專利名稱：波動溶浸采礦法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采礦法，尤其涉及一種基于氣液混溶(混合)特性與壓力波動的波動溶浸采礦法，廣泛應(yīng)用于鈾、銅、金、稀土、鋅等礦物的溶浸開采領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的原地溶浸采礦法是在注入井施加一定的恒定壓力注入溶浸劑，溶浸劑在礦層中與某些礦物發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)生成溶浸液，并在采收井中直接抽取溶浸液，通過溶浸液獲取有用礦物。采收率和采收速度是溶浸采礦的重要指標，是衡量提高資源利用率的指標，也是衡量溶浸開采狀況的一個重要依據(jù)。注入井和采收井的相對位置直接影響到溶浸劑的溶浸范圍和溶浸強度，鉆井的分布位置不同導(dǎo)致不同的溶浸范圍和溶浸強度；同時巖土體為非均勻的材料，由于裂隙、溶洞等切割巖體形成各種非均勻的巖體和巖塊，導(dǎo)致了各樣的優(yōu)勢流動區(qū)域和優(yōu)勢流動通道。傳統(tǒng)方法注入的溶浸劑主要通過優(yōu)勢流動區(qū)域和優(yōu)勢流動通道直接進入采收井。溶浸劑影響礦層的范圍有限，而礦層中的相對小滲透區(qū)域，溶浸劑流動緩慢或者不流動，形成“溶浸死區(qū)”或“死角”。
如圖1(在有優(yōu)勢流動情況下的開采流體流動示意圖)，在有優(yōu)勢流動通道的情況下，溶浸流體主要沿裂隙(6)、溶洞(8)等優(yōu)勢流動面或流動通道中流動，而溶浸劑無法同優(yōu)勢流動面(通道)周圍的礦層(7)充分流動、接觸、反應(yīng)獲取礦物，從而該區(qū)域的礦體無法充分采收。
如圖2(在有低滲區(qū)域情況下的開采流體流動示意圖)，在有低滲區(qū)域情況下，溶浸劑主要通過高滲區(qū)域(5)流動，很少或者無溶浸劑通過低滲區(qū)域(4)流動。
圖1、2顯示常規(guī)的原地溶浸開采方法的溶浸范圍(影響范圍)非常有限，降低了礦物溶浸開采的范圍和礦藏的采收率和采收速度。
綜上所述，傳統(tǒng)的原地溶浸采礦有以下缺點①溶浸影響范圍受注入井和采收井的相對位置影響，溶浸范圍和溶浸強度會受到鉆孔布置的影響，有溶浸死角；②由于礦層巖土介質(zhì)性質(zhì)的非均勻性和變異性導(dǎo)致溶浸劑優(yōu)勢流動，溶浸開采過程對礦層的影響有限；③低滲區(qū)域的溶浸開采主要依靠分子擴散而不是對流、彌散來完成溶浸開采過程，因此低滲區(qū)域的開采速度慢，影響礦藏的采收率和采收速度。
如何提高溶浸范圍？如何解決由于礦層的非均勻性導(dǎo)致的溶浸困難？如何提高溶浸開采的采收率、采收范圍和采收速度？均是需要重點解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題和不足，擴大現(xiàn)有技術(shù)的使用范圍，提供一種基于礦層壓力波動和氣液混合物高壓縮或高脹縮特性的波動溶浸采礦法，即一種簡單、有效，而且能與常規(guī)原地溶浸開采同時完成的方法，有利于提高礦物的采收率、采收速度和采收范圍。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的原地溶浸采礦法經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，已經(jīng)成為一種已被廣泛應(yīng)用于鈾、銅、金、稀土、鋅、釷等礦藏的溶浸開采領(lǐng)域。本發(fā)明是對原地溶浸采礦法的改進，場地布置如圖3所示，包括下列步驟①在水冶廠(9)或者注入井(1)中，包含溶浸劑的液體和氣體混合形成高壓縮性的氣液混合流體經(jīng)注入井(1)注入礦層(3)；②不斷波動礦層(3)中的流體壓力，即通過不斷升高或降低注入井(1)和采收井(2)的壓力來實現(xiàn)礦層中混合流體壓力的波動變化；③在注入井(1)或者采收井(2)中收取含有礦藏的溶浸液；④重復(fù)以上步驟①②③，直到溶浸獲取的礦藏濃度低于經(jīng)濟開采濃度為止。
