波動溶浸採礦法的製作方法

2023-12-04 21:35:26 1

專利名稱：波動溶浸採礦法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種採礦法，尤其涉及一種基於氣液混溶(混合)特性與壓力波動的波動溶浸採礦法，廣泛應用於鈾、銅、金、稀土、鋅等礦物的溶浸開採領域。
背景技術：
傳統的原地溶浸採礦法是在注入井施加一定的恆定壓力注入溶浸劑，溶浸劑在礦層中與某些礦物發生物理、化學反應生成溶浸液，並在採收井中直接抽取溶浸液，通過溶浸液獲取有用礦物。採收率和採收速度是溶浸採礦的重要指標，是衡量提高資源利用率的指標，也是衡量溶浸開採狀況的一個重要依據。注入井和採收井的相對位置直接影響到溶浸劑的溶浸範圍和溶浸強度，鑽井的分布位置不同導致不同的溶浸範圍和溶浸強度；同時巖土體為非均勻的材料，由於裂隙、溶洞等切割巖體形成各種非均勻的巖體和巖塊，導致了各樣的優勢流動區域和優勢流動通道。傳統方法注入的溶浸劑主要通過優勢流動區域和優勢流動通道直接進入採收井。溶浸劑影響礦層的範圍有限，而礦層中的相對小滲透區域，溶浸劑流動緩慢或者不流動，形成「溶浸死區」或「死角」。
如圖1(在有優勢流動情況下的開採流體流動示意圖)，在有優勢流動通道的情況下，溶浸流體主要沿裂隙(6)、溶洞(8)等優勢流動面或流動通道中流動，而溶浸劑無法同優勢流動面(通道)周圍的礦層(7)充分流動、接觸、反應獲取礦物，從而該區域的礦體無法充分採收。
如圖2(在有低滲區域情況下的開採流體流動示意圖)，在有低滲區域情況下，溶浸劑主要通過高滲區域(5)流動，很少或者無溶浸劑通過低滲區域(4)流動。
圖1、2顯示常規的原地溶浸開採方法的溶浸範圍(影響範圍)非常有限，降低了礦物溶浸開採的範圍和礦藏的採收率和採收速度。
綜上所述，傳統的原地溶浸採礦有以下缺點①溶浸影響範圍受注入井和採收井的相對位置影響，溶浸範圍和溶浸強度會受到鑽孔布置的影響，有溶浸死角；②由於礦層巖土介質性質的非均勻性和變異性導致溶浸劑優勢流動，溶浸開採過程對礦層的影響有限；③低滲區域的溶浸開採主要依靠分子擴散而不是對流、彌散來完成溶浸開採過程，因此低滲區域的開採速度慢，影響礦藏的採收率和採收速度。
如何提高溶浸範圍？如何解決由於礦層的非均勻性導致的溶浸困難？如何提高溶浸開採的採收率、採收範圍和採收速度？均是需要重點解決的問題。

發明內容
本發明的目的就在於克服現有技術存在的上述問題和不足，擴大現有技術的使用範圍，提供一種基於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採礦法，即一種簡單、有效，而且能與常規原地溶浸開採同時完成的方法，有利於提高礦物的採收率、採收速度和採收範圍。
本發明的目的是這樣實現的原地溶浸採礦法經過半個多世紀的發展，已經成為一種已被廣泛應用於鈾、銅、金、稀土、鋅、釷等礦藏的溶浸開採領域。本發明是對原地溶浸採礦法的改進，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)和採收井(2)的壓力來實現礦層中混合流體壓力的波動變化；③在注入井(1)或者採收井(2)中收取含有礦藏的溶浸液；④重複以上步驟①②③，直到溶浸獲取的礦藏濃度低於經濟開採濃度為止。
本發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，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)，然後不斷降低和提高注入井(1)或者採收井(2)的壓力，導致礦層(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礦層的不同滲透性區域之間和流動優勢面與非優勢流動區域的流動，增加低滲和非優勢流動區域的溶浸液流動的時間和機會，然後在注入井(1)或採收井(2)任一或兩者獲取溶浸液。
本發明具有下列優點和積極效果①降低注入井(1)和採收井(2)布井位置對採收率和採收範圍的影響；減少溶浸死角。
②削弱因礦層非均勻區域(高滲、裂隙、洞穴、指進嚴重等)導致流體的優勢流動，增加溶浸液在低滲區域和非優勢流動區域的流動速度、流動機會和時間；變低滲和優勢流動周邊區域以分子擴散為主的溶質遷移過程為對流和彌散為主的遷移過程，加速整個溶浸開採過程，削弱優勢流動現象對溶浸的負面影響。
③在動態壓力作用下，砂巖或者巖體中的水力梯度是動態變化的，每個壓力波動都會對巖石顆粒表面的結合水產生擾動，降低弱結合水對流體流動和溶浸化學反應的阻滯作用，加快流動過程和化學反應速度。
本發明適用於鈾、銅、金、稀土等礦物的溶浸開採領域。該方法適用於任何能夠進行原地溶浸開採的礦層，也適用於由於礦層非均勻性強烈而不適合進行傳統溶浸開採方法開採的礦層，主要針對後者，大大突破傳統溶浸開採方法的範圍和提高礦物的採收率。


