Помощь студентам в учебе
ФАКТОРЫ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД И ПРИМЕНЕНИЕ ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА В УСЛОВИЯХ ЗОН ПЛАСТОВОГО ОКИСЛЕНИЯ УРАНОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ДЛЯ ОТРАБОТКИ РУД (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИНКАЙ И МОИНКУМ ЧУ-САРЫСУЙСКОЙ ПРОВИНЦИИ)
|
ВВЕДЕНИЕ 5
1 СТЕПЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД И
ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 11
1.1 Проницаемость горных пород как условие проведения геоэлектрических методов... 11
1.2 Физико-технические основы индукционного каротажа на месторождениях,
отрабатываемых способом ПСВ 15
1.3 Научно-прикладное развитие и перспективы ИК в условиях разработки урановых
месторождений способом ПСВ 22
2 ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ МОИНКУМ И
ИНКАЙ ЧУ-САРЫСУЙСКОЙ ПРОВИНЦИИ 32
2.1 Геологическая характеристика месторождений Инкай и Моинкум 32
2.2 Особенности оруденения и условия рудоизвлечения на месторождениях Инкай и
Моинкум 39
2.3 Факторы проницаемости на месторождениях Инкай и Моинкум 44
3 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ПО МЕСТОРОЖДЕНИЯМ ИНКАЙ И МОИНКУМ И
МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 49
3.1 Данные ИК в комплексе ГИС по месторождениям Инкай и Моинкум 49
3.2 Методология моделирования движения жидкостей на месторождениях Инкай и
Моинкум по данным индукционного каротажа 59
3.3 Методы моделирования движения жидкости на месторождениях Инкай и Моинкум..6 1
4 ФАКТОРЫ ПРОНИЦАЕМОСТИ НОРНЫХ ПОРОД И ПРИМЕНЕНИЕ'
ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА В УСЛОВИЯХ ГИДРОГЕННЫХ
УРАНОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ПЕТРОФИЗИЧЕСКОЙ И МОРФОЛОГИЧЕСКОЙ
ОСЛОЖНЕННОСТЬЮ 69
4.1 Влияние особенностей проницаемости на индукционный каротаж на
Месторождениях Инкай и Моинкум 69
4.2 Влияние технологических факторов изменения проницаемости на данные
индукционного каротажа 73
4.3 Факторы проницаемости и мониторинг движения жидкостей в продуктивном пласте на основании данных ИК 74
4.4 Выводы 84
5 ВЛИЯНИЕ ТИПА ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРОД НА МОНИТОРИНГ ДВИЖЕНИЯ
РАСТВОРОВ МЕТОДОМ ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА В ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТАХ 87
5.1 Сопоставительная оценка данных ИК в комплексе ГИС в условиях
производственного мониторинга 87
5.2 Типологизация пород месторождений Инкай и Моинкум по данным ИК 95
5.3 Типология проницаемости месторождений Инкай и Моинкум и ее влияния на
мониторинг методом ИК 99
5.4 Выводы 106
6 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ В ПРОДУКТИВНОМ ПЛАСТЕ В
УСЛОВИЯХ ОТРАБОТКИ РУДНЫХ ТЕЛ НА ОСНОВАНИИ ДАННЫХ ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА 108
6.1 Моделирование движения технологического раствора на месторождениях
пластово-инфильтрационного типа на основе численной модели проницаемости 108
6.2 Результаты моделирования движения жидкостей в процессе ПСВ на
месторождениях Инкай и Моинкум 113
6.3 Моделирование отработки участков вторичного рудогенеза 118
6.4 Выводы 132
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 138
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ БЛОКА А1 МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНКАЙ 147
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ БЛОКА В1 МЕСТОРОЖДЕНИЯ МОИНКУМ 148
ПРИЛОЖЕНИЕ В. СХЕМА БЛОКА А1 МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНКАЙ 149
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. СХЕМА БЛОКА В1 МЕСТОРОЖДЕНИЯ МОИНКУМ 150
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. УКРУПНЕННЫЕ ПРОСЛОИ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ 151
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. ОБЛАСТИ ПОВЫШЕННОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ,
СМОДЕЛИРОВАННЫЙ ПО ДАННЫМ ИК, В ЗОНЕ ОРУДЕНЕНИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИНКАЙ И МОИНКУМ 154
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, СМОДЕЛИРОВАННЫЕ ПО ДАННЫМ ИК, В ЗОНЕ ОРУДЕНЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИНКАЙ И МОИНКУМ 155
ПРИЛОЖЕНИЕ И. КЕРНОВЫЕ ПРОБЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНКАЙ 156
ПРИЛОЖЕНИЕ К. КЕРНОВЫЕ ПРОБЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ МОИНКУМ 156
ПРИЛОЖЕНИЕ Л. КОРРЕЛЯЦИИ КАРОТАЖНЫХ ДИАГРАММ ПО ПРОВЕДЕННОМУ ГИС НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ БЛОКЕ В1 (СКВАЖИНЫ У1, У2, У3, У4) МЕСТОРОЖДЕНИЯ МОИНКУМ 158
1 СТЕПЕНЬ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД И
ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 11
1.1 Проницаемость горных пород как условие проведения геоэлектрических методов... 11
1.2 Физико-технические основы индукционного каротажа на месторождениях,
отрабатываемых способом ПСВ 15
1.3 Научно-прикладное развитие и перспективы ИК в условиях разработки урановых
месторождений способом ПСВ 22
2 ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ МОИНКУМ И
ИНКАЙ ЧУ-САРЫСУЙСКОЙ ПРОВИНЦИИ 32
2.1 Геологическая характеристика месторождений Инкай и Моинкум 32
2.2 Особенности оруденения и условия рудоизвлечения на месторождениях Инкай и
Моинкум 39
2.3 Факторы проницаемости на месторождениях Инкай и Моинкум 44
3 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ПО МЕСТОРОЖДЕНИЯМ ИНКАЙ И МОИНКУМ И
МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 49
3.1 Данные ИК в комплексе ГИС по месторождениям Инкай и Моинкум 49
3.2 Методология моделирования движения жидкостей на месторождениях Инкай и
Моинкум по данным индукционного каротажа 59
3.3 Методы моделирования движения жидкости на месторождениях Инкай и Моинкум..6 1
4 ФАКТОРЫ ПРОНИЦАЕМОСТИ НОРНЫХ ПОРОД И ПРИМЕНЕНИЕ'
ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА В УСЛОВИЯХ ГИДРОГЕННЫХ
УРАНОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ПЕТРОФИЗИЧЕСКОЙ И МОРФОЛОГИЧЕСКОЙ
ОСЛОЖНЕННОСТЬЮ 69
4.1 Влияние особенностей проницаемости на индукционный каротаж на
Месторождениях Инкай и Моинкум 69
4.2 Влияние технологических факторов изменения проницаемости на данные
индукционного каротажа 73
4.3 Факторы проницаемости и мониторинг движения жидкостей в продуктивном пласте на основании данных ИК 74
