций хлорида калия и хлорида натрия.
Минеральные месторождения хлорида калия и хлорида натрия обычно содержат другие вещества, такие как глины и соли (сульфат кальция, сульфат магния, хлорид магния), и являются глубокими, превышая 1200 м ниже поверхности.
Месторождения известны как эвапориты и представляют наиболее важные источники калиевых солей. Указанные соли являются высоко растворимыми в воде и могут быть легко разработаны технологией растворения.
Один из способов разработки эвапоритов известен как «разработка растворением», где растворитель вводится в «покрытие» растворимых солей через первую скважину, и полученный рассол извлекается через вторую скважину.
Используемым растворителем может быть вода, разбавленный водный раствор хлорида калия, разбавленный водный раствор хлорида натрия, разбавленный водный раствор хлорида натрия и хлорида калия или любой другой раствор, способный растворять (селективно или нет) хлорид калия (сильвит), присутствующий в руде.
В процессе осуществления способа разрабатывается подземная каверна, и форма каверны регулируется введением несмешивающейся с водой жидкости. Указанной жидкостью может быть, например, нефть, воздух, азот, другой инертный газ или любая другая текучая среда, имеющая плотность ниже плотности воды при температуре осуществления способа.
Несмешивающаяся текучая среда создает поверхность раздела между растворителем и «потолком» каверны, что предотвращает растворение потолка и обеспечивает рост боковых путей через действие введенного растворителя. Боковая (или горизонтальная) разработка каверны продолжается до тех пор, пока минеральное месторождение адекватно разрабатывается, и до тех пор, пока потолок каверны является стабильным.
Как только горизонтальная разработка каверны исчерпывается, начинается вертикальная разработка каверны. Соответственно точка введения растворителя повышается, и введение несмешивающейся текучей среды регулируется со стабилизацией нового потолка. Отсюда путем последовательных горизонтальных «срезов» в разрабатываемом покрытии хлорида калия выполняется вертикальная разработка каверны.
Североамериканский документ номер US 4192555 показывает способ-прототип разработки. В данном способе водный растворитель, насыщенный в отношении хлорида натрия и ненасыщенный в отношении хлорида калия, подается в подземное месторождение руды хлорида калия, так что хлорид калия растворяется и извлекается. Изолирующая текучая среда вводится в каверну с тем, чтобы образовать защиту потолка и обеспечить, чтобы боковая разработка каверны и способы горизонтальной разработки и вертикальной разработки имели место, по существу как описано выше.
Североамериканский документ номер US 3262741 показывает способ добычи хлорида калия, который включает в себя подачу воды в подземное обогащенное хлоридом калия месторождение, растворение хлорида калия из месторождения с образованием в нем полости, выведение водного раствора хлорида калия из полости до того, как он становится насыщенным, нагнетание частично насыщенного раствора в существующую разработанную полость в обогащенном хлоридом калия месторождении и растворение дополнительного хлорида калия с образованием в результате более концентрированного раствора.
Североамериканский документ номер US 4007964 показывает способ предпочтительно добычи хлорида калия растворением из слоистого подземного месторождения хлорида калия и хлорида натрия, где множество слоев присутствуют в единственной полости добычи растворением. Североамериканский документ номер US 4232902 показывает способ добычи подземных пластов месторождений водорастворимой соли при введении в пласт водного растворителя, имеющего температуру значительно выше температуры месторождения, в результате с нагреванием месторождения и растворением растворимых солей, и выведении из месторождения водного раствора, обогащенного растворенными солями. Водный растворитель, имеющий температуру ниже температуры первого растворителя, затем вводится в месторождение, повторно улавливая в результате тепло, отданное месторождению, и растворяя растворимую соль с использованием характеристик большей растворимости растворимых солей благодаря увеличенной температуре месторождения, и с выведением из месторождения значительно увеличенного количества растворенной соли.
Североамериканский документ номер US 5246273 показывает способ добычи и устройство, включающие стадии подрезания слоя или массива месторождения воздушной струей с водным раствором с последующей добычей растворением минерала выше подреза с регулированием и контролем с прекращением добычи растворением, когда горная порода кровли адекватно обнажается при поддержании стабильной кровли и стабильного опорного крепления. Вторая горизонтальная скважина разрабатывается на глубину до пересечения и сообщения с эксплуатационной скважиной. Последующая регулируемая добыча растворением обеспечивает по существу прямоугольную камеру через всю горизонтальную длину, что обеспечивает улучшенное извлечение минерала, круто изогнутые профили колонн для стен, регулируемый пролет кровли и увеличенную скорость растворения.
Североамериканский документ номер US 4290650 показывает другой способ-прототип разработки, где две подземные эксплуатационные полости соединяются с образованием каверны. В процессе образования полостей введение растворителя и извлечение рассола имеет место через единственную скважину, соединенную с каждой полостью. Таким образом, каждая из скважин содержит впускную трубу растворителя и выпускную трубу рассола.
