CN104632176B - 水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，属于溶腔堵漏技术领域。根据形状近似为球体或倒圆锥体溶腔计算惰性材料的用量，将惰性材料、表面活性剂、水搅拌均匀形成惰性材料混合液，所述惰性材料和水按重量比为1:5～1:10，所述表面活性剂与惰性材料重量比为1:120，所述惰性材料混合液通过注水设备以10m3/h～50m3/h流量注入水溶开采井溶腔，根据矿石储量厚度和溶腔高度确定惰性材料注入频次，惰性材料上浮后在水溶开采井溶腔顶部形成防护层，阻隔溶腔顶板，减少上溶，增加侧溶；在高渗岩石孔隙和裂缝处形成桥塞或封门，实现溶腔封闭堵漏。
Description
技术领域
本发明涉及一种防护和堵漏水溶开采井溶腔的方法，具体涉及一种水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法。
背景技术
钻井水溶法开采是在地面钻井通达矿体，注水溶解矿体，返至地面的一种方法。在开采过程中为了控制上溶速度，在溶腔中通常注入油类(油垫法)或压缩空气(气垫法)等介质，使卤水和溶腔顶板隔开，从而减少上溶，增加侧溶，提高采收率，延长井的服务年限。
油垫法是向水溶开采井溶腔中注入柴油，由于柴油的密度小于水的密度，柴油上浮，将卤水和溶腔顶板隔开，从而减少上溶，增加侧溶，提高采收率。但油垫法存在以下问题：第一，介质易漏失。注入水溶开采井溶腔的柴油会随着岩层孔隙渗漏，造成柴油的漏失。第二，维护频繁。由于柴油介质的漏失和返出，需要不断地注入柴油，从而保证水溶开采井溶腔中有足够多的柴油，以保证卤水和溶腔顶板的隔开。第三，配套设施多。采出矿水中含有柴油，需要把柴油分离掉，再从卤水中提起盐分，需要配套去除柴油的相关设备。
气垫法是向水溶开采井溶腔中注入气体，气体的比重小，位于溶腔内卤水上方，将卤水和溶腔顶板隔开，从而减少上溶，增加侧溶，提高采收率。但是气垫法存在以下缺陷：第一，无法有效计算和控制气垫体积。水溶开采井溶腔的位置一般是地下1500米以下，无法准确计算和控制气垫体积。第二，容易出现喷井事故。含有气体的水溶开采井溶腔弹性大，容易出现井喷事故，且气井喷事故相对于水井喷事故而言，更加难以控制。
在矿井开采后期，溶腔增大逐步会出现顶板垮塌和溶腔漏失现象，造成矿井无法生产。目前国内外还没有溶腔堵漏的实用技术和方法。因此，需要一种新的防护和堵漏水溶开采井溶腔的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，该方法可提高卤水和溶腔顶板隔阻效果，控制上溶速度，增加采注比，降低生产成本，提高矿产采收率；解决溶腔严重漏失问题，实现溶腔堵漏，恢复矿井正常生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，根据形状近似为球体或倒圆锥体溶腔的体积、表面积计算惰性材料的用量，惰性材料和水按重量比为1:5～1:10的比例，表面活性剂与惰性材料重量比为1:120，搅拌形成惰性材料混合液，混合液通过注水设备以10m3/h～50m3/h流量注入水溶开采井溶腔，惰性材料上浮后在水溶开采井溶腔顶部形成防护层，阻隔溶腔顶板，减少上溶， 增加侧溶；在高渗岩石孔隙和裂缝处形成桥塞或封门，实现溶腔封闭堵漏。
进一步地，所述惰性材料是密度小于水的聚合物。
进一步地，惰性材料为聚丙烯、聚乙烯和/或聚乙烯蜡的共聚物及衍生物。
进一步地，所述惰性材料的粒径为1μm～2mm。
进一步地，所述注水装置为泥浆泵或水浆泵或高压管道泵。
进一步地，所述球体溶腔惰性材料用量D＝2πeρ惰(3Qg/4πρ矿C)2/3；
式中：D—惰性材料用量t；e—惰性材料层厚度取0.003～0.01m；ρ惰—惰性材料粉末比重t/m3；Q—采卤量m3；g—卤液中盐类组分含量t/m3；ρ矿—开采矿种固体比重t/m3；C—矿石品位％。
进一步地，所述圆椎体溶腔惰性材料用量D＝3πeρ惰(Qg/πρ矿C)2/3；
式中：D—惰性材料用量t；e—惰性材料层厚度取0.003～0.01m；ρ惰—惰性材料粉末比重t/m3；Q—采卤量m3；g—卤液中盐类组分含量t/m3；ρ矿—开采矿种固体比重t/m3；C—矿石品位％。
进一步地，所述惰性材料的注入频次为：矿石储量厚度≤20m时，溶腔高度每增加1m注入一次；矿石储量厚度20m～50m，溶腔高度每增加2m注入一次；矿石储量厚度≥50m，溶腔高度每增加3m～5m注入一次。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
第一，与传统方式相比，在矿井开采中，本发明可大幅度提升采收率，由13％提高到40％以上；减少地层渗漏，采注比由0.97提升到0.99以上；