4.4 Выводы 84
5 ВЛИЯНИЕ ТИПА ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРОД НА МОНИТОРИНГ ДВИЖЕНИЯ
РАСТВОРОВ МЕТОДОМ ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА В ПРОДУКТИВНЫХ ПЛАСТАХ 87
5.1 Сопоставительная оценка данных ИК в комплексе ГИС в условиях
производственного мониторинга 87
5.2 Типологизация пород месторождений Инкай и Моинкум по данным ИК 95
5.3 Типология проницаемости месторождений Инкай и Моинкум и ее влияния на
мониторинг методом ИК 99
5.4 Выводы 106
6 МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ В ПРОДУКТИВНОМ ПЛАСТЕ В
УСЛОВИЯХ ОТРАБОТКИ РУДНЫХ ТЕЛ НА ОСНОВАНИИ ДАННЫХ ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА 108
6.1 Моделирование движения технологического раствора на месторождениях
пластово-инфильтрационного типа на основе численной модели проницаемости 108
6.2 Результаты моделирования движения жидкостей в процессе ПСВ на
месторождениях Инкай и Моинкум 113
6.3 Моделирование отработки участков вторичного рудогенеза 118
6.4 Выводы 132
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 138
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ БЛОКА А1 МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНКАЙ 147
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ БЛОКА В1 МЕСТОРОЖДЕНИЯ МОИНКУМ 148
ПРИЛОЖЕНИЕ В. СХЕМА БЛОКА А1 МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНКАЙ 149
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. СХЕМА БЛОКА В1 МЕСТОРОЖДЕНИЯ МОИНКУМ 150
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. УКРУПНЕННЫЕ ПРОСЛОИ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ 151
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. ОБЛАСТИ ПОВЫШЕННОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ,
СМОДЕЛИРОВАННЫЙ ПО ДАННЫМ ИК, В ЗОНЕ ОРУДЕНЕНИЯ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИНКАЙ И МОИНКУМ 154
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. ОБЛАСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ, СМОДЕЛИРОВАННЫЕ ПО ДАННЫМ ИК, В ЗОНЕ ОРУДЕНЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ИНКАЙ И МОИНКУМ 155
ПРИЛОЖЕНИЕ И. КЕРНОВЫЕ ПРОБЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНКАЙ 156
ПРИЛОЖЕНИЕ К. КЕРНОВЫЕ ПРОБЫ МЕСТОРОЖДЕНИЯ МОИНКУМ 156
ПРИЛОЖЕНИЕ Л. КОРРЕЛЯЦИИ КАРОТАЖНЫХ ДИАГРАММ ПО ПРОВЕДЕННОМУ ГИС НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ БЛОКЕ В1 (СКВАЖИНЫ У1, У2, У3, У4) МЕСТОРОЖДЕНИЯ МОИНКУМ 158
Актуальность. Республика Казахстан является мировым лидером по добыче урана, располагая вторым по величине объемом разведанных запасов, оцениваемых в 700 тысяч тонн. Абсолютное большинство месторождений, расположенных в республике, относятся к пластовоинфильтрационному типу, отработка которого стала возможной сравнительно недавно - с внедрением подземного скважинного выщелачивания (ПСВ).
Данный способ освоения урановорудных запасов имеет ряд неоспоримых преимуществ, включая низкую себестоимость и экологическую безопасность. Но подземное скважинное выщелачивание предполагает оценку исходных геологических параметров, мониторинг растекания технологических растворов в рудовмещающей толще и изменения породы на достаточно больших глубинах в условиях непрерывности технологического процесса. Кроме того, процесс вскрытия рудного тела и извлечения урана при подземном скважинном выщелачивании усложняет получение керна, которое, как правило, возможно произвести только на наблюдательных скважинах. Неверная оценка динамики и масштабов растекания технологических растворов чревата снижением коэффициента извлечения руды, и, как следствие, общей рентабельности производства.
Применение геоэлектрических методов исследования скважин в условиях подземного скважинного выщелачивания, является наиболее полным источником информации для мониторинга движения жидкости в продуктивной толщи и изменения породы в околорудном пространстве. В числе данных методов особенно эффективен метод индукционного каротажного зондирования. Данный метод, основанный на получении информации об электропроводности породы, имеет ряд неоспоримых преимуществ, и в первую очередь это возможность мониторинга изменения фильтрационных свойств, что позволяет проводить селективную исследовательскую и оптимизационную работу. В силу прямой корреляции между проницаемостью и электропроводностью пород в условиях ПСВ, индукционный каротаж лишен большинства ограничений и недостатков, присущих другим методам геофизических исследований. Кроме того, аппаратура индукционного каротажа может быть, с незначительными затратами на модификацию, использована в условиях морфолитологической осложненности, то есть подстроена под конкретный текстурно-структурный тип месторождения.
Тем не менее, несмотря на неоспоримые преимущества, на современном этапе индукционный каротаж не используется как стандартный метод мониторинга движения жидкости в продуктивном пласте при отработке урановых руд. Таким образом, вопрос совершенствования мониторинга и моделирования движения жидкостей на основании изменения факторов проницаемости пород в процессе извлечения руды является основополагающим и крайне актуальным условием дальнейшего развития отрасли, что определило выбор темы исследования и ее актуальность.
Степень разработанности темы. На слабое использование индукционного каротажа оказывает влияние и систематическая нехватка научно-прикладных исследований данного вопроса несмотря на то, что небольшое количество работ, посвященных перспективам применения индукционного зондирования, все же имеются. В частности, вопросы, посвященные исследованию методом индукционного каротажа факторов проницаемости в условиях отработки урановых руд на пластово-инфильтрационных месторождениях, рассматривались в исследованиях Швецова М.С. (1958), Антонова Ю.Н. (2015), Ратникова И.Б. (2016), Мендыгалиева А.А., Селезневой В.Ю., Язикова Е.Г., Бекботаевой А.А. (2020) и др. Возможности применения электрофациальной диагностики для изучения факторов проницаемости: фильтрации, пористости и типа пористости исследованы в трудах Кудрявцева Ю.И. (1960), Даева Д.С. (1969), Антонова Ю.Н. (1971-1979), Бастрикова С.Н. (2010), Ягофарова А.К. (2013), Ратушняка А.Н. (2017), Неволина А.П. (2019), Ратникова И.Б. (2019), Легавко Д. А. (2020) и др.
