автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.15, диссертация на тему:Исследование и разработка методов повышения надежности прогноза основных геотехнологических и технико-экономических показателей эксплуатации объектов ПВ на основе математического моделирования

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛВДОВАТЫЬСКИЙ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

На правах рукописи Для служебного пользования

гаков Владимир Евгеньевич

удк

"ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ПРОГНОЗА ОСНОВНЫХ ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТОВ ПВ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ЮДЕЛИРОВАНИЯ"

05.15.15. - "Рудничная геология"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г.Москва 1994т

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте химической технологии.

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ: доктор технических наук, профессор

Фазлуллин М.И., доктор гролого-шне-ралогических наук Мазуркевич А.П.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОПГОНЕНТЫ: доктор геолого-шнералогических наук

Крашин И.И.

кандидат геолого-минералогическЕх наук Шилов Г.А.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Московская геолого-разведочная академия

'Защита состоится 1994т в ^ О часов

на заседании Специализированного Совета ССД 124.08.02 во ВНИИ ♦ *

химической технологии по адресу: 115230, Москва, Каширское шоссе, д.33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БНИИХТ. Автореферат разослан

¿¡ЦСо6( 1994т

Учений секретарь Специализированного совета

кандидат технических наук

Б силу объективных причин, связанных с истощением месторождений на освоенных территориях, добыча полезных ископаемых перемешается в отдаленные, труднодоступные и малообжитые районы. В эксплуатацию вовлекаются месторождения в более сложных горногеологических условиях, с более низкими содержаниями полезных компонентов, сильно обводнённые, растут затраты на добычу. Одним из путей, позволяющих рентабельно вовлекать в эксплуатацию подобные месторождения является применение способа подземного выщелачивания (ПЕ). Существенным достоинством подземного выщелачивания является его большая экологическая чистота по сравнению с традиционными технологиями и потенциальная возможность резко ограничить загрязнение окружающей среды.

С другой стороны для ПВ характерны недостаточная полнота и

!

надежность исходной информации, нестационарность и большая инерционность процесса, сильная взаимосвязь геологических, гидрогеологических, гидродинамических и химико-технологических факторов. Эти обстоятельства существенно затрудняют математическое описание процесса и,следовательно, прогнозирование на стадии проектирования и управление на стадии эксплуатации предприятия ПВ. Для решения этих проблем широко используются методы математического моделирования. Однако, известные математические модели подземного выщелачивания не позволяют с достаточной степенью точности учесть влияние перечисленных факторов при прогнозировали показателей отработки объектов, особенно для сложных месторождений ПВ. Необходимо также подчеркнуть, что процесс ухудшения гЪрно-геологических и гидрогеологических условий постепенно распространился и на' предприятия ПВ. В этих условиях ПВ может в значительной степени утратить свои основные преимущества по сравнению с традиционными способами добычи.

В этой связи, исследование проблем повышения надёжности прогноза основных показателей эксплуатации сложных объектов ПВ представляется актуальным.

Основной цельи проведенных исследований являлась разработка методики, позволяющей существенно повысить детальность и надежность долгосрочного прогноза основных показателей отработки объектов ПВ, снизить вероятность грубых ошибок проектирования.

- г -

Научная новизна диссертационной работы заключается з том, что в разработанной методике прогнозных расчетов :

- предложено новее, более формализованное определение понятия геотехнологического сорта руды в отличие от существующего определения, имеющего более качественный характер; ''

- впервые, при моделировании ПВ предложены методы учета изменения проницаемости пласта в разрезе под действием реагента, а также динамики выщелачиваемое™ различных сортов руд;

- впервые, оценено влияние возмущающих факторов случайного характера на погрешности прогнозирования основных показателей отработки объектов ПВ;

- разработан метод построения карты интенсивности проработки рудной площади объекта ПВ при дестабильных дебитах скважин.

Защиддомые научные положения.

1. На стадии проектирования, прогноз основных геотехнологических и технико-экономических показателей эксплуатации объекта ПВ может основываться на предположении о равномерной проработке площади гидродинамического контура, так как этот показатель оценивается с достаточной надежностью даже при существенных возмущающих воздействиях.

2. Основные показатели отработки сложных объектов ПВ обусловлены совместным действием таких факторов, как динамика извлечения полезного компонента и динамика изменения проницаемости геотехнологических сортов руд и пород.

3. Влияние случайных возмущений на добычу, извлечение полезных компонентов снижается в процессе отработки; при этом для определенного уровня возмущений, могут быть оценены только итоговые значения показателей, тогда как для меньших уровней возмущений может быть оценена и динамика показателей отработки.

Практическое значение. Разработанные математические модели и методы расчетов внедрены в рамках научно-исследовательских работ, проведенных на опытно-промышленных участках ПВ-85К и ПВ-86К месторождения "Сев. Кенимех", и успешно использовались при моделировании процесса отработки этих объектов. Методика позволяет с существенно большей детальностью и надежностью, по сравнению с традиционной, прогнозировать основные показатели отработки объектов ПВ, значительно снизить вероятность грубых сшибок при проектировании, сократить его сроки.

Апробация работы. Основные положения работы изложены в двух докладах на Уэадутародно.л симпозиуме "Горняцкий Ярншбрам в науке и технике", ЧСФР 1990г., и 9-ти отчетах.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, содержит 165 страниц машинописного текста, иллюстрирована 35 рисунками, 15 таблицами. Список литературы содержит 87 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проведенных исследований, изложены основная цель, защищаемые научные положения, научная новизна диссертации, практическое значение, объекты апробации и структура работы.

В первой главе проведен анализ и обобщение отечественных и зарубежных публикаций по вопросам, как подземного выщелачивания, так и смежных научных дисциплин. Обоснованы цель и задачи исследования. Отмечено, что подземное выщелачивание, как объект моделирования, характеризуется рядом особенностей существенно усложняющих его математическое описание, а следовательно прогнозирование на стадии проектирования и управление на стадии эксплуатации объекта ПВ. Наиболее важными из этих особенностей являются:

- сильная взаимосвязь геологических,'гидрогеологических, гидродинамических, технологических факторов, как в исходном состоянии пласта, так и в процессе эксплуатации;

- неуправляемость исходного состояния объекта в отличие от традиционного производства, осуществляющего подготовку сырья;

- существенная неполнота и недостаточная надежность информации об исходном состоянии пласта и его изменении в процессе отработки; *

- большой объем рудной массы, вовлекаемой в эксплуатацию,

и соответственно, большая инерционность и длительность процесса;

- ограниченность ресурсов управления процессом ПВ -в недрах.

В настоящий момент можно, по-видимому» утверждать, что для исчерпывающего описания процесса ПВ, независимо от используемого математического аппарата, модели должны включать в том или ином виде следующие компоненты: модель геологической среды; модель гидродинамики процесса; модель массопареноса растворителя и про-

А -

усалЦт.», mulцc7J^JJ (ишсшш лЛлш^сиглл и

Е то же время, в основных работах' по моделированию ПВ не отмечено необходимобти специализации моделей для разных стадий освоения месторождений подземного выщелачивания, хотя основания для такого разделения имеются. Следует ташке подчеркнуть, что в большинстве работ рассматривались чисто детерминированные подходы к моделированию подземного выщелачивания, тогда как неопределенность, характерная для объектов ПВ, касается не только информации о геологической среде, но и данных о.работе десятков, а иногда и многих сотен технологических скважин.

В большинстве работ, посвященных моделированию подземного выщелачивания гидрогенных месторождений, модель среды заменяется определенными и достаточно жесткими предположениями о характеристиках- рудовмешдющего горизонта ( однородный, изотропный или однородно-анизотропный пласт и т. д.). Представляется, что для подземного выщелачивания, когда под действием реагента свойства среды (в том числе-и водно-физические) могут значительно изменяться, модель геологической среды становиться вполне самостоятельным и важным элементом всего комплекса. В наиболее общем из рассмотренных подходов отмечено, что модель геологической среды должна включать три компонента : модель распределения полезного компонента, модель распределения характеристик проницаемости и модель распределения геотехнологических характеристик руд и пород.

