PL99224B1 - Sposob podziemnego wytapiania bardzo slabo przepuszczalnych lub nieprzepuszczalnych,pokladowych zloz siarki - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób podziemne¬ go wytapiania siarki z bardzo slabo przepuszczal¬ nych lub nieprzepuszczalnych zlóz pokladowych i jej wydobywanie przy pomocy otworów wiertni¬ czych.

W znanych dotychczas sposobach eksploatacji pokladowych zlóz siarki, za pomoca wytapiania goraca woda, woda tloczona jest pod cisnieniem poprzez otwory eksploatacyjne do zloza. Goraca woda infiltruje w skaly zlozowe nagrzewajac je, co w odpowiednim przedziale temperatur powo¬ duje wytapianie siarki. Nastepnie siarka splywa do otworu, skad odpompowywana jest na po¬ wierzchnie przy pomocy sprezonego powietrza.

Podstawowym warunkiem eksploatacji otworo¬ wej jest mozliwosc przeplywu wody w zlozu. Prze¬ plyw ten uzalezniony jest od warunków hydrogeo¬ logicznych poziomu zlozowego, glównie od wodo- przepuszczalnosci skal zlozowych. Miara wodo- przepuszczalnosci skal zlozowych jest wspólczyn¬ nik filtracji, zmieniajacy sie w zaleznosci od stop¬ nia ich porowatosci, kawernistosci i szczelinowa¬ tosci. Ilosc goracej wody, która moze byc przy okreslonym cisnieniu wtloczona do zloza poprzez otwór eksploatacyjny, zwana chlonnoscia zloza, jest proporcjonalna do wspólczynnika filtracji skal zlozowych. W znanych dotychczas sposobach eksploatacji pokladowych zlóz siarki, skaly zlozo¬ we charakteryzuja sie slaba lub srednia wodoprze- puszczalnoscia, czyli malymi lub srednimi war- tosciami wspólczynnika filtracji (okolo 1 lub kilka m/dobe).

W przypadku skal silnie przepuszczalnych, z duzymi wspólczynnikami filtracji, rzedu kilku¬ nastu lub nawet kilkudziesieciu, m/dobe, zachodzi koniecznosc stosowania specjalnych zabiegów zmniejszajacych przeplyw wody w zlozu (ekrany przeciwfiltracyjne, tamponowanie strefowe pozio¬ mu zlozowego i.t.p.), w celu ograniczenia ucieczek goracej wody ze stref przyotworowych.

W przypadku skal zlozowych o bardzo malej wodoprzepuszczalnosci (wapieni i margli), charakte¬ ryzujacych sie wspólczynnikami filtracji o war¬ tosciach rzedu setnych czesci m/dobe, przeplyw goracej wody w zlozu jest znikomy, przez co ilosc ciepla dostarczanego do zloza nie wystarcza na wytworzenie i rozwój odpowiedniej strefy wytopu siarki wokól otworu. W zwiazku z tym doplyw plynnej siarki do otworu jest bardzo maly, co uniemozliwia rozpoczecie i prowadzenie eksploa¬ tacji w skali przemyslowej.

W przypadku nieprzepuszczalnych skal zlozo¬ wych, najczesciej litych wapieni charakteryzuja¬ cych sie zerowym wspólczynnikiem filtracji, prze¬ plyw goracej wody w zlozu w ogóle nie nastepuje.

