ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПЛАСТА УРАНА ПУТЕМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ПРИ ПОДЗЕМНОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ

АННОТАЦИЯ

В результате применения переменного тока на опытной ячейке установлены увеличение проницаемости пород и их раскольматация, что подтверждает результаты лабораторных исследований и гипотезу о раскольматации переменным током.

ABSTRACT

As  a   result of the application alternating current on the experimental cell, an increase in permeability rocks and their disintegration, which confirms the results of laboratory research and the hypothesis of colmatation by alternating current.

Ключевые слова: движение, песчано-глинистые, фильтрации, гидравличес­кое, выщелачива­нию, растворах, током.

Keywords: movement, sand-clay, filtration, hydraulic, leaching, solutions, current.

Приведены результаты лабораторных исследований воздействия на выщелачиваемые руды электромагнитным полем и опыт применения технологии воздействия переменного тока на песчано-глинистые пласты.

Для установления влияния воздействия переменным током на движение растворов в песчано-глинистых породах предварительно определяли количество связанной (рыхлосвязанной и адсорбированной) воды и изменение коэффициента фильтрации в процессе фильтрации 1%-ного раствора серной кислоты. Фильтрационные исследования вы­полняли на рудном песке с примесью глин (1,5 и 10%) монтмориллонитового и гидрослюдистого состава. Количество адсорбционной (гигроскопической) воды определяли по ГОСТ 51080-64. Гигроско­пическая влажность составила 2%. Количество рыхлосвязанной во­ды (максимальная молекулярная влажность) определяли методом высоких колонн.

Были выполнены два опыта: первый ‒ на дистиллирован­ной воде, второй ‒ на продуктивных растворах с опытно-промышлен­ного участка ПВ. Изменение влажности глинистого песка по длине колонны показано на рис. 1.

Рисунок 1. Изменение влажности глинистого песка W по длине коллоны l при опытах на геотехнологическом растворе (1) и дистиллированной воде (2)

Результаты опытов показали, что при фильтрации выщелачивающе­го раствора по руде конкретного месторождения рыхлосвязанная во­да, занимающая определенный поровый объем, создает гидравличес­кое сопротивление. Доля связанной воды в объеме пор 1 см³ грунта при влажности 10% составила:

,                                                        (2)

где      w = 10% ‒ максимальная молекулярная влажность; γ_п  = 1,7 г/см³ ‒ удельный весь сухого песка;       γ_в = 1,0 г/см³ ‒ удельный вес воды.

Исследования по выщелачива­нию в трубках под воздействием переменного электрического тока на песчано-глинистых рудах двух месторождений составили вторую серию опытов. Для первого месторождения опыты проводили в труб­ках длиной 0,1 м с площадью поперечного сечения 4,1 см². Для второго месторождения использовали труб­ки длиной 0,275 м с площадью поперечного сечения 13,8 см². В пер­вом случае содержание глины и алеврита в руде составляло 21 %, во втором ‒ около 15%. На концах трубок устанавливали перфорирован­ные электроды.

Фильтрационные опыты проводились в двух трубках параллельно: в одной ‒ с приложением электрического тока, в другой ‒ без. Воз­действие переменным электрическим током на породу проводили пе­риодически. Изменение коэффициента фильтрации и концентрации ме­талла в растворе в зависимости от соотношения Ж:Т показано на рис. 2.

Проведены лабораторные и натурные эксперименты по изучению воз­можности использования токов высокой плотности для перестрой­ки структуры порового пространства песчано-глинистых пластов.

Рисунок 2. Зависимость коэффициента фильтрации К_ф (а) и концентрации ме­талла в растворе С (б) от Ж:Т при перио­дическом воздействии электрическим то­ком (1) и без воздействия (2)

Восприимчивость сернокислотного раствора к магнитной обработ­ке была установлена нами следующим образом. В аппарате омагничивался 1 %-ный раствор серной кислоты (pH = 1), в который добавля­ли определенное количество хлористого кальция с таким расчетом, чтобы теоретическое количество гипса, образовавшегося по реакции

H₂SO₄ + CaC₁₂ + 2H₂O = CaSO₄  * 2H₂O↓ + 2HCl,                            (3)

составляло 5, 6, 7, 8 и 9 г/л. Для каждой концентрации были построе­ны зависимости оптической плотности растворов (рис. 3), измерен­ной е помощью электрофотокалориметра ФЭК-56М, от времени. Па­раллельно проводили контрольные опыты.

Проведенный эксперимент позволяет сделать вывод о восприимчи­вости кислотного раствора к магнитной обработке и ее эффективнос­ти при осаждении насыщенных растворов гипса в кислой среде.

Результаты анализа, в частности расчетные скорости рос­та осветленной зоны в суспензиях, затворенных на омагниченном и неомагниченном технологических растворах (табл. 1), подтвердили значительность влияния фактора омагничивания на скорость роста ос­ветленной зоны.

Рисунок 3. Зависимость оптической плотности перенасыщенных гипсом омагниченного (1) и контрольного (2) кислотных растворов (pH =1) от времени

Таблица 1.

Скорости роста осветленной зоны в суспензиях

В ходе лабораторных исследований установлено, что омагничивание кислотных растворов способствует выпадению из них гипса и механических взвесей, что может иметь практическое зна­чение для очистки технологических растворов.

На рис. 4 приведены усредненные выходные кри­вые концентрации металла при фильтра­ционном выщелачивании омагниченным (1) и контрольным (2) растворами.

Рисунок 4. Усредненные выходные кри¬вые концентрации металла при фильтра¬ционном выщелачивании омагниченным (1) и контрольным (2) растворами

Проведены  экспериментально-лабораторные опыты по изучению влияния ультразвуковых колебаний (УЗК) с частотой 22 кГц на процесс филь­трационного выщелачивания в колонках длиной 0,1 м.

Основой для внедрения технологии воздействия переменным током послужили результаты лабораторных исследований и анализ горно­технической обстановки, сложившейся на объекте внедрения  к началу работ.

Разработана методика ис­следований, предусматривающая подачу 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. 5). 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.

1 ‒ электрокабель; 2 ‒ скважина; 3 ‒ электрод; 4 ‒ рудоносный горизонт; 5 ‒ фильтр

Рисунок 5. Схема опытной ячейки с воз­действием на пласт переменным током

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.

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.

Список литературы:

1. Воробьев А.Е., Ляшенко В.И., Ибрагимов Р. Формирование глубоководных месторождений сульфидов в Новогвинейском море // XIII Международная конференция «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». Москва-Тбилиси, М., РУДН. 2014. С. 37-40.
2. Воробьев А.Е., Ибрагимов Р., Котенева Л.П. Типизация инновационных методов и технических средств освоения аквальных минеральных ресурсов // Сборник научных статей международной научно-технической конференции «Проблемы и пути инновационного развития горно-металлургической отрасли». Часть 1. Ташкент. ТашГТУ. 2014. С. 16-27.
3. 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
4. Аликулов Ш.Ш. Алимов М.У. Исследование по бактериальному выщелачиванию урановых руд месторождения кетменчи Universum: технические науки, Выпуск: : № 4 (97),  2022, 10 стр.
5. 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