专利名称：波动溶浸采矿法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采矿法，尤其涉及一种基于气液混溶(混合)特性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(在有优势流动情况下的开采流体流动示意图)，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的开采流体流动示意图)，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，提供一种基于矿层压力波动和气液混合物高压缩或高胀缩特性的波动溶浸采矿法，即一种简单、有效，而且能与常规原地溶浸开采同时完成的方法，有利于提高矿物的采收率、采收速度和采收范围。
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在水冶厂(9)或者注入井(1)中，包含溶浸剂的液体和气体混合形成高压缩性的气液混合流体经注入井(1)注入矿层(3)；②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(2)的压力来实现矿层中混合流体压力的波动变化；③在注入井(1)或者采收井(2)中收取含有矿藏的溶浸液；④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)注入矿层(3)，然后不断降低和提高注入井(1)或者采收井(2)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非均质矿层的不同渗透性区域之间和流动优势面与非优势流动区域的流动，增加低渗和非优势流动区域的溶浸液流动的时间和机会，然后在注入井(1)或采收井(2)任一或两者获取溶浸液。
本发明具有下列优点和积极效果①降低注入井(1)和采收井(2)布井位置对采收率和采收范围的影响；减少溶浸死角。
②削弱因矿层非均匀区域(高渗、裂隙、洞穴、指进严重等)导致流体的优势流动，增加溶浸液在低渗区域和非优势流动区域的流动速度、流动机会和时间；变低渗和优势流动周边区域以分子扩散为主的溶质迁移过程为对流和弥散为主的迁移过程，加速整个溶浸开采过程，削弱优势流动现象对溶浸的负面影响。
③在动态压力作用下，砂岩或者岩体中的水力梯度是动态变化的，每个压力波动都会对岩石颗粒表面的结合水产生扰动，降低弱结合水对流体流动和溶浸化学反应的阻滞作用，加快流动过程和化学反应速度。
本发明适用于铀、铜、金、稀土等矿物的溶浸开采领域。该方法适用于任何能够进行原地溶浸开采的矿层，也适用于由于矿层非均匀性强烈而不适合进行传统溶浸开采方法开采的矿层，主要针对后者，大大突破传统溶浸开采方法的范围和提高矿物的采收率。
图1是在有优势流动情况下的开采流体流动示意图；图2是在有低渗区域情况下的开采流体流动示意图；图3是本发明工作示意图；图4是升压过程中流体在矿层的流动示意图；图5是降压过程中流体在矿层的流动示意图；图6是升、降压过程中流体在优势流动矿层中的流动示意图；图7为注入井压力随时间变化关系示意图。
其中
1-注入井；2-采收井；3-矿层；4-低渗区域；5-高渗区域；6-裂隙面；7-开采死区；8-溶洞(或溶腔)；9-水冶厂(溶浸剂和溶浸液处理厂)。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明1、关于准备工作通过一些已有的处理措施(如真空法、充气法、气体驱替等方法)将矿层(3)中的部分水分排出形成非饱和岩体(岩体孔隙中不全为液体)，以便于包含溶浸剂的高压缩混合流体进入低渗区域。
2、关于步骤①通过液气混合方法(如喷雾法、气泡法等)将包含溶浸剂的液体和气体在水冶厂(9)或注入井(1)中混合，混合形成高压缩性的混合流体；气体成分为对溶浸中化学反应为惰性或反应影响小的气体(如氧气、氮气、二氧化碳、氢气、甲烷、氨气等气体)，气体的体积为溶浸液体积的0.01～1000倍范围内；不同的比例可以获得不同压缩性的混合流体；通过高压注入设备(如泵、压力机、高压容器等)将高压缩性的气液混合流体(包含溶浸剂)经注入井(1)注入矿层(3)。
3、关于步骤②通过高压注入设备(如水泵、高压泵等)不断降低或增加注入井(1)和采收井(2)的压力实现矿层(3)中的混合流体压力波动变化，其核心目的为实现高压缩性的混合流体在矿层中不断膨胀和收缩变形。其压力波动变化随时间变化可以为任意关系，如图7中便是其中一种变化关系。
*在升压过程中，混溶(混合)流体收缩，通过高渗区域(5)流入低渗区域(4)，如图4所示。
*在降压过程中，流体在低渗区域(4)膨胀，并流出低渗区域(4)，进入高渗区域(5)，如图5所示。
*在有优势流动面(通道)的情况下的流体流动方式如图6所示，混溶(混合)流体不断在非优势流动区域的开采死区(7)和优势流动面或通道的裂隙面(6)、溶洞(8)之间往复交换，改变了传统方法溶浸剂不能到达非优势流动区域的局限。
4、关于步骤③在注入井(1)或者采收井(2)中收取含有矿藏的溶浸液；具体实施方法为一般获取地下流体的方法，形式多种多样可以采用在注入井(1)和采收井(2)利用高压泵抽取矿层流体；也可采用溶浸剂等流体驱替置换矿层中的流体获得波动开采后含有矿物的矿层流体；也可以通过释放注入井和采收井的压力，利用矿层流体的高压缩性(高膨胀性)自动流出；或者在压力波动过程中获取(亦可与步骤②同时开展)。
权利要求
1.一种波动溶浸采矿法，其特征在于包括下列步骤①在水冶厂(9)或者注入井(1)中，包含溶浸剂的液体和气体混合形成高压缩性的气液混合流体经注入井(1)注入矿层(3)；②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(2)的压力来实现矿层中混合流体压力的波动变化；③在注入井(1)或者采收井(2)中收取含有矿藏的溶浸液；④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。
2.按权利要求1所述的一种波动溶浸采矿法，其特征在于步骤①通过液气混合方法将包含溶浸剂的液体和气体在水冶厂(9)或注入井(1)中混合形成高压缩性的混合流体；气体成分为对溶浸中化学反应为惰性或反应影响小的气体，气体的体积为溶浸液体积的0.01～1000倍范围内；通过高压注入设备将高压缩性的气液混合流体经注入井(1)注入矿层(3)。
3.按权利要求1所述的一种波动溶浸采矿法，其特征在于步骤②通过高压注入设备不断降低或增加注入井(1)和采收井(2)的压力实现矿层(3)中的混合流体压力波动变化。
全文摘要
本发明公开了一种波动溶浸采矿法，涉及一种采矿法。本发明包括下列步骤①在水冶厂(9)或者注入井(1)中，包含溶浸剂的液体和气体混合形成高压缩性的气液混合流体经注入井(1)注入矿层(3)；②不断波动矿层压力，通过不断升高和降低注入井(1)和采收井(2)的压力来实现；③在注入井(1)或者采收井(2)中收取含有矿藏的溶浸液；④重复以上步骤，直到溶浸获取的矿藏浓度低于经济开采浓度为止。本发明适用于铀、铜、金、稀土等矿物的溶浸开采领域，适用于任何能够进行原地溶浸开采的矿层，也适用于由于矿层非均匀性强烈而不适合进行传统原地溶浸开采的矿层，本发明主要针对后者，突破传统溶浸开采方法的范围和提高矿物的采收率。
文档编号E21B43/00GK101092873SQ200710052819
公开日2007年12月26日 申请日期2007年7月24日 优先权日2007年7月24日
发明者魏宁, 李小春 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所