Вопросы применения индукционного каротажа в условиях гидрологической и литологической осложенности рассматривались в работах Теплухина В.К. (2016), Эпова М.И. (2016), Ратушняка А.Н. (2017), Миронцова Н.Л. (2017), Мендыгалиева А.А. (2020) и др. Проблемы моделирования геологической среды и динамических процессов в условиях ПСВ по данным индукционного каротажа, в том числе в комплексе геофизических методов, освещаются в трудах Аузина А. А. (2010), Канцеля А.А. (2010), Мосина А.П., Могилатова В.С. (2015), Антонова Ю.Н. (2015), Муравиной О. М., Оракбаева Е.Ж. (2019), Никитенко М. И. (2021) и др.
Отдельные вопросы мониторинга проницаемости в процессе извлечения руды рассмотрены в трудах Коскова В.Н. (2007), Шемелиной О.В. (2010), Алибаевой К.А. (2013), Темирхановой Р.Г. (2017), Сыхимбай Ж. (2020), Вильмиса А.Л. (2021) и др.
В то же время, вопрос совершенствования мониторинга и моделирования движения жидкостей на основании изменения факторов проницаемости пород в процессе извлечения руды является основополагающим и крайне актуальным условием дальнейшего развития отрасли, что определило выбор темы исследования и ее актуальность.
Объектом исследования выступают месторождения Инкай и Моинкум, приуроченные к зонам пластового окисления Чу-Сарысуйской урановорудной провинции Казахстана, а предметом исследования - данные обследования скважинного пространства по результатам индукционного каротажа.
Целью работы является выявление факторов проницаемости горных пород и применение индукционного каротажа в условиях зон пластового окисления урановых месторождений для отработки руд на примере месторождений Инкай и Моинкум Чу-Сарысуйской урановорудной провинции.
В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи: 1) дать оценку факторов проницаемости горных пород на месторождениях пластовоинфильтрационного типа и определить их влияние на постановку индукционного каротажа в условиях отработки урановых руд; 2) проанализировать, опираясь на данные индукционного каротажа, зависимость факторов проницаемости горных пород и электропроводности руд, отрабатываемых методом ПСВ на месторождениях зон пластового окисления с петрофизической и морфологической осложненностью; 3) выявить текстурно-структурные типы и их влияние на мониторинг движения растворов методом индукционного каротажа в продуктивных пластах; 4) осуществить моделирование оптимальных параметров режима выщелачивания в условиях отработки рудных тел на основании зависимости данных индукционного каротажа от типа проницаемости пород.
Фактический материал и методы исследования. Основу диссертационной работы составляет фактический материал, собранный, подготовленный и обработанный непосредственно автором и при его участии в ходе комплексных геофизических исследований в период с 2017 по настоящее время. Работы выполнялись при организационной и информационной поддержке компании АО «Волковгеология» при сотрудничестве с персоналом компании АО «НАК «Казатомпром». В ходе исследования было изучено в целом 38 скважин технологического блока Х месторождения Инкай и технологического блока Y месторождения Моинкум, общий километраж которых составил порядка 11 400 метров. Всего по месторождению Моинкум было проанализировано 19 скважин с общей протяженностью скважинного пространства в 6 270 м. По месторождению Инкай проанализировано 19 скважин с общей протяженностью скважинного пространства в 5 130 м. В качестве объектов моделирования в дальнейшем были отобраны 4 скважины по месторождению Инкай и 4 скважины по месторождению Моинкум, что составило порядка 3 200 метров обследованного скважинного пространства. Скважины для моделирования были отобраны по принципу максимальной полноты и репрезентативности данных, а также исходя из расположения скважин на достаточном отдалении на территории участков, что позволило выявить общие закономерности распределения факторов проницаемости, характерные для исследуемых участков. По месторождению Моинкум протяженность пространства скважин, охваченного моделированием, составила 1 760 метров, по месторождению Инкай - 1 440 м. Объекты моделирования охватывают треть всего проанализированного скважинного пространства.
Методология исследования включает комплекс геофизических, физико-математических, математико-статистических методов получения, анализа, интерпретации и моделирования данных по геологическому разрезу. Геофизические методы включают: индукционное каротажное зондирование, каротаж сопротивлений, каротаж прямой собственной поляризации, термометрию, кавернометрию, токовый каротаж, гамма-каротаж. Анализ геофизических данных произведен с использованием пометодной интерпретации, корреляции каротажных данных. Математико-статистические методы включают анализ ANOVA, корреляционный, регрессионный анализ (методом наименьших квадратов). Физико-математическое моделирование произведено с использованием многокомпонентной модели, включающей решение системы уравнений гидромеханики и гидродинамики.
Инструментальное обеспечение обработки данных составили программные среды Excel, Matcad, Statistica, SPSS, Curve Editor, LibreCad. Аппаратное обеспечение представлено однозондовым трехкатушечным прибором ИК-42М с размером между приемной и излучающей катушкой 0,5 м. Использовался также аналоговый прибор ПИК-50 с рабочей частотой 150 кГц и разрешающей способностью в пределах 0-2000 мСим/м. Кавернометрическое зондирование проводилось прибором СПК-01, а термометрия прибором ЭТС-10У, КТ-42М, ТР-43, прибор гамма и электро-каротажа КСП-ГК-43. Каротажные исследования получены с использованием цифровой каротажной станции «Вулкан V3».
Научная новизна работы: 1) выявлены новые факторы проницаемости горных пород в условиях постановки индукционного каротажа на месторождениях урана, отрабатываемых методом ПСВ; 2) впервые проанализирован и описан характер зависимости факторов проницаемости и электропроводности руд, отрабатываемых методом ПСВ на месторождениях зон пластового окисления с петрофизической и морфологической осложненностью геологического разреза; 3) разработана авторская модель мониторинга и оптимизации движения технологических растворов в ходе отработки методом ПСВ урановорудных залежей на месторождениях пластово-инфильтрационного типа на основании прямой зависимости данных индукционного каротажа от факторов проницаемости горных пород; 4) впервые произведено моделирование движения в продуктивном пласте в условиях отработки рудных тел и разработана модель мониторинга с учетом оптимизации режима выщелачивания на основании данных индукционного каротажа на основе выявленных и описанных текстурно-структурных типов рудовмещающих пород месторождений Чу-Сарысуйской провинции (месторождения Инкай и Моинкум).
Положения, выносимые на защиту
1. Установлено, что на урановых месторождениях пластово-инфильтрационного типа величина электропроводности от 100 до 500 мСим/м для Инкай и от 180 до 500 мСим/м для Моинкум наиболее эффективна в рудных интервалах и находится в прямой зависимости от факторов проницаемости горных пород. Качество мониторинга движения растворов в продуктивном пласте методом ИК имеет прямую зависимость от ключевых факторов проницаемости рудовмещающих пород и осложняется при применении стандартной частоты прибора ИК при наличии высокослоистых пропластков.