本發(fā)明的工作原理一定壓力下形成溶浸劑和氣體的混溶(或混合)流體，增大流體的脹縮性質(zhì)，形成高壓縮性混合流體，將混合流體通過注入井(1)注入礦層(3)，然后不斷降低和提高注入井(1)或者采收井(2)的壓力，導(dǎo)致礦層(3)的混合流體的壓力不斷變化波動，形成混合流體的膨縮變形，使得混合流體不斷在非均質(zhì)礦層的不同滲透性區(qū)域之間和流動優(yōu)勢面與非優(yōu)勢流動區(qū)域的流動，增加低滲和非優(yōu)勢流動區(qū)域的溶浸液流動的時間和機會，然后在注入井(1)或采收井(2)任一或兩者獲取溶浸液。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點和積極效果①降低注入井(1)和采收井(2)布井位置對采收率和采收范圍的影響；減少溶浸死角。
②削弱因礦層非均勻區(qū)域(高滲、裂隙、洞穴、指進嚴重等)導(dǎo)致流體的優(yōu)勢流動，增加溶浸液在低滲區(qū)域和非優(yōu)勢流動區(qū)域的流動速度、流動機會和時間；變低滲和優(yōu)勢流動周邊區(qū)域以分子擴散為主的溶質(zhì)遷移過程為對流和彌散為主的遷移過程，加速整個溶浸開采過程，削弱優(yōu)勢流動現(xiàn)象對溶浸的負面影響。
③在動態(tài)壓力作用下，砂巖或者巖體中的水力梯度是動態(tài)變化的，每個壓力波動都會對巖石顆粒表面的結(jié)合水產(chǎn)生擾動，降低弱結(jié)合水對流體流動和溶浸化學(xué)反應(yīng)的阻滯作用，加快流動過程和化學(xué)反應(yīng)速度。
本發(fā)明適用于鈾、銅、金、稀土等礦物的溶浸開采領(lǐng)域。該方法適用于任何能夠進行原地溶浸開采的礦層，也適用于由于礦層非均勻性強烈而不適合進行傳統(tǒng)溶浸開采方法開采的礦層，主要針對后者，大大突破傳統(tǒng)溶浸開采方法的范圍和提高礦物的采收率。


圖1是在有優(yōu)勢流動情況下的開采流體流動示意圖；圖2是在有低滲區(qū)域情況下的開采流體流動示意圖；圖3是本發(fā)明工作示意圖；圖4是升壓過程中流體在礦層的流動示意圖；圖5是降壓過程中流體在礦層的流動示意圖；圖6是升、降壓過程中流體在優(yōu)勢流動礦層中的流動示意圖；圖7為注入井壓力隨時間變化關(guān)系示意圖。
其中
1-注入井；2-采收井；3-礦層；4-低滲區(qū)域；5-高滲區(qū)域；6-裂隙面；7-開采死區(qū)；8-溶洞(或溶腔)；9-水冶廠(溶浸劑和溶浸液處理廠)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明1、關(guān)于準備工作通過一些已有的處理措施(如真空法、充氣法、氣體驅(qū)替等方法)將礦層(3)中的部分水分排出形成非飽和巖體(巖體孔隙中不全為液體)，以便于包含溶浸劑的高壓縮混合流體進入低滲區(qū)域。
2、關(guān)于步驟①通過液氣混合方法(如噴霧法、氣泡法等)將包含溶浸劑的液體和氣體在水冶廠(9)或注入井(1)中混合，混合形成高壓縮性的混合流體；氣體成分為對溶浸中化學(xué)反應(yīng)為惰性或反應(yīng)影響小的氣體(如氧氣、氮氣、二氧化碳、氫氣、甲烷、氨氣等氣體)，氣體的體積為溶浸液體積的0.01～1000倍范圍內(nèi)；不同的比例可以獲得不同壓縮性的混合流體；通過高壓注入設(shè)備(如泵、壓力機、高壓容器等)將高壓縮性的氣液混合流體(包含溶浸劑)經(jīng)注入井(1)注入礦層(3)。
