CN112112615A - 用于空气驱动采卤系统的采卤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地下卤水开采技术领域。本发明所述用于空气驱动采卤系统的采卤方法包括如下步骤：步骤一)启动空压机组(6)，并向所述多个注气孔(4)通过与空压机组(6)连接的输气管(5)注入压缩空气，使压缩空气通过注气管(42)进入细碎屑含水层(8)，驱动细碎屑含水层(8)中的卤水流向多个集卤井(3)和导卤管(22)。然后，卤水通过导卤管(22)上的筛孔(23)进入水平导卤孔中的导卤管(22)。步骤二)将导卤管(22)的卤水排出到输卤渠(1)，从而实现对卤水的驱动开采过程。本发明能够降低采卤成本，大大提高采卤量、提升采矿效率和提高采收率。
Description
技术领域
本申请涉及在低孔隙度、低给水度、低渗透率地层条件下采用集卤井、注气孔和定向导卤管相结合的一种用于空气驱动采卤系统的采卤方法。
背景技术
我国是全球最大的钾肥消费国，钾肥消费量占到了全球消费量的25％。而我国的钾盐资源量仅占全球已探明储量的2％，但生产量却占到了全球产量的15％。钾盐是我国七种大宗紧缺矿产之一，已成为保障国家粮食安全的重要战略资源。中国KCl地质储量约9.9亿吨，以液体卤水矿为主，97％分布在青海和新疆的卤水型盐湖矿床。我国钾肥主要通过采集盐湖地下卤水生产。随着盐湖开发年限的延续、开发强度的增加、和生产量的加大，目前一部分盐湖已经无卤水可采，绝大部分盐湖盐岩层地表潜卤水矿已经枯竭，特别是柴达木盆地盐湖早已在开采盐岩层下部的地下卤水，除了少数盐湖通过补水和固液转化暂时缓解了采卤的困境，绝大部分盐湖采卤量已无法满足生产需求。我国盐湖资源服务年限已不足30年。
柴达木盆地盐湖区在表层盐岩层以下赋存有大量深层卤水，其储卤层主要为一些含盐细砂层、粉砂层为主的松散沉积和低孔隙率的岩盐层。这类储卤层渗透率低、给水度小、采卤工程施工难度大、卤渠开挖成本高，其采卤量无法满足生产需求。随着时间的推移，卤水供需矛盾将会更加突出，寻求简单快速、高效的科学采卤技术迫在眉睫。所以本次发明在一种地层低孔隙度、低给水度、低渗透率条件下采用集卤井、注气孔、定向导卤管相结合的一种空气驱动采卤方法用来开采卤水矿。
发明内容
本申请要解决的技术问题在于用于空气驱动采卤系统的采卤方法，能够降低采卤成本，大大提高采卤量、提升采矿效率和提高采收率。
本发明的一种用于空气驱动采卤系统的采卤方法，所述空气驱动采卤系统包括输卤渠(1)、水平导卤孔(2)、多个集卤井(3)、多个注气孔(4)、输气管(5)、空压机组(6)、上隔水层(7)、细碎屑含水层(8)、下隔水层(9)，其特征在于，所述注气孔(4)下部延伸至下隔水层(9)的顶部，在上隔水层(7)段设置有套管(41)，所述套管(41)内设置有注气管(42)，所述注气管(42)下端设置有出气孔，并缠有丝网，形成注气筛管(43)；所述水平导卤孔(2)内放置含有筛孔的导卤管(22)，所述导卤管(22)将所述多个集卤井(3)从细碎屑含水层(8)底部贯穿连接，集卤井(3)及细碎屑含水层的卤水可通过所述筛孔(23)进入导卤管(22)，所述导卤管(22)的一侧通过注气管(21)注气或出口处设置抽卤泵(24)，将卤水输送至输卤渠(1)；
所述用于空气驱动采卤系统的采卤方法包括如下步骤：步骤一)启动空压机组(6)，并向所述多个注气孔(4)通过与空压机组(6)连接的输气管(5)注入压缩空气，使压缩空气通过注气管(42)进入细碎屑含水层(8)，驱动细碎屑含水层(8)中的卤水流向多个集卤井(3)和导卤管(22)。然后，卤水通过导卤管(22)上的筛孔(23)进入水平导卤孔中的导卤管(22)；步骤二)将导卤管(22)的卤水排出到输卤渠(1)，从而实现对卤水的驱动开采过程。