2. Для урановых месторождений Инкай и Моинкум по степени однородности показателей электропроводности рудовмещающих пород выявлены три текстурно-структурных типа проницаемости. Опираясь на доказанную зависимость электропроводности от факторов проницаемости горных пород, текстурно-структурные типы месторождений Инкай и Моинкум по равномерности показателей электропроводности разделены на высокодифференцированные, дифференцированные и однородные.
3. Разработанная модель и результаты моделирования движения растворов на месторождениях Инкай и Моинкум с использованием пространственного и количественного показателей растекания жидкости доказывают эффективность селективного моделирования и оптимизации режима выщелачивания с учетом текстурно-структурных типов на основании данных индукционного каротажа.
Практическая и теоретическая значимость работы. Разработанная модель для мониторинга и моделирования движения жидкостей в продуктивном пласте, опирающаяся на данные индукционного каротажа, может быть использована на гидрогенных месторождениях с различными текстурно-структурными типами, а также в условиях морфолитологической осложненности. Результаты исследования могут быть использованы как для дальнейшего развития применения индукционного каротажа на гидрогенных месторождениях, так и в качестве теоретико-методологической основы изучения закономерностей изменения проницаемости и ее отражения на диаграммах индукционного каротажа. Достигнутые результаты подтверждают научную и практическую ценность работы, а также возможность их применения для решения задач разработки урановых месторождений пластово-инфильтрационного типа в сложных геологических условиях. Материалы подтверждены актами внедрения в АО «НАК «Казатомпром», прошли процедуру государственной экспертизы в Национальном Институте Интеллектуальной собственности и являются объектами авторского права.
Достоверность и апробация результатов работы. Достоверность исследований обусловлена тем, что для моделирования выбраны скважины по принципу максимальной полноты и репрезентативности данных. Степень достоверности обеспечивается высоким техническим уровнем применяемого оборудования при проведении геофизических методов в скважинах, обработке и интерпретации полученного материала, а также внедрением полученных автором моделей на производстве, что позволило оптимизировать процессы подземного скважинного выщелачивания, повысив точность прогнозирования движения растворов, а также улучшить контроль за разработкой продуктивных пластов.
Основные материалы исследования представлены в 9 опубликованных работах, из них 2 - в изданиях, цитируемых в базах данных SCOPUS и/или Web of Science и 2 - в изданиях, ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК, 4 публикации в материалах конференций и получено авторское свидетельство РК. Основные положения и результаты работы докладывались на V Международном симпозиуме «Уран: геология, ресурсы, производство», Москва, 2021, XXVI Международном научном симпозиуме имени академика М. А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр», Томск, 2022 и XI Международной научно-практической конференции «Развитие урановой и редкометалльной промышленности», посвященной 75-летию Ульбинского металлургического завода, Алматы, 2024.
Материалы исследования, результаты моделирования и разработки режимов выщелачивания, сформированные на их основе, подтверждены актами внедрения в АО «НАК «Казатомпром», прошли процедуру государственной экспертизы в Национальном Институте Интеллектуальной собственности, подтвердившей научную новизну и значимость исследования, и являются объектами авторского права.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии в реализации геоэлектрических методов исследования на месторождениях Чу-Сарысуйской урановорудной провинции, интерпретации данных осциллограмм, создании каротажных диаграмм, статистической обработке и интерпретации полученных результатов. Написание текста, формулировка основных положений и осуществление моделирования выполнялись автором по плану, согласованному с научным руководителем.
Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 161 страница состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 107 наименований, содержит 32 рисунка, 44 таблицы, 10 приложений.
Благодарности. Автор выражает огромную благодарность научному руководителю, д.г.-м.н., профессору отделения геологии Язикову Егору Григорьевичу за всестороннюю поддержку и помощь в написании диссертации. Большую признательность автор выражает коллективу АО «НАК Казатомпром» и АО «Волковгеология» за организацию производственной практики, помощь в сборе и интерпретации фактологического материала, организацию апробации результатов исследования. Автор признателен за помощь коллективу отделения геологии ИШПР ТПУ. Отдельную благодарность автор выражает родным и близким за поддержку и веру во время проведения исследований и написания диссертационной работы.
Данный способ освоения урановорудных запасов имеет ряд неоспоримых преимуществ, включая низкую себестоимость и экологическую безопасность. Но подземное скважинное выщелачивание предполагает оценку исходных геологических параметров, мониторинг растекания технологических растворов в рудовмещающей толще и изменения породы на достаточно больших глубинах в условиях непрерывности технологического процесса. Кроме того, процесс вскрытия рудного тела и извлечения урана при подземном скважинном выщелачивании усложняет получение керна, которое, как правило, возможно произвести только на наблюдательных скважинах. Неверная оценка динамики и масштабов растекания технологических растворов чревата снижением коэффициента извлечения руды, и, как следствие, общей рентабельности производства.
Применение геоэлектрических методов исследования скважин в условиях подземного скважинного выщелачивания, является наиболее полным источником информации для мониторинга движения жидкости в продуктивной толщи и изменения породы в околорудном пространстве. В числе данных методов особенно эффективен метод индукционного каротажного зондирования. Данный метод, основанный на получении информации об электропроводности породы, имеет ряд неоспоримых преимуществ, и в первую очередь это возможность мониторинга изменения фильтрационных свойств, что позволяет проводить селективную исследовательскую и оптимизационную работу. В силу прямой корреляции между проницаемостью и электропроводностью пород в условиях ПСВ, индукционный каротаж лишен большинства ограничений и недостатков, присущих другим методам геофизических исследований. Кроме того, аппаратура индукционного каротажа может быть, с незначительными затратами на модификацию, использована в условиях морфолитологической осложненности, то есть подстроена под конкретный текстурно-структурный тип месторождения.
Тем не менее, несмотря на неоспоримые преимущества, на современном этапе индукционный каротаж не используется как стандартный метод мониторинга движения жидкости в продуктивном пласте при отработке урановых руд. Таким образом, вопрос совершенствования мониторинга и моделирования движения жидкостей на основании изменения факторов проницаемости пород в процессе извлечения руды является основополагающим и крайне актуальным условием дальнейшего развития отрасли, что определило выбор темы исследования и ее актуальность.
Степень разработанности темы. На слабое использование индукционного каротажа оказывает влияние и систематическая нехватка научно-прикладных исследований данного вопроса несмотря на то, что небольшое количество работ, посвященных перспективам применения индукционного зондирования, все же имеются. В частности, вопросы, посвященные исследованию методом индукционного каротажа факторов проницаемости в условиях отработки урановых руд на пластово-инфильтрационных месторождениях, рассматривались в исследованиях Швецова М.С. (1958), Антонова Ю.Н. (2015), Ратникова И.Б. (2016), Мендыгалиева А.А., Селезневой В.Ю., Язикова Е.Г., Бекботаевой А.А. (2020) и др. Возможности применения электрофациальной диагностики для изучения факторов проницаемости: фильтрации, пористости и типа пористости исследованы в трудах Кудрявцева Ю.И. (1960), Даева Д.С. (1969), Антонова Ю.Н. (1971-1979), Бастрикова С.Н. (2010), Ягофарова А.К. (2013), Ратушняка А.Н. (2017), Неволина А.П. (2019), Ратникова И.Б. (2019), Легавко Д. А. (2020) и др.
