Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Каротажник 2016 N 7 (265)..pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
11.5 Mб
Скачать

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И УСЛОВИЯ ПУБЛИКАЦИИ МАТЕРИАЛОВ В НТВ “КАРОТАЖ НИК”

1.Рукописи представляются в электронной версии по E-mail. Используются форма­ ты *.doc или *.rtf без элементов верстки, шрифт Times New Roman, 14 пунктов, через 2 интервала.

2.Графические материалы - в виде отдельных файлов форматов: \TIF, *.PSD, *.JPG, *.GIF, \E P S , *.PDF, *.CDR с разрешением не менее 300 dpi. Максималь­ ный размер рисунков - А5.

3.Оптимальный объем рукописи — 12-15 машинописных стр. (включая рисунки, таблицы и список литературы, оформленный в соответствии с требованиями ГОСТ Р 7.0.5-2008): все упоминаемые работы в алфавитном порядке (фами­ лия и инициалы автора, название работы, название издания, место издания,

изд-во, год, выпуск, № стр.). В тексте - номер работы в квадратных скобках.

4.Число авторов публикации не должно превышать трех человек.

5.Рукопись должна иметь: УДК; аннотацию (примерно 500 знаков); ключевые слова (до 5 слов); адрес для переписки, телефон, если есть - E-mail; сведе­ ния об авторах (точное название места работы, должность, ученая степень, ученое звание, учебное заведение, которое окончил автор, научные интересы

ичисло публикаций). Фотографии четкие, без повреждений присылаются по электронной почте в формате \TIF , *.ВМР, *.JPG (300 dpi).

6.Рисунки - четкие, наглядные, без надписей на полях, пронумерованы в порядке упоминания. Рисунки, надписи, символы на них должны допускать уменьшение в 2 -4 раза. Подрисуночные подписи представляются в виде отдельного списка.

7.Формулы —напечатаны отчетливо, единообразно, с пробелами между строками

ибуквами, одинаковыми по начертанию. Нумеруются арабскими цифрами в круглых скобках. Расшифровка буквенных обозначений должна быть полной в последовательности их расположения в формуле. Греческие буквы набираются прямым шрифтом, латинские - курсивом.

8.Таблицы должны иметь заголовки, если более одной - нумерацию.

9.Применение аббревиатур в заголовке не допускается. В тексте необходимо дать их расшифровку.

10.Редакция оставляет за собой право сокращать рукописи и вносить редакцион­ ные изменения с учетом замечаний рецензентов.

11.Плата за публикацию не взимается с аспирантов и авторов, работающих в организациях - членах АИС.

Производственный

опыт

УДК 622.775

А. А. Молчанов

О О О НПЦ ГеоМИР'

Ю. В. Демехов НАК ^Козотомпром'

ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАЗМЕННО-ИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОБЫЧИ УРАНА МЕСТОРОЖДЕНИЙ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН, РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ МЕТОДОМ ПОДЗЕМНОГО СКВАЖИННОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

Приводятся результаты применения плазменно-импульсного воздействия для повышения эффективности режима работы технологических скважин при добыче урана месторождений гидрогенного типа, разрабатываемых методом подземного скважинного выщелачивания на территории Республики Казахстан.

Ключевые слова: подземное скважинное выщелачивание, добыча урана, кольматация, ударные волны, законные и откачные скважины, доминантные частоты,

резонанс пласта.

Подземное скважинное выщелачивание (ПСВ) является прогрес­ сивным и безопасным способом разработки урановых месторождений песчаникового типа без поднятия руды на поверхность. Процесс осуществляется путем избирательного перевода ионов природного урана в продуктивный раствор непосредственно в недрах. При этом урансодержащая руда остается под землей в отличие от традиционных методов добычи (шахтный и карьерный), требующих значительных затрат на рекультивацию окружающей среды.

Казатомпром имеет богатый опыт применения сернокислотного вы­ щелачивания урана на территории Южно-Казахстанской области [36].

