ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЕСЧАНО- ГЛИНИСТЫЕ ПЛАСТЫ ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ

АННОТАЦИЯ

Наиболее эффективно воздействие переменным током низкого напряжения проявляется в прифильтровой зоне откачных скважин по причине наличия там химической кольматации и выражается в выносе продуктов разложения механического и химического кольматанта из пласта.

ABSTRACT

The most effective effect of low voltage alternating current is manifested in the near-filter zone of pumping wells due to the presence of chemical colmatation there and is expressed in the removal of decomposition products of mechanical and chemical colmatant from the formation.

Ключевые слова: высоковольтный, эффект, электрогидравлический, разряд, электрический импульс, деформации, твердых тел.

Keywords: high-voltage, effect, electro-hydraulic, discharge, electric impulse, deformation, solids.

Основой для внедрения технологии воздействия переменным током послужили результаты лабораторных исследований и анализ горно­технической обстановки, сложившейся на объекте внедрения к началу работ. В результате обсуждения результатов лабораторных и теоретических исследований сделаны следующие вы­воды.

1. При существующих технологических схемах отработки 50% избы­точного напора, задаваемого понижением и повышением уровня в сква­жинах, теряется в прифильтровой зоне радиусом 1,5 — 2,5 м. Высокие потери напора в названной зоне обусловлены ее малым проходным сечением.

Этo обстоятельство позволяет увеличивать производительность тех­нологических скважин в 1,3—1,5 раза вследствие снижения потерь напо­ра в результате электровоздействия на породы в сравнительно малом объеме прифильтровой зоны, за пределами которой оно дает значи­тельно меньший прирост дебита. Например, при понижении 30 м одина­ковый эффект по приросту дебита можно получить при управлении проницаемостью пород в цилиндрическом объеме, заключенном меж­ду сечениями радиусом 0,1 и 2,11 м (прифильтровой зоне), или при управлении проницаемостью пород за пределами этой зоны между сечениями радиусами от 2,11 до 44,52 м, хотя соотношение объемов пород в этих зонах составляет 1:446.

2. При наличии кольматации потери напора в прифильтровой зоне указанного размера составляют 70% и более.

3. При расстоянии между откачными и закачными рядами от 40 до 60 м значения напряженности электрического поля на стенке скважи­ны и в середине расстояния между рядами соотносятся как (150—200): 1, поэтому для достижения напряженности, необходимой для получения заметных электрокинетических эффектов в пласте (0,1—1 В/см), найряженность электрического поля на стенке скважи­ны должна составлять 15—200 В/см, разность потенциалов на электро­дах 1000—10 000 в.

При столь значительных напряженностях электрического поля не­избежны перегрев прифильтровой зоны, деформация обсадных поли­этиленовых труб, обильное газовыделение вследствие электролиза и кипения и, как результат, разрыв электрической цепи, значительное удорожание работ, обусловленное специальными мероприятиями по обеспечению безопасности персонала.

В силу перечисленных причин и с учетом того обстоятельства, что производительность технологических скважин во многом определя­ется, проницаемостью пород в прифильтровой зоне, было принято ре­шение ограничиться на данной стадии исследований невысокими напря­жениями (20—40 В). При такой разности потенциалов напряженность электрического поля 0,1—1,0 В/см характерна для зоны радиусом 1—3 м, т.е. необходимая напряженйость поля создается в той зоне, ко­торая представляет интерес с позиции увеличения производительности технологических скважин.

Выбранная технологическая схема отличается от технологической схемы с электрообработкой всего пласта некоторыми преимущества­ми, основное из них — низкий расход электроэнергии. При выбран­ной схеме мощность источника тока, приходящаяся на одну ячейку, не превышает 1—10 кВт, в отличие от 3000 кВт (по данным Л.И. Лу­нева) , необходимых для обработки всего объема пород в ячейке.

Сущность физического эффекта увеличения проницаемости песча­но-глинистых пород при пропускании переменного электрического тока заключается в отделении от глинистой фракции породы связан­ной воды, вследствие чего увеличивается эффективное сечение пор. Кроме того, в отличие от постоянного тока, переменный ток воздей­ствует и на воду, иммобилизованную гелиями, кольматирующими поровое пространство, например, гелем кремниевой кислоты. Тиксо­тропную (гелеобразную) структуру образует при контакте с серной кислотой и глинистая фракция породы из-за растворения кристаллиза­ционного цемента глин и их разупрочнения. Гели даже при незначитель­ном количестве твердого материала (1—10%) занимают большой объем, обусловленный сетчатой структурой, в ячейках которой содержится 90% и более иммобилизованной воды. Иммобилизованная вода отли­чается от воды в диффузном слое тем, что она не связана с катионами и не притянута поверхностными зарядами частиц. Поэтому во внеш­нем постоянном электрическом поле диполи иммобилизованной во­ды ориентируются вдоль поля и не приходят в движение. В перемен­ном электрическом поле диполи воды вращаются, что дает виброна­грузку на ячеистую структуру геля-кольматаита. При вибровоздейст­вии тиксотройные структуры, какими и являются гели, разжижаются.

В поровом пространстве руд при ПВ разрушение геля-кольматанта приводит к увеличению эффективного сечения пор и выносу разру­шенного кольматанта потоком растворов.

Аналогичный механизм разрушения кольматанта вращающимися в переменном электрическом поле диполями воды предполагается и в отношении химических соединений типа MeScU «Н₂О, где число п достигает 16—22 (кристаллогидраты). На наличие таких новообра­зований указывает В.П. Новик-Качан [84] .

