Е – коэффициент взаимного влияния камер

Е = – для двух сближенных камер,

Е = – для группы скважин

а – отношение ширины целика к радиусу камеры;

k – коэффициент формы поперечного сечения камеры, равный: для одиночных камер 1,1—1,3, сдвоенных—до 1,35, групповых—до 1,5.

Расчет мощности потолочного целика рекомендуется производить по методике ЛГИ при известной величине длительной прочности соли

h_п = +

где h_п – мощность потолочного целика, м;

ρ, ρ₁—соответственно плотности соли и надсолевых пород, кг/м³;

2R—ширина камеры, м;

m—высота зоны обрушения надсолевых пород, м;

n—коэффициент запаса прочности;

σ_дл—длительная прочность каменной соли на одноосное сжатие, МПа.

Максимальная мощность несолевых прослоев, разделяющих пласты каменной соли, предусматриваемые к отработке, определяется из следующего выражения:

h_н =

где ρ₁ и ρ_р – соответственно плотности пород прослоя и рассола, кг/м³;

l _экв – эквивалентный пролет, равный радиусу обнажения потолка камеры подземного растворения, м;

σ_р – прочность несолевых пород на разрыв, МПа.

Пример расчета параметров системы разработки. Исходные данные:

Месторождение каменной соли разрабатывается камерами с оставлением целиков. Глубина разработки Н = 700 м; высота целика h = 170 м; высота зоны обрушения надсолевых пород m = 120 м; коэффициент запаса прочности n>1,4; плотность каменной соли, надсолевых пород и рассола соответственно ρ = 2600 кг/м³, ρ₁ = 2500 кг/м³, ρ_р = 1200 кг/м³; физико-механические характеристики соли: σ_дл = 10 МПа, σ_изг.дл = 20 МПа, σ = 19 МПа; угол внутреннего трения соли ρ = 35°; мощность несущего слоя h = 10 м; мощность пригружающего слоя h_i = 10 м; коэффициент трения между слоями tgφ = 0,58; А = 2 (при максимально возможной деформации закрепленной кровли без нарушения сплошности); прочность на разрыв несолевых пород σ_р = 0,9 МПа.

Определяем по формулам параметры пролета камеры k_п = 0,27; 2R = 112,2 м; R ≈ 60 м.

Рассчитываем устойчивый целик по формулам.

Выбираем расстояние между скважинами L = 200 м; σ_р = 83,44 МПа; σ_дл = 21,123 МПа.

3,95>1,4, поэтому уменьшим расстояние между скважинами L до 180 м и произведем расчет снова: σ_р = 40,73 МПа, σ_дл = 17,75 МПа,

n = 2,3

Выбранную сетку скважин 1 = 180 м; а соответственно устойчивый целик контролируем по ширине ослабленной зоны по формулам, чтобы выполнялось условие D≥2В. При Е = 0,25; В = 30 м, D≥60 м условие выполнено.

Мощность потолочного целика определяется по формуле (11.8), т.е. h_п = 108 м. Максимальная мощность несолевых прослоев по формуле (11.9) h_н = 8,7 м.

Таким образом, для заданных условий сетка скважин выбрана 180 м, радиус камеры 60 м; ширина целика 60 м; коэффициенты запаса при этом 2,3; мощность потолочного целика 108 м, несолевых прослоев—8,7 м.

Расчет технологии растворения. Высота подготовительной выработки или ступени определяется по содержанию нерастворимых включений [11, 37] в соли и достигается соответствующим разносом башмаков технологических колонн (водоподающей и рассолоподъемной). Для соли, где содержание нерастворимых включений составляет 5—30 %,

h_в = 0,02Rх (11.10)

Число ступеней размыва определяется в зависимости от величины радиуса подготовительной выработки и содержания нерастворимых примесей в соли. Чем больше нерастворимых примесей, тем больше высота ступени и их количество. Так, при радиусе вруба 50 м и содержании нерастворимых включений 30 %, число ступеней достигает 7, а высота ступени — 5м.

Продолжительность подготовительного размыва определяется из соотношения

t = k_т R/ w (11.11)

где w – радиальная скорость растворения каменной соли, м/сут;

k_т – коэффициент асимметрии развития ступени (k_т = 0,5÷0,7).

Значения средней радиальной скорости растворения каменной соли, изменяющиеся в зависимости от радиуса камеры растворения и процентного содержания нерастворимых примесей, при температуре 15÷20 °С определяются по формуле

w = 0,25 – 0,68·10^-2R + 0,6·10^-4R² (11.12)

Величина радиальной скорости растворения зависит также от часовой производительности скважины q. В формуле (11.12) значения радиальной скорости растворения взяты для условий размыва подготовительной выработки при производительности скважины 10—15 м³/ч на первых ступенях и 30—40 м³/ч на завершающих.

Для практических расчетов производительности скважин при подготовительном и эксплуатационном размывах с содержанием нерастворимых включений менее 5 % применяется следующая эмпирическая формула (м³/ч)

q = 0,05R [2,2 + Н(1 – 0,01Н)], (11.13)

где Н – высота камеры (на первой ступени Н = h₁).