Wytop siarki w takich warunkach moze miec miejsce tylko na scianach odwiertu, nie dajac zad¬ nych efektów eksploatacyjnych w skali przemy¬ slowej. Wada dotychczasowych sposobów otworo¬ wej eksploatacji jest zatem niemoznosc ich zasto- 992243 99224 4 sowania dla zlóz siarki o bardzo slabej przepusz¬ czalnosci lub nieprzepuszczalnych. Celem uzyska¬ nia odpowiedniej przepuszczalnosci, przeprowadzo¬ no zarówno ~w -kraju, jak i za granica, próby sztucznego udrazniania skal zlozowych wokól otworu przy pomocy materialów wybuchowych (tzw. torpedowanie), szczelinowania hydrauliczne¬ go i trawienia skal wapiennych kwasami (tzw. kwasowafiie). Fo tych zabiegach nie uzyskano re¬ zultatów zadawalajacych, lub osiagnieto slabe efekty ekonomiczne* Ujemna cecha dotychczaso¬ wych prób bylo bowiem to, ze koncentrowaly sie na poszczególnych zabiegach udrazniajacych, bez dazenia do wytworzenia wiekszych stref udroznio¬ nych o szerszym zasiegu poziomym. Próby te od¬ bywaly sie na pojedynczych lub kilku otworach, podczas gdy ich otoczenie skalne bylo w dalszym ciagu nieudroznione i hamowalo przeplyw goracej wody.

Celem wynalazku jest umozliwienie wytworze¬ nia w bardzo slabo przepuszczalnych i nieprze¬ puszczalnych skalach zlozowych- takich stref wy-* topu siarki wokól otworów, aby mozliwym bylo prowadzenie eksploatacji siarki metoda podziem¬ nego wytapiania na skale przemyslowa^ Cel ten osiagnieto przez zmiane warunków filtracyjnych zloza na takie, w których ma miejsce odpowiedni dla eksploatacji otworowej przeplyw goracej wody w skalach zlozowych;; Zadanie techniczne polega na, strefowym sztucz¬ nym zwiekszaniu lub wywolaniu filtracji w ska¬ lach pierwotnie bardzo slabo przepuszczalnych, wzglednie nieprzepuszczalnych oraz uzyskania du¬ zego zasiegu udroznionej strefy zloza. Zadanie to zostalo rozwiazane przez kompleksowe zastosowa¬ nie odpowiednich sposobów wywolywania lub zwiekszania filtracji w skalach zlozowych. Sposo¬ by te mozna podzielic na trzy fazy: wstepnie- -udrazniajace; hydrodynamiczne i hydrodynamicz- no-termiczhe.

Zadaniem wstepnego udrazniania skal zlozowych jest wytworzenie w litych skalach odpowiedniej siatki spekan, albo zageszczenia tej siatki w ska¬ lach slabo spekanych, wzglednie uzupelnienia ist- niejiacej slabej porowatosci skal dodatkowymi spe¬ kaniami, lub polaczenia nimi niekontaktujacych sie ze soba kawern. Stosuje sie przy tym znane metody udrazniania skal z tym, ze dazac do uzy¬ skania zasiegu siatki spekan rzedu kilkunastu me¬ trów od otworu, powtarza sie w otworze kilka¬ krotnie zabieg torpedowania lub szczelinowania, albo po torpedowaniu wykonuje sie szczelinowa¬ nie, wzglednie inne sposoby udrazniania skal zlo¬ zowych.

Nastepnym nowym elementem wprowadzonym dla uzyskania duzego zasiegu strefy spekan jest równoczesne wykonanie tego samego zabiegu udrazniajacego w kilku" do kilkunastu otworach a wiec w wiekszym fragmencie zloza. Przez rów¬ noczesne poddanie górotworu silom rozrywajacym w szeregu punktach, wywoluje sie znacznie lepszy efekt udrazniajacy, w porównaniu z zabiegami przeprowadzanymi kolejno w poszczególnych otworach.

Przygotowanie do eksploatacji udroznionych otworów powinno sie przy tym odbywac ze znacz¬ nym wyprzedzeniem, obejmujacym przynajmniej kilkumiesieczny okres eksploatacji, co jest nieod¬ zowne z uwagi na koniecznosc stworzenia w zlozu szerokiego pasa wodoprzepuszczalnego, w którym moze sie odbywac odpowiedni przeplyw goracej wody.