Вопросы применения индукционного каротажа в условиях гидрологической и литологической осложенности рассматривались в работах Теплухина В.К. (2016), Эпова М.И. (2016), Ратушняка А.Н. (2017), Миронцова Н.Л. (2017), Мендыгалиева А.А. (2020) и др. Проблемы моделирования геологической среды и динамических процессов в условиях ПСВ по данным индукционного каротажа, в том числе в комплексе геофизических методов, освещаются в трудах Аузина А. А. (2010), Канцеля А.А. (2010), Мосина А.П., Могилатова В.С. (2015), Антонова Ю.Н. (2015), Муравиной О. М., Оракбаева Е.Ж. (2019), Никитенко М. И. (2021) и др.
Отдельные вопросы мониторинга проницаемости в процессе извлечения руды рассмотрены в трудах Коскова В.Н. (2007), Шемелиной О.В. (2010), Алибаевой К.А. (2013), Темирхановой Р.Г. (2017), Сыхимбай Ж. (2020), Вильмиса А.Л. (2021) и др.
В то же время, вопрос совершенствования мониторинга и моделирования движения жидкостей на основании изменения факторов проницаемости пород в процессе извлечения руды является основополагающим и крайне актуальным условием дальнейшего развития отрасли, что определило выбор темы исследования и ее актуальность.
Объектом исследования выступают месторождения Инкай и Моинкум, приуроченные к зонам пластового окисления Чу-Сарысуйской урановорудной провинции Казахстана, а предметом исследования - данные обследования скважинного пространства по результатам индукционного каротажа.
Целью работы является выявление факторов проницаемости горных пород и применение индукционного каротажа в условиях зон пластового окисления урановых месторождений для отработки руд на примере месторождений Инкай и Моинкум Чу-Сарысуйской урановорудной провинции.
В соответствии с целью исследования были поставлены следующие задачи: 1) дать оценку факторов проницаемости горных пород на месторождениях пластовоинфильтрационного типа и определить их влияние на постановку индукционного каротажа в условиях отработки урановых руд; 2) проанализировать, опираясь на данные индукционного каротажа, зависимость факторов проницаемости горных пород и электропроводности руд, отрабатываемых методом ПСВ на месторождениях зон пластового окисления с петрофизической и морфологической осложненностью; 3) выявить текстурно-структурные типы и их влияние на мониторинг движения растворов методом индукционного каротажа в продуктивных пластах; 4) осуществить моделирование оптимальных параметров режима выщелачивания в условиях отработки рудных тел на основании зависимости данных индукционного каротажа от типа проницаемости пород.
Фактический материал и методы исследования. Основу диссертационной работы составляет фактический материал, собранный, подготовленный и обработанный непосредственно автором и при его участии в ходе комплексных геофизических исследований в период с 2017 по настоящее время. Работы выполнялись при организационной и информационной поддержке компании АО «Волковгеология» при сотрудничестве с персоналом компании АО «НАК «Казатомпром». В ходе исследования было изучено в целом 38 скважин технологического блока Х месторождения Инкай и технологического блока Y месторождения Моинкум, общий километраж которых составил порядка 11 400 метров. Всего по месторождению Моинкум было проанализировано 19 скважин с общей протяженностью скважинного пространства в 6 270 м. По месторождению Инкай проанализировано 19 скважин с общей протяженностью скважинного пространства в 5 130 м. В качестве объектов моделирования в дальнейшем были отобраны 4 скважины по месторождению Инкай и 4 скважины по месторождению Моинкум, что составило порядка 3 200 метров обследованного скважинного пространства. Скважины для моделирования были отобраны по принципу максимальной полноты и репрезентативности данных, а также исходя из расположения скважин на достаточном отдалении на территории участков, что позволило выявить общие закономерности распределения факторов проницаемости, характерные для исследуемых участков. По месторождению Моинкум протяженность пространства скважин, охваченного моделированием, составила 1 760 метров, по месторождению Инкай - 1 440 м. Объекты моделирования охватывают треть всего проанализированного скважинного пространства.
Методология исследования включает комплекс геофизических, физико-математических, математико-статистических методов получения, анализа, интерпретации и моделирования данных по геологическому разрезу. Геофизические методы включают: индукционное каротажное зондирование, каротаж сопротивлений, каротаж прямой собственной поляризации, термометрию, кавернометрию, токовый каротаж, гамма-каротаж. Анализ геофизических данных произведен с использованием пометодной интерпретации, корреляции каротажных данных. Математико-статистические методы включают анализ ANOVA, корреляционный, регрессионный анализ (методом наименьших квадратов). Физико-математическое моделирование произведено с использованием многокомпонентной модели, включающей решение системы уравнений гидромеханики и гидродинамики.
Инструментальное обеспечение обработки данных составили программные среды Excel, Matcad, Statistica, SPSS, Curve Editor, LibreCad. Аппаратное обеспечение представлено однозондовым трехкатушечным прибором ИК-42М с размером между приемной и излучающей катушкой 0,5 м. Использовался также аналоговый прибор ПИК-50 с рабочей частотой 150 кГц и разрешающей способностью в пределах 0-2000 мСим/м. Кавернометрическое зондирование проводилось прибором СПК-01, а термометрия прибором ЭТС-10У, КТ-42М, ТР-43, прибор гамма и электро-каротажа КСП-ГК-43. Каротажные исследования получены с использованием цифровой каротажной станции «Вулкан V3».
Научная новизна работы: 1) выявлены новые факторы проницаемости горных пород в условиях постановки индукционного каротажа на месторождениях урана, отрабатываемых методом ПСВ; 2) впервые проанализирован и описан характер зависимости факторов проницаемости и электропроводности руд, отрабатываемых методом ПСВ на месторождениях зон пластового окисления с петрофизической и морфологической осложненностью геологического разреза; 3) разработана авторская модель мониторинга и оптимизации движения технологических растворов в ходе отработки методом ПСВ урановорудных залежей на месторождениях пластово-инфильтрационного типа на основании прямой зависимости данных индукционного каротажа от факторов проницаемости горных пород; 4) впервые произведено моделирование движения в продуктивном пласте в условиях отработки рудных тел и разработана модель мониторинга с учетом оптимизации режима выщелачивания на основании данных индукционного каротажа на основе выявленных и описанных текстурно-структурных типов рудовмещающих пород месторождений Чу-Сарысуйской провинции (месторождения Инкай и Моинкум).
