ИСТИНА

Опыт отработки 6 из 37 урановых рудных залежей месторождений Хиагдинского рудного поля показал, что рудоносные водоносные горизонты неравномерно обводнены подземными водами. В направлении от низовьев к верховьям рудоносных палеодолин степень обводненности горизонтов снижается. В итоге производительность технологических скважин в этом направлении существенно уменьшается. В рамках проекта будет создана геофильтрационная модель Хиагдинского месторождения, проведены прогнозные расчеты геотехнологических показателей при различных технологиях отработки Хиагдинского месторождения и обоснована оптимальная технология отработки Хиагдинского месторождения. Результатом работы будет являться повышение производительности технологических скважин в слабообводненных участках рудных тел на основе технологии управления ресурсами подземных вод с помощью постоянно действующей гидрогеологической модели на примере Хиагдинского месторождения (7 рудных залежей).

1. Результаты определения источников питания подземных вод Доля глубинных вод в пробах, отобранных из гидрогеологических скважин на целевой водоносный горизонт с 1985 по 1989 годы и в 2010-2011 годах, была рассчитана для компонентов HCO3-, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+ + K+ и сухого остатка. В качестве концентраций компонентов в источниках использовались максимальные и минимальные концентрации данного компонента в выборке. Показательно, что лучше всего совпадают результаты расчетов по HCO3- и Mg2+. Также похожие результаты получились для Ca2+ и сухого остатка. Выделяются несколько проб с высокими значениями доли глубинных вод по Na+ и Cl- вследствие техногенного засоления. При этом по остальным компонентам эти пробы не выделяются. Для большинства проб наблюдается стабильно низкое значение доли глубинных вод по Cl- и небольшой, до 0,2, рост по Na+ вместе с ростом по другим компонентам. Низкая чувствительность результата к данным показателям объясняется малой и почти одинаковой фоновой концентрацией рассматриваемых компонентов в обоих источниках питания. Разница результатов расчетов долей источников питания по HCO3- и Mg2+ в абсолютном большинстве проб не превышает 0,05 и достигает максимум 0,2. При этом доля, рассчитанная по Ca2+, в большинстве проб превышает эти результаты на 0,1-0,2. Данное наблюдение выполняется до доли глубинных вод по Mg2+ – 0,4. Обратная ситуация наблюдается для долей, рассчитанных по сухому остатку: они достаточно точно повторяют результаты по HCO3- и Mg2+, при повышении расхождения, начиная с доли 0,4. Данная закономерность, вместе с невязкой результатов по хлориду натрия, может указывать на дополнительные, кроме смешения, физико-химические процессы, не учитываемые в вышеприведенном анализе. Отмечается увеличение доли глубинных вод в отдельных залежах с юго-запада на северо-восток. При этом внутри каждой залежи крайне сложно сделать однозначные выводы по изменению доли глубинных вод от верховьев к низовьям. По существующей схеме питания, предложенной в отчетах, предполагается инфильтрационное питание залежей в их верховьях (по таликам вблизи Иранского разлома) и питание разной интенсивности вдоль простирания залежей по ослабленным зонам под ними. Такая схема предполагала бы постепенный рост доли глубинных вод в каждой залежи с северо-запада на юго-восток. На самом же деле такого изменения не наблюдается, более того, в каждой отдельной залежи доля глубинных вод достаточно стабильна, а в ее изменении невозможно выделить какую-то систему. Отдельно отмечается независимость доли глубинных вод от близости к Хиагдинскому разлому или от положения скважин в поднятом и опущенном блоках. При текущей геологической изученности объекта целесообразно использовать в схематизации диффузное инфильтрационное и эксфильтрационное питание с разными интенсивностями от залежи к залежи. Доля каждого из видов питания может выставляться с использованием вышеприведенных результатов. При этом, при фильтрационном моделировании допускается использование только одного вида питания в силу недостаточной точности определения долей каждого из источников. Для повышения точности определения источников питания необходимо провести комплекс полевых и камеральных работ, включающих в себя более подробную гидрогеохимическую съемку, изотопные исследования в водной и газовой фазах, термодинамическое моделирование. Абсолютное суммарное значение питания должно быть получено с помощью независимого измерения или расчета расходов потоков в каждой из залежей 2. Результаты калибрации и выводы Всего потребовалось выполнить шесть итераций калибрации. Выделение отдельных зон неоднородности для вертикального коэффициента фильтрации слоя 3 потребовалось для залежей Х-3 и Х-4. При этих значениях удалось добиться удовлетворительной невязки между расчетными и фактическими напорами . Стандартное отклонение разницы наблюденных и модельных значений напоров составляет 2,28 м. Средняя невязка составила + 0,1 м. При этом в пределах Хиагдинского месторождения разница между минимальным (~ 1070 м) и максимальным (~ 1190 м) замером напора составляет 120 м. Сравнивая полученную невязку и общий перепад напоров по наблюдательным скважинам, результат калибрации можно признать удовлетворительным.  