Метод ПСВ - это процесс замкнутого цикла, включающий в себя бурение скважин, установку технического оборудования и сооружение технологического полигона. В зависимости от конфигурации рудного уранового тела могут использоваться гексогональная и линейная схе­ мы разработки или подача через закачные скважины раствора серной кислоты слабой концентрации в рудоносный горизонт.

Большинство месторождений Южно-Казахстанской области имеют верхний и нижний водоупоры из глинистых пород, что позволяет обес­ печить концентрированное выщелачивание только в зоне оруденения. Основной процесс выщелачивания происходит под землей, где уран переходит в так называемый продуктивный раствор. Продуктивный раствор поднимается на поверхность и проходит процесс сорбции и десорбции в ионообменных колоннах.

Рудник ПСВ с перерабатывающим комплексом, к примеру, на 500 т природного урана в год уместился бы на четвертой части территории типичного гидрометаллургического завода такой же мощности.

В будущем все урандобывающие предприятия планируют выпус­ кать конечный продукт в виде уранового концентрата качества ASTM на местах добычи. В отличие от добычи урана карьерным или шахт­ ным методом, при разработке месторождения методом ПСВ отпадает необходимость строительства хвостохранилищ для хранения отходов урана с высоким уровнем радиации.

Установлено, что природная гидрогеохимическая среда на ура­ новых месторождениях Южного Казахстана обладает уникальной способностью к самовосстановлению после техногенного воздейс­ твия. За счет постепенного восстановления естественных окисли­ тельно-восстановительных условий происходит хоть и медленный, но необратимый процесс рекультивации подземных вод рудовмеща­ ющих водоносных горизонтов. В НАК “Казатомпром” разработан метод значительной интенсификации этого процесса, ускоряющий рекультивацию в десятки раз.

Таким образом, метод подземного скважинного выщелачивания, применяемый в Южном Казахстане, является без преувеличения самым экономичным и экологически безопасным методом добычи урана из всех известных. Такая технология применяется на рудниках месторождений Акдала, Мынкудук, Инкай и других.

Химические процессы, протекающие при электрогидравлическом воздействии на жидкость (воду), внешне носят, как правило, одно­ временно окислительный и восстановительный характер.

От технического состояния технологических скважин с момента их ввода в эксплуатацию и в процессе эксплуатации зависит эффек­ тивность извлечения урана. Режим эксплуатации включает условия, исключающие значительные утечки растворителей и продуктивных растворов или их разбавление благодаря наличию водоупоров в кровле и подошве рудных пластов.

Одной из основных проблем остается снижение проницаемости продуктивных интервалов из-за кольматации фильтров и прискважин­ ных зон технологических скважин, а также снижение проницаемости продуктивных пластов. Кольматация технологических скважин про­ исходит на всех стадиях отработки рудных залежей.

Основными причинами развития механической кольматации в сква­ жинах является наличие глины в зоне фильтра и попадание взвесей в нагнетательные скважины. На стадии освоения скважин необходимо удалять глину, используемую при бурении, из прискважинной зоны технологических скважин. Недопустимо вводить в пласт растворы, содержащие взвешенные вещества, поэтому необходимо рекомен­ довать проведение глубокого осветления растворов на поверхности.

Для декольматации скважин перспективным является метод плазменно-импульсного воздействия (ПИВ). Этот метод может быть успешно использован для восстановления дебита и приемистости скважин после химической и механической кольматации, а также при освоении скважин в процессе их сооружения, что позволяет макси­ мально удалять буровой раствор из фильтра и прифильтровой зоны.

Разработанный в России метод ПИВ успешно применяется для интенсификации работы нагнетательных и эксплуатационных нефтя­ ных скважин и дополнительного извлечения углеводородов. Метод успешно применяется на месторождениях углеводородов в России и за рубежом [18-21, 29, 37].

Основной метод подземного скважинного выщелачивания при добыче урана значительно отличается от технологии добычи нефти.

В технологическом отношении разработка месторождений урана в России, Казахстане и в других странах (кроме США) по методу ПСВ состоит в том, что добываемый металл переводят в подвижную форму с помощью химического выщелачивания слабыми растворами серной

кислоты, которые вводят в пласт через нагнетательные (закачные) скважины. Образующиеся в результате этого продуктивные растворы движутся по продуктивным пластам и через систему разгрузочных (откачных) скважин извлекаются на поверхность и перерабатываются с помощью сорбционных установок.