Hydrodynamiczne udraznianie skal zlozowych przeprowadza sie po ich wstepnym udroznieniu. io Polega ono na przeczyszczeniu sztucznie wywola- ^nych spekan, woda przeplywajaca przez zloze. W tym celu do jednych otworów ltoczy sie pod cisnie¬ niem zimna wode a w sasiednich otworach prze¬ prowadza sie pompowanie. W ten sposób uzyskuje sie duze spadki hydrauliczne miedzy otworami tlocznymi i pompowymi, przez co osiaga sie znacz¬ ne przeplywy wód w zlozu i co za tym idzie — mozliwosc wynoszenia drobnych czastek skalnych z szczelin. W razie potrzeby uzyskania wyzszych parametrów filtracyjnych serii zlozowej, w czasie hydrodynamicznego udrazniania skal podaje sie do otworu przez pewien czas roztwory kwasów, w celu powiekszenia spekan na drodze trawienia skal wapiennych. Korzystnym jest przy tym stoso- wanie róznych kwasów z opóznionym reagowa¬ niem, celem zwiekszenia zasiegu ich dzialania.

Hydrodynamiczno-termiczne udraznianie skal zlozowych przeprowadza sie po udraznianiu wstep¬ nym lub hydrodynamicznym albo po obu tych za- biegach, a przed rozpoczeciem eksploatacji. Polega ono na wtlaczaniu goracej wody technologicznej do jednych otworów i pompowaniu wody ze zlo¬ za innymi otworami, znajdujacymi sie w takiej odleglosci od otworów tlocznych, aby przeplyw go- racej wody w zlozu byl dosc znaczny, ale aby temperatura odprowadzanej ze zloza wody byla podwyzszona lecz nizsza od 100°C. W ten sposób doprowadza sie do poczatkowego wytopienia siar¬ ki w dosc znacznym zasiegu od otworów tlocz- 40 nych, w duzym stopniu zwiekszajac droznosc skal zlozowych. Udraznianie to najlepiej jest stoso¬ wac w fazie przedeksploatacyjnej, w czasie prze¬ prowadzania wstepnego grzania otworów eksploa¬ tacyjnych, kiedy do tych otworów tloczy sie duze 45 ilosci goracej wody.

Udraznianie hydrodynamiczno-termiczne ma równiez i inne korzystne znaczenie dla eksploa¬ tacji. Sztucznie wytworzona w zlozu strefa filtra¬ cyjna jest otoczona przez skaly nieudroznione, co * ogranicza chlonnosc otworów tlocznych mimo uzy¬ skania dosc wysokich parametrów filtracyjnych w skalach zlozowych wokól otworów. Przez pompo¬ wanie wody z otworów zlokalizowanych w strefie udroznionej lecz znajdujacej sie w pewnej od- 55 leglosci od otworów tlocznych, uzyskuje sie od¬ powiedni pnzeplyw wody w tej strefie zloza i w jego konsekwencji wzrost chlonnosci otworów tlocznych. Wówczas ma miejsce rozszerzanie sie strefy wytopu siarki wokól otworów, pozwalajace w na osiagniecie dobrych efektów eksploatacji. Na¬ stepuje przy tym wygrzewanie skal przedpola * przed otworami eksploatacyjnymi, stwarzajac korzystne warunki termiczne przy wlaczaniu do grzania dalszych otworów. Wygrzewanie skal 65 przedpola przejmuja nastepnie otwory depresyjne5 lub odprezajace. Sa one rozmieszczone juz w dal¬ szej odleglosci od otworów tloczonych i pompuje sie z nich, lub odprowadza, juz mniejsze ilosci wody.

Wymienione sposoby udrazniania skat zlozowych stosuje sie w otworach na calym pionowym pro¬ filu zloza, lub na wybranych jego odcinkach.

Róznica miedzy znanymi sposobami eksploatacji otworowej zlóz siarki i sposobami wedlug wyna¬ lazku polega na tym, ze sposoby te umozliwiaja normalna, o przemyslowej wydajnosci eksploatacje bardzo slabo przepuszczalnych i nieprzepuszczal¬ nych zlóz siarki, co dotychczas nie bylo znane i stosowane.