3、關(guān)于步驟②通過高壓注入設(shè)備(如水泵、高壓泵等)不斷降低或增加注入井(1)和采收井(2)的壓力實現(xiàn)礦層(3)中的混合流體壓力波動變化，其核心目的為實現(xiàn)高壓縮性的混合流體在礦層中不斷膨脹和收縮變形。其壓力波動變化隨時間變化可以為任意關(guān)系，如圖7中便是其中一種變化關(guān)系。
*在升壓過程中，混溶(混合)流體收縮，通過高滲區(qū)域(5)流入低滲區(qū)域(4)，如圖4所示。
*在降壓過程中，流體在低滲區(qū)域(4)膨脹，并流出低滲區(qū)域(4)，進入高滲區(qū)域(5)，如圖5所示。
*在有優(yōu)勢流動面(通道)的情況下的流體流動方式如圖6所示，混溶(混合)流體不斷在非優(yōu)勢流動區(qū)域的開采死區(qū)(7)和優(yōu)勢流動面或通道的裂隙面(6)、溶洞(8)之間往復(fù)交換，改變了傳統(tǒng)方法溶浸劑不能到達非優(yōu)勢流動區(qū)域的局限。
4、關(guān)于步驟③在注入井(1)或者采收井(2)中收取含有礦藏的溶浸液；具體實施方法為一般獲取地下流體的方法，形式多種多樣可以采用在注入井(1)和采收井(2)利用高壓泵抽取礦層流體；也可采用溶浸劑等流體驅(qū)替置換礦層中的流體獲得波動開采后含有礦物的礦層流體；也可以通過釋放注入井和采收井的壓力，利用礦層流體的高壓縮性(高膨脹性)自動流出；或者在壓力波動過程中獲取(亦可與步驟②同時開展)。
權(quán)利要求
1.一種波動溶浸采礦法，其特征在于包括下列步驟①在水冶廠(9)或者注入井(1)中，包含溶浸劑的液體和氣體混合形成高壓縮性的氣液混合流體經(jīng)注入井(1)注入礦層(3)；②不斷波動礦層(3)中的流體壓力，即通過不斷升高或降低注入井(1)和采收井(2)的壓力來實現(xiàn)礦層中混合流體壓力的波動變化；③在注入井(1)或者采收井(2)中收取含有礦藏的溶浸液；④重復(fù)以上步驟①②③，直到溶浸獲取的礦藏濃度低于經(jīng)濟開采濃度為止。
2.按權(quán)利要求1所述的一種波動溶浸采礦法，其特征在于步驟①通過液氣混合方法將包含溶浸劑的液體和氣體在水冶廠(9)或注入井(1)中混合形成高壓縮性的混合流體；氣體成分為對溶浸中化學(xué)反應(yīng)為惰性或反應(yīng)影響小的氣體，氣體的體積為溶浸液體積的0.01～1000倍范圍內(nèi)；通過高壓注入設(shè)備將高壓縮性的氣液混合流體經(jīng)注入井(1)注入礦層(3)。
3.按權(quán)利要求1所述的一種波動溶浸采礦法，其特征在于步驟②通過高壓注入設(shè)備不斷降低或增加注入井(1)和采收井(2)的壓力實現(xiàn)礦層(3)中的混合流體壓力波動變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種波動溶浸采礦法，涉及一種采礦法。本發(fā)明包括下列步驟①在水冶廠(9)或者注入井(1)中，包含溶浸劑的液體和氣體混合形成高壓縮性的氣液混合流體經(jīng)注入井(1)注入礦層(3)；②不斷波動礦層壓力，通過不斷升高和降低注入井(1)和采收井(2)的壓力來實現(xiàn)；③在注入井(1)或者采收井(2)中收取含有礦藏的溶浸液；④重復(fù)以上步驟，直到溶浸獲取的礦藏濃度低于經(jīng)濟開采濃度為止。本發(fā)明適用于鈾、銅、金、稀土等礦物的溶浸開采領(lǐng)域，適用于任何能夠進行原地溶浸開采的礦層，也適用于由于礦層非均勻性強烈而不適合進行傳統(tǒng)原地溶浸開采的礦層，本發(fā)明主要針對后者，突破傳統(tǒng)溶浸開采方法的范圍和提高礦物的采收率。
文檔編號E21B43/00GK101092873SQ200710052819
公開日2007年12月26日 申請日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者魏寧, 李小春 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所