Использование растворов серной кислоты в качестве рабочего агента требует применения кислотостойкого оборудования, обеспе­ чения технической и экологической безопасности при длительной эксплуатации объектов.

Основное отличие конструкций скважин состоит в том, что если при разработке месторождений углеводородов используются сталь­ ные трубы (НКТ и обсадные колонны) большого диаметра и длины, то в скважинах для добычи урана применяются пластмассовые об­ садные колонны и фильтры меньшего диаметра и длины, надежно работающие в агрессивной среде. При бурении скважин на урановых месторождениях и закреплении их пластмассовыми трубами трудно обеспечить их прямолинейную траекторию, которая за счет горного давления и процессов, происходящих в горном массиве, затрудняет прохождение в зону фильтров скважинных приборов (рис. 1).

Реализация подводного искрового разряда в воде требует примене­ ния конструктивно сложных высоковольтных источников питания (от 10 до 40-50 кВ), использование которых в условиях ограниченного

 

Скважина 13-4-3

 

Вертикальный разрез

Вертикальный разрез

Горизонтальный разрез

Север-Юг

 

 

Запад-Восток, м

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

Рис. 1. Проекции траектории ствола скважины 13-4-3 на горизонтальную и вертикальные плоскости

объема скважины (по диаметру и длине) крайне затруднительно. Осу­ ществление электрогидравлического эффекта связано с относительно медленным накоплением энергии в источнике питания и практически мгновенным ее выделением в жидкой среде. Основными действую­ щими факторами электрогидравлического эффекта являются высокие

исверхвысокие импульсные гидравлические давления, приводящие к появлению ударных волн сверхзвуковой и звуковой скоростей; значительные импульсные перемещения объемов жидкости; инфра-

иультразвуковое излучение; механические резонансные явления, мощные электромагнитные поля (десятки тысяч эрстед), а также многократная ионизация соединений и элементов, содержащихся в жидкости.

Электроразрядные источники импульсных давлений характери­ зуются высокой плотностью энергии, которые в результате резкого воздействия внешнего электрического поля приводят к быстрому расширению каналов за счет высокого давления и температуры. Электроразрывное преобразование энергии может быть реализовано двумя методами: подводным искровым разрядом (ПИР) и подводным электрическим взрывом проводников (ПЭВП). Первое характеризуется тем, что проводящий канал образуется в результате высоковольтного пробоя воды; второй представляет собой последовательную цепь базовых преобразований превращений металла под действием им­ пульсного тока и затем пробой по продуктам взрыва [13].*

Учитывая особенности технологии разработки месторождений урана методом подземного выщелачивания с использованием скважин, имеющих внутренний диаметр 74 мм, и применения 2-5% кислот­ ных растворов в качестве рабочего агента ООО НПЦ “ГеоМИР” в 2010 г. приступило к разработке и изготовлению опытных образцов скважинной аппаратуры ПИВ “Приток-1М” малого диаметра.

Особое внимание обращалось на материал для изготовления уз­ лов, имеющих непосредственный контакт с агрессивным рабочим реагентом, заполняющим скважины, и конструктивную модерни­ зацию механических узлов и электрических схем блоков питания, управления и накопления заряда с учетом неизбежных ограничений

* При подводном взрыве проводников (ПЭВП), так же, как и при подводном элек­ тровзрыве (ПЭВ), образуется низкотемпературная плазма, поэтому часто в научных публикациях употребляется термин 'плазменно-импульсное воздействие' (ПИВ) или 'плазменно-импульсная технология' (ПИТ).

