CN101571043A - 基于高速水射流技术的盐岩地层钻井和开槽方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于高速水射流技术的盐岩地层钻井和开槽的方法，其特征是第一步，采用水射流技术将普通水经增压器增压到200MPa以上的超高压水；第二步，将超压水送入高速旋转喷头或往复运动喷头中，使从高速旋转喷头或往复运动喷头喷嘴中射出的高压水作用于盐岩上并将其击打成碎颗粒状形成切面或切槽；第三步，利用吸取设备将切面或切槽中的碎颗粒状盐岩取出；重复第二、第三步直到形成所需直径和深度的卤水井或形成所需宽度和深度的导卤槽。本发明具有方法简单，施工成本低，效率高的优点。

Description

基于高速水射流技术的盐岩地层钻井和开槽方法
技术领域
本发明涉及一种特殊地质矿床的开采方法，尤其是一种在盐岩地层上钻孔、开槽采集卤水的方法，具体地说是一种基于高速水射流技术的盐岩地层钻井和开槽方法。
背景技术
目前，制碱、钾、氯、锂工业需要的原料大多来源于盐矿底下的卤水，而目前卤水的采集常用的方法是在盐岩地层上钻井，在井与井之间再开设相互贯通的渗卤槽以增加渗透率，如图1所示，最终形成网格状结构，如图2所示。由于盐岩地质的特殊构造，其强度远远低于岩石，又高于泥土，其主要自然状态主要呈脆性晶体状，类似于冰块结构，因此使用常规的钻头很难进行，加之盐的腐蚀性较大，一般的钻头无法操作，因此目前常用的钻井方法是采用镦孔的方法，但操作难度相当大，镦钻一个60米深的卤水井需投资几十万元。对于开槽而言，目前常用的方法是采用爆破加挖掘机挖掘的方法进行施工，效率低，安全差。
因此对于盐岩层卤水采集而言目前尚无一种投资少、安全、快速、高效的方法可供使用。
超高压水射流技术是近年来发展十分迅速的高新技术，由于其独特的性能，其在脆性及难加工材料的加工方面有着特殊的效果，但据申请人所知，目前尚未见到有关将高速水射流技术用于盐岩开采领域的报道。
发明内容
本发明的目的是针对盐岩地质的特点，发明一种基于高速水射流技术的盐岩地层钻井和开槽方法，以解决目前盐岩地质钻井中存在的速度慢、成本高、效率低的问题。
本发明的技术方案是：
一种基于高速水射流技术的盐岩地层钻井和开槽的方法，其特征是第一步，采用水射流技术将普通水经增压器增压到200MPa以上的超高压水；第二步，将超压水送入高速旋转喷头或往复运动喷头中，使从高速旋转喷头或往复运动喷头喷嘴中射出的高压水作用于盐岩上并将其击打成碎颗粒状形成切面或切槽；第三步，利用吸取设备将切面或切槽中的碎颗粒状盐岩取出；重复第二、第三步直到形成所需直径和深度的卤水井或形成所需宽度和深度的导卤槽。
所述的吸取设备可采用空气负压泵。
所述的钻井的孔径为100～1000毫米，理论上只需配备相应的输送管道，钻井的浓度可为任意值，但事实上，当高压水管道达到一定的长度后其压降会影响到切割效果，开槽的深度一般以为3-5米为一层，可多层开设。
当利用往复运动喷头开槽时，可先利用往复运动喷头开出两条相邻的渗卤槽(其宽度可控制在10～100厘米之间)，再利用撬或砸的方法使相邻渗卤槽之间的盐岩与地层分离，也可利用挖掘机将相邻渗卤槽之间的盐岩取出，当利用撬或砸的方法时，可将盐岩撬成块状或击碎，击碎后可利用负压吸取设备取出，而块状的可采用挖掘机或人工将其取出，这样可大大加快槽的速度。
为了提高切割效率，可使所述的高速旋转喷头在高速旋转的同时沿直线或曲线轨道作往复运动。
本发明的有益效果：
本发明大胆地首次将水射流技术用于地质开采，充分利用了水射流技术在脆性材料加工方面的优势，不仅拓展了水射流技术的应用领域，而且为特殊地层的开采提供了新的方法。
经实验证明，利用本发明的方法开钻相同深度和直径的卤水进的成本可减少50％以上，时间也可缩短50％以上，用于渗卤槽的开挖则成本可进一步降低，效率可提高三倍以上。
与本发明相配的设备可采用现有的相关装置加以改进实现，与现有的开采设备相比，本发明具有投资小，成本低的优点。
