Температура перегретой воды, подаваемой в серную залежь, не должна превышать 160 °С, так как при температуре выше этой вяз­кость расплавленной серы начинает повышаться. В связи с этим температура воды у устья добычной скважины должна быть та­кой, чтобы с учетом теплопотерь при ее движении по трубам тем­пература на входе в рудное тело не превышала бы 160°С и в то же время была бы достаточной для обеспечения эффективной вы­плавки серы из руды.

Температуру воды в рудном теле стараются поддерживать рав­ной 155 — 159°С. Теплопотери теплоносителя при его движении по трубам в начальный период весьма значительны (10 — 15%), а при установившемся режиме они составляют около 1%. С учетом этого температура воды у устья скважины должна быть около 160 °С.

В каждой серодобычной скважине можно выделить два участ­ка: первый — от устья скважины до ее забоя и второй — призабойная зона рудной залежи. Первый участок выполняет функции транспортных магистралей для перемещения перегретой воды, рас­плавленной серы и сжатого воздуха. Второй участок выполняет функции естественного автоклава. На первом участке геплопотери теплоносителя в среднем составляют около 1%, а остальная энер­гия теряется непосредственно в рудной залежи и выносится рас­плавленной серой на поверхность. Непосредственно на нагрев и плавление собственно серы затрачивается около 3 — 5% энергии перегретой воды, а остальная энергия безвозмездно теряется.

В общем случае уравнение теплового баланса можно записать следующим образом:

Q=Qтр+Qп , (14.3)

где Q — энергия теплоносителя у устья скважины, Дж; Q тр -- по­тери энергии теплоносителя при транспортировании по трубам водоподающей колонны, Дж; Q п-- потери энергии теплоносителя в пласте, Дж.

В свою очередь, величина Qп слагается из следующих состав­ляющих:

Qп=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6, (14.4)

где Q1 — количество тепла, необходимого на нагрев серы, Дж; Q2 — теплота плавления серы, Дж; Q3 — количество тепла, необхо­димого на нагрев породного скелета рудной залежи, Дж; Q4 — тепло утечек теплоносителя в покрывающую толщу, Дж; Q5 — остаточная теплота теплоносителя, Дж; Q6 — прочие виды тепло­вых потерь, Дж.

Параметры процесса ПВС.

Рассмотрим некоторый объем пласта серной руды пористо­стью П, из которого предстоит выплавить серу. Пусть начальная температура руды равна Т0. Предположим, что процесс нагнета­ния перегретой воды в пласт происходит некоторыми порциями Если обозначить температуру перегретой воды через Tв, то после нагнетания первой порции воды температура руды поднимется и станет равной Т /,после нагнетания второй порции температура руды повысится от Т / до Т // и т.д. Для каждой порции нагнетания можно составить систему уравнений теплового баланса, которые имеют вид:

где γв и γр -- плотность воды и руды, кг/м3; св и ср — удельная те­плоемкость воды и руды, Дж/(кг . °С)

Согласно исследованиям Г. X. Хчеяна, объем воды Vв который необходим для нагревания 1 м3 руды в пласте до температуры Тп при условии рассмотрения этого процесса, как состоящего из п серии последовательных закачек воды, равен

L — удельная теплота плавления серы, Дж/кг; γс —плотность се­ры, кг/м3; v — объем серы, содержащийся в 1 м3 руды, м3/м3; Тпл— температура плавления серы, °С.

Принимая во внимание, что в единице объема руды содержится v(l—П)γс тонн серы, объемный расход теплоносителя V (м3/кг) на выплавку 1 кг серы будет

где χт — технологический коэффициент извлечения серы при ее подземной выплавке, χт=0,8÷ 0,9.

Коэффициент использования тепла Ки при ПВС можно опреде­лить из очевидной формулы,

где сс — удельная теплоемкость серы, Дж/(кг . °С). Принимая во внимание то обстоятельство, что падение темпе­ратуры воды при ее движении от устья скважины до пласта прак­тически отсутствует, и то, что оптимальной температурой расплав­ленной серы по фактору ее вязкости является Т=159 °С, в выра­жениях (14.7), (14.8) и (14.11) вместо Тп следует подставлять 159°С, а вместо Тв — соответственно 160°С.

Скорость движения фронта плавления (υ nu, м/с) серы при под­земной выплавке определяется из выражения

dRγв св qв 14.12

dτ2πhR(γрср+Qпл /(Тв-Т0))

где R — радиус зоны плавления серы, м; qв — объемный расход перегретой воды, м3/с; h — мощность пласта, м; Qпл — количество тепла, необходимое для плавления серы в единице объема руды, Дж/м3.

Количество серы Мс (кг/с), добываемой в единицу времени ме­тодом подземной. выплавки, зависит от свойств руды, расходных и термодинамических параметров теплоносителя:

14.13

Техника и технология подготовки и эксплуатации серодобычных скважин.

Вскрытие месторождения при применении метода ПВС осуще­ствляют системой добычных и вспомогательных скважин. Добыч­ные скважины предназначены для нагнетания теплоносителя в руд­ную залежь и откачки расплавленной серы. Вспомогательные сква­жины по своему назначению делятся на разведочные, водоотливные, оценочные и контрольные.

Добычные скважины являются одновременно вскрывающими, подготовительными и нарезными выработками. Оборудование для бурения скважин выбирают в зависимости от глубины залегания рудной залежи. Как правило, это станки, применяемые для поис­кового глубинного бурения. Бурение скважины до продуктивной толщи производят с применением глинистых растворов. По глуби­не сероносной залежи бурение ведут с промывкой чистой водой. Перебур рудной залежи делают глубиной 1—1,5 м.

Цементацию кондуктора производят обычным цементом, при­готовленным на воде, цементацию обсадной колонны осуществля­ют термостойким цементом. Цементация затрубного пространства обеспечивает герметичность скважины и снижает агрессивное вли­яние на трубы сероводородных пластовых вод. Спустя 16—24 ч с момента окончания цементации скважины производят ее испытание на герметичность путем нагнетания воды. При наличии воды у устья скважины в затрубном пространстве приступают к повтор­ной ее цементации.