Способ исследования полезного ископаемого

(19 (11) А 11 Е 21 0 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ЗОБРЕТЕНИТЕЛЬСТВУф В(21) 3619137 (22) 11.04.8 (46) 23. О. 8 (72) М.Л,Баб (71) Белорус тельский гео тут53 550837 22-03 ие л ил,йф 391. Д. ечаевнаучно-цсследоваразведочный инсти 4. Бюец иский ог(56) 1. Ллексеев В.С., Курмаценко Л.,., Фаззуз 1 зшц ь 1,И. Экспресс- мет ды опробования гидрореологичсгкцх скважин, "Годрогеология и инженерная геология", Обзор 81 ИИ экоц.минер. сырья и геол.-развед. работ ВИЭмс. М 1979, с. 8,2. Лрецс В.Ж Исмагилов Б.В., Япак,1.И."Скважицная гидродобыча1 ц твердых позтезцых ископаемых . И. "Недра", 1980, с, 41, 42 и 170.3. Костин 1 О.С. Современные мет ды направленного бурения скважин. М "Недра", 1981, с, 16-17 (прототип),2. Спосощийсятедействие созскважины, а по п,1, о тм, что возмущдают в основн и щее воз тво 54) (57) 1, СПОСОБ ИССЛЕДОРЛ 1 ИЯ 110 Е 31 ОГО ИСКОПАЕМОГО, включающий бу ие основного и дополнительного ст в дополнитель параметры раб м ств змеряют о аген т ОПИСАНК АВТОРСКОМУ лов скважины, отбор керна в пластес полезным ископаемым и проведенисследований керна и пласта, о тч а ю щ и и с я тем, что, с цельюповьпвения информативности исследо-ваний путем получения фильтрацион-ных и геотехнологических характеристик полезного ископаемого, в дополнительный ствол спускают колонну трперекрывают кольцевое пространствомежду колонной труб и стенками дополнительного ствола выще интервала залегания полезного ископаемогопакером, а фильтрационные и геотехнологические характеристики полезного ископаемого определяют путемпрокачивания жидкого рабочего агец"тд через массив полезного ископаемого из дополнительного ствола восновной.1120096 Изобретение относится к исследо- ванию полезного ископаемого путем бурения скважин и определения фильтрационных характеристик, а также размываемости, раэмокаемости, 5 растворимости полезного ископаемо" го в естественном залегании и может использоваться для исследования полезного ископаемого на всех стадиях разведки для обоснования воз можности добычи полезного ископаемо 2Указанная цель достигается тем, что согласно способу исследования полезного ископаемого, включающему бурение основного и дополнительного стволов скважины, отбор керна в пласте с полезным ископаемым и проведение исследований керна и пласта, в дополнительный ствол спускают колонну груб, перекрывают кольцевое пространство между колонной труб и стенками дополнительного ствола вышего методами подземного выщелачивания, скважинной добычи и гидродобычи.Известны способы исследования полезного ископаемого путем бурения одиночной скважины с последующим измерением фильтрационных и геотехнологических характеристик горной породь 1 Ц .20Однако эти способы неточны,Известны также способы исследования полезного ископаемого путем бурения двух и более скважин с последующим измерением фильтрационных 25 и геотехнологических характеристик полезного ископаемого.При этом для измерения фильтрационных характеристик одна скважина используется как нагнетательная или водопонижающая, а другая - в качестве наболюдательной. Для определения геотехнологических характеристик одна скважина используется в качестве нагнетательной, а другая - в качестве пульпоотводящей 2 .Однако при разведке глубокозалегающего полезного ископаемого эти способы требуют большого объема буровых работ.Наиболее близким по технической40 сущности к изобретению является способ исследования полезного ископаемого, включающий бурение основного идополнительного стволов скважины, от бор керна в пласте с полезным ис- копаемым и проведение исследований керна и пласта 3.Недостатком известного способа является невозможность получения достоверных данных о фильтрационных и геотехнологических характеристиках полезного ископаемого в массиве.