CN105178963A - 一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法，其特点是：每个采区按照（180－220）m×（450－550）m划分出若干回采单元，每个回采单元布置两条定向井垂直穿过钾矿层，底部钻进水平井使两条定向井连通，形成采矿通道；定向井的井距（280－320）m，井组溶腔半径（50－60）m，在每个溶腔之间留（85－95）m宽的矿柱。本发明方法实现了水溶开采中对盐田或加工厂尾液的综合利用，不仅降低了加热二次开采溶剂的能耗，而且大大减少废盐NaCl从井下提升到地面并加工处理的费用，降低了开采成本提高企业效益。另外、对盐田或加工厂尾液的综合利用缩减地面堆存面积，更有利于矿区周围环境保护。具有高效、节能和环保等优点。

Description

一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法

技术领域

本发明涉及一种采矿方法，特别是适用于钾盐矿床的一种新型钻井水溶开采方法。

背景技术

现有的钻井水溶开采技术主要有两类开采方法，分别是单井对流水溶开采法和井组连通水溶开采法。

单井对流水溶开采法是以一口井为一个开采单元，在井内布置多层同心管，开采时从一层管内往井下注入淡水，溶解盐类矿层，生成卤水后，再利用注水余压使卤水从另一层管内返出地面的开采方法。

传统的井组连通法就是以两个井或多个井为一个开采单元，用不同的方法在井之间建造溶蚀通道，然后从其中一口井注入淡水溶解矿层，生成卤水，再利用注水余压使卤水从另一口井反出地面的开采方法。根据井间建造通道的方法不同，主要分为：对流井溶蚀连通法，压裂连通法和定向井连通法。

两井连通之后从一条井注入加热到一定温度的热水作为溶剂，热水可溶解岩石中的一切可溶物后，通过另一条井抽出卤水。将获得的卤水输送到加工厂进行脱卤，将KCl从NaCl和其他少量的蒸发盐矿物中分离出来。

以上水采方法主要缺点是需要大量淡水，且水加热耗能量大。盐田或加工厂的尾液无法综合利用，堆放在地面盐田尾液池占用大量土地，对矿区周围环境造成不利影响。

技术内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足和缺点，提供一种方法设计合理、高效、节能、环保的新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法，其特点是：每个采区按照(180－220)m×(450—550)m划分出若干回采单元，每个回采单元布置两条定向井垂直穿过钾矿层，底部钻进水平井使两条定向井连通，形成采矿通道；定向井的井距(280－320)m，井组溶腔半径(50－60)m，在每个溶腔之间留(85－95)m宽的矿柱。

本发明所述的一种钾盐矿床的新型钻井水溶开采方法，进一步优选的技术方案是：每个采区按照200m×500m划分出若干回采单元，每个回采单元布置两条定向井垂直穿过钾矿层，底部钻进水平井使两条定向井连通，形成采矿通道；定向井的井距300m，井组溶腔半径55m，在每个溶腔之间留90m宽的矿柱。

本发明所述的一种钾盐矿床的新型钻井水溶开采方法，进一步优选的技术方案是：将矿层划分为矿层下部和矿层上部，先利用完全溶采方法回采矿层下部，然后利用选择溶采法回采矿层上部；其中：

开采矿层下部矿体，从一条井注入淡水和油，从另一条井抽出卤水，利用薄油层控制上溶，而促使采矿通道向横向发育，溶腔横向发育到一定面积后，便对矿层进行完全溶采，即利用淡水溶剂竖向分层开采钾盐，竖向开采的进度有薄油层控制，随着开采的进行，油层会逐渐上升；待溶腔达到设计要求的空间后，再对矿层上部矿体进行选择溶采，即利用矿层下部矿体开采出来的卤水生产后产生的母液做溶剂对矿层上部矿体进行选择性开采；为了使溶腔保持对称，不断转换注水井和出卤井，使卤水总是从溶腔的最低点抽出；

完全溶采是指采用加热到80℃以上的淡水作为注入溶剂，热水溶剂可溶解矿层中一切可溶物；将获得的卤水输送到加工厂进行生产，将KCl从NaCl和其他少量的蒸发盐矿物中分离出来；