Таблица 1

Технические характеристики модификаций аппаратуры “Приток-1 М ”

Технические данные

Приток-

Приток-

Приток-

Приток-

 

1М-60

1М-52

1М-48

1М-42

Наружный диаметр скважинного

60

52

48

42

прибора, мм

 

 

 

 

Длина скважинного прибора, мм

2700

2700

2700

2700

Диаметр головки зонда, мм

36

36

36

36

Емкость конденсаторной батареи, мкФ

120

120

190

70

Напряжение заряда конденсаторов, кВ

6,0

6,0

3,0

3,0

Энергия накопления заряда

2,16

2,16

0,9

0,8

конденсаторной батареи, кДж

 

 

 

 

Допустимое рабочее давление

40

40

40

40

скважинного прибора, МПа

 

 

 

 

Максимальная температура

85

85

85

85

окружающей среды, °С

 

 

 

 

Следует отметить, что глубина проникновения упругой энергии за счет направленного излучения достигает 50-75 м и более (в зави­ симости от состояния коллектора). Поэтому упругие волны воспри­ нимаются соседними скважинами, находящимися в одном пласте, которые также начинают работать с повышенным дебитом (табл. 2).

Приведенные в табл. 2 данные свидетельствуют о возможности управлять продуктивными потоками, а также их направлением за счет изменения проницаемости гидросреды. В то же время было замечено, что при одновременном воздействии ПИВ на скважины, эксплуатиру­ ющиеся фильтрами на разных уровнях, возможны перетоки разного направления, приводящие к взаимной компенсации (рис. 3).

По результатам проведенных опытно-методических работ на месторожденнии Мынкудук было установлено следующее:

1.Аппаратура плазменно-импульсного воздействия “Приток-1М” обладает достаточной энергией (0,8-1,2 кДж) и широкополосным частотным спектром (1,0 Гц - 10,0 кГц) для надежной декольматации фильтров и прискважинной зоны откачных и закачных сква­ жин на 6 и более месяцев (до 1,5 лет), что в 3—4 раза превышает межремонтные сроки применяемых на производстве стандартных ремонтно-восстановительных работ (табл. 3).

обработанная откачная скважина нижнего фильтра

обработанная откачная скважина верхнего фильтра

обработанные закачные скважины

необработанные закачные скважины, отреагировавшие с увеличением приемистости на обработку соседней скважины

Онеобработанные закачные скважины, отреагировавшие с уменьшением приемистости на обработку соседних скважин на разных горизонтах

Рис. 3. План ячейки 2, месторождение Восточный Мынкудук

2.Дальность распространения упругих колебаний, излучаемых аппаратурой “Приток-1М ”, составляет не менее 50-75 м , что обеспечивает создание в межскважинном пространстве упругих колебаний на резонансных “доминантных” частотах, способс­ твующих ускорению химических реакций по переводу урана в подвижную форму, повышению пьезопроводности рабочего агента (раствора), что ведет к повышению извлечения и стабилизации выхода металла и медленного его спада во времени (в 3-4 раза медленнее, чем в необработанных ПИВ откачных скважинах).

3.За счет воздействия упругого и электромагнитного полей повы­ шается интенсивность режима работы близко расположенных (реагирующих) откачных и закачных скважин. Из 30 близко расположенных от обработанных скважин блока 201-2 более 20 положительно отреагировали на воздействие.

4.Учитывая достаточную дальность распространения упругих волн при ПИВ, для повышения эффективности отработки блоков залежи следует считать целесообразным проводить обработку методом ПИВ только откачных скважин с дебитами, отклоняющимися от регламента, при обязательном контроле режима работы закачных скважин соответсвующей ячейки. При низкой приемистости от­ дельных закачных скважин достаточно произвести их обработку в щадящем режиме до восстановления запланированного режима

работы ячейки блока.

Пример длительной стабилизации дебита откачных скважин в результате РВР-ПИВ показан на рис. 4.

-200 -150 -100

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

 

 

 

Время до и после обработки ПИВ, дни

 

 

 

 

 

скв. 8-1 -5-0

 

 

 

скв. 8-1-6-0

 

 

 

скв. 8-1-10-0

 

 

Рис. 4. Дебит откачных скважин (блок 8-1)

После РВР иногда наблюдается снижение дебита и приемистости скважин, но не более, чем на 20% от первоначальных значений; содер­ жание металла в пробах в основном увеличивается или стабилизиру­ ется. В ряде скважин наблюдается снижение содержания, но в 3 раза медленнее, чем в необработанных скважинах, в пределах 4—6 месяцев.*

При отработке более глубоких продуктивных горизонтов, разраба­ тываемых методом ПСВ, появились проблемы поддержания высоких

* Была обработана 61 скважина, одна скважина проработала 50 дней и была выведена из эксплуатации в связи с необходимостью ремонта погружного насоса.