圖1是在有優勢流動情況下的開採流體流動示意圖；圖2是在有低滲區域情況下的開採流體流動示意圖；圖3是本發明工作示意圖；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係示意圖。
其中
1-注入井；2-採收井；3-礦層；4-低滲區域；5-高滲區域；6-裂隙面；7-開採死區；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
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明1、關於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)，以便於包含溶浸劑的高壓縮混合流體進入低滲區域。
2、關於步驟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反應為惰性或反應影響小的氣體(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倍範圍內；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)經注入井(1)注入礦層(3)。
3、關於步驟②通過高壓注入設備(如水泵、高壓泵等)不斷降低或增加注入井(1)和採收井(2)的壓力實現礦層(3)中的混合流體壓力波動變化，其核心目的為實現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係，如圖7中便是其中一種變化關係。
*在升壓過程中，混溶(混合)流體收縮，通過高滲區域(5)流入低滲區域(4)，如圖4所示。
*在降壓過程中，流體在低滲區域(4)膨脹，並流出低滲區域(4)，進入高滲區域(5)，如圖5所示。
*在有優勢流動面(通道)的情況下的流體流動方式如圖6所示，混溶(混合)流體不斷在非優勢流動區域的開採死區(7)和優勢流動面或通道的裂隙面(6)、溶洞(8)之間往復交換，改變了傳統方法溶浸劑不能到達非優勢流動區域的局限。
4、關於步驟③在注入井(1)或者採收井(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，形式多種多樣可以採用在注入井(1)和採收井(2)利用高壓泵抽取礦層流體；也可採用溶浸劑等流體驅替置換礦層中的流體獲得波動開採後含有礦物的礦層流體；也可以通過釋放注入井和採收井的壓力，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)。
權利要求
1.一種波動溶浸採礦法，其特徵在於包括下列步驟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)和採收井(2)的壓力來實現礦層中混合流體壓力的波動變化；③在注入井(1)或者採收井(2)中收取含有礦藏的溶浸液；④重複以上步驟①②③，直到溶浸獲取的礦藏濃度低於經濟開採濃度為止。
2.按權利要求1所述的一種波動溶浸採礦法，其特徵在於步驟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反應為惰性或反應影響小的氣體，氣體的體積為溶浸液體積的0.01～1000倍範圍內；通過高壓注入設備將高壓縮性的氣液混合流體經注入井(1)注入礦層(3)。
3.按權利要求1所述的一種波動溶浸採礦法，其特徵在於步驟②通過高壓注入設備不斷降低或增加注入井(1)和採收井(2)的壓力實現礦層(3)中的混合流體壓力波動變化。
全文摘要
本發明公開了一種波動溶浸採礦法，涉及一種採礦法。本發明包括下列步驟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)和採收井(2)的壓力來實現；③在注入井(1)或者採收井(2)中收取含有礦藏的溶浸液；④重複以上步驟，直到溶浸獲取的礦藏濃度低於經濟開採濃度為止。本發明適用於鈾、銅、金、稀土等礦物的溶浸開採領域，適用於任何能夠進行原地溶浸開採的礦層，也適用於由於礦層非均勻性強烈而不適合進行傳統原地溶浸開採的礦層，本發明主要針對後者，突破傳統溶浸開採方法的範圍和提高礦物的採收率。
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 優先權日2007年7月24日
發明者魏寧, 李小春 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所