选择溶采是指利用盐田和加工厂返回的母液加一定量的淡水重新加热到70℃以上，或利用采出的热原卤与溶剂进行热交换后回注到溶腔中，回注母液是对NaCl和KCl不饱和的卤水作为溶剂注入溶腔，选择性地溶解KCl，而大部分NaCl留在溶腔不被溶解。

本发明所述的一种钾盐矿床的新型钻井水溶开采方法，进一步优选的技术方案是：根据矿体组份特征通过定量计算,将矿层划分为矿层下部和矿层上部，采用以下公式计算矿层分层厚度:

其中：

V_不溶物＝S_{溶腔截面积}×n_矿层厚度×γ_{不溶物品位}×K_{不溶物松散系数}

V_水通道＝S_{溶腔截面积}×h_水通道

采用迭代算法使上述计算的实际溶腔体积等于标准溶腔体积，从而确定矿层分层的厚度：

V_标准溶腔＝S_{溶腔截面积}×h_矿层厚度。

优选的本发明技术方案将矿体合理的分层，矿层下部矿体采用完全溶采方式，矿层上部矿体采用选择溶采方式进行分步回采。开采矿层上部矿体的溶剂是矿层下部矿体开采时盐田或加工厂返回的母液，不仅降低了加热二次开采溶剂的热能消耗，并且对盐田或加工厂尾液进行了综合利用减少地面环境压力。使本发明该方法工艺更为合理、更节能环保。

二次开采溶剂回注母液是对NaCl和KCl不饱和的卤水作为溶剂注入溶腔，这样就可以选择性地溶解KCl，而大部分NaCl留在溶腔不被溶解。不仅减少了NaCl废盐提升到地面并进行加工处理的费用，而且可节约建造尾液池的土地，降低采矿成本提高企业效益。

本发明优选技术方案的技术关键是合理的确定矿体分层的厚度，只有在完全溶采使溶腔发展到合适大小的时候进行选择溶采。在满足选择溶采空间的同时，让完全溶采和选择溶采更合理的更替，并有稳定的规模。

本采矿方法通过对目前国内外普通井组连通水溶开采法的创新，实现了水溶开采中对盐田或加工厂尾液的综合利用，不仅降低了加热二次开采溶剂的能耗，而且大大减少废盐NaCl从井下提升到地面并加工处理的费用，降低了开采成本提高企业效益。另外、对盐田或加工厂尾液的综合利用缩减地面堆存面积，更有利于矿区周围环境保护。本发明属于一项具有高效、节能、环保特点的新型水溶开采方法。

附图说明

图1为实施例6所述的方法的井组布置图；

具体实施方式

下面进一步描述本发明的具体技术实施方案。本发明所列举的具体实施方式只是对本发明的较佳技术实施方案进行说明，而并不是局限于所列举的几种。

实施例1，一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法：每个采区按照180m×450m划分出若干回采单元，每个回采单元布置两条定向井垂直穿过钾矿层，底部钻进水平井使两条定向井连通，形成采矿通道；定向井的井距280m，井组溶腔半径50m，在每个溶腔之间留85m宽的矿柱。

实施例2，一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法：每个采区按照220m×550m划分出若干回采单元，每个回采单元布置两条定向井垂直穿过钾矿层，底部钻进水平井使两条定向井连通，形成采矿通道；定向井的井距320m，井组溶腔半径60m，在每个溶腔之间留95m宽的矿柱。

实施例3，一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法：每个采区按照200m×500m划分出若干回采单元，每个回采单元布置两条定向井垂直穿过钾矿层，底部钻进水平井使两条定向井连通，形成采矿通道；定向井的井距300m，井组溶腔半径55m，在每个溶腔之间留90m宽的矿柱。

实施例4，一种如实施例1或2或3所述的一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方：将矿层划分为两层，即矿层下部和矿层上部，先利用完全溶采方法回采矿层下部，然后利用选择溶采法回采矿层上部；其中：