В процессе работы над моделью геофильтрационная схема была скорректирована. По принятой схеме геофильтрационный поток разгружается из палеодолин II порядка в Амалатскую палеодолину I порядка. Залежь Х-4 является исключением. Для того, чтобы сформировались наблюдаемые напоры, геофильтрационный поток должен быть направлен в обратную сторону, из Амалатской палеодолины к залежи Х-4. Далее, по приразломной зоне трещиноватости должно существовать перетекание в палеодолину залежи Х-3. В остальном, разработка модели, на основе ранее принятой геофильтрационной схемы позволила воспроизвести известные напоры с удовлетворительной точностью. В целом водный баланс модели определяется небольшим количеством составляющих – поступление воды идет за счет инфильтрационного питания и, частично, за счет границы с фиксированным уровнем. Разгрузка идет в реки и на границы с постоянным уровнем, заданные в Амалатской палеодолине. Балансовые составляющие модельного слоя 2 следующие: поступление с инфильтрационным питанием – 13385 м3/сут; разгрузка в реки – 6588 м3/сут; перетекание в слой – 4 – 6798 м3/сут. Невязка при этом приблизительно 1 м3/сут, что составляет менее 0,01 % от общего расхода, проходящего через второй слой и этой невязкой можно пренебречь. Наибольший интерес представляет баланс воды по отдельным залежам. Невязки по всем балансовым зонам по отдельности не превышают 0,1 %. Для всех палеодолин, кроме пятой, расход, поступающий из верховьев, существенно меньше, чем расход перетока из проницаемой толщи базальтов в низовую часть. В первую очередь, это связано с общей площадью взаимодействия: площадь верховых участков палеодолин выше разлома существенно меньше площади участков низовьев. Минимальные расходы потока рассчитаны для верховьев залежей Х-3 и Х-4. Режим потока на этих участках можно определить как застойный. Приблизительно половина площади верховых участков залежей Х-3 и Х-4, согласно результатам расчетов, должна быть осушенной, что согласуется с результатами полевых работ. Общий расход, проходящий в модели через слой 4, составляет 7050 м3/сут. Большая часть этого расхода формируется за счет перетекания из вышележащего слоя. Кроме того, 252 м3/сут поступает в модель с западной границы. При этом, общий расход, проходящий через модельный слой 5 (соответствующий коре выветривания), составляет 713 м3/сут, что приблизительно на порядок меньше. Также стоит учесть, что границы распространения модельных слоев 4 и 5 совпадают. Из этого можно заключить, что учет коры выветривания в модели отдельным слоем является излишним. При дальнейшей работе с моделью и разработке на ее основе моделей-врезок возможно принять нижней границей модели кровлю гранитов и рассматривать только терригенную толщу нижней джилиндинской подсвиты. Принимая такое упрощение, следует сохранить общую проводимость слоев 4 и 5 описываемой региональной модели, полученную в результате завершенной калибрации. 3. Основные результаты анализа плановой геофильтрационной неоднородности целевого водоносного горизонта В ходе анализа исходной информации сформированной по геолого-геофизическим колонкам эксплуатационных и разведочных скважин, а также полевыми и лабораторными определениями коэффициентов фильтрации, осуществлялась корректировка геологического разреза палеодолин 1 – 7 Хиагдинского месторождения. В результате было показано, что целевой водоносный горизонт представлен геологическими слоями 7, 9, и 10. Используя общую мощность рассматриваемых слоев при помощи метода пространственной интерполяции ординарного кригинга, получена карта мощности целевого водоносного горизонта. Значения мощности плавно растут от верховьев палеодолин к низовьям и от бортов к продольной оси. Полученное распределение не нарушает базовых представлений о формировании долин временных водотоков. Используя детальное литологическое описание целевого горизонта по исследуемым скважинам, всем литологическим разностям присваивались значения коэффициентов фильтрации, полученные по результатам статистического анализа коэффициентов фильтрации, определенных различными методами. Основываясь на предпосылке о плановой фильтрации воды в продольном разрезе палеодолин, рассчитывались эффективные (модельные) коэффициенты фильтрации. Полученное пространственное распределение эффективного коэффициента фильтрации демонстрирует увеличение значений от бортов палеодолин к продольной оси, но в тоже время без явной изменчивости от верховьев к низовьям. Оцененные ошибки метода ординарного кригинга использовались для расчета полей минимально и максимально возможных значений коэффициентов фильтрации, для последующей верификации геофильтрационной модели. Выявленное в верховьях палеодолин несоответствие карт геофильтрационной неоднородности с распределением коэффициентов фильтрации, полученным в ходе калибрации модели, вероятно, связано с ошибочным заданием мощности водоносного горизонта в модели. В связи с недостаточным количеством данных о глубине залегания подошвы ММП в региональной модели мощность многолетнемерзлых пород задана одинаковой на всю площадь модели. В верховьях палеодолин граница распространения ММП, вероятно, расположена ниже кровли терригенных отложений джилиндинской свиты. По этой причине мощность ММП определяет мощность водоносного горизонта, поскольку в талом состоянии находится только часть продуктивного пласта. Скорее всего, при выбранном принципе построения мощностей слоев, мощность целевого водоносного горизонта оказалась завышенной, что и привело к занижению значений коэффициентов фильтрации при калибрации модели. В ходе анализа