第二，在溶腔堵漏过程中，采注比可由0恢复到0.90以上，实现矿井正常生产，减少矿井损失200～400万元/口。
第三，将注入速度限定为10m3/h～50m3/h流量，水流速度大于惰性材料的上浮速度，保证惰性材料能够输送到溶腔中。
第四，惰性材料和水按重量比为1:5～1:10的比例进行混合，一方面保证封堵所需惰性材料的量，另一方面要满足注水泵顺利注入要求。
附图说明
图1是本发明矿井溶腔堵漏和腔顶防护示意图；
图2是本发明渗透层防渗堵漏示意图示意图；
图中：1注水设备、2矿井、3矿层顶板、4矿层、5惰性防护层、6溶腔、7砂岩、8孔隙、9桥塞或封门、10惰性材料。
具体实施方式
如图1、2所示，一种水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，根据形状近似为球体或倒圆锥体溶腔计算惰性材料的用量，惰性材料和水按重量比为1:5～1:10的比例，表面活性剂与惰性材料重量比为1:120，搅拌形成絮状惰性材料混合液，混合液注入设备依次穿过矿层顶板3、矿层4并设置水溶开采矿井2溶腔6底部，混合液通过注水设备1以10m3/h～50m3/h流量注入水溶开采矿井2溶腔6，惰性材料10上浮后在水溶开采矿井2溶腔6顶部形成惰性防护层5，阻隔溶腔顶板，减少上溶，增加侧溶；在高渗岩石孔隙和裂缝处形成桥塞或封门9，实现溶腔封闭堵漏。
惰性材料可以是聚丙烯、聚乙烯和聚乙烯蜡等密度小于水的共聚物及衍生物。
惰性材料的粒径可以是1μm～2mm。
注水装置可以是泥浆泵，也可以是水浆泵，还可以是高压管道泵。
惰性材料的用量可以根据溶腔形状近似为球体或倒圆锥体的公式计算：
根据球体体积公式：V＝4πr3/3和球体面积公式：S＝4πr2，溶腔体积：V＝Qg/ρ矿c。
球体溶腔惰性材料用量公式①：
D＝2πeρ惰(3Qg/4πρ矿C)2/3 ①
球体溶腔高度公式②：
H球＝2(3Qg/4πρ矿C)1/3 ②
根据圆椎体体积公式：V＝SH/3和圆形面积：S＝πr2，以溶腔为倒圆椎体，溶蚀底角θ＝30°计算，r＝H/tan30°＝31/2H，S＝3πH2，V＝πH3，H＝(V/π)1/3，溶腔腔顶面积S＝3π(V/π)2/3，溶腔体积：V＝Qg/ρ矿c。
圆椎体溶腔高度公式③：
H椎＝(Qg/πρ矿C)1/3 ③
圆椎体溶腔惰性材料用量公式④：
D＝3πeρ惰(Qg/πρ矿C)2/3 ④
D—惰性材料用量t；e—惰性材料层厚度取0.003～0.01m；ρ惰—惰性材料粉末比重t/m3；Q—采卤量m3；g—卤液中盐类组分含量t/m3；ρ矿—开采矿种固体比重t/m3；C—矿石品位％；H—溶腔高度m
可以根据矿石储量厚度和溶腔高度确定惰性材料注入频次。矿石储量厚度≤20m时，溶腔高度每增加1m注入一次；矿石储量厚度20m～50m，溶腔高度每增加2m注入一次；矿石储量厚度≥50m，溶腔高度每增加3m～5m注入一次。
实施例1
如对粉砂岩顶板漏失的堵漏实施方式。首先对渗透层岩心做渗透性试验,确定堵漏岩层的孔径喉径大小，选择粒径接近并且大于孔径喉径的惰性材料。如戴南组粉砂岩孔径最大： 283.13μm，最小：6.75μm，平均为37.53μm；喉径最大：75.35μm，最小：2.71μm，平均半径为10.25μm，即选择粒径为5μm～300μm惰性材料。如某井溶腔体积293000m3，按照e＝0.003m，按照公式①计算得出需要13.6吨惰性材料。将粒径100μm～200μm聚乙烯蜡粉、5μm～35μm聚乙烯蜡粉、清水按照重量1：1：10的比例，再加入113kg表面活性剂，搅拌形成约81.7吨惰性材料混合液。按照图1中所示，利用水泥车或泥浆泵等注水设备1将混合液以10m3/h～50m3/h流量注入注入矿井2，混合液进入溶腔6上浮到达腔顶，在腔顶形成防护层5。图2中所示，惰性材料10在砂岩孔隙8形成桥塞或封门9，从而封堵溶腔漏失。
实施例2
如对粗砂岩和微裂隙顶板漏失的堵漏实施方式。根据岩心孔径和裂隙大小选择惰性材料粒径，如裂隙小于2mm，将粒径0.5mm～2mm聚丙烯颗粒、100μm～200μm聚乙烯蜡粉、10μm～50μm聚乙烯蜡粉、清水按照重量1:1:1:15的比例，表面活性剂与惰性材料重量比为1:120，搅拌形成惰性材料混合液，将混合液注入溶腔；或者将各种粒径惰性材料分别与清水1:5混合，形成三种混合液，按照粒径从大到小依次注入溶腔。根据公式①计算惰性材料用量。按照图1中所示，利用水泥车或泥浆泵等注水设备1将混合液以10m3/h～50m3/h流量注入注入矿井2，混合液进入溶腔6上浮到达腔顶，在腔顶形成防护层5。图2中所示，惰性材料10在砂岩孔隙8形成桥塞或封门9，从而封堵溶腔漏失。
