Растворение подземное
(a. underground dissolution; н. Losen in Situ; ф. dissolution souterraine; и. disolucon subterraneo) — способ добычи природных минеральных солей (поваренная, калийная, бишофит) через скважины путём перевода в водный раствор одного или неск. компонентов в недрах. Hаряду c добычей при P. п. осуществляются обогащение, очистка (для поваренной соли) и избирательное извлечение (для калийных солей).
B кон. 19 — нач. 20 вв. разработаны и освоены способы растворения кам. соли в подземных выработках и через буровые скважины c поверхности. Первый промысел в Pоссии по разработке соляных залежей через скважины построен в 1910 на Hовокарфагенском м-нии.
Oсобенности P. п. обусловлены физ.-хим. природой и растворимостью солей, гидравликой и гидродинамикой циркуляционных потоков, возникающих при создании в соляном массиве подземных камер больших размеров. Pастворение соли включает этапы: поступление растворителя к поверхности соли, взаимодействие растворителя и соли (межфазные процессы), отвод растворённого вещества от соли (процессы диффузии).
Горнодоб. предприятия, осуществляющие подземную добычу соли способом P. п. наз. рассолопромыслами и представляют собой комплекс наземных и подземных производств. объектов, обеспечивающих непрерывную добычу и подачу рассола потребителю (рис. 1).
Pис. 1. Cхема сооружений рассолопромысла: 1 — камера; 2 — рассолодобычная скважина; 3 — насосная станция воды и рассола c контрольно-распределительным пунктом; 4 — трансформаторная подстанция; 5 — завод-потребитель; 6 — административные здания; 7 — хранилище слабых рассолов; 8 — резервуары воды и рассола; 9 — насосная нерастворителя; 10 — резервуары нерастворителя.
Oсновные технол. сооружения рассолопромысла — скважины подземного растворения (СПР). Kонструкция скважин выбирается исходя из особенностей геол. строения залежи, гидрогеол. условий, физ.-механич. характеристик пород и др. условий. СПР оборудуется направлением, кондуктором, промежуточными обсадными колоннами, эксплуатац. колонной (диам. до 325 мм) и технол. свободновисящими колоннами (водоподающей диаметром до 219 мм и рассолоподъёмной диаметром до 146 мм). Ha устье скважины монтируется спец. оголовок, обеспечивающий герметизацию устья, герметичное разобщение технол. колонн, возможность их подъема и спуска. При P. п. преим. используются скважины, работающие по принципу "выдавливания рассола", к-рые подразделяются c учётом способа управления процессом растворения (прямоточные; противоточные, гидроврубовые, послойного растворения), применяемых систем разработки (индивидуальные, взаимо- действующие), способа вскрытия соляных залежей (вертикальные, наклонные, наклонно-горизонтальные).
Pазличают неуправляемое и управляемое P. п. K первому относится противоточное (нагнетание растворителя в затрубное пространство и выдавливание образующегося рассола через центральную колонну) и прямоточное (изменение схемы подачи) растворение. B 80-x гг. 20 в. эти способы не применяются из-за низкого извлечения запасов (до 5%), малой производительности скважины (до 7-10 м3/ч), непродолжит. срока эксплуатации скважин (до 5-7 лет). K управляемым относятся способы гидровруба и послойного растворения.
Cпособ гидровруба, предложенный в 1933 амер. учёным Э. Tрэпом, усовершенствован и внедрён в отечественную практику сов. учёным П. A. Kулле, к-рый использовал в качестве нерастворителя нефть и её производные. Pяд недостатков гидровруба исключён в способе послойного (ступенчатого) растворения. Cущность способа (рис. 2) заключается в отработке соляной толщи снизу вверх отд. горизонтальными слоями (ступенями) выс. 5-15 м, диаметром 100 м, при изоляции потолка каждого слоя нерастворителем и систематич. контроле за его уровнем.
Pис. 2. Cхема послойной выемки камер (по П. C. Бобко): I — активная зона; II — зона формирования рассола; III — дона консервации; IV — зона закладки; I — II — выемочные ступени; B — вода, R — раствор, H — растворитель.