可选的，其中步骤二)中，是通过设置在水平导卤孔(2)一侧的注气管(21)，经输气管(5)注气的方式或通过设置在水平导卤孔(2)另一侧的抽卤泵(24)进行抽卤的方式，将导卤管(22)的卤水排出到输卤渠(1)。
可选的，其中步骤一)中，注气量及注气压力为：根据实验结果注气压力≤0.8Mpa，根据含水层厚度确定注气量，每个注气层的注气量≥0.05m3/min。
可选的，其中步骤一)中，注气原则为：注气过程中遵循由近向远、先单孔后多孔、先深层后浅层、先小气量后大气量、先低压后高压的原则，深层注气压力和注气量≥中层的注气压力和注气量≥浅层的注气压力和注气量的原则进行分配。
可选的，其中步骤一)中，注气顺序为：注气过程中，其它尚未连接的注气井将注气孔打开，为空气提供流通通道，然后启动空压机首先进行注气驱动开采，先单井，后多井注气的次序进行。
本发明通过多台空压机相互连接，依据所需注气量大小，合理分配各个注气层、注气孔的注气量大小，实现卤水的高效驱动开采。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1示出了本发明的一种空气驱动采卤系统平面布置示意图；
图2示出了本发明的水平导卤孔剖面结构示意图；
图3示出了本发明的集卤井详细结构剖面示意图；
图4示出了本发明的集卤井和注气孔在同一剖面时的结构示意图；
图5示出了本发明的注气孔详细剖面结构示意图；
图6示出了本发明的成排注气孔剖面结构示意图；
图7示出了本发明的水平导卤管筛孔垫片网结构示意图。
附图标记表示为：
1-输卤渠，2-水平导卤孔，21-注气管，22-导卤管，23-筛孔，231-包边，232-丝网，24-抽卤泵，3-集卤井，31-观测管、32-封闭层、33-砾石层，4-注气孔，41-套管、42-注气管，43-注气筛管，5-输气管，6-空压机组，7-上隔水层，8-细碎屑含水层，9-下隔水层。
具体实施方式
为了让本次发明的技术特征、目的和效果有更加清晰的理解，先对照附图说明本发明。
图1为本申请利用输卤渠、集卤井、注气孔和水平定向孔相结合的空气驱动试验工程化开采卤水的平面示意图。
本发明在采卤区块内从横向和纵向方向分别设置间距为200m(m：单位米；mm：单位毫米，下同)的集卤井3，从横向和纵向方向以每100m的间距设置注气孔4，注气孔4与空压机组6(参见图4)相连；在纵向方向设置多条水平导卤孔2，多条水平导卤孔2在地下将各个集卤井3连接一起。水平导卤孔2的出口为输卤渠1。如此，将集卤井3中的卤水利用水平导卤孔2输送至输卤渠1中。
图2示出了本发明的水平导卤孔剖面结构示意图。
水平导卤孔2将多个集卤井3从细碎屑含水层8底部贯穿连接后，然后将所述含有筛孔23的导卤管22拖至水平导卤孔2内，所述集卤井3及细碎屑含水层8中的卤水可通过所述导卤管22的筛孔23进入导卤管22，所述水平导卤孔2一侧设置注气管21，通过向注气管21注气或在水平导卤孔2另一侧设置抽卤泵24后，将所述导卤管22的卤水输送至输卤渠1。
图3是集卤井详细剖面结构示意图。
集卤井3为利用钻机形成的大口径(Φ≥500mm)的深井，其底部延伸至导卤管22顶部。然后，在集卤井3内填Φ2～7mm的砾石，至上隔水层7的底部，使其在所述细碎屑含水层8段形成滤水砾石层33，填滤水砾石的过程中，在所述集卤井3的中心部位设置观测管31。观测管31下端位于导卤管顶部，并将所述观测管31通过砾石层33固定。在所述集卤井3上隔水层7用镁基胶凝材料与盐砂土混合后填筑，形成人工隔水层32。
图4是本发明开采方法中所采用的集卤井和注气孔在同一剖面时的结构示意图。