Целью изобретения является повышение информативности исследований путем получения фильтрационных и геотехнологических характеристик по. леэного ископаемого. интервала залегания полезного ископаемого пакером, а фильтрационныеи геотехнологические характеристикиполезного ископаемого определяютпутем прокачивания жидкого агентачерез массив полезного ископаемогоиз дополнительного ствола в основнойи обратно,Кроме того, возмущающее воздействие создают в основном стволе скважины, а в дополнительном стволе измеряют параметры рабочего агента,На чертеже изображена схема исследования полезного ископаемого,Схема включает полезное ископаемое 1, основной ствол 2 скважины,дополнительный ствол 3 скважины,колонну труб 4 с установленными наней пакерными уплотнениями 5, обсадную колонну 6, посаженную впотайв основной ствол скважины, отклоняющий клин 7, Соединенный с обсадной колонной 6.Способ реализуется следующим образом.Полезное ископаемое 1, залегающее в виде пласталинзы, жилы илииного геологического тела, разбуривается с отбором керна стволом 2скважины. В скважине проводятся геофизические и гидрогеологические исследования и исследования керна полезного ископаемого любым известнымспособом. При наличии результатов,положительно характеризующих полезное ископаемое с точки зрения возможности его разработки подземнымвыщелачиванием или скважинной гидродобычей, реализуется описываемыйспособ. Для этого основной стволскважины в интервале залегания полезного ископаемого обсаживаетсявпотай перфорированной колонной б.На верхнем конце колонны крепитсяотклоняющий клин 7, имеющий перфорацию в желобе клина, обеспечивавщую свободное прохождение жидкостипо стволу 2 скважины от забоя до20096 5 1 О о 50 55 3 1 устья и наоборот, Затем производит" ся бурение дополнительного ствола 3 с отбором керна до пересечения. полезного ископаемого. В ствол 3 вводится колонна труб, например бурильных, с установленными на ней пакерными уплотнениями 5. После этог прокачивание жидкости по замкнутому контуру: от промывочного насоса по бурильным трубам 4 на забой дополнительного ствола 3 скважины, затем по массиву полезного ископаемого в основной ствол скважины, где жидкость поднимается по колоне 6, и через отверстия в отклоняющем клине 7 выходит по стволу скважины 2 на поверхность к промывочному насосу. ,Фильтрационные характеристики полезного ископаемого определяются по гидравлическим сопротивлениям при прокачиваиии жидкости на участке между основным и дополнительным стволом скважины. При исследованиях полезного ископаемого, представленного пластами, содержащими жидкий пластовый агент для исследования фильтрационных и гидродинамических свойств пласта, осуществляют также возмущающее воздействие, например понижение уровня жидкого агента в основном стволе скважины 2, и регистрируют параметры пластового агента в полости бурильных труб 4. При этом полость бурильных труб выполняет функции реагирующей скважины. После оценки фильтрационных характеристик полезного ископаемого производят при, неудовлетворительных значениях фильтрационных характеристик повышение проницаемости массива полезного ископаемого, например гидрораэрывом, Затем, прокачивая жидкий рабочий агент, например техническую воду, через массив полезногО ископаемого из дополнительного ствола 3 в основной ствол 2 и наоборот раст. - воряют или размывают полезное ископаемое и транспортируют его на поверхность, При этом определяются геотехиологические характеристики полезного ископаемого в естественном эалеганиии, такие как размываемость, растворимость, размокаемость, транспортируемость и т,д. Степень извлечения полезного ископаемого предла-. гаемым способом из массива горных пород позволяет обоснованно судить о перспективах разработки данного 15 20 25 30 35 40 полезного ископаемого методом подземного выщелачивания или скважинной гидродобычи.