В настоящее время наиболее изучены проблемы моделирования распределения полезного компонента. Современные геостатистические методы позволяют на высоком теоретическом уровне решать задачи объемного-'картирования содержания полезного компонента. Менее изучены вопросы определения проницаемости пород. Представляется, что моделирование пространственного распределения проницаемости должно опираться на выделение литолого-фильтрационных типов руд и вмещающих пород.

Вопрос моделирования пространственного распределения геотехнологических сортов руд в настоящее время наименее исследован. Рассмотрены отдельные аспекты проблемы типизации руд-под те или иные режимы отработки.

Отмечено также, что несмотря на недостаточную изученность некоторых проблем моделирования геологической среды, предложен-

ный подход представляется вполне обоснованным. При зтсм, если на пути создания чисто детерминированных моделей среды имеется ряд сложностей, то для разработки статистических моделей, принципиальных трудностей, по-видимому, нет.

При моделировании собственно процесса выщелачивания в недрах в настоящее время, судя по опубликованным материалам, сформулированы и в значительной степени реализованы на ЭВМ 6 систем моделей процесса ПЕ, включающие гидродинамику и кинетику химического взаимодействия.

Для всех рассмотренных систем моделей характерно, что первоначально решается задача фильтрации технологических растворов, а на ее основе задача кинетики выщелачивания полезного компонента по линиям или лентам тока. Модели гидродинамики используются, как правило, аналитические для плоских, реже трехмерных фильтрационных потоков. Наиболее совершенные модели гидродинамики для фильтрационно-неоднородных пластов разработаны во БСЕГИН-ГЕО и применяются для решения региональных задач. При описании кинетики химического взаимодействия используется, как правило, комбинация теоретического метода, основанного на решениях уравнений массопереноса и кинетики, так и экспериментального, задаю. щего геотехнологические характеристики руд. и пород.

Анализ отечественных и зарубежных публикаций по проблемам ПВ свидетельствует о том, что математическое моделирование становится важным инструментом при исследовании объектов ПВ. Достаточно четко прослеживается тенденция создания все более сложных и комплексных моделей процесса, роста использования, численных методов решения уравнений геофильтрации и массопереноса! 1

К основным недостаткам рассмотренных подходов к моделированию можно отнести : *

- отсутствие четко сформулированных целей и задач моделирования для разных стадий освоения месторождений;

- недооценка важности проблем моделирования геологической среды, как основы всего комплекса моделей ПВ;

- ориентация в основном на стационарные модели гидродинамики, не соответствующие, как-правило, реальному процессу на промышленных участках;

- игнорирование статистическихих свойств информации о геологической среде и работе технологических скважин.

Цеди и задачи исследования.

Основной целью проведенных исследований являлась разработка методики прогнозных' геотехнологических и технико-экономических расчетов на стадии проектирования объекта ПВ, позволяющей учесть динамику процесса, различие характеристик выщелачйваемости гео-тахнологических сортов руд, изменение проницаемости среды, некоторые возмущающие воздействия, и на этой основе, повысить достоверность прогнозных расчетов, качество проектирования и сократить его сроки.

Для достижения поставленной цели было необходимо:

- разработать математическую модель объекта, соответствующую стадии проектирования предприятия ПВ и учитывающую наиболее существенные факторы в т. ч. и возмущающие;

- исследовать влияние возмущений дебитов и деформации сети скважин при бурении на параметры зоны циркуляции, интенсивность проработки рудных плопщей и на погрешности результатов прогнозирования;

- разработать метод построения карты Ы и определения параметров гидродинамического контура за длительный период эксплуатации при нестабильной производительности скважин;

- оценить совместное влияние различия характеристик выщелачйваемости и проницаемости геотехнологических сортов руд на динамику основных показателей эксплуатации объекта ПВ и погрешности прогнозирвания.

Во второй главе дана краткая характеристика применяемой методики прогнозных геотехнологических расчетов (В. А. Грабсвкикова). Отмечено, чточзта методика основана на закономерностях подземного выщелачивания, установленных экспериментальным путем и, частично, подтвержденных теоретически. Эта методика, для проведения геотехнологических расчетов, использует усредненные по объекту ПВ характеристики геологического и гидрогеологического строения, и геотехнологические свойства руд, а именно : мощности рудовмешаю-шзго горизонта и рудной залежи, запасы и содержание металла в руде, коэффициенты фильтрации руды и рудовмещавщэго пласта, во-допроводимость пласта, значение &Т, обеспечивающее максмальное извлечение металла определенным реагентом, реагентоемкость пород и т.д.. Учитывая постепенное ухудшение горно-геологических и гидрогеологических условия на гщшогенн.ых. месторождениях ПВ данная

'.rmr>ry тчг^гъттг^'^ tmrtfl ^тгтсгг rtr-n» nmo.-v ттгтг\Л .4\т« тг* гпгт »1 т ттиг^^ттт^'^ UÛIT'UrW

hicd nuoju^u-Damiii npii v-jiu,cL ¿pcnnuil пеиДНи

родности и неравномерности распределения запасов полезного компонента в разрезе рудовмешавщего горизонта, неучитывающая возможного изменения проницаемости пласта под действием реагенту, различной динамики извлечения металла может привести к серьезный погрешностям в оценках основных показателей эксплуатации объектов ПВ. В то же время, на достигнутом уровне знаний о процессе ПЕ, качество гестехкологкческих прогнозов может быть заметно повышено.

Рассмотрены возможные пути совершенствования прогнозных ге-оуехнологических расчетов. Отмечено, что понятия модель процесса и модель объекта ПВ не тождественны и это обусловлено следующими причинами. Во-первых, цели и задачи, исходная информация для этих двух видов моделирования существенно различны. Соответственно, будут различны требования к математическому аппарату моделей, детальности описания некоторых сторон и всего объекта моделирования. Во-вторых, данные о работе скважин на участках ПВ показывают, что их дебиты меняются в достаточно широких пределах ( 30 - 50% и более от средних значений). Имеют место плановые и аварийные остановки скважин. Коэффициент использования скважин, .например, на объектах ПВ НГМК за 1983-90 г.,г. состатлял около 70 -80Х от календарного фонда времени. Погрешности определения де-битов скважин, при отсутствии непрерывного контроля, можно, по-видимому, оценить не менее, чем в 20-30Х от номинальных значений. К существенным возмущающим воздействиям следует также отнести деформацию проектной сети технологических скважин неизбежную при бурении. Хотя эти факторы носят случайный Характер по отношению к самому процессу ПВ, они могут оказать существенное воздействие на ход процесса в недрах и его результаты. В то же время эти факторы не являются свойствами подземного выщелачивания. При прогнозировании же основных показателей отработки объектов ПВ, влияние этих факторов необходимо учитывать. Указанные возмущения непосредственно влияют на интенсивность проработки рудных площадей и, следовательно, на добычу полезного компонента, удельный расход реагента и себестоимость продукции. Для предприятий ПВ наиболее значительный вклад в себестоимость продукции вносят два показателя - удельный расход реагента и затраты на бурение технологических скважин. Ш данным Е А. Данилова,

удельный расход материалов к погашение горко-подготсвительных работ для 6 предприятий ПВ составляли, соответственно, 27 - 45% и 17-231 себестоимости продукции. ( Для НГМК в 1991 г. эти показатели составляли, соответственно, 31% и 15% себестоимости. Причем, затраты на кислоту были более 55% из общих затрат на материалы. )

Таким образом, модель объекта ПВ можно определить как такую модель, в которой описываются все основные стороны процесса ПВ (хотя некоторые может быть достаточно приближенно ), ко при зтом этом учитываются возмущающие факторы, оказывающие более заметное влияние на основные показатели отработки.