Положения, выносимые на защиту
1. Установлено, что на урановых месторождениях пластово-инфильтрационного типа величина электропроводности от 100 до 500 мСим/м для Инкай и от 180 до 500 мСим/м для Моинкум наиболее эффективна в рудных интервалах и находится в прямой зависимости от факторов проницаемости горных пород. Качество мониторинга движения растворов в продуктивном пласте методом ИК имеет прямую зависимость от ключевых факторов проницаемости рудовмещающих пород и осложняется при применении стандартной частоты прибора ИК при наличии высокослоистых пропластков.
2. Для урановых месторождений Инкай и Моинкум по степени однородности показателей электропроводности рудовмещающих пород выявлены три текстурно-структурных типа проницаемости. Опираясь на доказанную зависимость электропроводности от факторов проницаемости горных пород, текстурно-структурные типы месторождений Инкай и Моинкум по равномерности показателей электропроводности разделены на высокодифференцированные, дифференцированные и однородные.
3. Разработанная модель и результаты моделирования движения растворов на месторождениях Инкай и Моинкум с использованием пространственного и количественного показателей растекания жидкости доказывают эффективность селективного моделирования и оптимизации режима выщелачивания с учетом текстурно-структурных типов на основании данных индукционного каротажа.
Практическая и теоретическая значимость работы. Разработанная модель для мониторинга и моделирования движения жидкостей в продуктивном пласте, опирающаяся на данные индукционного каротажа, может быть использована на гидрогенных месторождениях с различными текстурно-структурными типами, а также в условиях морфолитологической осложненности. Результаты исследования могут быть использованы как для дальнейшего развития применения индукционного каротажа на гидрогенных месторождениях, так и в качестве теоретико-методологической основы изучения закономерностей изменения проницаемости и ее отражения на диаграммах индукционного каротажа. Достигнутые результаты подтверждают научную и практическую ценность работы, а также возможность их применения для решения задач разработки урановых месторождений пластово-инфильтрационного типа в сложных геологических условиях. Материалы подтверждены актами внедрения в АО «НАК «Казатомпром», прошли процедуру государственной экспертизы в Национальном Институте Интеллектуальной собственности и являются объектами авторского права.
Достоверность и апробация результатов работы. Достоверность исследований обусловлена тем, что для моделирования выбраны скважины по принципу максимальной полноты и репрезентативности данных. Степень достоверности обеспечивается высоким техническим уровнем применяемого оборудования при проведении геофизических методов в скважинах, обработке и интерпретации полученного материала, а также внедрением полученных автором моделей на производстве, что позволило оптимизировать процессы подземного скважинного выщелачивания, повысив точность прогнозирования движения растворов, а также улучшить контроль за разработкой продуктивных пластов.
Основные материалы исследования представлены в 9 опубликованных работах, из них 2 - в изданиях, цитируемых в базах данных SCOPUS и/или Web of Science и 2 - в изданиях, ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК, 4 публикации в материалах конференций и получено авторское свидетельство РК. Основные положения и результаты работы докладывались на V Международном симпозиуме «Уран: геология, ресурсы, производство», Москва, 2021, XXVI Международном научном симпозиуме имени академика М. А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр», Томск, 2022 и XI Международной научно-практической конференции «Развитие урановой и редкометалльной промышленности», посвященной 75-летию Ульбинского металлургического завода, Алматы, 2024.
Материалы исследования, результаты моделирования и разработки режимов выщелачивания, сформированные на их основе, подтверждены актами внедрения в АО «НАК «Казатомпром», прошли процедуру государственной экспертизы в Национальном Институте Интеллектуальной собственности, подтвердившей научную новизну и значимость исследования, и являются объектами авторского права.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии в реализации геоэлектрических методов исследования на месторождениях Чу-Сарысуйской урановорудной провинции, интерпретации данных осциллограмм, создании каротажных диаграмм, статистической обработке и интерпретации полученных результатов. Написание текста, формулировка основных положений и осуществление моделирования выполнялись автором по плану, согласованному с научным руководителем.
Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 161 страница состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 107 наименований, содержит 32 рисунка, 44 таблицы, 10 приложений.
Благодарности. Автор выражает огромную благодарность научному руководителю, д.г.-м.н., профессору отделения геологии Язикову Егору Григорьевичу за всестороннюю поддержку и помощь в написании диссертации. Большую признательность автор выражает коллективу АО «НАК Казатомпром» и АО «Волковгеология» за организацию производственной практики, помощь в сборе и интерпретации фактологического материала, организацию апробации результатов исследования. Автор признателен за помощь коллективу отделения геологии ИШПР ТПУ. Отдельную благодарность автор выражает родным и близким за поддержку и веру во время проведения исследований и написания диссертационной работы.
В результате реализации цели и задач исследования были изучены современные подходы к применению индукционного каротажа, интерпретации и анализу данных, а также его использовании как инструмента моделирования гидродинамических и гидромеханических процессов в продуктивном пласте. На основании произведенного комплекса геофизических исследований с применением индукционного каротажа на месторождениях урана пластовоинфильтрационного типа Чу-Сарысуйской урановорудной провинции были получены достоверные исходные данные, которые позволили выявить закономерности влияния факторов проницаемости на данные индукционного каротажа. В свою очередь, это позволило выявить типологию тестурно-структурных типов месторождений, разработать и адаптировать модель движения жидкостей в продуктивном пласте с учетом особенностей проницаемости.
В результате анализа данных по ИК, КС, ГМ, ПС, ТМ и ТК, было выявлено, что в условиях существенной литологической, морфологической и петрофизической осложненностью, наряду с влиянием гидродинамического режима как естественного, так и техногенного происхождения, по КС плохо дифференцируются зоны фактического растекания раствора в высоко водопроводных материалах, слагающих рудовмещающие толщи. В то же время, высокодифференцированные показатели проводности скважинного и околоскважинного пространства благодаря наличию тонких прослоев несколько ограничивают и применения ИК, что в прочем решается путем повышения частоты аппаратуры (использованием ВИКИЗ).
Большинство стандартных аппаратов индукционного каротажа на пластовоинфильтрационных месторождениях позволяют дифференцировать электрофациальную картину скважины при диапазоне удельного сопротивления пород от 0 до 500 Ом*м. В то же время, комбинация в высокочастотным индукционным каротажем позволяет дифференцировать высокоомные тонкослоистые среды, что повышает точность дифференцировки пород вплоть до долей метра. В то же время, при однородном текстурно-структурном типе ПС дает смазанную картину при мониторинге растекания растворов.
На месторождении Моинкум рудовмещающие толщи более однородны по фильтрационным свойствам, текстурно-структурным качествам, что объясняет невысокий по сравнению с месторождением Инкай разброс каротажных данных. Выдержанность рудоносной толщи месторождения Моинкум создает достаточно монотонную картину по каротажным данным, но в силу своей равномерности, любые изменения техногенного характера достаточно легко дифференцируются при последующих исследованиях скважин.