Способ разработки растворением хлорида калия содержит две фазы получения: непрерывную фазу «первичной добычи», где извлечение хлорида натрия и хлорида калия выполняется при непрерывном введении воды, и прерывистую фазу, или партионную добычу («вторичную добычу» или «селективную добычу), которая имеет место в продолжение первичной добычи, и где хлорид калия селективно извлекается при введении раствора, ненасыщенного хлоридом калия и насыщенного хлоридом натрия, ограничивая растворение дополнительного хлорида калия.
Вторичная добыча, главным образом, имеет место на стенках каверны, придавая непрерывность горизонтальной разработке. Производительность (измеренная в т/ч) селективной добычи ниже, чем производительность первичной добычи, и является наиболее эффективной в полностью созревших кавернах с большими поверхностями, подвергнутыми растворению.
В общем смысле в каверне, разрабатываемой с использованием традиционного способа добычи растворением, около 80% хлорида калия извлекается первичной добычей, тогда как около 20% извлекается вторичной добычей.
Если считается, что разработка растворением выполняется горизонтально, и что минеральное покрытие или мантия обычно присутствуют с легким наклоном, в конце первичной добычи на потолке каверны имеются части чистого галита с клином сильвинита. Поскольку указанные части остаются недоступными для растворителя благодаря присутствию несмешивающейся текучей среды, указанный клин сильвинита (и содержащийся в нем хлорид калия) не добываются в процессе стадии вторичной добычи.
Отсюда, хотя способ, описанный выше, широко и обычно используется, остается потребность в способе разработки, способном увеличивать процентное извлечение хлорида калия, главным образом, в отношении вторичной добычи.
Цели изобретения
В свете вышеуказанного одной из целей настоящего изобретения является создание способа разработки калиевых солей, имеющего эффективность, превосходящую способы, известные в данной области технике.
Другой целью настоящего изобретения является создание способа разработки калиевых солей, который достигает лучшей эффективности без увеличения воздействия на экологию, связанного с разработкой.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа разработки калиевых солей, который дает возможность извлекать хлорид калия, остающийся на потолке каверны разработки, образованной в процессе стадии первичной добычи хлорида калия.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение достигает вышеуказанных целей путем способа разработки калиевых солей из подземного месторождения, включающего в себя:
введение в полость, образованную в подземном месторождении, водного растворителя калиевой соли и несмешивающейся с водой текучей среды через трубу в скважине в сообщении с полостью и
удаление рассола с растворенной калиевой солью через трубу в скважине в сообщении с полостью,
где действие растворителя обеспечивает боковое расширение полости с образованием каверны, и несмешивающаяся с водой текучая среда образует изолирующую поверхность раздела между растворителем и потолком каверны, и
постепенное повышение точки введения водного растворителя калиевой соли и несмешивающейся с водой текучей среды с тем, чтобы обеспечить вертикальное расширение каверны регулируемым образом, причем боковое расширение каверны повторяется с каждым вертикальным повышением каверны,
где после конечного повышения точки введения растворителя и бокового расширения каверны в данной точке имеет место введение воды через отверстия, предусмотренные в трубах с тем, чтобы образовать сток с получением несмешивающейся с водой текучей среды, которая затем выходит из потолка каверны, и введение второго растворителя для растворения обнаженной калиевой соли после того, как несмешивающаяся с водой текучая среда вышла в стоки.
В варианте способа настоящего изобретения первая и вторая трубы могут быть в одной и той же скважине. Однако в предпочтительном варианте изобретения первая труба находится в первой скважине, а вторая труба находится во второй скважине, и введение воды через отверстия, сформированные в трубах, образует сток в потолке вокруг каждой из скважин.
В предпочтительном варианте настоящего изобретения калиевой солью является хлорид калия, водным растворителем хлорида калия является вода, и несмешивающейся с водой текучей средой является сырая нефть. Вторым растворителем предпочтительно является раствор, ненасыщенный хлоридом калия и насыщенный хлоридом натрия.
Кроме того, в предпочтительном варианте формируются стоки, подобные небольшим коническим или цилиндрическим кавернам, образованным вокруг первой и второй скважин.
Краткое описание чертежей
На фигурах показано следующее:
на фиг. 1 схематически показана каверна, образованная в процессе разработки минералов эвапоритов, показывающая конец первичной стадии разработки минералов; и
на фиг. 2 схематически показана каверна, образованная в процессе разработки минералов эвапоритов, согласно способу разработки минералов настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение далее описывается более подробно на основании примеров разработки, представленных на чертежах. Хотя подробное описание использует примеры разработки минералов хлорида калия, должно быть понятно, что способ настоящего изобретения применим для разработки любой растворимой калиевой соли, такой как, например, месторождения сильвинита или карналлита.