Приведенные соображения, позволяют выделить ряд принципиально важных условий для повышения детальности и надежности прогнозных расчетов, а именно :

- прогнозные геотехнологические и технико-экономические расчеты должны базироваться на математической модели объекта ПВ;

- модель объекта должна соответствовать цели и задачам прогнозирования;

- при прогнозировании необходимо, в той или иной мере, учитывать динамические характеристики подземного выщелачивания ( изменение " проницаемости, различие динамики извлечения металла, изменение площади зоны циркуляции растворов) и влияние наиболее существенных возмущающих факторов.

Для оценки степени влияния основных возмущющих факторов на характеристики фильтрационного потока и интенсивность проработки рудных пловдей.были использованы факт ические данные, о дебитах и отклонениях координат забоев от устьев технологических сквадин. В качестве объектов исследований были выбраны два типичных опытно-промышленных участка ПВ-85К и ПВ-86К, находившихся в эксплуатации около 4-х лет.

По каждому интервалу стабильной работы участка ПВ были рассчитаны системы линий тока. Сопоставление схем линий тока между собой показало их заметное качественное отличие (рис.1).

Оценка возможных долговременных последствий нестабильности дебитов проводилась следующим образом. По фактическим дебатам и координатам устьев технологических скважин для каждого участка по каждому интервалу стационарности рассчитывалось итоговое поле Ж: Т, Причем, продолжительность интервала стационарности принима-

лась равной всему периоду отработки участка. Сопоставление построенных таким образом областей (табл.1) показало существенность влияния нестабильности дебитов скважин на интенсивность проработки различных зон гидродинамического контура Так, различия, в площади соответствующих областей ( по отношению к средней ) находились в пределах от 19% до 72% для ПВ-85К и от 14% до 118% для ПЕ-8БН. Значения же Ж Т для этих областей отличались на 10-33% для ПВ-85К и на 19-70% для ПВ-86К. Причем, наибольшие отличия характерны для внутренних областей, а коэффициент вариации параметров гидродинамических контуров для обоих участков составлял 13-18%. Конфигурации прорабатываемых площадей также отличались значительно (рис.2).

При оценке влияния деформации сети, для обоих участков сопоставлялись фильтрационные потоки двух объектов ПВ -'реального с фактическим расположением скважин и проектного, у которого координаты забоев и устьев технологических скважин совпадают. При этом, в обоих случаях использовались усредненные за период эксплуатации дебиты скважин. Для моделируемых участков были рассчитаны итоговые поля Ж.-Т и построены карты проработки рудных площадей. Полученные результаты показывает, что деформация сети оказывает заметное влияние на характеристики фильтрационных потоков. Так, различия в площадях растекания технологических растворов за соответствующие периоды составляло 4. 8 - 11% для ПВ-85К и 4.8 - 12.3% для ПЕ-86К. Причем, для обоих участков и итоговые площади растекания растворов отличались заметно ( 11-12% ). Интенсивность проработки рудных площадей также имела.заметные отличия для обоих участков.- Например, для областей, ограниченных изолиниями с одинаковыми значениями ЯЬ Т.различия по площади достигали 2-93% для ПВ-85К и 7-27% для ПВ-86К, а различая по ж: т -4 - 34% и 5 - 41% соответственно. Причем, конфигурация прорабатываемых областей отличалась вполне заметно.

Таким образом, результаты моделирования.показывают,'что влияние деформации сети за весь период эксплуатации по обоим участкам вполне заметно, как на области растекания растворов, так и на интенсивность проработки рудных пловдей.

Особый интерес представляет рассмотрение совместного влияния на ' процесс отработки деформации сети и нестабильности дебитов скважин. Подобная ситуация имеет место при проектировании объектов ПК На этой стадии известны только координаты усть-

Таблица 1.

т

т-;-г

Параметр^ гидр, зоны | по интервалам |

1

N

инт.

Гра-

НИЧН.

Ж.-Т

5 3

г

0.7

Плопвдь ( М2.)

576 3120 4672 6448

Ж Т /среднее/ |

I N |инт.

! Гра-ничн. ЖТ

Ш участку 8.6 | 4.6 |4

3.6 | 3.2 I

ПВ-

1-85К 5 3 2 0. 7

Параметры гидр, зоны по интервалам

Пяовдць ( м2.)

944 3440 4928 66С6

5 3 2 0.7

1104 3072 4С32 4832

8.1 5. 4 4.7 4.2

5

О О

о

0.7

768 2454 4816 6544

5

О'

О

2

0.7

768 2364 4320 6096

8.7 4. 9 4.1 3.3

Ь 3 2 0.7

576 1936 3564 5326

4 2 1

0.4

512 4720 7600 9520

Ш участку ПВ-86К 4

3.2 | 3 | 2 2. 5 | | 1 2.2 I I 0.4

203 2688 6560 6816

4 2 1

0.4

256 640 4736 7744

5.7 3.9

1.8 1.4

4 I 256 | 4.9

2 I 1104 | 2. 9

1 1 6080 ' | 1.7

0.4| 8040 ! 1, 4

1

5

1

Ызсптаб 1:800

120 140

ш

3

.Рве. [Ьла Ты, рассчитанное по полошгкип устьев технологических сквавш для 1-го (а) и 2-го (0) периодов

иетцувтегуи участка ПВ-80К.--изолинии поля I: Т; © - подоле шк ставши;

1 - йТ Оагге 4; 2 - ЕТ Солее 2; 3 - ЕТ более 1; 4 - ДТ Оолее а«; Б - В:Т кгвве 0.4-

ев и оценки дебитов, тогда как координаты забоев и фактические значения дебитов - неизвестны.

Совместное влияние деформации сети и нестабильности дебитов скважин для участков ПЕ-85К и ПВ-86К оценивалось следующим образом. Ш координатам забоев и фактическим значениям дебитов скважин для каждого интервала стационарности рассчитывались поля ЖТ, и основные параметры гидродинамического контура. Сопоставление полученных таким образом данных по каждому интервалу между собой Показало, что для зон гидродинамического контура, ограниченных одинаковыми иэолинияим ЯЬТ, различия по площади достигали 19 -- 76% для ПВ-85К и 9-155% для ПВ-86К, а различия Ж: Т находились в диапазоне 19-42% и 17-71% соответственно.

Результаты показывают что, влияние нестабильности дебитов для деформированной сети больше, чем для проектной. Коэффициенты вариации площади, Ж: Т для внутренних зон гидродинамического контура увеличиваются в среднем в 1.37 раза для ПВ-85К и 1.23 раза для ПВ-8БК.

Полученные по фактическим данным результаты показывают, что влияние рассмотренных факторов таково, что вполне может вызвать значительные расхождения ожидаемых показателей отработки с фактическими в случае их игнорирования и для объектов ПВ с другими гидрогеологическими условиями, схемой расположения скважин т. д..

Таким образом, для повышения достоверности результатов прогнозирования или интерпретации процесса отработки различных объектов ПВ необходимо разработать имитационную модель, позволяющую оценить совместное действие наиболее важных из этих факторов при различном уровне возмущающих воздействий.