По величинам R и х определяются основные технологические показатели подготовительного размыва: h – высота ступеней размыва, м; V_п – объем подготовительной выработки (ступени), м³; q – часовая производительность скважины, м³/ч; Р – запасы каменной соли в объеме данной ступени, т; Т – время отработки ступени, сут; Р_н – извлекаемые запасы каменной соли с данной ступени, т; С – концентрация рассолов, получаемых с данной ступени, т/м³.

При расчете объема подготовительной выработки ее форма принимается в виде усеченного конуса

V_п = πh_вп(R² + R_r + r²) (11.14)

где r – радиус камеры в начальной стадии отработки ступени, м;

R – радиус камеры на завершающей стадии отработки ступени, м.

Запасы каменной соли в объеме подготовительной выработки определяются по следующей формуле:

Р = V_п ρ(1—х) (11.15)

Извлекаемые запасы каменной соли в объеме подготовительной выработки

Р_и = kР (11.16)

где k — коэффициент, учитывающий неполное извлечение запасов за счет заполнения объема камеры рассолом (k = 0,85). Концентрация получаемых рассолов

С = Р/(24tq) (11.17)

Эксплуатационный размыв производится при достижении объема камеры 12—15 тыс.м³. Опыт показал, что при этом обеспечивается получение насыщенного (0,31 т/м³) рассола при производительности скважины 30÷40 м³/ч. Отработка соляной залежи осуществляется снизу вверх расчетными ступенями определенной высоты и диаметра. Форма ступеней для расчетов принимается цилиндрическая. Кровля камер изолируется нерастворителем. Отработка соляной залежи происходит за счет увеличения диаметра камеры. Управление режимом подачи нерастворителя в скважину позволяет извлекать из каждой ступени расчетное количество соли и управлять формообразованием камеры.

При проектировании рассолопромыслов расчету подлежат следующие технологические параметры эксплуатационного размыва (при заданных величинах радиуса камеры R = 50—60 м и концентрации получаемых рассолов С = 0,31 т/м³):

h – высота ступеней размыва, м; V – объем ступени, м³;

q – часовая производительность скважины, м³/ч;

Р—запасы каменной соли в объеме ступени, т; Р_и – извлекаемые запасы каменной соли, т;

Т – время отработки ступени, сутки.

Методика расчета технологических параметров эксплуатационного размыва камер аналогична методике, применяемой для расчета параметров подготовительной выработки.

Высота эксплуатационной ступени определяется исходя из производительности скважины, времени отработки ступени и ее радиуса

h = ТqС/(πR²ρ·0,85) (11.18)

Производительность скважины (камеры) может быть определена по эмпирической формуле

q = (1,4V_к.акт + 4S_к) (11.19)

где V_к.акт – активный объем камеры, тыс. м⁵; S_к – площадь потолка камеры, тыс.м²; δ — поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение производительности камеры при увеличении содержания нерастворимых примесей в соли (значения коэффициента принимаются равными 0,9; 0,75; 0,65 при содержании нерастворимых примесей соответственно 10, 20, 30%); 1,4—средний объем кондиционного рассола, приходящийся на 1000 м³ объема камеры, м³/ч; 4—средний объем кондиционного рассола, приходящийся на 1000 м² потолочины камеры, м³/ч.

Расход нерастворителя определяется исходя из необходимости создания в кровле камеры слоя толщиной 4 см. Количество нерастворителя, необходимое для перекрытия кровли камеры,

q_н = 0,031 D² (11.20)

где D – диаметр камеры подземного растворения.

В процессе эксплуатации скважин подземного растворения находящиеся длительное время в камере нефтепродукты теряют свои первоначальные свойства, «стареют», что требует дополнительного их количества для компенсации безвозмездных потерь. Поэтому при проектировании рассолопромыслов учитывается величина удельного расхода нерастворителя (расходная норма нерастворителя на 1 м³ добываемого рассола)

ΔQ_н = 0,012ND²/Q_г (11.21)

где N—число рассолодобывающих скважин; Q_г – годовая производительность скважин рассолопромысла, м³.

Определение общей часовой производительности рассолопромысла и числа рассолодобывающих скважин. Часовая производительность рассолопромысла определяется исходя из заданной годовой потребности перерабатывающих поваренную соль предприятий, сырьевой базой которых служит данный цех рассолодобычи, и установленного режима работы этих предприятий.

Часовая производительность рассчитывается по формуле

Q_ч = Q_г /(24Т_гk_в) (11.22)

где Q_ч —часовая производительность рассолопромысла, м³/ч;

Q_г —годовая производительность рассолопромысла, м³/ч;

Т_г — время работы рассолопромысла в году, сут. (определяется режимом работы потребителей);

k_в — коэффициент использования времени.

По полученной часовой производительности рассолопромысла Q_ч и средней часовой производительности рабочей скважины q_к определяем число n рабочих скважин

n = Q_ч / q_к (11.23)

Кроме рабочих скважин, на рассолопромысле необходимо иметь ремонтно-резервные скважины, которые служат для замены рабочих скважин в период перевода некоторых из них на новую ступень растворения при проведении ремонтных работ, временном снижении концентрации рассолов и производительности скважин в связи с изменением геологических условий в процессе размыва соляной залежи, при аварийных остановках и т. д.

Число резервных скважин выбирается с учетом полной компенсации возможной временной потери производительности эксплуатационных скважин и обычно составляет 20—30 % расчетного числа рабочих скважин.