BR102012013521A2 - Método de exploração de sais de potássio a partir de um depósito subterrâneo - Google Patents
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Abstract
MÉTODO DE EXPLORAÇÃO DE SAIS DE POTÁSSIO A PARTIR DE UM DEPÓSITO SUBTERRÂNEO. A presente invenção refere-se a um método de exploração mineral e, mais especificamente, a um método para extração de sais de potássio a partir de depósitos subterrâneos. No método de acordo com a presente invenção, uma etapa intermediária é realizada entre as tepas de mineração primária e mineração secundária, sendo que nessa etapa intermediária são criados suidouros (8) que recebem o fluido imiscível com água (9) utilizado na etapa de mineração primária, expondo uma quantiddae de cloreto de potássio remanescente no teto da caverna, ao final da etapa de mineração primária, a quel será dissolvida por um segundo solvente durante a etapa de mineração secundária.
Description
"MÉTODO DE EXPLORAÇÃO DE SAIS DE POTÁSSIO A PARTIR DE UM DEPÓSITO SUBTERRÂNEO ".
Campo da Invenção A presente invenção refere-se a um método de exploração mineral e, mais especificamente, a um método aperfeiçoado para a extração de sais de potássio de depósitos subterrâneos.
Fundamentos da Invenção O potássio ocorre na natureza em depósitos minerais de cloreto de potássio (silvita) estreitamente associado com cloreto de sódio (halita), formando misturas mecânicas na forma de depósitos de sais solúveis (silvinita) que formam “capas” ou “mantos” de diferentes proporções de cloreto de potássio e cloreto de sódio.
Os depósitos minerais de cloreto de potássio e cloreto de sódio normalmente contêm outras substâncias, tais como argilas e sais (sulfato de cálcio, sulfato de magnésio, cloreto de magnésio), e são profundos, muitas vezes superando 1.200 metros abaixo da superfície.
Os depósitos são conhecidos como depósitos evaporíticos e constituem as fontes mais importantes de sais de potássio. Esses sais são muito solúveis em água e podem ser explorados com facilidade através de técnicas de dissolução.
Um dos métodos de exploração dos depósitos evaporíticos é conhecido como “Exploração por dissolução”, onde um solvente é injetado na “capa” de sais solúveis através de um primeiro poço e a salmoura produzida é recuperada através de um segundo poço. O solvente utilizado pode ser água, uma solução aquosa diluída de cloreto de potássio, uma solução aquosa diluída de cloreto de sódio, uma solução aquosa diluída de cloreto de sódio e cloreto de potássio, ou qualquer outra solução capaz de dissolver, de forma seletiva ou não, o cloreto de potássio (silvita) presente no minério.
Durante a execução do método, é desenvolvida uma caverna subterrânea e o controle da formação da caverna é feito através da injeção de um líquido imiscível com água. Esse líquido pode ser, por exemplo, um óleo mineral, ar, nitrogênio, outro gás inerte, ou qualquer outro fluido com densidade menor do que a da água na temperatura de execução do processo. O fluido imiscível cria uma interface entre o solvente e o “teto” da caverna que impede a dissolução do teto e permite que a caverna cresça lateralmente pela atuação do solvente injetado. O desenvolvimento lateral (ou horizontal) da caverna continua até que a capa de minério seja adequadamente minada e enquanto o teto da caverna esteja estável.
Uma vez esgotado o desenvolvimento horizontal, inicia-se o desenvolvimento vertical da caverna. Para tanto, eleva-se o ponto de injeção do solvente, e controla-se a injeção de fluido imiscível para a estabilização do novo teto. Assim, através de sucessivos “cortes” horizontais na capa de cloreto de potássio a ser minada, o desenvolvimento vertical da caverna é realizado. O documento norte-americano n°. US 4,192,555 mostra um método de exploração do estado da técnica. Nesse método, um solvente aquoso saturado em relação a cloreto de sódio e não saturado em relação ao cloreto de potássio é alimentado a um depósito subterrâneo de minério de cloreto de potássio, de modo que o cloreto de potássio é dissolvido e recuperado. Um fluido isolante é injetado na caverna de modo a formar uma proteção de teto e permitir o desenvolvimento lateral da caverna e os processos de desenvolvimento horizontal e desenvolvimento vertical ocorrem substancialmente como descrito acima. O documento norte-americano n°. US 4, 290,650 mostra um outro método de exploração do estado da técnica, onde duas cavidades de exploração subterrâneas são conectadas para a formação da caverna.