Нестабильность дебитов технологических скважин, погрешность их измерения или оценки обусловлены самыми разнообразными причинами (различными видами кольматации пласта, на определенных этапах отработки, кольматацией прифильтровой зоны и самого фильтра скважины и восстановлением их производительности после промывок, прокачек, погрешностями приборов, методов измерений и т. д.). Однако, с точки зрения объекта управления дебит технологической скважины является случайной величиной и закон распределения подобных переменных, подверженных разнообразным воздействиям, близок к нормальному. В монографии Р. Шэннона приведено несколько алгоритмов и программ для генерации нормально распределенных слу-

чаЯкьк величин (НРСВ). В то же время, прямое использование приведенных алгоритмов для имитации возмущений дебитов неприемлимо из-за корреляции дебитов скважин по участку. Метод генерации НРСВ с заданным уровнем корреляции разработанный в ряде работ не пригоден при имитации возмущений дебитов скважин ПВ из-за нарушения соотношения между объемами закачных и откачных растворов в целом по объекту. Кроме этого, дебиты далеко расположенных скважин должны коррелировать слабо, а соседних весьма сильно и, по-видимому, нет необходимости генерировать НРСВ с заданным уровнем корреляции. Следовательно, при имитации возмущений дебитов представляется вполне достаточным, чтобы модель обеспечивала генерацию НРСВ с некоторым, неодинаковым для всех скважин, уровнем корреляции дебитов. При этом, должна обеспечиваться в заданных пределах вариация производительности участка и соотношение объемов закачки и откачки. Обыуга производительность участка по растворам можно считать равномерно распределенной случайной величиной (РРСВ). Действительно, являясь суммой нормально распределенных случайных величин, эта величина также будет случайной. С другой стороны, так как эта величина контролируется и регулируется для поддержания уровней в картах продуктивных и хвостовых растворов, большие отклонения йе допускаются. Поэтому, эта величина может считаться РРСЕ Соотношение объемов закачных и откачных растворов по этим жэ соображениям также может считаться РРСЕ С учетом вышеизлржен-кого, при разработке имитационной модели возмущений дебитов технологических скважин были сделаны следующие допущения :

- дебиты скважин считаются НРСВ с заданным средним значением и дисперсией Щчз1, 31®); '

- производительность участка (И?((31,02)) и дебаланс по растворам (НК(0,йЬ)) считается РРСВ с заданными диапазонами изменения.

Таким образом, алгоритм расчета возмущенных дебитов скважин заключается в следующем. Первоначально.вычисляются производительность участка как И1?((31, 02), дебит скважины. Щдз1,з 1 в) 'и сумма возмущенных дебитов ■ (ЗУ У. Если (¡УУ выходит за границы интервала [(31,(32], вычисляется разность ОД=0УУ - 1?1?((31,(32). Окончательно,

01= Щцз1,з1е) + 00*Щдз1,з1к)ЛЗУ'У

Аналогично, с учетом того, что дебаланс является РРСВ с за-

данным диапазоном RR(0,db) определяются дебеты откачных скважин.

Отклонение забоев от устьев технологических скважин, также как и возмущения дёбитов обусловлены самыми разными причинами и могут считаться случайной величиной. Б то же время, скважины со слишком большими отклонениями, в соответствии с регламентом бурения, бракуются и подлежат перебуриванию. Следовательно, отклонение забоев от устьев скважин можно считать РРСК При этом, отклонения по азимуту будут распределены в диапазоне от 0 до 2 , а по радиусу - в некотром интервале t а,Ы, зависящем от глубины залегания рудного тела и регламента бурения. Таким образом, координаты забоев скважин, имитирующие деформацию сети, определяются по формулам

Yi=Y/i + RN(a,b)* sin(6) Xi=Xyi + RN( a, b) * cos(8)

Где, Xyi.Yyi - координаты устья i-ой скважины; RN(a,b) - радиус отклонения, FPCB на интервале (a,b); 0 - азимут отклонения.

В предложенных моделях имитации возмущений в качестве генератора РРСВ применялся простой для реализации на ЭВМ алгоритм, использованный в ряде работ и удовлетворительно работающий для последовательностей до 2000 чисел :

А=А*2347. О IA=IFIX( А) • А=А - FLOAT(IA)

Для генерации НРСЕ использовался алгоритм программы NORMAL, реализующий модифицированный точный обратный метод Еокса-Малера, дающий хорошие результаты и достаточно быстро работающий.

Результаты опробования моделей показали (рис. 3, 4):

- достаточную равномерность рассеяния скважин вокруг их невозмущенного положения;

- заданную вариацию производительности участка, необходимое соотношение между объемами закачных и откачных растворов;

- близкий к заданному коэффициент вариации дебитов технологических скважин.

Модификация модели возмущений для обеспечения баланса растворов незначительно увеличивает коэффициент вариации дебитов

(a)

(6)

v

v

t

Ill«

W.

MM 0П»Ц

Рис. 3. Имитация отклонений забоя от устья скважин для 40 (а) и 50 (б) итераций С * - положение устья скважины ).

Дебит технологической скважины (мЗ/сут)

(а)

(00 - -о- дои пеНерханиа (Гагамеа tfii поддержания ¿¿ианса

80 ■ а л Л /'^ • -а- л- - Л ' \ а • /s^/ \ / х'*4 «г * \ v ¿алане

60 -40 ■ ' v v / 1 \\ 1 'г\/ • у ■ v

20 '-' " --1 ■ ■ ' . , . . ■ ii' ——.—,—.—.—.—.—1—----г— п

5 10 15

Производительность (мЗ/сут)

too ;оо

400 250

участка С б)

,%-у;--- - - 7 N ts ' ч Г\ ! ЛУ' м Л / / .у.'» /• Л.У/ А /А /*

< V/ *' w kW/ у • N« iw> Л •

600

20 2S 30

Производительность5 (мЗ/сут)

t (в)

I \ Л I) ill—Л-—;

: •• у V \ / v

по 0*1 л<л **■(• по зaxaixt

¡0 1$' 20 29 JO

is го is а

, Pile. 4. - Имитация возмущений дебита технологической скеаяины (а), и производительности всего участка с поддержанием (б) и без поддержания баланса растворов по объекту (в).

против заданного ( менее чем на ), что может считаться несущественным. Таким образом разработанные имитационные модели соответствуют поставленном для них условиям и могут быть использованы для оценки влияния возмущений координат и дебитов сглажин.

Эти имитационные модели были применены для-' исследования долговременных последствий возмушэющих воздействий на процесс отработки объекта ПВ аналогичного участоку ПВ-85К. При этом, на интенсивность проработки рудных площадей, оценивалось влияние деформации сети скважин при бурении, возмущения дебитов скважин и совместное влияние этих факторов.

Результаты моделирования позволяют выделить 4 уровня возмущений по степени их влияния на погрешности результатов прогнозирования, а именно :

- малые возмущения, для которых может быть построена карта К; 1 и определены параметры гидродинамического контура и любых зон внутри него (см. рис.5);

- возмущения, .для которых можно достаточно надежно оценить средние параметры гидродинамического контура и дифференцировать площадь контура по интенсивности проработки;

- возмущения, для которых можно достаточно надежно определить только средние параметры гидродинамического контура;

- большие возмущения, для которых не могут быть надежно оценены даже средние параметры гидродинамического контура.

Было показано также, что случайная нестабильность дебетов (без длительных простоев) повышает равномерность проработки пло-2зди гидродинамического контура;

В третьей» главе изложены основные положения, структура математической модели, разработана методика прогнозирования основных показателей отработки объектов ПВ на стадии их проектирования. Необходимость специализированной модели объекта ПВ обусловлена следующими причинами.

Во-первых, задачи проектирования и эксплуатации предприятий приурочены к различным стадиям освоения месторождений и базируются на исходных данных существенно различной детальности. Дели моделирования на этих стадиях такле различны.

. Во-вторых, при проектирование прогноз осуществляется на длительный срок, и поэтому неадекватность модели натурному процессу может привести к значительным погрешностям в оценках и гру-

СЬП»' СИГж*5Кс1М ПрОсгСТЯрСЕйКИЯ» ДОБЗТь Л1НО. ЫОДь , м-мЯ оТСй С х о"

№5.5.__ Поде I: Т (а) и поле коэффициента вариации 3& Т (б) для малых _возмушаюпих.воздействий.

--изолинии поля ЛЬ Т: ~— изолинии поля коэфф. вариации Ж: Т: 0-положение скважины: 1 - Ж: Т более 5.

