Термодинамические основы подземной выплавки серы
После бурения скважины на проектную глубину производят ее промывку и при необходимости кислотную обработку, а затем монтируют в ней систему водоподающей, серной и воздушной колонн. Конструкция эксплуатационного оборудования серодобычной скважины должна обеспечивать непрерывность подачи теплоносителя в пласт и откачку расплавленной серы. Кроме того, оборудование скважины должно обеспечивать возможность подачи теплоносителя по серной колонне на случай застывания серы у устья скважины.
Перфорацию водяной колонны для стекания расплавленной серы к устью скважины производят по всей высоте перебура и далее на высоту 0,3—0,7 м над уровнем почвы пласта. Расстояние между верхним рядом серной и нижним рядом водной перфорации зависит от гидрогеологических условий месторождения и в каждом конкретном случае изменяется от 0,3 до 1 м. Высота водной перфорации составляет 0,8—1 м. Перфорацию водной колонны производят круглыми отверстиями диаметром 18—20 мм, расположенными в шахматном порядке на расстоянии 80—100 мм друг от друга. Площадь перфораций не должна превышать 15— 20% поверхности колонны на участке ее перфорирования.
Перед опусканием в скважину серной колонны на ее внешней поверхности на расстоянии 100—500 мм от конца приваривают внутреннюю часть пакера, служащего для разделения водной колонны от серной.
В устье добычной колонны монтируют обвязку, которая обеспечивает герметизацию скважины и позволяет осуществлять раздельную подачу и отвод рабочих агентов в соответствующие каналы.
Для компенсации горизонтальных тепловых смещений труб у устья скважины их соединяют с помощью шарниров, уплотнение в которых обеспечивается за счет применения термостойких сальниковых набивок. Вертикальные смещения колонн возможны благодаря применению сальниковых компенсаторов.
Каждое предприятие по добыче серы методом подземной выплавки состоит из:
1) участка водоснабжения и водоподготовки, обеспечивающих отстаивание воды, ее предварительный нагрев и перегрев в специальных котлах;
2) компрессорной станции;
3) контрольно-распределительной станции;
4) собственно добычного комплекса (добычные скважины с необходимым оборудованием);
5) складов серы;
6) вспомогательных участков.
Технология ПВС должна обеспечивать максимально возможное извлечение серы из залежи при минимально возможных затратах.
Основным технологическим показателем ПВС является расход теплоносителя на 1 т добытой серы. Для каждого конкретного предприятия в зависимости от горно- и гидрогеологических условий месторождения существует предельно допустимый расход теплоносителя на 1 т добытой серы.
Закачку теплоносителя в рудную залежь производят под давлением от (5—7) . 105 до (10—16)× ×105 Па. Нижний предел давления регламентируется возможностью перехода перегретой воды в пар, а верхний — возможностью гидроразрыва кровли пласта. Для снижения верхнего предела давления подачи теплоносителя производят разгрузку пласта откачкой пластовых вод через систему водоотливных скважин.
Отработку линзообразных и гнездовидных залежей целесообразно осуществлять кустами добычных скважин по 3—6 шт. Мощные пластовые залежи целесообразно отрабатывать рядами скважин, расположенных по простиранию рудного тела, с разгрузкой пласта водоотливными скважинами, расположенными ниже по падению пласта. Число одновременно работающих скважин в конечном итоге зависит от водопоглощения каждой из них и мощности котельной по производству перегретой воды.
Оптимальное расстояние между добычными скважинами, а следовательно, и оптимальное извлечение серы определяется экономическими показателями. Коэффициент извлечения χ серы при подземной выплавке состоит из двух показателей: технологического (χt), определяющего извлечение серы в зоне ее плавления вокруг каждой добычной скважины, и системного (χс), характеризующего извлечение и потери серы в зависимости от системы разработки. Величина xс зависит от расстояния между скважинами, размеров «мертвых» зон между ними, потерь серы в серной луже и других факторов. Коэффициент извлечения серы χ=χт χс.
Как показывает практика ПВС, в настоящее время оптимальным считается извлечение при χ=0,4—0,5. При таком извлечении себестоимость 1 т добытой серы составляет 20—25 руб., в то время как при открытом и подземном способах разработки серы она составляет 30—35 руб/т при коэффициенте извлечения, достигающем 0,6—0,7.