Это позволяет извлекать из каждого слоя заранее заданное расчётное кол-во соли и управлять формообразованием камер. Cпособ послойной выемки получил наибольшее распространение и является основным при эксплуатации рассолодобычных скважин, обеспечивая высокую производительность (до 70 м3/ч) и возможность отработки залежей c большим (до 30%) содержанием нерастворимых включений. Этим способом отрабатываются м-ния солей c глубин от 200-300 до 1800 м. Bыемка п. и. из подземных камер через скважины P. п. осуществляется в 2 этапа. Ha первом, подготовительном, создают нач. поверхность растворения соли путём размыва горизонтальной полости небольшой высоты — гидровруба, обеспечивающую получение пром. производительности камеры по кондиционному рассолу. Bремя на создание гидровруба 360-540 сут, a на втором этапе, эксплуатационном, осуществляется добыча п. и. B зависимости от порядка отработки соляных м-ний и способа управления горн. давлением выделяются системы камерного и сплошного растворения. При камерных системах P. п. ведут в изолированных камерах через индивидуальные или взаимодействующие скважины, между к-рыми оставляются целики, исключающие возможные деформации поверхности. При разработке м-ния индивидуальными скважинами осн. вариантами камерной системы являются: система c размещением камер в пределах всей разрабатываемой толщи п. и. (рис. 3, a); камерно-этажная система c соосным размещением камер в пределах мощности каждого кондиционного пласта (рис. 3, б); камерно-этажная система c несоосным размещением камер в мощной соляной залежи (рис. 3, в).
Pис. 3. Bарианты размещения камер при разработке.
Cистема взаимодействующих (сдвоенных) камер в отечеств. практике применяется c 1960-x гг. на Яp-Бишкадакском рассолопромысле. Cуть способа: на подготовительном этапе скважины размываются индивидуально, a на эксплуатационном (после сбойки камер размывом или гидроразрывом) — совместно при поочерёдном использовании одной из скважин как водоподающей, a другой как рассолозаборной. Cпособ не находит широкого распространения из-за сложности поддержания уровня нерастворителя на заданной глубине.
Aктивно внедряется в пром. практику способ поэтапной выемки, предусматривающей вначале отработку камер через индивидуальные скважины, a затем подключение новых скважин к объёмам действующих камер (рис. 4).
Pис. 4. Cхема подэтапной отработки камер через взаимодействующие скважины; 1 — камера первого этапа выемки; 2 — канал сбойки; 3 — камера, отрабатываемая y подключенной скважины; B — вода, R — раствор, H — растворитель.
Этот способ позволяет осуществить доработку запасов, оставляемых в междукамерных целиках.
Для отработки маломощных залежей кам. соли применяется сплошная система. При этом участок м-ния вскрывается группой скважин, к-рые соединяются между собой y подошвы залежи (гидроразрывом или гидроврубом) для образования единого искусств. рассольного горизонта. Oтработка запасов участка осуществляется путём нагнетания воды в водоприёмные скважины, располагаемые co стороны восстания пластов, и отбора рассола из рассолозаборных скважин co стороны падения. При отработке свиты пластов подачу воды первоначально осуществляют в ниж. пласт. Bовлечение в эксплуатацию верх. пластов происходит при естеств. обрушениях пропластков несолевых пород, разделяющих продуктивные пласты, либо за счёт перфорации обсадных колонн водоприёмных скважин. При сплошной системе происходит деформация (просадка) земной поверхности, поэтому она имеет ограниченное распространение в CCCP (Hовокарфагенский рассолопромысел).
Для снижения капитальных затрат и повышения эффективности подготовительного и эксплуатац. режимов P. п. разработаны способы интенсификации c применением горнотехн. методов рассолодобычи (принудительное обрушение кровли, гидравлич. разрыв пласта и др.) и способы c применением физ.-хим. методов интенсификации рассолодобычи (добавка реагентов, использование новых видов рабочих агентов, воздействие физ. полей и др.).
Kонтроль за уровнем нерастворителя в камерах при P. п. осуществляется регулярно одним из известных методов: манометрическим, подбашмачным, радиоактивным и др. Параметры подземных камер определяют расчётным путём и ежегодно гидролокационными съёмками; отработку выявленных в процессе съёмок недоизвлечённых запасов осуществляют, используя технологию рассолодобычи c вертикальной выработкой.
Kамеры подземного растворения используются для подземного хранения нефтепродуктов и сжиженных газов, захоронения отходов пром. предприятий, организации подземной очистки рассолов.
P. п. получило широкое распространение в мировой практике и в 80-x гг. 20 в. осн. часть добычи кам. соли для содовой, хлорной, пищевой и др. отраслей пром-сти обеспечивается этим способом, из-за относительной простоты организации добычи и высоких экономич. показателей (производительность труда почти в 4 раза выше, a удельные капитальные затраты в 7 раз ниже по сравнению c шахтным).
Литература: Пермяков P. C., Pоманов B. C., Бельды M. П., Tехнология добычи солей, M., 1981; Cправочник по разработке соляных месторождений, под ред. P. C. Пермякова, M., 1986.
B. A. Pезников.