Н а п р и м е р 1. Необходимо исследовать глубоко залегающий пласт рыхлых обводненных ураносодержащих руд для оценки возможности их разработки методами подземной гидродобычи и уточнения гидрогеологических характеристик пласта. Способ реализуется в следующей последовательности,. Бурится скважина типового геологоразведочного диаметра, например 112 мм, диаметр буриль" ных труб 50 мм, до пересечения пласта полезного ископаемого с отбором керна. При этом уточняется интервал залегания пласта. Затем монтируется колонна обсадных труб, перфорированных в интервале залегания пласта. На верхнем конце колонны обсадных труб крепится отклоняющий клин 7, также содержащий перфорацию, обеспечивающую свободное прохождение жидкости по стволу скважины. На верхнем конце клина имеется отсоединитель 1 ный переходник с незатянутой резьбой, Колонна обсадных труб с закрепленным на ней отклоняющим клином крепится на бурильных трубах и опускается в 1скважину. После ориентирования клина известными методами и установки обсадной колонны с клином в скважине левым вращением колонна бурильных труб отсоединяется от переходника, установленного на отклоняющем клине, и извлекается из скважины, Затем производится отбуривание от клина и бурение дополнительного ствола скважины меньшим диаметром, например 93 мм, до вторичного пересечения пласта, При этом бурильная колонна проходит через отсоединительный переходник, установленный на отклоняющем клине, затем по желобу клинав дополнительный ствол 3 скважины, Поокончанию бурения дополнительного ствола проводится инклинометрия и монтируется испытательный инструмент,включающий перфорированную трубу нанижнем юнусе бурильных труб ипакерные устройства 5, приводимые вдействие от нагружения колонны бурильных труб, установленной на забойдополнительного ствола. Пакеры устанавливаются в интервале залеганияплотных устойчивых пород и обеспечивают разобщение кольцевых прост45 ранств дополнительного и основного стволов скважины. Инструмент вводят в дополнительный ствол и осуществляют пакеровку его кольцевого пространства. Затем проводят гидро геологические исследования пласта любыми известными методами. При этом кольцевое пространство скважины выполняет функции центральной скважины, а полость бурильных труб - функции наблюдательной скважины, С целью определения гидравлического градиента пласта проводят измерения уровней жидкости, например с помощью электроуровнемера, в кольце вом пространстве основного ствола 2 скважины и в полости бурильных труб 4. Разность измеренных уровней, отнесенная к расстоянию, между основным и дополнительным стволами сква жины, определенная по данным инклинометрии, дает значение гидравлического градиента пласта. С целью опре" деления коэффициента фильтрации и коэффициента пьезопроводности плас та используют методы откачек или наливов. Иэ кольцевого пространства основного ствола скважины осуществляют удаление жидкости, вакуумированием или эрлифтом, Одновременно 30 фиксируют значения уровня жидкости в бурильных трубах. Затем расчитывают значения коэффициентов пьезопроводности и фильтрации по формулам Веригина и Бочевара. При этом в формулах вместо значений расстояния от центральной скважины до наблюд- тельной указывается расстояние от основногоствола скважины до дополнительного, вычисленное по данным 4 О инклинометрии для интерваля пласта. С целью определения геотехнических характеристик полезного ископаемого осуществляют нагнетание рабочей жидкости, например технической воды,%в бурильные трубы с помощью промывочного насоса. Одновременно фиксируют давление жидкости в нагнетательной магистрали насоса, Жидкость поступает на забой дополнительного ство О ла скважины и затем, фильтруется в пласт, Постепенно повышая давление в нагнетательной магистрали, добиваются фильтрованного размыва полезного ископаемого и его выноса в основной 55 ствол скважины, откуда гидросмесь по обсадной колонне 6 и далее по кольцевому пространству основногог ствола 2 поступает на поверхность. На поверхности полезное ископаемое отделяется от рабочей жидкости в сепараторах или циклонах, и рабочая жидкость снова подается на забой. При исследовании полезного ископаемого определяются давление и расход рабочей жидкости, необходимые для фильтрационного размыва и выноса полезного ископаемого на поверхность, состав гидропульпы,гранулометрический состав твердого компонента, плотность, формула частиц и их абразивность. Размываемость, размокаемость, растворимость полезного ископаемого и вмещающих пород определяют на основании сравнительного количества и качественного анализа керна и гидропульпы. Периодически процесс размыва прекращают, колонну бурильный труб извлекают из скважины и производят контроль параметров образовавюейся каверны известными способами, например с помощью звуколокаторов. По форме и размерам образовавшейся камеры судят об устойчивости пород, составляющих полезное ископаемое, и кровле пласта. Соотношение объемов извлеченного ка поверхность полезного ископаемого и объема камеры позволяет оценить степень.