Durante a formaçáo das cavidades, a injeção de solvente e a recuperação da salmoura se dão através do poço único associado a cada cavidade. Assim, cada um dos poços compreende uma tubulação de entrada de solvente e uma tubulação de saída de salmoura. O método de exploração por dissolução de cloreto de potássio compreende duas fases de produção: uma fase contínua de “mineração primária”, onde extração de cloreto de sódio e cloreto de potássio é realizada pela injeção contínua de água, e uma fase descontínua ou mineração por lotes (“mineração secundária” ou “mineração seletiva”), que ocorre em continuação à mineração primária, e onde o cloreto de potássio é seletivamente extraído, pela injeção de uma solução sub-saturada em cloreto de potássio e saturada em cloreto de sódio, limitando a dissolução de cloreto de sódio adicional. A mineração secundária ocorre principalmente nas paredes da caverna, dando continuidade ao desenvolvimento horizontal. A taxa de produção (medida em toneladas/ horas) da mineração seletiva é menor do que taxa de produção da mineração primária, e é mais eficiente em cavernas completamente maduras, com grandes superfícies de dissolução expostas.
Em linhas gerais, uma caverna explorada com um método convencional de mineração por dissolução, cerca de 80% do cloreto de potássio é extraído por mineração primária, enquanto cerca de 20% é extraído por mineração secundária.
Se considerarmos que a exploração por dissolução é realizada de modo horizontal, e que a capa ou manto mineral geralmente apresenta uma pequena inclinação, ao final da mineração primária existe no teto da caverna, porções de halita pura com uma cunha de silvinita. Como tais porções permanecem inacessíveis pelo solvente devido à presença do fluido imiscível, essa cunha de silvinita (e o cloreto de potássio contido na mesma) não é explorada durante a etapa de mineração secundária.
Assim, embora o método descrito acima seja de ampla e comum utilização, permanece a necessidade por um método de exploração capaz elevar a percentagem de extração de cloreto de potássio, principalmente em relação à mineração secundária.
Objetivos da Invenção Em vista do acima exposto, é um dos objetivos da presente invenção prover um método de exploração de sais de potássio que possui uma eficiência superior aos métodos conhecidos da técnica. É outro dos objetivos da presente invenção prover um método de exploração de sais de potássio que alcança uma eficiência superior sem aumentar o impacto ambiental associado à exploração. É ainda outro dos objetivos da presente invenção prover um método de exploração de sais de potássio que permite a extração do cloreto de potássio remanescente no teto da caverna de exploração formada durante a etapa de mineração primária de cloreto de potássio.
Sumário da Invenção A presente invenção atinge os objetivos acima através de um método para exploração de sais de potássio a partir de um depósito subterrâneo, que compreende a injeção, em uma cavidade gerada no depósito subterrâneo, de um solvente aquoso de sal de potássio e de um fluido imiscível com água, através de uma tubulação em um poço em comunicação com a cavidade, e a remoção de uma salmoura com o sal de potássio dissolvido através de uma segunda tubulação em um poço em comunicação com a cavidade, onde a ação do solvente permite a expansão lateral da cavidade para formação de uma caverna e o fluido imiscível com água forma uma interface isolante entre o solvente e o teto da caverna; e a elevação gradual do ponto de injeção do solvente aquoso de sal de potássio e do fluido imiscível com água, de modo a permitir a expansão vertical da caverna de modo controlado, sendo a expansão lateral da caverna repetida a cada elevação vertical da caverna; onde, após a elevação final do ponto de injeção do solvente e da expansão lateral da caverna nesse ponto, ocorre a injeção de água através de orifícios previstos nas tubulações, de modo a formar um sumidouro para a recepção do fluido imiscível com água que então flui do teto da caverna, e a injeção de um segundo solvente para dissolver o sal de potássio exposto depois que o fluido imiscível com água fluiu para os sumidouros.
Em uma concretização do método da presente invenção, as primeira e segunda tubulações podem estar em um mesmo poço. Entretanto, na concretização preferida da invenção, a primeira tubulação está em um primeiro poço e a segunda tubulação está em um segundo poço, sendo que a injeção de água através dos orifícios formados nas tubulações forma um sumidouro no teto ao redor de casa um dos poços.