开采矿层下部矿体，从一条井注入淡水和油，从另一条井抽出卤水，利用薄油层控制上溶，而促使采矿通道向横向发育，溶腔横向发育到一定面积后，便对矿层进行完全溶采，即利用淡水溶剂竖向分层开采钾盐，竖向开采的进度有薄油层控制，随着开采的进行，油层会逐渐上升；待溶腔达到设计要求的空间后，再对矿层上部矿体进行选择溶采，即利用矿层下部矿体开采出来的卤水生产后产生的母液做溶剂对矿层上部矿体进行选择性开采；为了使溶腔保持对称，不断转换注水井和出卤井，使卤水总是从溶腔的最低点抽出；

完全溶采是指采用加热到80℃以上的淡水作为注入溶剂，热水溶剂可溶解矿层中一切可溶物；将获得的卤水输送到加工厂进行生产，将KCl从NaCl和其他少量的蒸发盐矿物中分离出来；

选择溶采是指利用盐田和加工厂返回的母液加一定量的淡水重新加热到70℃以上，或利用采出的热原卤与溶剂进行热交换后回注到溶腔中，回注母液是对NaCl和KCl不饱和的卤水作为溶剂注入溶腔，选择性地溶解KCl，而大部分NaCl留在溶腔不被溶解。

实施例5，实施例4所述的一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法：根据矿体组份特征通过定量计算,将矿层划分为矿层下部和矿层上部，采用以下公式计算矿层分层厚度:

其中：

V_不溶物＝S_{溶腔截面积}×h_矿层厚度×γ_{不溶物品位}×K_{不溶物松散系数}

V_水通道＝S_{溶腔截面积}×h_水通道

采用迭代算法使上述计算的实际溶腔体积等于标准溶腔体积，从而确定矿层分层的厚度：

V_标准溶腔＝S_{溶腔截面积}×h_矿层厚度。

实施例6，一种钾盐矿床的新型钻井水溶开采方法实验：

国外某钾石盐矿，钾盐整合于中泥盆世时期的沉积岩中，矿床由上、下层矿组成，总的厚度约30～40m，埋藏深度约1650～1750m，地温达65℃。

1、井组布置形式

井组布置形式按常用的对井布置形式，即两口定向井为一井组。建井时，首先完成每组定向井掘进，再利用水平井分别在每组定向井上、下两个矿层中形成两个采矿通道，一口水平井完成两组定向井4条采矿通道的连通。

一个井站包括24口定向井和6口水平井。采用定向钻井技术从一个井站开拓12个溶腔，需要在一个井站布置24条井。每条井都位于井站中，在浇混凝土之前，先安装从采输卤泵房至井口的管道。参照图1。

2、开采工艺

矿层采用水平井钻通法开采，开采顺序从下向上开采，开采下层矿时需首先掘进两条定向井垂直穿过钾矿层，然后利用水平井分别在上层矿和下层矿的底部钻进水平井使两条定向井连通，形成采矿通道。采矿通道连通后，从一条井注入淡水和油，从另一条井抽出卤水，利用薄油层控制上溶，而促使采矿通道向横向发育，溶腔横向发育到一定面积后，便对矿层下部进行完全溶采，即利用淡水溶剂竖向分层开采钾盐，竖向开采的进度由薄油层控制，随着开采的进行，油层会逐渐上升，待溶腔达到一定空间后，再对矿层进行选择溶采，即利用淡卤水溶剂对矿层上部进行选择性开采。为了使溶腔保持对称，不断转换注水井和出卤井，以保证卤水总是从溶腔的最低点抽出。当顶板发育到足够大小的时候，油层就会穿过带钻孔的套管而上浮，这样就可以溶解一层钾盐，如此循环，直到采完一个矿层为止。

3、溶腔和矿柱设计

总体来说，溶腔轮廓线在两端是两个与钻井同心的半圆，两条钻井之间是直线。为了让溶剂在溶腔中停留更多时间，来提高卤水浓度，又不至于距离过长后半程溶液饱和无法继续溶解，根据水平井钻通法以往经验，设计按井距300m布置；考虑本次水溶开采的工艺要求，尽可能让溶剂在溶腔中产生动力对流，以加快溶解速度，进而提高卤水浓度，同时防止各井组溶腔互相溶通，造成井下溶腔跨度过大，影响到盐层顶板的稳定性，井组按溶腔半径55m考虑，在两个溶腔间留90m宽的矿柱。