Przez kompleksowe przeprowadzenie znanych zabiegów udrazniajacych skaly zlozowe, wykony¬ wanych kolejno lub równoczesnie w szeregu otwo¬ rach, uzyskuje sie zwiekszenie zasiegu sztucznych spekan wokól otworów oraz zazebianie sie stref udroznionych w konsekwencji doprowadza sie do wyzszej wodoprzepuszczalnosci górotworu i lep¬ szego przeplywu wody miedzy otworami niz to mialo miejsce w dotychczasowych próbach.

Przez wprowadzenie nie stosowanego dotychczas hydrodynamicznego zwiekszania wodoprzepusz¬ czalnosci skal zlozowych, uzupelnionego w razie potrzeby okresowym kwasowamiem, zwieksza sie skutecznosc mechanicznego udrazniania tych skal i znacznie polepsza sie warunki migracji goracej wody w skaly zlozowe w przyszlym rejonie eks¬ ploatacji.

Przez wprowadzenie hydrodynamiczno-termicz- nego udrazniania skal zlozowych, uzyskuje sie do¬ datkowa chlonnosc zloza na drodze czesciowego wytopienia siarki i równoczesnie wyprzedzajaco stwarza sie odpowiedni system odprowadzania wody ze zloza, warunkujacy wtlaczanie odpowied¬ niej ilosci goracej wody do otworów eksploatacyj¬ nych.

Wynalazek zostanie blizej objasniony na rysun¬ kach schematycznych, na których fig. 1 i fig. 2 przedstawiaja przekroje podluzne przez przygoto¬ wane do eksploatacji otwory, w drugiej i trzeciej fazie udrazniania zloza. Fig. 1 przedstawia sche¬ matyczny przekrój podluzny przez otwory w czasie hydrodynamicznego udrazniania zloza. Skaly zlo¬ zowe 1 uzyskaly juz wczesniej pewna przepusz¬ czalnosc, po przeprowadzeniu kompleksowych za¬ biegów udrazniania wstepnego, przez co zostal umozliwiony przeplyw wody w zlozu. Wysokosc zwierciadla piezometrycznego wód poziomu zlozo¬ wego obrazuje linia 2.

W celu przeprowadzenia hydrodynamicznego udroznienia zloza, do otworu 3 (lub do kilku otwo¬ rów w tej linii) wtlacza sie pod cisnieniem zimna wode 7, lub w razie potrzeby roztwory kwasów trawiacych skaly weglanowe. Wtlaczana woda wy¬ woluje wokól otworu strefe podwyzszonego cisnie¬ nia, tzw. stozek represyjny 8. Równoczesnie z sa¬ siedniego otworu 4 (lub z kilku otworów w tej linii) pompowana jest woda 10 ze zloza, co powo¬ duje powstanie miedzy otworami 3 i 4 duzych spadków hydraulicznych 11, z którymi zwiazane sa znaczne predkosci przeplywu wody w zlozu (przy czym predkosci te wzrastaja przy zblizaniu sie do otworów pompowych, co schematycznie 99224 6 obrazuje dlugosc kresek 9). W takich warunkach, wczesniej utworzone spekania zostaja przeczysz¬ czone, przez co zwieksza sie ich droznosc. W przy¬ padku okresowego tloczenia kwasów, spekania zo- * staja powiekszone na skutek trawienia skal wegla¬ nowych, co równiez zwieksza droznosc zloza.

Dla zwiekszenia efektów udrazniania hydrody¬ namicznego zloza, w czasie wykonywania tych za¬ biegów, korzystna jest zamiana otworów tlocznych na pompowe i odwrotnie. Fig. 2 przedstawia sche¬ matyczny przekrój podluzny przez otwory w cza¬ sie hydrodynamiczno-termicznego udrazniania zlo¬ za. Goraca woda technologiczna 12 wtlaczana jest pod cisnieniem do otworu 3 (lub do kilku otwo- rów w tej linii), wywolujac stozek represyjny 13.