На фиг. 1 показана каверна 1 в конфигурации, которая соответствует конечной стадии первичной добычи в способе разработки калийхлоридного минерала (т.е. в конфигурации, которая соответствует самому последнему «вертикальному срезу» в процессе вертикальной разработки каверны 1).
Фаза первичной добычи способа настоящего изобретения соответствует таким же стадиям способа-прототипа, где растворитель вводится в «покрытие» растворимых солей через трубу 2, находящуюся в первой скважине, и получаемый рассол извлекается через трубу 3, находящуюся во второй скважине. Однако должно быть подчеркнуто, что способ настоящего изобретения может быть равно применим для разработки на основе единственной скважины, где трубы 2 и 3 расположены внутри единственной скважины в сообщении с полостью.
Предпочтительно используемым растворителем является вода, но может быть использован любой другой тип подходящего водного растворителя.
Однако в процессе боковой разработки каверны используемый растворитель растворяет соли на наружных стенках каверны 1, расширяя полость.
Несмешивающаяся текучая среда 9 подается совместно с водой с тем, чтобы предотвратить растворение потолка 4 каверны в процессе боковой разработки. Предпочтительно несмешивающейся текучей средой 9 является сырая нефть, но любой другой тип текучей среды может быть использован в объеме настоящего изобретения.
Далее согласно прототипу вертикальная разработка каверны 1 имеет место путем постепенного повышения потолка 4 каверны при постепенном вертикальном повышении точки введения растворителя и регулировании подачи несмешивающейся текучей среды для стабилизации нового потолка.
Фиг. 1 поэтому соответствует конфигурации самого последнего постепенного повышения потолка 4 каверны. Таким образом, на указанной последней стадии первичной добычи растворитель (вода) подается в полость и растворяет соли, присутствующие на стенке 5 каверны, и получаемый рассол извлекается через трубу 3, чей вход расположен вблизи пола 6 каверны. Несмешивающаяся текучая среда 9 остается на потолке 4 каверны, образуя поверхность раздела, которая предотвращает контакт между растворителем и потолком.
Как можно видеть на фиг. 2, в конце первичной добычи минеральный «клин» 7 хлорида калия остается в районе потолка каверны. Образование указанного клина обусловлено наклонным характером мантии минерала.
Отсюда для обнажения клина 7 минерала и обеспечения большей эффективности фазы вторичной добычи способ настоящего изобретения предлагает создание стоков 8 несмешивающейся текучей среды. Такие стоки 8 образуются на участках, смежных со скважинами труб 2 и 3, и формируются подобно небольшим коническим кавернам. Должно быть отмечено, однако, что каверны 8 могут быть любой другой подходящей формы, такой как, например, цилиндрическая.
Для образования стоков 8 трубы 2 и 3 сверлятся с тем, чтобы формовать отверстия 18 и 19, через которые вводится вода, которая растворяет материал, образуя конические каверны 8.
Сверление предпочтительно выполняется с использованием зарядов взрывчатого вещества в операциях, широко используемых в нефтегазовой промышленности. Упрощенным образом взрывы снижаются в скважине до участка, где трубы должны сверлиться, так что струи газов, происходящие от детонации, сверлят трубы.
Предпочтительно вода вводится через отверстия 18 и 19 с чередованием, растворяя минерал и создавая объемы, из которых будут происходить стоки 8.
Таким образом, в предпочтительном варианте способа настоящего изобретения сначала вода вводится через перфорации 18 в трубе 2, а через промежуток времени вода вводится через перфорации 19 в трубе 3. Когда вода вводится через трубу 2, рассол выводится через трубу 3, а когда вода вводится через трубу 3, рассол выводится через трубу 2.
Выбор воды обусловлен характером минерального материала, т.к. вода является лучшим агентом растворения для смеси растворимых солей.
Поскольку потолок 4 каверны 1 является не абсолютно плоским, а довольно наклонным к скважинам, несмешивающаяся текучая среда 9 естественно мигрирует к участку стоков 8, обнажая потолок 4 каверны 1.
Как только участок потолка 4 каверны обнажается, начинается стадия вторичной добычи, и подходящий растворитель (например, раствор, ненасыщенный хлоридом калия и насыщенный хлоридом натрия) используется для выполнения селективной добычи оставшегося хлорида калия.
Хотя теоретически стадия первичной добычи может продолжаться до полного истощения минерального клина на потолке каверны, данный способ приводит к растворению дополнительного количества галита (хлорида натрия с низким экономическим значением) потолка, что увеличивает воздействие на экологию способа.
На основании способа, предложенного выше, можно подвергать клин минерала сильвинита действию растворителя во вторичной добыче, увеличивая эффективность извлечения хлорида калия в процессе вторичной добычи.
Должно быть понятно, что на фиг. 1 и 2 показаны примеры предпочтительного варианта способа настоящего изобретения, а реальный объем предмета изобретения определен в прилагаемой формуле изобретения.