Технология минеральных солей (удоБрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот)
Подземное выщелачивание
Грунтовые воды, проникая в залегающий в недрах пласт соли,, размывают его — образуется естественный подземный рассол21. Такие рассолы могут извлекаться на поверхность через колодцы или буровые скважины и служить источниками добычи солей22. Извлечение соли на поверхность в виде рассола проще и дешевле, чем в твердом виде, и особенно удобно, когда эта соль подвергается дальнейшей переработке в растворе. Поэтому в ряде случаев оказывается целесообразным осуществлять подземное выщелачивание соли из соленосной породы. Этот метод не дает возможности влиять на состав извлекаемого рассола и поэтому широко используется пока только для извлечения из недр поваренной соли.
Подземное выщелачивание осуществляют разными способами! систематическим орошением водой и постепенным размыванием подземных камер в солевом пласте или затоплением камер; образующийся концентрированный рассол выкачивается насосами. В СССР применяют более совершенный способ выщелачивания через бурочые скважины. В скважину, закрепленную колонной •стальных обсадных труб диаметром 150—250 мм, вставляется труба меньшего диаметра (75—100 мм). По одной из этих труб с помощью центробежного насоса высокого давления (20—25 ат) В пласт соли нагнетается вода. Она растворяет соль и в виде рассола выдавливается на поверхность по другой трубе. Различают два режима работы скважин — противоточный, когда воду подают по наружной трубе, а рассол поднимается на поверхность по внутренней (рис. 3), и прямоточный, когда по внутренней трубе подают йоду, а рассол выдавливается по наружной трубе. Глубина скважин и давление, под которым в нее подают воду, зависят от глубины залегания пласта соли или подземного источника рассола. Производительность скважины 10—25 ж3 рассола в 1 ч. (Иногда воду подают в скважину самотеком; в этом случае рассол, который имеет большую плотность, не может достигнуть поверхности за счет давления столба воды, и его откачивают глубинным насосом, опущенным в скважину до уровня, определяемого разностью плотностей рассола и воды.)
Камера, образующаяся в пласте соли при размывании его водой через буровую скважину, постепенно приобретает форму, близкую к форме опрокинутого конуса, так как в результате естественной конвекции боковая поверхность, а особенно потолок камеры, растворяется быстрее, чем дно, покрытое насыщенным рассолом и шламом механических примесей. Поэтому боковая поверхность становится все более пологой и затем покрывается слоем пустой породы, препятствующим дальнейшему выщелачиванию. Интенсивность рассолообразования уменьшается, и эксплуатацию
скважины приходится прекращать, когда образующая конуса достигает угла 30—40°. В результате этого запасы месторождения при таком способе эксплуатации используются не больше чем на 5—15%.
Эксплуатацию скважин осуществляют также комбинированным противоточно-прямоточным методом23. Основная стадия здесь прямоток, когда происходит «размыв» слоя соли с образованием большого количества рассола; при более короткой стадии работы
Рассол |
Рис. 3. Схема выщелачивания пласта ■соли через буровую рассольную •скважину, работающую противотоком. |
Рис. 4. Схематический разрез буровой скважины с гидрозрубом. |
Противотоком происходит «промывка» скважины с удалением из нее большей части нерастворимых частиц. Продолжительность цикла чередования направления потоков внутри скважины равна, например, 2 ч при соотношении продолжительности режимов «размыва» и «промывки» в пределах от 7: 1 до 3:1.
Более совершенной является эксплуатация скважин с гидроврубом (рис. 4) 24_26. В этом случае вместе с водой в скважину нагнетают воздух или нефть. Вначале поддерживают уровень воды на постоянной высоте 1—1,5 м от забоя. При этом растворение идет только по окружности камеры, потолок же предохраняется от действия воды тонким слоем «нерастворителя» — воздуха или нефти. Образуется вруб — приблизительно плоская цилиндрическая камера высотой 1 —1,5 м и диаметром 100 м и больше. (Более вероятно, что при выщелачивании гидровруба форма обра- яующейся полости в соляной залежи соответствует форме гиперболоида вращения.) После этого воздух или нефть выдавливают на дневную поверхность, повышая уровень рассола, причем про
исходит интенсивное растворение потолка камеры. Осаждение пустой породы на растворяющейся поверхности при этом исключей» и использование запасов месторождения возрастает.
Наиболее прогрессивным является ступенчатое выщелачивание27, особенно для разработки пластов соли, содержащих много нерастворимых включений. В этом случае вначале производят размыв не в форме вруба, т. е. плоской щели, а в форме конуса,, обращенного вершиной вниз. Затем, периодически повышая уровень подвода воды и изменяя уровень отбора рассола, производят ступенчатое растворение соли, так что камера выщелачивания принимает форму, близкую к цилиндру, с основанием в виде воронки и сводчатой кровлей. Нерастворимые включения скапливаются в нижней части камеры. Степень использования пласта соли резко возрастает.
Питание пласта соли водой для его размыва и откачку рассола производят и по разным скважинам — по одним подают воду, по другим откачивают рассол. При такой групповой системе эксплуатации скважин коэффициент извлечения соли особенна возрастает при последовательной отработке запасов по падению пластов и при использовании провальных воронок, образовавшихся в результате выщелачивания, для подачи воды к разрабатываемым верхним пластам соли28. Это позволяет сократить число водоприемных скважин и значительно увеличить количество подаваемой воды.
Образующиеся при подземном выщелачивании пустоты могут явиться причиной обрушения кровли камер — опускания и обвалов надсолевых пород. Поэтому этот метод извлечения солей может использоваться лишь при достаточной прочности покровных пластов.