[发明专利]水平裂隙波动溶浸采矿法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采矿法，尤其涉及一种基于水平裂隙与压力波动的波动溶浸采矿法，广泛应用于铀、铜、金、稀土、锌等矿物的溶浸开采领域。

背景技术

传统的原地溶浸采矿法是在注入井施加一定的恒定压力注入溶浸剂，溶浸剂在矿层中与某些矿物发生物理、化学反应生成溶浸液，并在采收井中直接抽取溶浸液，通过溶浸液获取有用矿物。采收率和采收速度是溶浸采矿的重要指标，是衡量提高资源利用率的指标，也是衡量溶浸开采状况的一个重要依据。注入井和采收井的相对位置直接影响到溶浸剂的溶浸范围和溶浸强度，钻井的分布位置不同导致不同的溶浸范围和溶浸强度；同时岩土体为非均匀的材料，由于裂隙、溶洞等切割岩体形成各种非均匀的岩体和岩块，导致了各样的优势流动区域和优势流动通道。传统方法注入的溶浸剂主要通过优势流动区域和优势流动通道直接进入采收井。溶浸剂影响矿层的范围有限，而矿层中的相对小渗透区域，溶浸剂流动缓慢或者不流动，形成“溶浸死区”或“死角”。

如图1，在有优势流动通道的情况下，溶浸流体主要沿裂隙(6)、溶洞(8)等优势流动面或流动通道中流动，而溶浸剂无法同优势流动面(通道)周围的矿层(7)充分流动、接触、反应获取矿物，从而该区域的矿体无法充分采收。

如图2，在有低渗区域情况下，溶浸剂主要通过高渗区域(5)流动，很少或者无溶浸剂通过低渗区域(4)流动。

图1、2显示常规的原地溶浸开采方法的溶浸范围(影响范围)非常有限，降低了矿物溶浸开采的范围和矿藏的采收率和采收速度。

综上所述，传统的原地溶浸采矿有以下缺点：

①传统的原地溶浸开采方法需要很多注入井和采收井，而钻井在整个溶浸开采中的成本比重是很大的，非常昂贵；同时溶浸影响范围受注入井和采收井的相对位置影响，溶浸范围和溶浸强度会受到钻孔布置的影响，有溶浸死角；

②由于矿层岩土介质性质的非均匀性和变异性导致溶浸剂优势流动，溶浸开采过程对矿层的影响有限；

③低渗区域的溶浸开采主要依靠分子扩散而不是对流、弥散来完成溶浸开采过程，因此低渗区域的开采速度慢，影响矿藏的采收率和采收速度。

如何降低溶浸的成本，减少钻孔使用量，提高溶浸范围，如何解决由于矿层的非均匀性导致的溶浸困难，如何提高溶浸开采的采收率、采收范围和采收速度？均是需要重点解决的问题。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述问题和不足，扩大现有技术的使用范围，提供一种水平裂隙波动溶浸采矿法，即一种基于矿层水平裂隙、矿层流体压力波动和气液混合物高压缩性的波动溶浸采矿法。本发明简单、有效，有利于提高矿物的采收率、采收速度和采收范围，降低采矿成本。

本发明的目的是这样实现的：

原地溶浸采矿法经过半个多世纪的发展，已经成为一种已被广泛应用于铀、铜、金、稀土、锌、钍等矿藏的溶浸开采领域。本发明是对原地溶浸采矿法的改进，场地布置如图3所示，包括下列步骤：

①形成注入井(1)和采收井(9)，或者将注入井(1)和采收井(9)合并为一种钻井，通过压力交替实现溶浸剂的注入和溶浸液的采收；并在矿层(3)中制造水平裂隙面(2)；

②通过高压注入设备将混合形成的高压缩性流体经过注入井(1)注入矿层(3)，或者采用气体和溶浸剂交替注入的方法在矿层(3)中形成高压缩性流体；

③不断波动矿层(3)中的流体压力，即通过不断升高或降低注入井(1)和采收井(9)的压力来实现矿层中混合流体压力的波动变化；

④在采收井(9)或者注入井(1)中收取含有矿藏的溶浸液；

⑤重复以上步骤①②③，直到溶浸获取的矿藏浓度低于经济开采浓度为止。

本发明的工作原理：

如图3，在矿层(3)中形成水平裂隙面(2)；在一定压力下形成溶浸剂和气体的混溶(或混合)流体，增大流体的胀缩性质，形成高压缩性混合流体；将混合流体通过注入井(1)和水平裂隙面(2)注入矿层(3)，然后不断降低和提高注入井(1)的压力，导致矿层(3)的混合流体的压力不断变化波动，形成混合流体的膨缩变形，使得混合流体不断在矿层(3)和水平裂隙面(2)之间流动，同时增加矿层中优势流动和非优势流动区域的流动，然后在采收井(9)获取溶浸液。

本发明具有下列优点和积极效果：

①大幅度减少整个原地溶浸的钻孔数量，大幅度降低溶浸开采的成本；同时降低注入井(1)和采收井(9)布井位置对采收率和采收范围的影响；减少溶浸死角。