参考图1和图4，将所有注气孔4通过输气管5与空压机组6相连成排。然后，纵向沿着集卤井3的分布线设置多个水平导卤孔2。利用水平导卤孔2将纵列的多个集卤井3从集卤井3的底部贯通连接在一起，以便将集卤井3中的卤水通过水平导卤孔2集中输出，水平导卤孔2的出口为输卤渠1。
图5示出了本发明所采用的注气孔4的详细剖面结构示意图。
注气孔4是利用钻机施工形成的钻孔，其下部延伸至下隔水层9的顶部，
首先用较大口径(如，Φ150mm)的钻头钻穿上隔水层7，并在钻孔内设置(如，Φ150mm)套管41，套管41外侧用镁基胶凝材料注浆固结。接着，再在套管41内用较小口径(Φ110mm)的钻头垂直钻穿细碎屑含水层8。然后，在注气孔内放置注气管42。并在注气管42的下部1/5～1/3段位置设置出气孔，然后缠丝网形成注气筛管43。最后，将所述注气管42和套管41固定连接，并将套管41顶端封闭，在注气管42端口设置接口，通过输气管5与空压机组6连接。
图6示出了本发明的成排注气孔剖面结构示意图。
施工时，以适当间距(如，排距为200m，孔距200m)均匀设置在集卤井3外围的多个注气孔4，由于集卤井间距(如，排距为400m，孔距400m)是注气孔4的间距2倍，就会形成一定间距(如，200m)的成排注气孔4，成排注气孔4注气时，将促使细碎屑含水层8卤水向成排注气孔4两侧移动，最终使卤水流向水平导卤孔2和集卤井3，可提高空气驱动效率，提高地层给水度。
图7示出了本发明的水平导卤管设置筛孔的垫片网结构示意图。
首先在水平导卤管2上用电钻打孔(Φ30～50mm)，然后再孔内焊接垫片网(Φ30～50mm)，形成水平导卤管2的筛孔23，垫片网由包边231和丝网232组成，所述丝网为不锈钢细丝编制的网，所述包边为不锈钢薄钢压制的用于固定丝网的外缘。
参照图1、4、5、6，注气钻孔施工采用泥浆钻进工艺，利用口径Ф127mm钻头穿至上隔水层7和下隔水层9之间的细碎屑含水层8，然后下Ф110mm套管41，用镁基胶凝材料固管，再在孔内用口径Ф110mm钻进至细碎屑含水层8底部；然后下口径Ф89mm的注气管42，在注气管42的底部处打出气孔，用滤网将其包裹，形成注气筛管43，再对注气管42与套管41进行固定；然后将输气管5与空压机组6相连接，以便对细碎屑含水层8卤水进行驱动开采；通过注气管42，将高压气体压入细碎屑含水层8中，使细碎屑含水层8中的卤水被空气挤压并充填孔隙，最终将细碎屑含水层8中的卤水集中到集卤井3中。
所述压气装置由空压机组6、注气孔4、输气管5组成，在采卤区块内设置有多个注气孔4，所述空压机通过输气管5将高压气体输送至所述多个注气孔4中，通过注气孔将高压气体压入细碎屑含水层8中，使细碎屑含水层8中的卤水被空气挤压并充填孔隙，最终将细碎屑含水层(8)中的卤水集中到集卤井3中，再通过水平导卤孔2将集卤井3中的卤水输送至输卤渠1中并运移到盐田中。
参照图1、2、7，本申请的水平导卤孔2是通过水平定向钻机施工形成的，所述水平导卤孔2将多个集卤井3从细碎屑含水层8底部贯穿连接后，经二三次扩孔后，将水平导卤孔2的孔径扩大至Φ500mm以上。然后，将所述含有筛孔23的导卤管22拖至水平导卤孔2内，所述集卤井3及细碎屑含水层8中的卤水可通过所述导卤管22的筛孔23进入导卤管22，所述水平导卤孔2一侧设置注气管21，通过向注气管21注气或在水平导卤孔2另一侧设置抽卤泵24后，将所述导卤管22的卤水输送至输卤渠1。
参照图3、4，本申请的集卤井3系统包括观测管31、封闭层32、砾石层33组成。集卤井3的钻孔施工采用泥浆钻进工艺。首先，在水平导卤孔2正上方利用口径Ф127mm以上的钻头穿达到细碎屑含水层8底部，到达水平导卤孔2，然后用口径Ф500mm钻头扩至500mm，先放置Ф50mm的观测管33，然后下2～7mm砾石，填至上隔水层7底部，形成滤水砾石层33，再在砾石层顶部填筑有盐砂土拌和镁基胶凝材料，并固定观测管33，最后通过观测管33进行洗井，洗除集卤井3的井壁钻探形成的护壁泥浆。