附图说明
图1是与本发明有关的盐岩地层上相邻卤水采集井及渗卤槽的结构示意图。
图2是本发明的盐岩地层上的卤水采集井的布局示意图。
图3是本实施例的渗卤槽的另一种结构形式。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、2、3所示。
实施例一。
一种基于高速水射流技术的盐岩地层钻井方法，采用水射流技术将普通水经增压器增压到200MPa以上的超高压水后送入高速旋转喷头，使从高速旋转喷头喷嘴中射出的高压水作用于盐岩上并将其击打成碎颗粒状，同时利用空气负压泵将碎颗粒状盐岩从井中取出，反复击打、吸出直至形成所需的卤水井，然后再利用往复移动的高压喷头在相邻的卤水井之间加工出渗卤槽(如图1所示)，以使相邻的卤水井相互贯通，连接成类似于棋盘的结构(如图2所示)，钻井井深可根据当地盐层的厚度确定(一般为20-60米)，孔径一般为100～1000毫米之间以便于采集泵能伸入井中，当井深到达盐岩层的底部时，由于盐岩特殊的结构，原先储存于盐岩晶体间的富含Na、Mg、K的卤水会自动向最近的井孔渗透，而相邻井孔之间的渗卤槽则有利于提高渗透面积，加速渗透速度，渗卤槽的深度一般控制在3～6米。再有需要可使用实施例的方法使渗卤槽逐层增加，形成如图3所示的阶梯状断面结构，达到更深的槽深。
具体实施时，所述的高速旋转喷头可固定安装在切割支架上，也可活动安装在切割支架上，即使高速旋转喷头沿一个固定的轨道(可为直线，也可为曲线)往复运动，以提高切割效率。
实施例二。
一种基于高速水射流技术的盐岩地层开槽的方法，采用水射流技术将普通水经增压器增压到200MPa以上的超高压水后送入切割喷头中，使从切割喷头喷嘴中射出的高压水往复(同时作与渗卤槽长度方向垂直的进给运动)作用于盐岩上并将其击打成碎颗粒状，形成渗卤槽，同时利用空气负压泵将碎颗粒状盐岩从井中取出，直至形成所需的渗卤槽。
具体实施时，也可利用实施例一的高速旋转喷头进行开槽，这时应使高速旋转喷头在旋转的同时沿直线导轨作往复运动。
此外，还可采用先加工出两个相邻的细槽，再利用挖掘机或人工的方法将相邻细槽中的盐岩取出，人工操作时可采用撬或砸的办法，将盐岩撬成块状或击碎，击碎后可利用负压吸取设备取出，而块状的可采用挖掘机或人工将其取出，这样可大大加快槽的速度。
所开槽的宽度以满足吸取设备或挖掘设备的工作界面为宜，其深度以有利于渗卤为主，无需特别的规定。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1、一种基于高速水射流技术的盐岩地层钻井和开槽的方法，其特征是第一步，采用水射流技术将普通水经增压器增压到200MPa以上的超高压水；第二步，将超压水送入高速旋转喷头或往复运动喷头中，使从高速旋转喷头或往复运动喷头喷嘴中射出的高压水作用于盐岩上并将其击打成碎颗粒状形成切面或切槽；第三步，利用吸取设备将切面或切槽中的碎颗粒状盐岩取出；重复第二、第三步直到形成所需直径和深度的卤水井或形成所需宽度和深度的导卤槽。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的吸取设备为空气负压泵。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的钻井的孔径为100～1000毫米。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征是利用往复运动喷头开槽时，先利用往复运动喷头开出两条相邻的渗卤槽，再利用撬或砸的方法使相邻渗卤槽之间的盐岩与地层分离，取出已分离的块状或颗粒状盐岩，达到快速开槽的目的。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的高速旋转喷头在高速旋转的同时沿直线或曲线轨道作往复运动。
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