Równoczesnie z otworu 6 (lub z kilku otworów tej linii) pompowana jest woda 15 ze zloza, co po¬ woduje powstanie stozka depresyjnego 16. Otwór pompowy 6 znajduje sie przy tym w takim odda- leniu od otworu tlocznego 3, aby temperatura pompowanej wody byla podwyzszona, lecz nizsza od 100°C. Przez pompowanie zwieksza sie zasieg oddzialywania wody o temperaturze topiacej siar¬ ke i dzieki temu ulega powiekszeniu strefa udroz- nionych skal zlozowych. Dlugosc kresek 14 obra¬ zuje schematycznie zmniejszanie sie temperatury wody w kierunku od otworu tlocznego do pompo¬ wego. Miedzy otworami tlocznymi 3 i pompowymi 6 znajduja sie otwory 4 i 5, któire w fazie poka- zanej na rysunku nie biora udzialu w procesie udrazniania. Sa one zabezpieczone przed zatampo- nowaniem zestalajaca sie plynna siarke i sa za- glowiczone.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób eksploatacji otworowej bardzo slabo przepuszczalnych lub nieprzepuszczalnych pokla¬ dowych zlóz siarki, udraznianych wstepnie zabie- 40 gami stosowanymi w otworach wiertniczych, szcze¬ gólnie w przemysle naftowym, takimi jak np. tor¬ pedowanie, szczelinowanie hydrauliczne i kwaso- wanie, znamienny tym, ze dla osiagniecia odpo¬ wiednich warunków do eksploatacji stosuje sie 45 kilkufazowe udraznianie skal zlozowych, w którym udraznianie wstepne przeprowadza sie komplekso¬ wo, powtarzajac w otworach eksploatacyjnych z róznym nasileniem te same zabiegi udrazniajace, lub dobierajac po sobie odpowiednie zabiegi w za- 50 leznosci od warunków geologiczno-zlozowych, przy czym zabiegi te wykonuje sie kolejno lub równo¬ czesnie w szeregu otworach; nastepnie stosuje sie udraznianie hydrodynamiczne, polegajace na wy¬ tworzeniu duzych predkosci wody miedzy otwora- 55 mi tlocznymi i pompowymi dzieki czemu dochodzi do przeczyszczenia spekan, przy czym w razie po¬ trzeby dodaje sie do tloczonej wody roztwory kwa¬ sów trawiacych skaly weglanowe, uzyskujac przez to rozszerzenie spekan; a nastepnie stosuje sie 60 udraznianie hydrodynamiczno-termiczne, polegaja¬ ce na wtlaczaniu do jednych otworów goracej wo¬ dy topiacej siarke, z równoczesnym odpompowy¬ waniem z innych otworów wody o podwyzszonej temperaturze, przy czym nastepuje czesciowe wy- 65 tapianie siarki zwiekszajace wodoprzepuszczalnosc99224 skal zlozowych, a ponadto otworami pompowymi odprowadzany jest nadmiar wód ze zloza, co stwa¬ rza warunki do wtlaczania otworami odpowiedniej dla eksploatacji ilosci goracej wody.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w warunkach skla zlozowych podatnych na utwo¬ rzenie daleko rozgalezionej siatki spekan, stosuje sie kompleksowe udraznianie wstepne, które wra- 8 zie potrzeby uzupelniane jest udraznianiem hydro¬ dynamicznym lub hydrodynamiczno-termicznym.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, ze udraznia sie caly profil zloza w otworze eks¬ ploatacyjnym, lub wybrane jego odcinki, w zalez¬ nosci od stopnia zmiennosci wlasnosci filtracyj¬ nych serii rudnej w jej profilu pionowym oraz od zmiennosci litologicznej i miazszosci zloza. 4 l^ .<*L N® /' @r\ t-® —»)¦ - ® Fig.i \ @ M _^_ V% ® — - ® fig.L Drukarnia Narodowa Zaklad Nr 6, zam. 456/78 Cena 45 zl