Em uma concretização preferida da presente invenção, o sal de potássio é cloreto de potássio, o solvente aquoso de cloreto de potássio é água, e o fluido imiscível com água é petróleo cru. Já o segundo solvente é preferencialmente uma solução sub-saturada em cloreto de potássio e saturada em cloreto de sódio.
Ainda na concretização preferida da presente invenção, os sumidouros têm a forma de pequenas cavernas cônicas ou cilíndricas formadas ao redor dos primeiro e segundo poços.
Descrição Resumida dos Desenhos As figuras mostram: Figura 1 - A figura 1 ilustra uma vista esquemática de uma caverna formada durante a exploração de um depósito mineral evaporítico, mostrando o final da etapa primária de exploração mineral; e Figura 2 - A figura 2 ilustra uma vista esquemática de uma caverna formada durante a exploração de um depósito mineral evaporítico, segundo o método de exploração mineral da presente invenção.
Descrição Detalhada da Invenção A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base nos exemplos de exploraçãorepresentados nos desenhos. Embora a descrição detalhada use como exemplo da exploração mineral de cloreto de potássio, deve ser entendido que o método da presente invenção é aplicável a exploração de qualquer sal solúvel de potássio, como, por exemplo, os depósitos de silvinita ou carnalita. A figura 1 mostra uma caverna 1 em uma configuração que corresponde ao estágio final da etapa de mineração primária em um método de exploração de cloreto de potássio mineral (ou seja, em uma configuração que corresponde ao último “corte vertical” durante o desenvolvimento vertical da caverna 1). A fase de mineração de primária do método da presente invenção segue as mesmas etapas do método da técnica anterior, onde um solvente é injetado na “capa” de sais solúveis através de uma tubulação 2 existente em um primeiro poço e a salmoura produzida é recuperada através de uma tubulação 3 existente em um segundo poço. Deve ser ressaltado, entretanto, que o método da presente invenção poderia ser igualmente aplicado em uma exploração baseada em um único poço, onde as tubulações 2 e 3 seriam localizadas dentro de um poço único em comunicação com a cavidade.
Preferencialmente, o solvente utilizado é água, mas qualquer outro tipo de solução aquosa adequada poderia ser utilizado.
Assim, durante o desenvolvimento lateral da caverna, o solvente utilizado dissolve os sais nas paredes expostas da caverna 1, expandindo a cavidade.
Um fluido imiscível 9 é alimentado em conjunto com a água de modo a evitar a dissolução do teto 5 da caverna durante o desenvolvimento lateral. Preferencialmente, o fluido imiscível 9 é petróleo cru, mas qualquer outro tipo de fluido poderia ser utilizado dentro do escopo da presente invenção.
Ainda conforme a técnica anterior, o desenvolvimento vertical da caverna 1 se dá por meio da elevação gradual do teto 5 da caverna, elevando-se gradualmente verticalmente o ponto de injeção do solvente e controlando-se a alimentação de fluido imiscível para a estabilização do novo teto. A figura 1 corresponde, assim, à configuração de última elevação gradual do teto 5 da caverna. Assim, nessa etapa final da mineração primária, o solvente (água) é alimentado à cavidade e dissolve os sais presentes na parede 4 da caverna, sendo a salmoura resultante extraída pela tubulação 3 cuja entrada está localizada próxima ao piso 6 da caverna. O fluido imiscível 9 permanece no teto 5 da caverna, formando uma interface que impede o contato entre o solvente e o teto.
Conforme pode ser visto na figura 2, ao final da mineração primária, uma “cunha” 7 mineral de cloreto de potássio permanece na região do teto da caverna. A formação dessa cunha se deve ao caráter inclinado do manto de mineral.
Assim, para expor essa cunha de mineral 7 e permitir uma maior eficiência da fase de mineração secundária, o método da presente invenção propõe a criação de sumidouros 8 de fluido imiscível. Tais sumidouros 8 são formados nas regiões adjacentes aos poços das tubulações 2 e 3 e têm a forma de pequenas cavernas cônicas. Deve ser notado, entretanto, que as cavernas 8 poderiam ter qualquer outro formato adequado, como, por exemplo, um formato cilíndrico.
Para a formação dos sumidouros 8, as tubulações 2 e 3 são perfuradas de modo a formar orifícios 18 e 19 por onde é injetada a água que dissolverá o material, formando as cavernas cônicas 8. A perfuração é preferencialmente realizada por meio de cargas explosivas, em um procedimento amplamente utilizado na indústria de petróleo e gás. De modo simplificado, os explosivos são abaixados por dentro do poço até o local onde as tubulações devem ser perfuradas, de modo que os jatos de gases oriundos da detonação perfuram as tubulações.