Кроме того, на месторождении Инкай отмечается наличие прослоев с запредельным значением электропроводности свыше 500 Ом*м для постановки индукционного каротажа с рабочей частотой используемой аппаратуры (ПИК-50) в пределах 150 кГц. Это объясняется присутствием глинистых обводненных линз, практически непроницаемых сложенных монтмориллонитами и каолинитами, а также участков цементации с примесью кварцитов в пределах интервалов закисления.
На месторождении Моинкум рудовмещающие толщи более выдержаны по текстурноструктурным качествам, что обеспечивает хорошую дифференцировку по данным индукционного каротажа и дает возможность лучше отслеживать движение технологических растворов, область растекания которых отчетливо проявляется в динамике каротажных данных участками с повышением проницаемости. На месторождении Моинкум участки с резко отличными от репера петрофизическими свойствами практически не представлены. Изменение литологической и петрофизической картины прослеживается плавно, вертикально, по мере углубления наблюдаются чередование песков с разной зернистостью, однако, в целом определяемых диапазоном в 95-180 мСим/м и удельным сопротивлением до 360 Ом*м.
Кроме того, в виду различий в текстурно-структурных свойствах и литологостратиграфическом профиле, на месторождениях несколько отличается режим работ скважинного комплекса. Так, на месторождении Моинкум дисперсный характер оруденения определил использование сернокислого раствора с концентрацией 13-17 кг/т, в то время как на месторождении Инкай концентрация существенно ниже: 5- 13 кг/т.
Скорость фильтрации на месторождении Моинкум составляет порядка 7-15 м3/ч. Достигая по отдельным скважинам 54 м3/ч. На месторождении Инкай средняя скорость фильтрации составляет 4-7 м3/ч. Различия в скоростях фильтрации не только определен рабочими режимами производственных фондов, адаптированных к уникальным условиям месторождений, но и предопределяют интенсивность растекания и массопереноса.
При этом, на месторождении Моинкум картина растекания растворов на каротажных диаграммах дифференцируется более четко и позволяет хорошо выделять интервалы растекания растворов и области вторичного (техногенного) рудогенеза. Очевидно, что на месторождении Моинкум характерна вертикальная анизотропия, а для месторождения Инкай - вертикальногоризонтальная.
Для определения возможности использования индукционного каротажа как средства мониторинга растекания технологических растворов также целесообразно определить степень анизотропии в каждом отдельном случае, в зависимости от текстурно-структурного типа. Ключевым критерием оценки в данном случае может служить выдержанность пород по показателям индукционного каротажа, или сплошность пород.
Так, для месторождения Моинкум анизотропию в виду выдержанности и сплошности можно охарактеризовать как слабо выраженную. Для месторождения Инкай очевидно наличие ярко выраженной анизотропии по вертикали и возможно - менее выраженной, но существенной по горизонтали. Соответствующие исходные условия создают различные предпосылки для степени дифференцировки и ее точности при анализе растекания технологических растворов в каждом из рассматриваемых случаев. Причина данного явления кроется в различии в кажущихся удельных электропроводностях пород при их водонасыщении и изменении фильтрационных свойств. Данные селективные решения сформированы на основании разработанной модели определения текстурно-структурного типа по данным индукционного каротажа. Результаты моделирования предложенных режимов выщелачивания, оптимизированных с точки зрения степени литологической и петрофизикохимической неоднородности, убедительно доказывают, что формирование прогнозируемого контура закисления, а также моделирование оптимального режима выщелачивания являются весомыми факторами продуктивной отработки месторождения. В зависимости от текстурно-структурного типа целесообразно регулировать параметры закачки раствора и его физико-химические свойства, исходя из возможностей и условий кинетики выщелачивания, которые определены петрофизикохимическими и текстурноструктурными свойствами пород и определяют потенциал инфильтрационного вторичного рудогенеза в пределах рудоносной толщи.
Так, на месторождении Инкай сложная литолого-фациальная обстановка, неоднородность рудовмещающих пород по фильтрационным свойствам, а также наличие пропластков с низкой проницаемостью, кавернозность отдельных участков предполагает необходимость интенсификации режима выщелачивания, как по термобарическим, так и по химическим условиям. Повышение температуры и рабочего давления (даже незначительное), дает возможность повышения площади охваченной диффузным процессом за счет выщелачивания из порово-трещинового каркаса слабопроницаемых пород хорошо растворимого минерала. Одновременно повышение концентрации серной кислоты позволит также охватить слабопроницаемые породы.
Для месторождения Моинкум оптимизационные решения сформированы с учетом несколько иной геолого-физической обстановки. В условиях месторождения Моинкум наибольший риск снижения продуктивности выщелачивания и одновременно - наибольший интерес с позиции повышения объема балансовых руд представляет процесс техногенного рудогенеза на ниже лежащих интервалах, который протекает достаточно интенсивно, в связи с высокими скоростями фильтрации, используемыми в условиях дисперсного и бедного оруденения.
Тем не менее, в сочетании с высокой в целом и однородной проницаемостью хорошо отсортированных песчаников, высокие скорости создают благоприятные условия для непродуктивного массопереноса в нижележащие слои. Существенное снижение скорости фильтрации может привести к снижению площади диффузии раствором и снизить концентрации урана на дебете, либо вовсе сформировать не выщелоченные участки. Поэтому, для месторождения Моинкум рекомендовано незначительное снижение скорости фильтрации в пределах оптимальных диапазонов в сочетании с увеличением вязкости раствора. Это позволит снизить скорости массопереноса в нижележащие слои и увеличить площадь охвата руды диффузными процессами, тем самым увеличив концентрацию на дебете в силу снижения объемов массопереноса в нижележащие прослои.
Типологизация и селективный учет параметров выщелачивания на основе предложенной модели может быть достаточно легко адаптированы и использованы для повышения эффективности процесса отработки руд на месторождениях с различной степенью осложненности за счет разработанного коэффициента однородности.
В результате анализа данных по ИК, КС, ГМ, ПС, ТМ и ТК, было выявлено, что в условиях существенной литологической, морфологической и петрофизической осложненностью, наряду с влиянием гидродинамического режима как естественного, так и техногенного происхождения, по КС плохо дифференцируются зоны фактического растекания раствора в высоко водопроводных материалах, слагающих рудовмещающие толщи. В то же время, высокодифференцированные показатели проводности скважинного и околоскважинного пространства благодаря наличию тонких прослоев несколько ограничивают и применения ИК, что в прочем решается путем повышения частоты аппаратуры (использованием ВИКИЗ).