О развитии подобного рода кольматации свидетельствуют факты дебаланса количества подаваемого в пласт и откачиваемого сульфат- иона на участке внедрения электровоздействия. Так, по данным Е.П. Морозова, в 1976 г. дебаланс по сульфат-иону составлял 7,5 тыс.т, а сульфат-ион, как следует из приведенной выше формулы соедине­ния, является компонентом кристаллогидратов.

В соответствии с изложенным выше и была построена методика ис­следований, предусматривающая подачу такого напряжения на элект­роды при одноэлектродной схеме ввода электроэнергии в пласт (по одному электроду на каждую скважину), чтобы обрабатывалась зона радиусом около 2 м (20 В); разнос электродов при двухэлектродной схеме ввода электроэнергии, чтобы обрабатывалась зона того же ра­диуса; ежесуточный отбор проб из откачной скважины для опреде­ления изменений химических и механических концентраций примесей при подключении тока; спуск термодатчиков в интервал фильтров оцытцых скважин для контроля температуры.

Ячейка для опытных работ по электрообработке пласта была выде­лена в торцевой части участка подземного выщелачивания (рис. 1). В нее вошли две закачные скважины (№ 1, 2) и откачная эрлифтная скважина № 3,* расположенная между закачными скважинами. Закач­ные скважины обсажены полиэтиленовыми трубами диаметром 110 мм, откачная — 210 мм. Фильтры нарезные с шириной щели 2 мм. Длина фильтров в скважинах № 1,2 и 3 соответственно 6,2 и 3 м.

Электроды длиной 1 м для ввода электроэнергии в пласт были наре­заны из нержавеющих труб диаметром 57 мм. Для соединения с кабе­лем к ним были приварены переходники - стержни диаметром 20 мм, длиной 250 мм с отверстием диаметром 8 мм под кабель. Оголенный конец кабеля ВПП-35 вставляли в отверстие и обжимали. Место кон­такта изолировалось проклеенной обмоткой и лентой ПХВ.

Рисунок 1. Схема опытной ячейки с воз­действием на пласт переменным то­ком: 1 — электрокабель; 2 — скважина; 3 - электрод; 4 - рудоносный горизонт; 5 – фильтр

Работы были начаты с освоения схемы с одним электродом в каж­дой скважине. Подключение тока произведено после планового ремонта (очистки) скважины №3, дебит которой после него увеличился с 0,35 до 0,7 м³/ч. После включения электроэнергии дебит возрос до 0,85 м³/ч, или на 21%. Приемистость закачных скважин оставалась после включения примерно на первоначальном уровне.

Впоследствии была подготовлена вторая схема ввода электроэнер­гии: по два электрода в закачных скважинах и один в откачной. В этот же период производительность откачной скважины снизилась до 0,4 м³/ч. После подключения электроэнергии производительность от­качной скважины повысилась до 1,1 м³/ч и стабилизировалась на уров­не 0,96 м³/ч, производительность закачной скважины № 1 увеличилась с 0,6 до 0,9 м³/ч и стабилизировалась на уровне 0,76 м³/ч. Прирост про­изводительности откачки составил 140% по сравнению с дебитом перед включением электроэнергии и 37 % по сравнению с дебитом после очист­ки скважины.

Прирост производительности закачной скважины составил 25 %. Производительность низкодебитной (0,05 м³/ч) закачной скважины № 2 в период опыта заметно не изменялась. В результате включения тока резко возрастает содержание механических примесей в откачи­ваемом растворе и содержание ионов алюминия, трехвалентного желе­за, что свидетельствует о разрушении и выносе кольматанта из приза­бойной зоны.

Измерения температуры в интервале фильтров при пропускании то­ка показали изменение ее на 1—2 °С, что свидетельствует о ’’нетепло­вом” действии электрического поля на породы. (К нетепловому дей­ствию относят такие Явления, как электроосмос, электрофорез). В ре­зультате применения переменного тока на опыуной ячейке установлены увеличение проницаемости пород и их раскольматация, что подтверж­дает результаты лабораторных исследований и гипотезу о раскольматации переменным током.

Наиболее эффективно воздействие переменным током низкого напряжения проявляется в прифильтровой зоне откачных скважин по причине наличия там химической кольматации и выражается в выносе продуктов разложения механического и химического кольматанта из пласта.

Список литературы:

1. Юткин Л.А. Электрогидравлической эффект и его применение в промышленности. «Машиностроение»/ Ленинград – 1986.
2. Кошколда К.Н., Пименов М.К., Атакулов Т и др. Пути интенцификации подземного выщелачивании.; Под ред. Чеснокова Н.И. – М.: Энергиофтомиздат, 1988-224с.
3. Аренс В.Ж., Гайдин А.М. Геолого-гидрогеологические основы геотехноло- гических методов добычи полезных ископаемых. М.: Недра, 1978.
4. Аликулов Ш.Ш. Халимов И.У. Хамидов С.Б.Алимов М.У. Интенсификация параметров подземного выщелачивания урана из слабопроницаемых руд на примере урановых месторождений Universum: технические науки, Выпуск: 6(75), Июнь 2020, 57 стр
5. Аликулов Ш.Ш. Алимов М.У. Исследование по бактериальному выщелачиванию урановых руд месторождения кетменчи Universum: технические науки, Выпуск: : № 4 (97), 2022, 10 стр.
6. Аликулов Ш.Ш. Алимов М.У Подземное выщелачивание урана с использованием микроорганизмов Journal of Advances in development of engineering technology vol.3(7) 2022 mineral deposits