дебитов откачных скважин, сокращения времени проведения РВР, увеличения межремонтных циклов работы скважин.

Проведение РВР по стандартной технологии (химобработка, пневмообработка, эрлифт, прокачка) имеющимся на руднике обору­ дованием, как правило, не обеспечивает необходимых результатов. Изучение материалов по нескольким блокам месторождения показало, что большая часть твердых кольматантов остается во взвешенном состоянии. Из-за недостаточной промывки скважины фильтры пол­ ностью не очищаются и время между РВР составляет 15-20 дней, редко превышая 30 дней. Причем дебит откачной скважины после очередного РВР становится все меньше и меньше (рис. 4).

31.01

20.02

12.03 .

1.04

21.04

11.05

_ 31.05

. _20.06

10.07

Дата замеров дебита скважины

-РВР

Рис. 5. Типичный график работы откачной скважины с РВР

В то же время, если произвести промывку отстойника, фильтра и всего ствола с контролем минимального количества кольматанта на устье скважины, дебит откачной скважины сохраняется на уровне 11,5-12,0 мъ/ч в течение нескольких месяцев (рис. 5).

График на рис. 5 показывает, что при недостаточной прокачке скважины во время проведения РВР дебит скважины постоянно уменьшается. Это объясняется тем, что при остановках работы скважины кольматант, который находится во взвеси за счет разницы его удельного веса и продуктивного раствора, опускается в фильтр

и отстойник.

Рис. 6. Дебит откачной скважины Р-30-2-1 с промывкой отстойников и филь­ тров при проведении РВР (январь - октябрь 2015 г)

Следующим мероприятием для надежной декольматадии являлось увеличение мощности излучения скважинного генератора. Была разработана схема генератора с энергией 2,0 кДж с возможностью ее применения в режиме разряда 3,0, 4,0 и 5,5 кВ. Испытания этого генератора в гидрокамере ВНИИГИС при давлении от 1,0 до 15,0 МПа в гидросреде показали стабильность излучаемой энергии при напря­ жении разряда с инициированием возбудителя разряда. При напряже­ ниях разряда 3,0 и 4,0 кВ мощность излучения в значительной мере зависит от гидростатического давления в скважине, при напряжении разряда 5,5 кВ мощность излучения постоянна (рис. 7).

Таким образом, аппаратуру “Приток-1 М-52” можно рекомендовать для применения метода ПИВ в скважинах до глубины 1200 л* и более. В качестве инициирующего возбудителя были испытаны образцы медной и нихромовой проволоки диаметром от 0,2 до 0,6 мм.

Совсем недавно авторам удалось познакомиться с применением электрогидравлического эффекта в специальных областях исследова­ ний по моделированию процессов при взрывах в атмосфере и гидро­ сфере больших пространств. Некоторые результаты были проверены применительно к задачам электрогидравлических преобразований

энергии в механическую работу в условиях скважины [3, 4, 6, 9

ю

15,25,31].

’ ’

Рассмотрим процесс плазменно-импульсного воздействия в услови­ ях откачной скважины. Типичным процессом инициирования разряда является пробой межэлектродного промежутка в жидкости под дейс­ твием электрического напряжения, возникающего на электродах при

Рис 7. Зависимость мощности упругого излучения при изменении глубины погружения скважинного прибора аппаратуры “Приток-1 М” при напряжениях разряда силовых конденсаторов 3, 4 и 5,5 кВ

подключении к ним заряженного конденсатора через инициирующую проволочку [22]. После образования канала разрядный ток, достига­ ющий десятков и сотен тысяч ампер, образует низкотемпературную плазму с температурой на начальной стадии примерно 4 1 04 °С. При интенсивном выделении энергии скорость расширения канала может стать сравнимой со скоростью звука в жидкости и даже превзойти ее. В этих случаях волна сжатия, распространяющаяся в жидкости, превращается в ударную волну в непосредственной близости от ка­ нала или даже сразу излучается в виде ударной волны. В процессе разряда во время протекания тока температура плазмы меняется незначительно, спадая после окончания разряда.