图4为本申请利用水平导卤孔2采集卤水的剖面示意图。参照图4，本申请中的水平导卤孔2包括注气管21，导卤管22，筛孔23，抽卤泵24。水平导卤孔2的施工采用泥浆钻进工艺，先利用口径Ф110mm钻头，以15°方向向下钻进，逐渐增大角度，在接近深度30m的方向调整钻进为水平，并从第一集卤井3底部穿过(见图4)，然后水平向前钻进至与第一集卤井同列的第二集卤井的底部、第三集卤井的底部、直至同列最后一集卤井的底部；然后向上钻向输卤渠1，在输卤渠1端距地面5～8m处钻穿；然后通过扩孔器扩孔后将导卤管22从渠道进入，穿过所有的集卤井3后，最后拖至钻孔入口处地面位置。
水平导卤孔2的入口处与空压机6，通过输气管密闭连接，通过空压机的压气将集卤井3中的卤水沿导卤管22流向出口处的输卤渠1中，最终流至盐田。
本发明还涉及利用以上空气驱动采卤系统进行的采卤方法，其步骤如下：
步骤一)启动空压机组(6)，并向所述多个注气孔(4)通过与空压机组(6)连接的输气管(5)注入压缩空气，使压缩空气通过注气管(21)进入细碎屑含水层(8)，驱动细碎屑含水层(8)中的卤水流向多个集卤井(3)和导卤管(22)。然后，卤水通过导卤管(22)上的筛孔(23)进入水平导卤孔中的导卤管(22)。
步骤二)通过设置在水平导卤孔(2)一侧的注气管(21)，经输气管(5)注气的方式或通过设置在水平导卤孔(2)另一侧的抽卤泵(24)进行抽卤的方式，将导卤管(22)的卤水排出到输卤渠(1)，从而实现对卤水的驱动开采过程。
步骤一)中的注气量及注气压力为：根据实验结果注气压力≤0.8Mpa，根据含水层厚度确定注气量，每个注气层的注气量≥0.05m3/min。
步骤一)中的注气原则为：注气过程中遵循由近向远、先单孔后多孔、先深层后浅层、先小气量后大气量、先低压后高压的原则，深层注气压力和注气量≥中层的注气压力和注气量≥浅层的注气压力和注气量的原则进行分配。
步骤一)中的注气顺序为：注气过程中，其它尚未连接的注气井将注气孔打开，为空气提供流通通道，然后启动空压机首先进行注气驱动开采，先单井，后多井注气的次序进行。
首先在水平导卤管2上用电钻打孔(Φ30～50mm)，然后再孔内焊接垫片网(Φ30～50mm)，形成水平导卤管2的筛孔23，垫片网由包边231和丝网232组成，所述丝网为不锈钢细丝编制的网，所述包边为不锈钢薄钢压制的用于固定丝网的外缘。
定向导卤孔施工采用泥浆钻进工艺，先利用Ф110～127mm钻头，于10°～20°方向向下钻进，逐渐增大角度，接近预定深度后，方向调整为水平，然后水平钻进，到达预定位置，调整钻头方向与地面形成10°～20°再向上钻进，从输卤渠穿出，然后将水平导卤管2拖入导卤孔内，形成卤水流动通道。
集卤井3为利用钻机形成的大口径(Φ≥500mm)的深井，其底部延伸至导卤管顶部。然后，在集卤井3内填Φ2～7mm的砾石，至上隔水层7的底部，使其在所述细碎屑含水层8段形成滤水砾石层33，填滤水砾石的过程中，在所述集卤井3的中心部位设置观测管31。观测管31下端位于导卤管22顶部，并将所述观测管31通过砾石层33固定。在所述集卤井3上隔水层7用镁基胶凝材料与盐砂土混合后填筑，形成人工隔水层32。
注气孔4是利用钻机施工形成的钻孔，首先用较大口径(如，Φ150mm)的钻头钻穿上隔水层7，并在钻孔内设置(如，Φ150mm)套管41，套管41外侧用镁基胶凝材料注浆固结。接着，再在套管41内用较小口径(Φ110mm)的钻头用泥浆法垂直钻穿细碎屑含水层8。然后，在注气孔内放置注气管42。并在注气管42的下部1/5～1/3段位置设置出气孔，然后缠丝网形成注气筛管43。最后，将所述注气管42和套管41固定连接，并将套管41顶端封闭，在注气管42端口设置接口，通过输气管5与空压机组6连接。