козфф. вариации менее 202: 2 - Л: Т более 3. коэфф. вариации менее 50%: 3 - ШТ более 2: 4 -• К: Т' более 1: Б - Н.-Т менее 1.

•■со

дни должна Сыть адекватна процессу "в среднем". Задача управления не требует долгосрочных прогнозов и позволяет, в принципе, производить коррекцию модели на основе информации, получаемой в процессе эксплуатации.

В-третьих, глубокое различие между этими задачами состоит также и в том, что совершенно отличен перечень управляющих пара-мэтров. При проектировании это прежде всего - кондиции на окон-туривание, подсчет запасов и требования к полноте извлечения и срокам отработки, а при управлении - это параметры технологического режима ( производительность скважин или рядов, концентрация реагентов и т. п.).

Результаты, полученные в ряле работ по моделированию ПБ позволяют, по-видимому', утверждать, что для адекватного описания процесса -ПВ, независимо от особенностей используемого математического аппарата, модели должны включать в том или ином виде следующие компоненты: модель геологической среды; модель гидродинамики процесса; модель массопереноса растворителя и продуктов реакции; модель кинетики химического взаимодействия.

Для прогнозирования основных геотехнологических и техникоэ-кономических показателей эксплуатации объектов ПВ к вышеперечисленным .моделям необходимо добавить "экономическую модель", обеспечивающую расчет этих показателей. Для учета влияния на показатели отработки возмущающих факторов, в модель объекта, как показано ранее, необходимо включить модель возмущающих воздействий. На стадии проектирования модели массопереноса и химического взаимодействия целесообразно объединить в одну. Действительно, на этой стадии освоения месторождений нет необходимости вычислять содержание полезного компонента в руде и в растворе в каждой точке залежи в заданные моменты времени. При прогнозировании, вполне достаточно определить динамику извлечения для каждого геотехнологического сорта руды и объекта ПВ в целом. Таким образом, модель объекта ПВ, удовлетворяю^ сформулированным выше требованиям будет иметь структуру изображенную на рис. 6.

В основу статистической модели геологической среды положено уточненное и достаточно однозначное определение геотехкологичес-кого сорта руды или породы в отличие от существующего определения, имеюдего более качественный характер. Так, к одному сорту необходимо относить руды или породы, для которых содержание металла и коэффициенты фильтрации лежат в определенных пределах, а

г

I Модель I I объекта ПВ I

I---1

! Молель геоло-| ¡гнческой среды I

I______I

I

i Модель химичееко-1 |го взаимодействия! i--,-1

i

i_.

¡Модель гвд-|родинамики

¡Модель BoéMFsl I воздействий I

|Хар-ки геотехн. (сортов руд

i-—i i--1

I Ei(x) I I Kfi(x) I

Параметры гидро-1 яииамич. контура!

Алгоритмы расчета основных показателей эксплуатации объекта ПВ

11.

I Прогноз движения запасов I полезного компонента

--п-

И

i-u--i

I Прогноз основных показателей! I эксплуатации объекта I

I_:_:__!

Рис. 6. Структура модели объекта ПВ

Где Eu x) - зависимость извлечения полезного компонента от S:T яа 1-го сорта рулы;

XfiCx) - зависимость проницаемости от а Т для 1-го сорта руда

закономерности изменения проницаемости и извлечения металла, как функции а Т, подобны. Характеристики, используемые при типизации руд по отношению к конкретному процессу и реагенту выщелачивания в синтетическом виде отражают вещественный состав, минеральные формы металла, наличие вредных и полезных примесей и т. д.. Таким образом, каждый геотехнологический сорт определяется следующими параметрами : его долей в объеме рудовмешающего горизонта; средним содержанием полезного компонента; средней проницаемостью; определенной динамикой извлечения полезного компонента;.определенной динамикой изменения проницаемости. Если помимо основного, имеются попутные полезные компоненты, то каждый сорт должен еще характеризоваться средними содержаниями и динамикой извлечения этих компонентов.

Статистическая модель геологической среды считается заданной, если выделены геотехнологические сорта, определены их распространенность в объеме рудовмепрющего горизонта,установлены их характеристики и проведен подсчет запасов полезного компонента.

Анализ публикаций по проблемам моделирования ИВ, недостаточная изученность фильтрационной неоднородности рудовмещавщего горизонта на стадии проектирования объектов, позволяют считать, что для определения параметров гидродинамического контура на этом этапе вполне может быть использована простая, аналитическая модель фильтрации. Анлогичные модели, описывающие плоский фильтрационный поток для однородного, изотропного пласта использовались в многих работах по моделированию.

Подобные фильтрационные потоки описываются уравнением Лапласа для гидравлического напора Н(х,у) ( 1 ) с соответствующими граничными условиями ( 2 ).

Нхх + Нуу=0 ( 1 ) .

Н*(х,у) I =-k/n Vox

he-» оо (У-» со

Ну( х, у) I =-k/n Voy ( 2 )

Hyu,y)l=0 Vry*

Где k - коэффициент фильтрации; п - эффективная пористости; Vox,Voy - компоненты скорости естественного потока пластовых вод.

Решение этой задачи получается по методу суперпозиции и имеет вид:

1 1П

Н(х,у)=Но--+ (У-У1^] ( г )

4зтк Нэфф 1=1

Компоненты скорости фильтрации в точке (х,у) определяются по закону Дарси и имеют вид :

1 д ОГ (Х- XI)

Ух(х,у) =- -Г

ВтсНэфф п 1=1

+ Уох

( 4 )

1 41-(У,- У1)

Уу(х,у)=- ^---+ Усу

гкнэфф п 1=1 я\

Где Нзфф - эффективная мощность; 01 ^ дебит ^ой скважины; Но1- статический уровень подземных вод; XI,У1- координаты забоя 1-ой скважин; Ш - расстояние от 1-ой скважины до точки (Х,У); т - количество технологических скважин.

. Конечным итогом использования модели гидродинамики является . расчет по "заданной регулярней сети поля Ж: Т.

44одель химического взаимодействия предназначена для описания геотохиологических характеристик всех сортов руд, в совокупности образующих модель геологической среды объекта, Эти характеристики должны определяться в лабораторных зкегфриыэнтах. на трубных моделях. Проблемы адекватности полученных таким путем зависимостей натурным, ешэ требуют дополнительных исследований. Однако, как отмечено в работах как отечественных, так и зарубежных исследователей, при соответствующем подборе параштров трубной модели определение в лабораторных условиях характеристик ге-отехнологичэских сортов руд, адекватных натурным, возможно. 15о-дель химического взаимодействия считается заданной, если для каждого геотехнологического сорта определены зависимости проницаемости и извлечения полезного компонента, как функции 32 Т.

'Ьдель Еозмузщщн воздействий предназначена для имитации влияния возмущающих факторов на гидродинамику объекта ПВ в про-

цессе его отработки при различных уровнях возмущений. ( Описание модели приведено ранее стр. ). Модель имитирует £ наиболее существенных на стадии проектирования возмущающих фактора : деформацию сети технологических скважин при бурении и возмущения производительности скважин и всего объекта ПВ. Эти факторы имеют место всегда, независимо от природных и технических условий и могут быть учтены при прогнозировании.

Краткое описание алгоритмов расчета геотехнологических показателей по предлагаемой методике приведено ниже (стр. .). При расчете технико-экономических показателей использовались соответствующие нормативные документы и практика их применения в НГМК.

Для определения интенсивности проработки рудных площадей за длительный период эксплуатации объектов ПВ был разработан специальных алгоритм расчета поля Ж: Т. Предлагаемый метод расчета позволяет преодолеть трудности, характерные для применяемый, методов расчета по "лентам" тока ( неравномерность описания площади, сложность учета нестабильности дебитов и т. д.). Это достигается за счет того, что интенсивность проработки рассчитывается не для "лент" тока, а для каждой точки регулярной сети, разбивающей зону циркуляции растворов на ячейки заданных размеров.