Разогрев плазмы вызывает повышение давления в канале. Под действием повышенного давления канал расширяется. Давление в канале в процессе разряда проходит через максимум на начальной

стадии, давление в канале возрастает несмотря на увеличение его объема и спадает к концу разряда. В максимуме давление достигает величины 103 МПа при умеренной плотности энергии в канале.

Плотность плазмы в процессе разряда меняется незначительно и поддерживается на уровне 1020 частиц/см3 Это происходит потому, что уменьшение плотности плазмы из-за расширения канала компен­ сируется поступлением новых частиц в результате испарения воды со стенок канала.

Расширение канала продолжается после окончания выделения энергии, сначала под действием давления, повышенного по сравне­ нию с гидростатическим, а затем благодаря инерции растекающегося потока жидкости. На послеразрядной стадии канал превращается в газовый пузырь. Расширение пузыря происходит до тех пор, пока кинетическая энергия растекающегося потока не перейдет полно­ стью в потенциальную энергию пузыря, давление в котором меньше гидростатического. Затем под действием гидростатического давления происходит обратное движение жидкости, потенциальная энергия снова переходит в кинетическую энергию сходящегося потока. При захлопывании полости давление газа в ней резко возрастает. Под действием этого давления жидкость отбрасывается назад и процесс повторяется в виде последующих затухающих пульсаций.

Энергия, выделяющаяся в канале разряда, расходуется, в основном, на работу, совершаемую каналом при расширении (около 50%) и на нагрев вещества в канале разряда. Работа, совершаемая каналом, разделяется на энергию волн сжатия (до 20%) и на энергию пульса­ ции (до 30%) [22]. По данным [3] энергия ударной волны составляет 62,8%, на термическое излучение расходуется 6,2% и на образование газового пузыря 31%.

Как правило, теоретические расчеты возбуждаемых процессов крайне затруднительны и чаще всего заменяются физическими экс­ периментами [13, 22, 31].

Вопрос об эффективности преобразования энергии при ПИВ возникает в связи с необходимостью выбора такого оптимального режима разряда LC-цепи, при котором обеспечивается максимум механического воздействия [22]. Его мерой могут служить пара­ метры ударной волны. Большинство исследований показывает, что высокая эффективность разряда наблюдается в тех случаях, когда он протекает в режиме, близком к критическому, когда вся запасенная в

конденсаторах энергия выделяется в течение одной положительной полуволны тока разряда.

Разряд, близкий к критическому (r| < 1), обеспечивает наиболее быструю передачу энергии накопителя в канал разряда и наибольший акустический КПД. В согласованном режиме время нарастания мощ­

ности равно 0,84L C . Исходя из этого, период интенсивного выделе­ ния энергии не должен превышать 40 мкс, индуктивность зарядной цепи - 3-4* КГ6 Гн, емкость силовых конденсаторов - 80-120 мкФ.

 

л \12

Максимальное давление в канале Р™ = 0,17 Ро

CUl

зависит от

 

и р.п у

свойств проводника, скорости подвода энергии и гидродинамических характеристик продуктивного пласта (р0 - гидростатическое давление в скважине). Напряжение и емкость являются главными факторами, определяющими длину (напряжение) и диаметр (емкость) искрово­ го канала. При увеличении напряжения резко возрастает энергия

си2

импульса (W = —— ) и крутизна фронта импульса тока. Увеличение

индуктивности разрядного контура приводит к резкому возрастанию длительности импульса и изменению крутизны фронта. Поэтому нич­ тожное уменьшение индуктивности приводит к увеличению механи­ ческого КПД разряда. Увеличение сопротивления разрядного контура снижает энергию импульса и уменьшает амплитуду тока, вызывает увеличение длительности импульса и резко влияет на крутизну фрон­ та, делая его более пологим, что в конечном счете уменьшает КПД.