根据试验结果得出，每口注气井注气量≥1m3/min，通过多台空压机相互连接，依据所需注气量大小，合理分配各个注气层、注气孔的注气量大小，实现卤水的高效驱动开采。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于空气驱动采卤系统的采卤方法，所述空气驱动采卤系统包括输卤渠(1)、水平导卤孔(2)、多个集卤井(3)、多个注气孔(4)、输气管(5)、空压机组(6)、上隔水层(7)、细碎屑含水层(8)、下隔水层(9)，其特征在于，
所述注气孔(4)下部延伸至下隔水层(9)的顶部，在上隔水层(7)段设置有套管(41)，所述套管(41)内设置有注气管(42)，所述注气管(42)下端设置有出气孔，并缠有丝网，形成注气筛管(43)；
所述水平导卤孔(2)内放置含有筛孔的导卤管(22)，所述导卤管(22)将所述多个集卤井(3)从细碎屑含水层(8)底部贯穿连接，集卤井(3)及细碎屑含水层(8)的卤水可通过所述筛孔(23)进入导卤管(22)，所述导卤管(22)的一侧通过注气管(21)注气或出口处设置抽卤泵(24)后，将卤水输送至输卤渠(1)；
所述用于空气驱动采卤系统的采卤方法包括如下步骤：
步骤一)启动所述空压机组(6)，并向所述多个注气孔(4)通过与空压机组(6)连接的输气管(5)注入压缩空气，使压缩空气通过所述注气管(42)进入细碎屑含水层(8)，驱动细碎屑含水层(8)中的卤水流向所述多个集卤井(3)和所述导卤管(22)，然后，卤水通过导卤管(22)上的筛孔(23)进入水平导卤孔中的导卤管(22)；
步骤二)将所述导卤管(22)的卤水排出到输卤渠(1)，从而实现对卤水的驱动开采过程。
2.根据权利要求1所述的采卤方法，其特征在于，其中步骤二)中，是通过设置在水平导卤孔(2)一侧的注气管(21)，经输气管(5)注气的方式或通过设置在水平导卤孔(2)另一侧的抽卤泵(24)进行抽卤的方式，将导卤管(22)的卤水排出到输卤渠(1)。
3.根据权利要求1所述的采卤方法，其特征在于，其中步骤一)中，注气量及注气压力为：根据实验结果注气压力≤0.8Mpa，根据含水层厚度确定注气量，每个注气层的注气量≥0.05m3/min。
4.根据权利要求1所述的采卤方法，其特征在于，其中步骤一)中，注气原则为：注气过程中遵循由近向远、先单孔后多孔、先深层后浅层、先小气量后大气量、先低压后高压的原则，深层注气压力和注气量≥中层的注气压力和注气量≥浅层的注气压力和注气量的原则进行分配。
5.根据权利要求1所述的采卤方法，其特征在于，其中步骤一)中，注气顺序为：注气过程中，其它尚未连接的注气井将注气孔打开，为空气提供流通通道，然后启动空压机首先进行注气驱动开采，先单井，后多井注气的次序进行。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115370344A (zh) * | 2022-08-01 | 2022-11-22 | 国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司 | 一种盐湖地下采卤系统及其构建方法 |
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2020
- 2020-09-03 CN CN202010912982.7A patent/CN112112615A/zh active Pending
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