Preferencialmente, a água é injetada pelos orifícios 18 e 19 de modo alternativo, dissolvendo o mineral e criando os volumes que originarão os sumidouros 8.
Assim, na concretização preferida do método da presente invenção, primeiramente injeta-se a água através das perfurações 18 na tubulação 2 e, após um espaço de tempo, injeta-se a água pelas perfurações 19 na tubulação 3. Quando a água é injetada pela tubulação 2, a salmoura é retirada pela tubulação 3 e quando a água é injetada pela tubulação 3, a salmoura é retirada pela tubulação 2. A escolha da água se deve ao caráter do material mineral, já que a água é o melhor agente de dissolução para uma mescla de sais solúveis.
Como o teto 5 da caverna 1 não é absolutamente plano e sim inclinado em direção aos poços, o fluido imiscível 9 migra naturalmente para a região dos sumidouros 8, expondo o teto 5 da caverna 1.
Uma vez exposta a região do teto 5 da caverna, inicia-se a etapa de mineração secundária, e um solvente adequado (por exemplo, uma solução sub-saturada em cloreto de potássio e saturada em cloreto de sódio) é usado para realizar a mineração seletiva do cloreto de potássio remanescente.
Embora em teoria a etapa de mineração primária pudesse ser continuada até a esgotar completamente a cunha de mineral no teto da caverna, esse método levaria à dissolução de uma quantidade adicional de halita (cloreto de sódio, com baixo valor econômico) do teto, o que aumentaria o impacto ambiental do processo.
Com base no método proposto acima, consegue-se expor a cunha de mineral silvinita à ação do solvente na mineração secundária, aumentando a eficiência de extração de cloreto de potássio durante a mineração secundária.
Deve ser entendido que as figuras 1 e 2 mostram exemplos de uma concretização preferida do método da presente invenção, sendo que o real escopo do objeto da invenção encontra-se definido nas reivindicações apensas.
Claims (8)
1. Método para exploração de sais de potássio a partir de um depósito subterrâneo, que compreende a injeção, em uma cavidade gerada no depósito subterrâneo, de um solvente aquoso de sal de potássio e de um fluido imiscível com água (9), através de uma tubulação (2) em um poço em comunicação com a cavidade, e a remoção de uma salmoura com sal de potássio dissolvido através de uma segunda tubulação (3) em um poço em comunicação com a cavidade, onde a ação do solvente permite a expansão lateral da cavidade para formação de uma caverna (1) e o fluido imiscível com água (9) forma uma interface isolante entre o solvente e o teto (5) da caverna; e a elevação gradual do ponto de injeção do solvente aquoso de sal de potássio e do fluido imiscível com água (9), de modo a permitir a expansão vertical da caverna (1) de modo controlado, sendo a expansão lateral da caverna repetida a cada elevação vertical da caverna (1); caracterizado pelo fato de que compreende, após a elevação final do ponto de injeção do solvente aquoso de cloreto de potássio e da expansão lateral da caverna (1) nesse ponto: a injeção de água através de orifícios (18, 19) perfuradosnas tubulações (2,3) de modo a formar um sumidouro (8) no teto da caverna (5) para a recepção do fluido imiscível com água (9) que então flui do teto (5) da caverna; e a injeção de um segundo solvente para dissolver o sal de potássio que é exposto depois que o fluido imiscível com água (9) fluiu para o sumidouro (8).
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira tubulação (2) e a segunda tubulação (3) estão em um mesmo poço.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira tubulação (2) está em um primeiro poço e a segunda tubulação (3) está em um segundo poço, e a injeção de água através dos orifícios (18, 19) formados nas tubulações (2,3) forma um sumidouro (8) ao redor de cada uma das tubulações em cada um dos poços.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sal de potássio é cloreto de potássio.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o solvente aquoso de sal de potássio é água.
6. Método de acordo com a reivindicação 4 ou 5 , caracterizado pelo fato de que o depósito de cloreto de potássio é um depósito de cloreto de potássio associado a cloreto de sódio, e o segundo solvente é uma solução sub-saturada em cloreto de potássio e saturada em cloreto de sódio.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os sumidouros (8) têm a forma de pequenas cavernas cônicas.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os sumidouros (8) têm a forma de pequenas cavernas cilíndricas.
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