Поле Ж: Т для каждой реализации- дебитов скважин определяется следующим образом. Для каждой точки регулярной сети строится своя линия тока, причем строится в двух направлениях - по направлению скорости фильтрации и в противоположном направлении. Расчет линии тока заканчивается при достижении откачной и закачной скважин, в случае превышения заданного времени прогноза или выхода за заданные границы. Для этой точки вычисляются: полное время фильтрации, длина линии тока» площадь ленты тока, горнорудная масса и расход вьпцэлачивающэго реагента. После несложных преобразований, для значения Ы в-точке сети в заданный момент времени Ь, для конкретной реализации дебитов скважин, получается, как для соответствующей ленты тока,.выражение

Мэ«.рв-[1-11(1 и)]

!№,])=--( 5 )

Р^Ць з)

Где 1,;) - индексы регулярной точки; р1 - объемный вес гор-

пи Длин тоь^а, ^^ или х пиь х и оаш^ла^тсллш^к и уаахопла^ Г»офф

эффективная пористость пласта; 11(1,3-) " время фильтрации по по ленте тока; I - продолжительность моделируемого периода.

Течкам регулярной сети, для которых общее время фильтрации по линии тока превышает продолжительность всего периода эксплуатации, присваивается значение ж Т равное нулю. Итоговое поле и погрешности ЯЬ Т определяются по формулам среднего значения и дисперсии.

Для пульсирующих режимов работы, а также при изменениях дв-битов скважин неслучайного Характера, расчет поля ЯЬ Т более сложен и осуществляется следующим образом.

Весь период эксплуатации разбивается на ряд интервалов приблизительно стабильной работы скважин. Для каждого интервала к для каждой точки регулярной сети, по соответствующей ленте тока, вычисляются значение Ж Т с учетом времени вытеснения пластовых вод. Итоговое значение Ж: Т в калздой точке регулярной сети получается путем суммирования значений &Т, достигнутых в этой точке на каждом интервале стационарности. После расчета итогового поля определяются области, ограниченные заданными изолиниями !!• Т. Таким образом, задавая шаг сети, можно списать интенсивность проработки рудных площадей с желаемой степенью детальности. Легко также получить интегральную оценку проработки плопщей для • гидродинамического, геометрического контуров, а также и.для "привлеченных" плсшэдей (трех наиболее характерных зон области фильтрации ). Для этого необходимо просто найти средние значения 3£ Т по всем точкам регулярной сети расположенным внутри соответствующих областейй ^ ■

Разработанный метод расчета полей ' ЛЬ Т был использован для описания пульсирующих режимов работы технологических скважин. Полученные результаты показывают эффективность таких режимов для повышения равномерности проработки рудных пловдцей.

Разработанная методика прогнозных расчетов включает 2 этапа На первом этапе, на основе упрощенных представлений о структуре фильтационногс потока оцениваются принципиально возможные степень и динамика извлечения полезных компонентов для каждого сорта руды, обосновываются кондиции на оконтуривание, определяются основные показатели эксплуатации объекта ПВ. При этом, впервые при моделировании ПВ, учитывается изменение проницаемости среды з

разрезе рудовмещающего пласта под действием реагента.

К прогнозированию на втором этапе следует переходить при положительных результатах, полученных на первом. На этом этапе, на основе математического' моделирования процесса фильтрации, определяются параметры гидродинамического контура с учетом или без учета- влияния возмущающие факторов. Целью прогнозирования на данном этапе является количественная оценка основных показателей отработки объекта ПВ, при заданных расположениях и режимах работы технологических скважин. Общая схема прогнозирования основных показателей эксплуатации объекта ПВ приведена на рис.7.

Расчет основных геотехяологических показателей- по предлагаемой методике коротко можно описать следующим образом.

Первоначально, по заданному шагу по ж Т определяется объем выщелачивающего реагента для всего объекта ПВ на один шаг по Ж Т. Затем, определяется объем растворов, профильтровавшихся через каждый геотехнологический сорт на ]-ом шаге. Эта величина вычисляется пропорционально текущему коэффициенту фильтрации сорта В ходе расчета, после каждого шага по Ж Т, производится вычисление объема растворов, профильтровавшихся через каждый геотехнологический сорт с начала эксплуатации и, соответствующее сорту,' новое значение Ж Т. Затем, по известным зависимостям для каждого сорта находятся текущее извлечение и текущий коэффициент фильтрации, соответствующие фактическому.значению Ж Т для данного сорта. Затем опредяется добыча и извлечение для каждого сорта и объекта в целом, а также содержание полезного компонента в растворе и удельный расход реагента Цикл по Ж Т продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто заданное для гидродинамического контура значение Ж Т или извлечения.

Для опробывания методики прогнозирования была выбрана гипотетическая рудная залежь с гидрогеологическими параметрами соответствующими участку ПВ-85К. Предполагалось, что в результате иерледования керна выделено 3 геотехнологических сорта ( 1-ый беэрудный, а 2-ой и 3-ий рудные ) характеризующихся различным вещэственныы составом, различными средними содержаниями полезных компонентов, проницаемостью и динамикой извлечения.'

Были рассмотрены 4 серии, соответствующих различной динамике извлечения полезного компонента В 1-ой серии оба рудных Сорта, несколько отличаясь по динамике, считались "быстрыми". Во 2-

•2t) -

Рис. 7. Схема процесса прогнозирования отра5отки объекта ПК

ей серии второй сорт, считался "быстрыми", как и в первой серии, а третий сорт - " медленным". Б 3-ей серии второй и третий сорт менялись местами. В 4-ой серии оба рудных сорта, отличаясь по динамике считались "медленными". В каждой серии рассматривались 3 варианта, соответствующих различной детальности описания процесса ПВ. В 1-ом и 2-ом вариантах прогноз осуществлялся по методике, с той разницей, что во 2-ом варианте не учитывалось изменение проницаемости среды. Е 3-ем варианте имитировалась традиционная методика прогнозных расчетов (динамика извлечения полезного компонента задавалась усредненной по объекту, а проницаемость рудной и безрудной частей считалась различной, но-неизменной в процессе отработки ). Сопоставление полученных результатов показывает, что различие между вариантами во всех сериях существенно.

Так, игнорирование изменения•проницаемости среды (т.е. 2-ой вариант по отношению к 1-му) приводит к завышению итоговых сценок извлечения в целом по объекту ( по абсолютному значению ) на 67., 31, 197. и 15% для 1-ой - 4-ой серий соответственно. Различие ха в динамике извлечения по сортам было еще более значительно и достигало к концу отработки, например в 3-ей серии для второго сорта руды 51% ( 33% против 327. ). Удельные расходы реагента оказались" заниженными во всех сериях на 8%, 7%, 24% и 37% соответственно. Динамика удельного расхода реагента также существенно . отличалась.

Игнорирование изменения проницаемости среды и различий в динамика извлечения по сортам руд (т.е. 3-ий вариант по отношению к 1-му) приводит к завышению итоговых оценок извлечения на 14%, 13%, 14% и 15% для 1-ой - 4-ой серий соответственно. Удельные расходы реагента оказались заниженными во всех сериях на 16%, 24%, .18% и 37% соответственно.

На втором этапе моделировался один вариант расположения (аналогичный участку ПВ-85К). Было оценено влияние двух основных возмущающих воздействий. Проведенные вычислительные эксперименты были представлены в виде 6 вариантов : 1-ый вариант - без учета возмущающих воздействий, 2-ой - 6-ой с различным уровнем возмулщщих факторов.

Результаты моделирования показали,что средние итоговые значения и усредненная динамика основных показателей (добыча, содержание полезного компонента в растворе, удельный расход реа-

Г 8 ИТ в) ДЛЯ ВСЭХ вариантов кроме 6-го достаточно близки.

