Введение к работе
Актуальность темы. Актуальность разработки подтверждена потребностью в уране как сырье для атомной энергетики. Высокоэффективные технологии оценки и комплексного освоения стратегических полезных ископаемых входят в критические технологии федерального уровня.
При добыче урана методом подземного выщелачивания содержание урана в продуктивной залежи все время изменяется. Поэтому необходим постоянный контроль за изменением содержания урана в процессе его выщелачивания из залежи. Для управления технологическим процессом выщелачивания необходимо иметь сведения о текущей ураноносности эксплуатируемых залежей в условиях естественного залегания, контролировать качество и промышленную ценность руды, разделять кондиционные и забалансовые руды.
Традиционным методом при геофизических исследованиях скважин, пробуренных на месторождениях урана гидрогенного типа, является гамма-каротаж (ГК), данные которого позволяют рассчитать среднюю концентрацию урана в рудном интервале, пересеченном скважиной. Применение метода ГК базируется на предположении о постоянстве коэффициента радиоактивного равновесия в руде. Однако основные параметры подсчёта запасов (тоннаж и среднее содержание урана), определяемые с помощью гамма-каротажа, могут иметь значительные погрешности.
Решение проблемы прямого определения содержания урана предлагается методом каротажа мгновенных нейтронов деления (КНД-М), возникающих в результате облучения ураноносной залежи дейтерий-тритиевыми нейтронами импульсного генератора нейтронов с энергией 14,1 МэВ. Быстрые нейтроны генератора замедляются до тепловой энергии и вызывают деление ядер урана-235. Определение содержания урана-238 основано на существующем в природе постоянном соотношении между изотопами урана-235 и -238.
Цель работы: Создание отечественной аппаратуры и методики каротажа нейтронов деления (КНД-М) для прямого количественного определения содержания урана в естественном залегании с определением геотехнологических параметров руд и пород рудовмещающего горизонта (влажность, пористость, глинистость).
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
-
НИР по математическому моделированию скважинного прибора (СП) и создание интерпретационно-методического сопровождения.
-
Подготовка геологической постановки задачи применительно к условиям залегания урановых руд в инфильтрационных месторождениях урана.
-
Математическое моделирование показаний пространственно-временных и энергетических полей нейтронов для характерных скважинных условий.
-
Разработка алгоритмов суммарного водородосодержания пласта в нескольких вариантах, оценка глинистости, послойной проницаемости пласта и рудовмещающего горизонта.
-
Оптимизация зонда/зондов аппаратуры по различным критериям (точность, погрешность определения пересчетного коэффициента).
-
Опытно-конструкторские работы по созданию опытного образца СП КНД-М.
-
Разработка и изготовление блока детектирования СП.
-
Разработка и изготовление системы мониторирования СП и компоновка с генератором нейтронов.
-
Разработка кода-импульсной системы СП.
-
Стендовые испытания опытного образца СП.
-
Градуирование на рудных моделях каротажа контрольно-поверочной и производственной скважин. Анализ полученных результатов, оценка метрологических параметров.
Научная новизна. В результате исследований впервые получено следующее:
1. Исследованы основные закономерности переноса нейтронов деления в условиях скважин на месторождениях гидрогенного типа с учетом элементного состава, влажности, плотности, глинистости руд и содержания микропримесей, поглощающих тепловые нейтроны.
2. Выполнена оптимизация зондов аппаратуры, разработаны методическое и интерпретационное обеспечение, программы регистрации, обработки и интерпретации методов ИНК-Т и КНД-М.
3. Разработана и запатентована современная многозондовая аппаратура КНД-М. Выпущена опытная партия.
4. Проведены комплексные работы по внедрению приборов КНД-53 (60):
- градуировка скважинных приборов на моделях ОСО СОСВУРТ – 5,7 (РУ-5,6 п. Шиели, п. Айгене);
- каротаж в КПС № 6789 и оценка точности определения содержания урана;
- каротаж КНД-М и интерпретация комплекса методов по скважинам эксплуатационной разведки на технологических полигонах 5 месторождений. Каротаж КНД-М выполнен на 157 скважинах.
Практическая значимость и реализация результатов. Разработанный программно-аппаратурный комплекс проведения КНД-М (КНД-48/53), реализующий двухзондовую методику измерений параметров уранового оруденения, позволяет за одну операцию спуска-подъема получить следующие данные:
1. При проходе снаряда к забою скважины осуществлять гамма-каротаж со скоростью до 600 м/ч, по которому выделяется рудный интервал.
2. При обратном ходе проводить КНД-М каротаж со скоростью до 50 м/ч, по результатам которого определяют следующие параметры:
- диапазон измерений массовой доли природного урана: 0,005 - 0,5 %;
- диапазон измерений массовой доли радия (в эквиваленте урана): 0,005 - 1 %; - диапазон проницаемости, пористости с погрешностью ±1-2 % абс, глинистости с погрешностью определения, не превышающей погрешности их определения геологическими методами, влажности, измерение жизни нейтронов в пласте (тау).
Достоверность научных положений выводов, технических решений и рекомендаций подтверждена результатами исследований. КНД-М опробован на нескольких гидрогенных месторождениях урана в Казахстане: «Заречное», «Буденновское», «Мынкудук», «Канжуган», «Семизбай».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-технической конференции «Приборостроение-2004 (Екатеринбург, 2004); IV Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы урановой промышленности» (Алматы, 2006); II Международном симпозиуме «УРАН: Ресурсы и производство» (Москва, 2008); IV Всероссийской конференции «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2011); Международном симпозиуме, посвященном 60-летию образования геофизического факультета УГГУ (Екатеринбург, 2012); VI и XI Уральской горнопромышленной декаде (Екатеринбург, 2008, 2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ в соавторстве, две из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, в т. ч. два патента (№ 71003, 71004). В работах, написанных в соавторстве, соисполнителю принадлежит постановка задачи, проведение аналитических, экспериментальных, производственных работ и обобщение их результатов.
Личное участие автора. Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований по разработке аппаратурно-методического комплекса каротажа мгновенных нейтронов деления (КНД-М) при разведке и эксплуатации месторождений урана гидрогенного типа. Автор лично участвовал в проведении опытно-методических исследований, полевых работ и внедрении аппаратурно-методического комплекса КНД-М.
При разработке аппаратурно-методического комплекса автор опирался на основополагающие работы Ю. П. Булашевича, Г. С. Возженикова, Г. И. Гани-чева, Г. В. Горшкова, Ю. Б. Давыдова, С. А. Игумнова, С. А. Кантора, Д. А. Кожевникова, Б. М. Колесова, Е. С. Кучурина, Б. Е. Лухминского, Н. А. Макарова, Н. А. Маца, А. Л. Поляченко, И. М. Хайковича, В. В. Чер-дынцева, Я. А. Чубека, Ю. С. Шимилевича и других ученых.
Защищаемые положения:
1. Предложенный комплекс методического и аппаратурного обеспечения каротажа мгновенных нейтронов деления (КНД-М) при разведке и эксплуатации месторождений урана гидрогенного типа расширяет область применения метода для количественного определения содержания урана в естественном залегании.
2. Разработанная технология каротажа мгновенных нейтронов деления (КНД-М) для определения содержания урана в естественном залегании позволяет исключить ошибки, связанные с изменением коэффициента радиоактивного равновесия в процессе выщелачивания урана и оценить геотехнологические параметры горных пород и руд.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 63 наименования. Работа изложена на 221 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 43 таблицы.