извлечения полезного ископаемого из пласта методом гидрораэмыва. Затраты труда, материалов и энергоресурсов на единицу массы добытого полезного ископаемого позволяют судить об эффективности применения метода гидродобычи,П р и м е р 2, Необходимо исследовать глубоко залегающую линзу сильвинитовых руд для оценки возможности ее разработки методом подземного выщелачивания.Способ проводят следующим образом.Бурится скважина диаметром, например 99 мм до пересечения полезного ископаемого. Аналогично примеру 1, отбуривается дополнительный ствол диаметром 76 мм. Затем проводят гидрогеологические и геотехнические исследования в следующей последовательности. Путем желонирования удаляют часть минерализованной жидкости из скважины. В дополнительный ствол скважины вводят колонну бурильных труб, содержащую перфорацию в нижней части, и пакеры., Пакеруют10 скважины на контакте. линзы с подстилающими породами осуществляют исследование геотехнологических характеристик руды .путем прокачнвания вы щелачивающего агента, например технической воды, из дополнительного ствола скважины в Основной вдоль ПОДОШВЫ ЛИНЗЫ С ПОМОЩЬЮ ПРОМЫВОЧНОГО насоса. 11 роводятся измерения анало- З 0 гичные примеру 1. Полученный на поверхности щелок исследуется на соответствие требованиям горнодобывающей и химической промышленности.По изменению гидравлических сопротивлений на прокачивание выщелачивающей жидкости через полезное ископаемое исходя из зависимости Дарси судят об изменении фильтрационной характеристики полезного ископаемого в рабочей зоне, иэ которой происходит вынос полезного ископаемогоО "1КЮ=- -др 45 интервал контакта рудной линзы сподстилающими породами. Затем определяют коэффициент фильтрации подстилающих горных пород методом наливов. Для этого в кольцевое пространство ствола заливают мннерали"зованную жидкость, одновременно фиксируя электроуровнемерами уровнижидкости в кольцевом пространствеосновного ствола и, в полости бурильных труб. Значения коэффициента фильтрации расчитывают по формуле Дюпюи. При малых значенияхкоэффициента фильтрации производят гидроразрыв подстилающих пород, 15нагнетая в полость бурильных трубминерализованную промывочную жидкость буровым насосом или цементировочным агрегатом. После осуществления гидравлической сбойки дополнительного и основного стволов где К - коэффициент. фильтрации,М - площадь фильтФациоцногопотокаф,Ц - расход жидкости, фиксируемый на выходе иэ скважинымс - расстояние между дополнительным и основным стволомскважиныдр - гидравлические сопротивле"ния на прокачивание жидкости через ископаемое,причем 6 р определяют по формуле6 Р=Р - Р,где Р - давление в нагнетательной1магистрали промывочного насоса при прокачивании жидкости через ископаемое,Р - потери давления на промывку скважины при бурении основного ствола скважины винтервале залегания полез 11"ного ископаемого.о мере растворения полезного ископаемого между стволами скважиныобразуется гидравлический канал ввиде каверны. При этом показатель Кхарактеризует удельные гидравлические сопротивления протеканию щелокас частицами нерастворившихся горныхпород по каверне.Технико"экономическая эффективность, предлагаемого способа заключается в том, что способ исследо-.вания полезного ископаемого с использованием основного и дополнительного ствола скважины, сообщающихсячерез массив полезного ископаемого,по сравнению с известным способомпозволяет оценивать фильтрационныеи геотехнологические свойства глубоко залегающего полезного ископаемого в массиве при минимальном объеме буровых работ с использованиемтипового геологоразведочного оборудования и инструмента,