Так, по итоговой добыче различие 1-го варианта с остальными составило около 5%, по среднему содержанию полезного компонента в растворе около 11%, а по удельному- расходу реагента около 12%. Близость полученных результатов для 2-го - 5-го вариантов не означает, что не следует учитывать"влияние возмущающих факторов, так как рассматривались именно такие уровни возмущений, при которых могут быть надежно оценены параметры гидродинамического контура. Результаты 6-го варианта, соответствующего значительным возмущающим воздействиям подтверждают эти соображения. Главное отличие 6-го варианта от остальных заключается в резком увеличении козффииектов вариации: более чем в 4 раза для добычи и в 2-3 раза для среднего содержания полезного компонента в растворе и удельного расхода реагента ( рис.8, 9 ).

Четвертая глава содержит краткое описание месторождений в районе опытных работ, результаты применения разработанных методов, алгоритмов и программ для интерпретации и прогнозирования основных показателей отработки 3-х опытно-промышленных участков-ПЕ-85К, ПВ-86К, месторождения "Сев. Кенимех" и участка ПВ-85Ш месторождения "Мейлисай". При моделировании преследовалась цель опробовать и сопоставить с фактическими данными методы и алгоритмы для решения 2-х задач, а именно : интерпретации результатов отработки объектов и прогнозирования динамики основных показателей. Решение первой задачи базировалось на всей имеющейся информации о работе участков. При решении второй использовались только проектные или оценочное данные.

Интерпретация результатов отработки для всех Объектов осуществлялась •следующим образом. Первоначально,по имеющимся исходным данным (гидрогеологические характеристики пласта, информация о работе скважин ) определялась интенсивность проработки рудных плопщей. Затем, устанавливалась зависимость извлечения полезного компонента от Ж: Т для участков ПВ-85К и ПЕ-85К, а для ПВ-85.¥э использовалась лабораторная зависимость. (Лабораторные зависимости извлечения для участков ПВ-85К и \ПВ-86К оказались неадеа-ватны натурному процессу ). На этой основе рассчитывались основные геотехнологические параметры, строилась итоговая карта извлечения, определялись параметры характерных зон гидродинамического контура. Отмечено, что итоговые карты а Т по всем участкам

Добыча (усл,.ед.)

Нао то бо о то 11оо

\ Рис.8. Прогноз добычи, полезного компонента; (а) - 3-ий вариант,

(б) - 6-ой вариант; (--среднее значение..........- диапазон возможных отклонений).

ш, ш. по, ем,

воо, щ

•МО

&о «0

Уд. расход (кг/кг) реагента

(а) Уд. расход (кг/кг)

(С)

800 400.

ТОО 600 боа 400 300 ¿00 т,

реагента

—I—>

200

600

—I—

то.

—г ь то

гоо боо «оо /4оо

Прогноз удельного расхода реагента; (а) - 3-ий вариант, (б) - 6-ой вариант; ( ---среднее значение. --- - диапазон возможных отклонений).

наглядно характеризуют интенсивность проработки всей площади гидродинамического контура, тогда как методы, основанные на пос-тоении "лент" тока таким свойством не обладают. Эти карты, особенно для участков ПЕ-85К и ПВ-86К, оказались далеки от идеализированных картин, характерных для одинаковых и стабильных дебитов скважин.

Сопоставление фактических (по данным контрольного бурения) и модельных показателей извлечения для участка ПВ-85К выявило существенные расхождения по 2-м контрольным скважинам ( NN 19л, 21 ). Эти различия можно объяснить окисленностью руды в этой зоне, тогда как зависимость извлечения урана от ЯЬ Т, полученная по-фактическим данным и использованная при моделировании, описывает некий усредненный тип руды. Отсутствие зависимости извлечения для различных геотехнологических сортов руд не поволяет более детально интерпретировать результаты отработки, объекта

Учитывая сложность участка ПВ-85К, как объекта моделирования , ( геологические особенности, в частности фильтрационная неоднородность, нестабильность подачи окислителя, недостаточную полноту информации о геотехнологических свойствах руд и т. д. ) совпадение модельных и фактических показателей отработки участка ПВ-85К в целом можно расценить как удовлетворительное. Результаты расчетов основных параметров отработки по всем моделируемым ■ участкам приведены а таблице 2.

^Моделирование процесса отработки для участка ЙВ-86К показало, что фактические, и модельные значения показателей отработки сказались во вполне удовлетворительном согласии (табл.2, рис.Ю).

Сопоставление фактических (по имеющимся данным^контрольного бурения ) и' модельных показателей извлечения для участка ПВ-86К показало вполне удовлетворительное согласие : фактические значения извлечения для скважин NN 38к, 39к. 42к составляли приблизительно 50%, а модельные находились в диапазоне 55-65%. Данные по скважине N 20к подтверждают наличие слабопроработанной зоны. ( Некоторое смещение можно объяснить тем, что при моделировании не учитывался небольшой естественный поток подземных вод около 3 м/год ). Фактические и модельные значения извлечения по скважине N Эбк сказались равны нулю.

Результаты моделирования по участку ПЕ-85ЦЭ показали высокое и достаточно равномерное по площади геометрического контура

Рис.Ю. Итоговая карта извлечения урана для участии 11В-86К

-- изолинии поля извлечения (Е); о- положение скважины;

1-Е более 70$; 2-Е более 50$; 3-Е более 20$; 4 - Е более 5 - Е менее 1%.

извлечение урана. Среднее модельное значение извлечения по геометрическому контуру составило 781, что практически совпадает с данными контрольного бурения 77.7%. Среднее модельное значение извлечения по гидродинамическому контуру 66%, заметно Меньше фактического 76. б£. Однако, из-за сравнительно малого числа контрольных скважин за пределами геометрического контура ( 5 ) эти данные нельзя считать достаточно надежными. В целом, согласие модельных и фактических данных при интерпретации результатов отработки участка ПВ-85Ме можно считать достаточно хорошим (табл. 2, на рис. 11 приведена карта извлечения урана).

Разработанные математические модели и методы были применены, помимо интерпретации, и для прогнозирования показателей отработки опытно-промышленных участков ПВ-85К и ПВ-86К. Для участка ПВ-85Ме'прогнозирование показателей отработки не.производилось из-за малого срока отработки и стабильной работы технологических скважин (т.е. режим работы участка не характерен для промышленных объектов ПЕ). Преследовалась цель, не используя фактических данных о дебитах технологических скважин, дать прогноз динамики ожидаемого значения добычи урана, диапазона возможных отклонений из-за влияния возмущающих факторов ( деформации сети скважин при бурении, погрешностей производительности участка и технологических скважин) и сопоставить полученные результаты с фактическими данными. Необходимо отметить, что при прогнозировании дёбиты скважин задавались "в среднем" одинаковыми и зти значения определялись просто путем деления производительности участка по откачке или закачке на число соответствующих скважин. Параметры основных возмущающих факторов ( отклонение ?абоев от устьев, нестабильность, погрешности оценки дебитов технологических скважин ) задавались характернами для данных участков ПЕ Таким образом, б основных чертвх имитировалась реальная ситуация, иш-вщая место при проектировании объектов ПВ.

Результаты моделирования показывает,. что соответствие фактических и прогнозных зависимостей добычи урана для обоих участков можно расценивать как вполне пркэшаата (рис. 12). •

На начальном этапе эксплуатации появляется возможность уточнить прогноз основных показателей за счет построения модели гидродинамики объектов по' фактическим координатам забоев и уточненным оценкам Дебетов скважин.

- ъъ -

ТАБЛИЦА 2.