实施例3
如对前期未采用垫层保护矿井进行腔顶防护实施方式。根据矿石储量厚度和溶腔高度确定惰性材料注入频次：矿石储量厚度≤20m时，根据公式②计算溶腔高度，每增加1m注入一次；矿石储量厚度20～50m，溶腔高度每增加2m注入一次；矿石储量厚度≥50m，溶腔高度每增加3～5m注入一次。根据公式①确定惰性材料累计用量，保证腔顶有0.003～0.01m的惰性材料防护层。用5μm～200μm聚乙烯蜡粉、清水按照1:10的比例，表面活性剂与惰性材料重量比为1:120，搅拌形成惰性材料混合液，利用水泥车等注水设备1将混合液以10m3/h～30m3/h流量注入矿井2，混合液进入溶腔6上浮到达腔顶，在腔顶形成防护层5。
实施例4
如对采用垫层保护矿井进行腔顶防护实施方式。根据矿石储量厚度和溶腔高度确定惰性材料注入频次：矿石储量厚度≤20m时，根据圆椎体溶腔高度公式③计算溶腔高度，每增加1m注入一次；矿石储量厚度20～50m，溶腔高度每增加2m注入一次；矿石储量厚度≥50m，溶腔高度每增加3～5m注入一次。根据公式④确定惰性材料累计用量，保证腔顶有0.003～0.01m的惰性材料防护层。如某井矿石储量厚度≤20m，溶腔高14m时，按照e＝0.003m，需要累计注入2.36吨惰性材料，当溶腔高度上升到15m时，需要累计注入2.7吨惰性材料，即实 时注入0.34吨惰性材料。用5μm～200μm聚乙烯蜡粉、清水按照1:10的比例，加入2.86kg表面活性剂，搅拌形成3.78吨惰性材料絮状混合液，利用高压注水泵等注水设备1将混合液以10m3/h流量注入矿井2，混合液进入溶腔6上浮到达腔顶，在腔顶形成防护层5。
Claims (8)
1.一种水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，其特征是，根据形状近似为球体或倒圆锥体溶腔计算惰性材料的用量，将惰性材料、表面活性剂、水搅拌均匀形成惰性材料混合液，所述惰性材料和水按重量比为1:5～1:10，所述表面活性剂与惰性材料重量比为1:120，所述惰性材料混合液通过注水设备以10m3/h～50m3/h流量注入水溶开采井溶腔，根据矿石储量厚度和溶腔高度确定惰性材料注入频次，惰性材料上浮后在水溶开采井溶腔顶部形成防护层，阻隔溶腔顶板，减少上溶，增加侧溶；在高渗岩石孔隙和裂缝处形成桥塞或封门，实现溶腔封闭堵漏。
2.根据权利要求1所述的水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，其特征是，所述惰性材料是密度小于水的聚合物。
3.根据权利要求2所述的水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，其特征是，所述惰性材料为聚丙烯、聚乙烯和/或 聚乙烯蜡的共聚物及衍生物。
4.根据权利要求2或3所述的水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，其特征是，所述惰性材料的粒径为1μm～2mm。
5.根据权利要求4所述的水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，其特征是，所述注水装置为泥浆泵、水浆泵或高压管道泵。
6.根据权利要求1所述的水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，其特征是，所述球体溶腔惰性材料用量D=2πeρ惰（3Qg/4πρ矿C）2/3 ；
式中：D—惰性材料用量t；e—惰性材料层厚度取0.003～0.01m；ρ惰—惰性材料粉末比重t/m3； Q—采卤量m3；g—卤液中盐类组分含量t/m3；ρ矿—开采矿种固体比重t/m3；C—矿石品位%。
7.根据权利要求1所述的水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，其特征是，所述倒圆椎体溶腔惰性材料用量D=3πeρ惰（Qg/πρ矿C）2/3；
式中：D—惰性材料用量t；e—惰性材料层厚度取0.003～0.01m；ρ惰—惰性材料粉末比重t/m3； Q—采卤量m3；g—卤液中盐类组分含量t/m3；ρ矿—开采矿种固体比重t/m3；C—矿石品位%。
8.根据权利要求6或7所述的水溶法开采井溶腔堵漏和防护方法，其特征是，所述惰性材料的注入频次为：矿石储量厚度≤20m时，溶腔高度每增加1m注入一次；矿石储量厚度20m～50m，溶腔高度每增加2m注入一次；矿石储量厚度≥50m，溶腔高度每增加3m～5m注入一次。
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