исходных данных емкостных параметров, представленных 217 определениями пористости в монолитах по 14 скважинам палеодолин 3, 5 и 7 Хиагдинского рудного поля показано отсутствие связи между коэффициентом фильтрации и пористостью, что количественно подтверждается статистическим t-тестом Стьюдента. Применение опубликованных эмпирических моделей связи коэффициента фильтрации и пористости не позволило удовлетворительно описать полученное распределение. Использование величин пористости в качестве параметра недостатка насыщения, отвечающего гравитационной водоотдаче, выбрано в соответствии с рассмотрением наихудшего варианта, отвечающего наибольшему времени заводнения осушенных частей целевого водоносного горизонта. Для моделирования пространственных полей пористости необходимо использовать описательную статистику нормализованной выборки пористости при помощи Sb-распределения Джонсона. 4. Основные результаты прогнозных расчетов заводнения залежей Х-3 и Х-4 Общее время, требуемое для выполнения заводнения, не зависит от выбранной технологической схемы, но, очевидным образом, зависит от общего расхода налива. От расположения скважин, в которые производится налив, зависит момент, в который возможно начать отработку заводняемого участка залежи. И для залежи Х-3 и для залежи Х-4 оптимальным является налив непосредственно на участке оруденения. Для залежи Х-4 перенос налива на другую группу скважин позволит начать добычу приблизительно на полгода раньше завершения налива воды. Минимальное расчетное время, когда будет возможно начать добычу, составило 150 суток после начала заводнения. Для залежи Х-3 рекомендуется осуществление налива воды на северном крае осушенных блоков. Перенос налива на другую группу скважин до его завершения не рекомендуется. При остановке налива произойдет сравнительно быстрое снижение уровней подземных вод вплоть до полного осушения. По этой причине целесообразно начинать добычу на самом северном участке после полного завершения налива. В то же время, отработку южных участков блоков возможно начать уже через 3 года после начала налива. 5. Основные результаты анализа процессов неизотермической фильтрации в естественных условиях и при закачке Тестовое моделирование неизотермической фильтрации показало возможность использования программы SEAWAT для низких температур. Тем не менее, для такого моделирования необходим отдельный набор специальных данных, только при наличии которых возможно адекватная калибровка подобной модели. Показано, что некорректный учет температурно-вязкостных эффектов может привести к переповышению уровня в закачиваемых скважинах на несколько метров. Таким образом, необходимо оставлять запас в 5 % от общего прогнозного повышения в скважине. При этом рекомендуется в дальнейшем при подобных расчетах использовать известные зависимости вязкости от температуры и таким образом учитывать влияние температурно-вязкостного эффекта на фильтрацию. 6. Результаты анализа влияния неопределенности Получение полей емкостных и геофильтрационных параметров осуществлялось при помощи геостатистического последовательного гауссова моделирования. Используя литологические описания скважин четвертой палеодолины и присущие им характерные значения коэффициентов фильтрации, осуществлялось заполнение вертикального сеточного шаблона для последующего условного геостатистического моделирования. Проведенный вариограммный анализ по данным коэффициентов фильтрации по трем ортогональным направлениям показал характерные радиусы корреляции, характеризующие пространственную литологическую неоднородность с присущими им значениями коэффициента фильтрации. В связи с невозможностью описания связи между коэффициентами фильтрации и значениями пористости, рассматриваемая выборка нормализовалось при помощи Sb-преобразования Джонсона. Определенные параметры описательной статистики полученного нормализованного распределения среднее и дисперсия, использовались для безусловного геостатистического моделирования с учетом характерных корреляционных длин полученных по вариограммному анализу пространственного распределения коэффициента фильтрации. По результатам геостатистического моделирования получены по 10 реализаций полей коэффициентов фильтрации и нормализованной пористости, по которым выбирались поля с минимальной, максимальной и средней величиной среднего. В связи с использованием для геостатистического моделирования прямоугольного сеточного шаблона с регулярным размером блока, производилось переинтерполяция сетки в соответствии с размерами геофильтрационной модели-врезки залежи Х 4 Хиагдинского рудного поля. Полученные итоговые средние значения полей коэффициентов фильтрации варьируют от 2,17 до 2,48 м/сут со средним значением 2,38 м/сут, и для полей пористости от 0,20 до 0,29 со средним значением 0,23. Расчетная продолжительность периода, необходимая для выполнения заводнения залежей, зависит от гравитационной водоотдачи (недостатка насыщения) отложений нижнеджилиндинской свиты. Минимальная и максимальная продолжительность различается на 60 % для залежи Х-4 и на 44 % для залежи Х-3. Заранее невозможно предсказать, какой из рассмотренных вариантов будет реализован на практике. Для уточнения расчетных параметров и снижения неопределенности прогноза необходимо использовать разработанные локальные модели как постояннодействующие, с корректировкой моделей в ходе заводнения при получении новых данных.