1 | Наименование показателя 1 1 1 1 | Единица Значение 1 Примечание|

|измерения! показателя

По участку 1 ПВ-85К 1 По геомет-|

1 1. Значение Ж: Т | мЗ/т | 3.64 рическому |

1 2. Степень извлечения 1 У' | 50.2 (55. 8) контуру |

1 з. Удельный расход реагента | кг/т | 3.7 (3. 53)

1 4. Площадь гидродин. контура| м2 | 6400

1 5. Значение Ж: Т | мЗ/т | 3.3

1 в. Степень извлечения 1 * | 33.0 (43. 7)

1 7. Площадь "привл." области | м2 | 1500

1 а. Степень извлечения По 1 % участку 1 1 24 ПВ-86К 1 По геомет-|

1 9. Значение Ж: Т | мЗ/т | 1.7 рическому |

|10. Степень извлечения 1 | 64.4 (66. 4) контуру |

|11. Удельный расход реагента | кг/т | 16.6 (19. 7)

|12. Площадь гидродин. контура| м2 | 9000

|13. Значение Ж: Т | мЗ/т | 1.6

)14. Степень извлечения 1 % | 53.7 (56. 0)

115. Плопрдь "привл." области | м2 | 1600

|1В. Степень извлечения По 1 7' участку 1 | 44 ПВ-85Ме 1 По геомет-|

|17. Значение Ж: Т | мЗ/т | 4.2 рическому |

|18. Степень извлечения I х | 78 (77. 7) контуру |

|19. Удельный расход реагента | кг/т | 0.56 (0. 54)

|20. Площадь гидродин. контура| м2 | 2010

|21. Значение Ж: Т | мЗ/т | 3.2 (.3.1) В скобках |

|22. Степень извлечения 1 & | 66 (76. 6) приведены |

|23. Плопвдь "привл." области I м2 | 1020 ф&ктическ. |

|24. 1- Степень извлечения 1 х • 1 43 • данные | 1 1

40

60

20

<0

Масштаб 1:500

ю

го

ъо

ко

БО

60

70

«о

^ 1 ^, ш

Рис. 11. Итоговая ката извлечения для участка ПВ-85Уе. ■

-- изолинии поля извлечения (Е): о- полоиениэ скважпш:

1-Е Солее 70%: 2-Е более 50%: 3-Е Солее 20%: 4 - Е Солее 5%: 5 - Е менее 5%.

Добыча(5)

(а) Добыча (т) з$-

(б)

* /

I

I

т 4н> боо ш то то то

№ т боо ш юоо иоо ноо

Рис.12. Прогноз динамики добычи урана для участков ПЕ-85К(а) и

ПВ-86К(б) (--фактическое значение;----ожидаемое значение;

____ - диапазон возможных отклонений).

Результаты прогнозирования добычи урана в такой постановке, показали заметное улучшение прогноза добычи ( диапазон возможных отклонений в первой половине срока отработки уменьшился приблизительно в 1.5 раза ).

Согласие прогнозных результатов с фактическими в определенной степени связано с тем, что кривые извлечения полезного компонента, .использованные при прогнозировании, рассчитывались по фактическим данным. Тем не менее, результаты моделирования пока-'зшаот'Г что "при не слишком жестких .предположениях о производительности скважин, объекта ПЕ в целом и уровнях возмущающих воздействий разработанная методика прогнозирования обеспечивает существенно более детальные и надежные, по сравнению с традиционной, оценки ожидаемых показателей эксплуатации предприятия ПК

Было отмечено, что из-за отсутствия детальных геотехнологических характеристик руд рассмотренных объектов ПВ были оценены не все возможности предложенных методов. Тем не менее, даже при использовании для моделирования более грубых исходных данных, . чем требуется,..полученные результаты подтвердили, в целом, правильность допущений, положенных в основу разработанных методов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным итогом работы является методика прогнозных геотвхно-логических и технико-экономических расчетов показателей эксплуатации объектов ПВ на стадии их проектирования. Методика позволяет более полно, по сравнению с применяемой, учесть основные факторы, влияющие на показатели отработки предприятий ПВ и на этой основе снизить вероятность грубых ошибок, повысить.качество, сократить сроки и затраты при проектировании.

В процессе исследований были получены результаты, ввдвнгавмые з качестве защищаемых положений:

- на стадии проектирования, прбгноз основных геотехнологических показателей мояет основываться на предположении о равномерной проработке площади гидродинамического контура, так как этот показатель оценивается с достаточной надежностью дала при существенных возцущаицих воздействиях.

- основные показатели отработки сложных объектов ПВ обусловлены совместным действием таких факторов, как динамика извлечения полезного компонента и динамика изменения проницаемости гоотэхнологических сортов руд и пород.

- влияние случайных воз.'дутцеияй на добы у, извлечение полезных компонентов снижается в процессе отработки; при этом для определенного Уровня возмуц91шй, могут быть оценены только итоговые, значения показателей, тогда как для меньших уровней возмущений может быть оценена и динамика показателей отработки.

Дальнейшие исследования в этой области могут <3ыть направлены на решение следующих задач: оценка устойчивости различных сетей технологических скважин по отношению к рассмотренным возмущающим воздействиям; определение экономической эффективности цульсирующих режимов работы скважин; определение экономически эффективной последовательности ввода в эксплуатацию, объектов ПВ с различными геотехнологическими характеристиками.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: '

I. Линцер Л.А., Грачев А.Н., Рыков В.Е. Моделирование геологической среды - основа моделирования процесса подземного выщелачивания. Международный симпозиум " Горницкий Пршябрам в науко и технике".

Сборник докладов серии "М" Химические методы добычи и переработ-кж, 13-16 октября 1990г., Пршибрам, ЧОФР.; стр.375-388.

2. Линцер Л.А., Грачев А.Н., Рыков В.Е. Мэтодика прогнозных гвотехнологических расчетов на основе статистического моделирова-шш. Маздународный симпозиум "Горняцкий Пршибрам а науке и технике". Сборник докладов серии " Химические методы добычи и переработки, 13-16 октября 1990г., Пршибрам, ЧСФР; стр.389-406.

3. Линцер Л.А., Рыков В.Е. Совершенствование методов сбора, хранения и обработки на ЭВМ геолого-геофизических и гидрогеологических данных. Отчет. М., Фонды ВНШХТ, инв. Л Ф-8844с, 1987г.

4. Грачев А.Н., Рыков В.Е. Разработка нестационарной, объемной модели процесса ПЗ на примере месторождений ЛГХК и НГМК. Ы., Фонда ВНШХТ, инв. № Ф-9127С, 1988г.

5. Попонина Г.Ю., Волков Н.И., Марков С.П., Рыков В.Е. Отчет о проведении натурного полупромышленного опыта ПВ-89 с целью изучения геотехнологических особенностей извлечения скандия и других поцутных компонентов на Центральной залежи Долматовского месторождения. Фонды Зеленогорской экспедиции, инв. № 2965, 1992г.

6. Волков Н.И., Долгих П.Ф., Дубнов В.К., Рыков В.Е. Результаты опытно-промышленных испытаний подземного скважинного сернокислотного выщелачивания урана из руд местороадения Семизбай по состоянию на 0.1. 0.388. Отчет, ГЛ., Фонды ВНИИХТ, инвЛЙ>-90?2с, 1988г.

7. Фазлуллин М.И., Мельник И.Г., Миронов H.A., Ларкин Э.Д., Заболоцкий А.И., Рыков В.Е. Исследование в разработка технологии комплексной отработки гидрогенннх месторождений кислотным и карбонатным методами, поиск эффективных окислителей, разработка технологии очистки и рекультивации вод продуктивных горизонтов после ПВ на оонова юс геолого-гидрогеологического и минералого-геохими-ческого изучения. Отчет, М., Фонда ВНШХТ, инв. Je Ф-9360С, 1989.

'8. Садыков Р.Х., Миронов Б.А. Литолого-геохимические и геотех-нологическне исследования руд и участие в опытных работах на месторождениях Кызыл-Думской провинции (Канимех, Майлисай, Кевдык-Тюбе Н др.) о целью передачи их в эксплуатацию способами ПВ. Фонды ОНИС-2, ВНИИХТ, инв. №437с, 1990.