4、完全溶采

完全溶采是指采用加热到85℃的淡水作为注入溶剂，热水溶剂可溶解矿层中一切可溶物。将获得的卤水输送到加工厂进行生产，将KCl从NaCl和其他少量的蒸发盐矿物中分离出来。从采卤井中采出的卤水温度为65℃，KCl浓度为170g/L，NaCl浓度为240g/L。开采期间，卤水品位会因原矿品位，注水量以及注水温度的局部变化而相应改变，假定该浓度170g/L为溶腔服务年限内的平均浓度。

5、选择溶采

选择溶采是指利用盐田或加工厂返回的母液加一定量的淡水重新加热到71℃或利用采出的热原卤与溶剂进行热交换后回注到溶腔中，回注母液是对NaCl和KCl不饱和的卤水作为溶剂注入溶腔，这样就可以选择性地溶解KCl，而部分NaCl留在溶腔不被溶解。不被溶解的NaCl和少量不溶物将沉入溶腔底部，这样要持续采出KCl并不致采矿通道堵塞，就需要首先提供足够大的溶腔空间，因此只有在完全溶采使溶腔发展到足够大的时候才进行选择溶采。在满足选择溶采空间的同时，让完全溶采和选择溶采更合理的更替，并有稳定的规模。

6、分层参数确定

经过计算，下层矿在开采8.16m(矿层厚度的44.80％)后进行选择溶采。

Claims (4)

1.一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法，其特征在于：每个采区按照(180－220)m×(450—550)m划分出若干回采单元，每个回采单元布置两条定向井垂直穿过钾矿层，底部钻进水平井使两条定向井连通，形成采矿通道；定向井的井距(280－320)m，井组溶腔半径(50－60)m，在每个溶腔之间留(85－95)m宽的矿柱。

2.根据权利要求1所述的一种钾盐矿床的新型钻井水溶开采方法，其特征在于：每个采区按照200m×500m划分出若干回采单元，每个回采单元布置两条定向井垂直穿过钾矿层，底部钻进水平井使两条定向井连通，形成采矿通道；定向井的井距300m，井组溶腔半径55m，在每个溶腔之间留90m宽的矿柱。

3.根据权利要求1所述的一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法，其特征在于：将矿层划分为两层，即矿层下部和矿层上部，先利用完全溶采方法回采矿层下部，然后利用选择溶采法回采矿层上部；其中：

开采矿层下部矿体，从一条井注入淡水和油，从另一条井抽出卤水，利用薄油层控制上溶，而促使采矿通道向横向发育，溶腔横向发育到一定面积后，便对矿层进行完全溶采，即利用淡水溶剂竖向分层开采钾盐，竖向开采的进度有薄油层控制，随着开采的进行，油层会逐渐上升；待溶腔达到设计要求的空间后，再对矿层上部矿体进行选择溶采，即利用矿层下部矿体开采出来的卤水生产后产生的母液做溶剂对矿层上部矿体进行选择性开采；为了使溶腔保持对称，不断转换注水井和出卤井，使卤水总是从溶腔的最低点抽出；

完全溶采是指采用加热到80℃以上的淡水作为注入溶剂，热水溶剂可溶解矿层中一切可溶物；将获得的卤水输送到加工厂进行生产，将KCl从NaCl和其他少量的蒸发盐矿物中分离出来；

选择溶采是指利用盐田和加工厂返回的母液加一定量的淡水重新加热到70℃以上，或利用采出的热原卤与溶剂进行热交换后回注到溶腔中，回注母液是对NaCl和KCl不饱和的卤水作为溶剂注入溶腔，选择性地溶解KCl，而大部分NaCl留在溶腔不被溶解。

4.根据权利要求3所述的一种新型钾盐矿床的钻井水溶开采方法，其特征在于：根据矿体组份特征通过定量计算，将矿层划分为矿层下部和矿层上部，采用以下公式计算矿层分层厚度：

其中：

V_不溶物＝s_{溶腔截面积}×h_矿层厚度×γ_{不溶物品位}×K_{不溶物松散系数}

V_水通道＝s_{溶腔截面积}×h_水通道

采用迭代算法使上述计算的实际溶腔体积等于标准溶腔体积，从而确定矿层分层的厚度：

V_标准溶腔＝s_{溶腔截面积}×h_矿层厚度。