Длина инициирующего проводника: /опт= 1,35*10 3U0^LC; его диа­

 

1/4

 

метр donT =

Wn

+ Уп); Рп - сопротивление

, где h* = pnanp(K

 

yfbC h '

 

проводника; а пр - плотность; Х„, уп - затраты энергии при плавлении и испарении металла проводника.

Мощность излучения ударной волны определяется по формуле [22]

Р = 210 г с и 02

ч 5/16

СО7/16

Р г

 

где г —положение фронта ударной волны относительно первона­ чального положения инициирующего проводника; U0 - напряжение

заряда конденсаторов; С - емкость конденсаторов; L - индуктивность разрядного контура; со - резонансная частота.

На рис. 8 приводятся результаты расчета мощности ударной волны для аппаратуры “Приток-1 М-52”

-+-U0 = 3.00Е+3,

L= 4.00Е-6

UQ= 6.00Е+3, L= 4.00Е-6

U0= 3.00Е+3,

L= 1,00Е—6

U0 = 6.00Е+3, L= 1 «ООЕ-б

Рис. 8. Зависимость мощности ударной волны при плазменно-импульсном воздействии аппаратурой “Приток-1 М-52” при различных напряжениях раз­ ряда конденсаторов и индуктивности разрядного контура от расстояния (от 0,02 до 1 м)

Исследование спектра сигнала, излучаемого наземными сейс­ мическими источниками в точках, удаленных на разное расстояние от источника упругих колебаний, показало, что наряду с большим поглощением более высоких частот в спектрах измеренных сигналов выделялись сигналы, частота которых для пластов с различными фи­ зическими параметрами отличалась по спектру частот, а их амплитуда превышала уровень сигналов соседних частот по спектру.

К такому же выводу пришел В. Н. Николаевский (Институт физики Земли РАН), назвав эти частоты “доминантными” [24, 25]. Практически “доминантные частоты” определяются по упрощенной формуле [24]:

где Vs - скорость плоской волны в горной породе, м/с; (3 = 1Ег - безразмерная величина, определяется физико-механическими свойс­ твами горных пород; у - размер осциллятора, м.

Задавшись значениями Vs, р и у для конкретных сред, получим диапазон доминантных частот [21, 24, 25]. Имея скважинный широ­ кополосный генератор-осциллятор, пласт автоматически выбирает характерную для него “доминантную” частоту параметрического ре­ зонанса, благодаря чему в среде происходят незатухающие колебания этой частоты. На рис. 9 приведен пример, показывающий, что даже при “белом шуме” генератора пласт переходит в режим собственного резонанса, который поддерживается импульсами широкополосного генератора.

I/,м/с

Рис. 9. Эволюция “белого шума” (а) за время off к доминантной частоте (12 Гц) колебаний (б), устойчивых в течение 7 dt (в) (по В. Н. Николаевскому)

Известно, что акустические и электромагнитные поля (так на­ зываемый электроосмос) способствуют ускорению физических и химических процессов [5, 28, 35]. При плазменно-импульсном воз­ действии за счет электрического разряда в гидросфере образуются мощные импульсные упругие “ударные волны” (с энергией порядка 2—108—Ю10 Н/м2), которые увеличивают подвижность продуктивного раствора в пласте в режиме резонансного состояния на “доминант­ ных частотах”, что приводит к ускорению химических реакций по переходу урана в подвижную форму и способствует повышенному выходу металла (рис. 10).

м*/ч

мг/л

дебит, м*/ч

содержание металла, мг/л

дни

Рис. 10. Режим работы скважины 201-2-2н-О до и после ПИВ

Следует заметить, что для создания в пласте колебаний на резо­ нансных “доминантных” частотах не требуется большой мощности (срабатывает “триггерный эффект”), а время воздействия на пласт продолжается достаточно долго. Поэтому не случайно, что содер­ жание металла в пробах, отбираемых в откачных скважинах, после плазменно-импульсного воздействия повышается и стабилизируется.