Большинство стандартных аппаратов индукционного каротажа на пластовоинфильтрационных месторождениях позволяют дифференцировать электрофациальную картину скважины при диапазоне удельного сопротивления пород от 0 до 500 Ом*м. В то же время, комбинация в высокочастотным индукционным каротажем позволяет дифференцировать высокоомные тонкослоистые среды, что повышает точность дифференцировки пород вплоть до долей метра. В то же время, при однородном текстурно-структурном типе ПС дает смазанную картину при мониторинге растекания растворов.
На месторождении Моинкум рудовмещающие толщи более однородны по фильтрационным свойствам, текстурно-структурным качествам, что объясняет невысокий по сравнению с месторождением Инкай разброс каротажных данных. Выдержанность рудоносной толщи месторождения Моинкум создает достаточно монотонную картину по каротажным данным, но в силу своей равномерности, любые изменения техногенного характера достаточно легко дифференцируются при последующих исследованиях скважин.
Кроме того, на месторождении Инкай отмечается наличие прослоев с запредельным значением электропроводности свыше 500 Ом*м для постановки индукционного каротажа с рабочей частотой используемой аппаратуры (ПИК-50) в пределах 150 кГц. Это объясняется присутствием глинистых обводненных линз, практически непроницаемых сложенных монтмориллонитами и каолинитами, а также участков цементации с примесью кварцитов в пределах интервалов закисления.
На месторождении Моинкум рудовмещающие толщи более выдержаны по текстурноструктурным качествам, что обеспечивает хорошую дифференцировку по данным индукционного каротажа и дает возможность лучше отслеживать движение технологических растворов, область растекания которых отчетливо проявляется в динамике каротажных данных участками с повышением проницаемости. На месторождении Моинкум участки с резко отличными от репера петрофизическими свойствами практически не представлены. Изменение литологической и петрофизической картины прослеживается плавно, вертикально, по мере углубления наблюдаются чередование песков с разной зернистостью, однако, в целом определяемых диапазоном в 95-180 мСим/м и удельным сопротивлением до 360 Ом*м.
Кроме того, в виду различий в текстурно-структурных свойствах и литологостратиграфическом профиле, на месторождениях несколько отличается режим работ скважинного комплекса. Так, на месторождении Моинкум дисперсный характер оруденения определил использование сернокислого раствора с концентрацией 13-17 кг/т, в то время как на месторождении Инкай концентрация существенно ниже: 5- 13 кг/т.
Скорость фильтрации на месторождении Моинкум составляет порядка 7-15 м3/ч. Достигая по отдельным скважинам 54 м3/ч. На месторождении Инкай средняя скорость фильтрации составляет 4-7 м3/ч. Различия в скоростях фильтрации не только определен рабочими режимами производственных фондов, адаптированных к уникальным условиям месторождений, но и предопределяют интенсивность растекания и массопереноса.
При этом, на месторождении Моинкум картина растекания растворов на каротажных диаграммах дифференцируется более четко и позволяет хорошо выделять интервалы растекания растворов и области вторичного (техногенного) рудогенеза. Очевидно, что на месторождении Моинкум характерна вертикальная анизотропия, а для месторождения Инкай - вертикальногоризонтальная.
Для определения возможности использования индукционного каротажа как средства мониторинга растекания технологических растворов также целесообразно определить степень анизотропии в каждом отдельном случае, в зависимости от текстурно-структурного типа. Ключевым критерием оценки в данном случае может служить выдержанность пород по показателям индукционного каротажа, или сплошность пород.
Так, для месторождения Моинкум анизотропию в виду выдержанности и сплошности можно охарактеризовать как слабо выраженную. Для месторождения Инкай очевидно наличие ярко выраженной анизотропии по вертикали и возможно - менее выраженной, но существенной по горизонтали. Соответствующие исходные условия создают различные предпосылки для степени дифференцировки и ее точности при анализе растекания технологических растворов в каждом из рассматриваемых случаев. Причина данного явления кроется в различии в кажущихся удельных электропроводностях пород при их водонасыщении и изменении фильтрационных свойств. Данные селективные решения сформированы на основании разработанной модели определения текстурно-структурного типа по данным индукционного каротажа. Результаты моделирования предложенных режимов выщелачивания, оптимизированных с точки зрения степени литологической и петрофизикохимической неоднородности, убедительно доказывают, что формирование прогнозируемого контура закисления, а также моделирование оптимального режима выщелачивания являются весомыми факторами продуктивной отработки месторождения. В зависимости от текстурно-структурного типа целесообразно регулировать параметры закачки раствора и его физико-химические свойства, исходя из возможностей и условий кинетики выщелачивания, которые определены петрофизикохимическими и текстурноструктурными свойствами пород и определяют потенциал инфильтрационного вторичного рудогенеза в пределах рудоносной толщи.
Так, на месторождении Инкай сложная литолого-фациальная обстановка, неоднородность рудовмещающих пород по фильтрационным свойствам, а также наличие пропластков с низкой проницаемостью, кавернозность отдельных участков предполагает необходимость интенсификации режима выщелачивания, как по термобарическим, так и по химическим условиям. Повышение температуры и рабочего давления (даже незначительное), дает возможность повышения площади охваченной диффузным процессом за счет выщелачивания из порово-трещинового каркаса слабопроницаемых пород хорошо растворимого минерала. Одновременно повышение концентрации серной кислоты позволит также охватить слабопроницаемые породы.
Для месторождения Моинкум оптимизационные решения сформированы с учетом несколько иной геолого-физической обстановки. В условиях месторождения Моинкум наибольший риск снижения продуктивности выщелачивания и одновременно - наибольший интерес с позиции повышения объема балансовых руд представляет процесс техногенного рудогенеза на ниже лежащих интервалах, который протекает достаточно интенсивно, в связи с высокими скоростями фильтрации, используемыми в условиях дисперсного и бедного оруденения.
Тем не менее, в сочетании с высокой в целом и однородной проницаемостью хорошо отсортированных песчаников, высокие скорости создают благоприятные условия для непродуктивного массопереноса в нижележащие слои. Существенное снижение скорости фильтрации может привести к снижению площади диффузии раствором и снизить концентрации урана на дебете, либо вовсе сформировать не выщелоченные участки. Поэтому, для месторождения Моинкум рекомендовано незначительное снижение скорости фильтрации в пределах оптимальных диапазонов в сочетании с увеличением вязкости раствора. Это позволит снизить скорости массопереноса в нижележащие слои и увеличить площадь охвата руды диффузными процессами, тем самым увеличив концентрацию на дебете в силу снижения объемов массопереноса в нижележащие прослои.
Типологизация и селективный учет параметров выщелачивания на основе предложенной модели может быть достаточно легко адаптированы и использованы для повышения эффективности процесса отработки руд на месторождениях с различной степенью осложненности за счет разработанного коэффициента однородности.