CN112459752A - 空气驱动采卤法中确定空气驱动距离的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述利用空气驱动开采卤法中确定空气驱动距离的方法包括：步骤一，开挖一条集卤渠；步骤二，在垂直于所述集卤渠的同侧，平行设置两组一定间隔的注浆钻孔组，每个注浆钻孔组由多个一定间距的注浆钻孔组成，利用注浆泵将胶凝材料通过注浆钻孔注入储卤层中，使部分储卤层的孔隙被胶凝材料充填，从而形成隔水的柱状体；步骤三，形成连续封闭的帷幕墙；步骤四，在垂直于两组注浆钻孔组所形成的帷幕墙，远离集卤渠的一端，施工一组注气钻孔组，通过注气装置向储卤层注入空气；步骤五，实时监测集卤渠的卤水量，调整注浆钻孔组的长度及注气钻孔和集卤渠的距离。如此重复上述步骤五，直至确定最合适的储卤层空气驱动距离。本发明可大大提升采集效率。
Description
技术领域
本发明涉及地下卤水开采技术领域。具体地说，本申请涉及一种地层空气驱动采卤法中确定空气驱动距离的方法，具体地说，涉及一种低孔隙度、低给水度、低渗透率含水层条件下，利用空气驱动采集卤水方法中确定空气驱动距离的试验方法。
背景技术
我国的钾盐资源量仅占全球已探明储量的2％，但钾肥生产量占到了全球产量的15％，消费量占到了全球消费量的25％；同时，我国钾盐资源量的97％为青海和新疆的卤水型盐湖矿床资源。经过近几十年的高强度开采，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。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，其储卤层埋深大，形成时间较早，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，渗透率低、给水度小，成功开采该部分深层卤水存在极大的挑战。从现有盐湖表层盐岩层以下深部储卤层卤水开采技术来看，主要是通过井渠结合的方式进行卤水开采，由于大部分盐湖深部含水层孔隙度、渗透率、给水度均比较小，利用开放式的采卤渠、采卤井，通过人为或天然形成的卤水水位差集卤、采卤的方式，不仅卤水流速慢、流量小，而且采卤效率低、采卤量少，工程施工难度大，成本高，难以满足实际生产需求。因此寻求简单快速、高效的采集深部地层卤水的技术迫在眉睫。
针对开采介质为卤水及深部地层含盐量高、渗透率低、给水度小等特点，借鉴石油开采过程中注水开采技术，一种新的利用空气驱动开采地层卤水的方法被提出。该方法可有效提高含水层给水度和渗透率，使卤水快速进入采卤渠或井中，提高采卤效率和采卤量。然而，对于空气在地层中有效驱动卤水的距离及范围仍难以界定。确定地层中空气驱动卤水的有效距离对合理布局矿区注气孔与采卤渠或井有重要的现实意义，可为企业实现持续高效开采卤水，并降低成本。
发明内容
本发明提供了一种低孔隙度、低给水度、低渗透率含水层条件下，利用空气驱动开采卤水法中的确定空气驱动距离的试验方法。
本发明在利用空气驱动开采卤水法中进行实施。
本发明申请包括注浆钻孔、注气钻孔、第一隔水层、第二隔水层、位于所述第一隔水层和所述第二隔水层之间的储卤层、帷幕墙和集卤渠；所述帷幕墙是通过注浆钻孔注浆形成的连续帷幕墙，上端延伸至第一隔水层，下端延伸至第二隔水层，所述导流墙与第一隔水层、第二隔水层将储卤层分隔成半封闭的空间，帷幕墙可以起到引导水流流动的作用，同时也起到了密闭空气的作用，防止空气泄漏和压力多向分散；所述封闭空间一侧垂直于帷幕墙开挖有底端延伸至储卤层的集卤渠，并在另一侧一定距离内设置平行于集卤渠的多个注气孔，通过注气装置为地层注入空气；在集卤渠输卤方向的一端设置有规则形状的导流槽，通过测定水位和流速计算卤水量。
为确定空气驱动距离，试验方法发明如下：首先，在垂直于集卤渠一侧相隔一定距离的位置设置两排注浆钻孔，每排注浆钻孔数量一致，注浆钻孔深度接近于第二隔水层深度，通过注浆在第一隔水层和第二隔水层中间的储卤层中形成连续的帷幕墙，即帷幕墙，帷幕墙长度依据地层具体情况和相关地质资料确定；其次，在帷幕墙另一端平行于集卤渠施工一排注气钻孔，注气钻孔深度达到第二隔水层上部；最后，利用注气装置通过注气钻孔向地层中注入空气，并保持注气压力稳定，在注气过程中实时监测集卤渠输卤方向卤水量的变化情况。
当注气过程中，集卤渠卤水量明显增加，则说明该距离条件下，注气采卤效果显著，空气驱动距离大于当前距离，可适当增加注气孔与集卤渠的距离。试验方法为：首先，停止注气，并将前期注气孔封堵住；其次，施工新的注浆钻孔并注浆，延伸前期形成的帷幕墙，在延伸后的帷幕墙一端平行于集卤渠施工新的注气孔；最后，利用注气装置通过注气钻孔向地层中注入空气，并实时监测集卤渠卤水量的变化情况。
当注气过程中，集卤渠卤水量变化不大，则说明该距离条件下，注气采卤效果不显著，空气驱动距离可能小于当前距离，可适当缩短注气孔与集卤渠的距离。试验方法如下：首先，停止注气，并将前期注气孔封堵住；其次，在帷幕墙内接近集卤渠的地方施工新的注气孔；最后，利用注气装置通过注气孔向地层中注入空气，实时监测集卤渠卤水量的变化情况。
根据集卤渠卤水量的变化情况，重复上述描述，并最终获得注气采卤过程中空气驱动的距离，为后期合理布置注气孔与集卤渠及高效采卤奠定科学基础。
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为本申请实施例的空气驱动距离的方法平面布置示意图；
图2为本申请实施例的空气驱动距离施工方式的纵剖面示意图；
图3为本申请实施例当注气孔与集卤渠距离小于地层空气驱动距离时，延伸帷幕墙后的平面布置示意图；
图4为本申请实施例当注气孔与集卤渠距离大于地层空气驱动距离时，缩短注气钻孔与集卤渠距离后的平面布置示意图。
附图标记表示为：
1、注浆钻孔，1-1，注浆钻孔组，2、注气钻孔，2-2，注气钻孔组，3、集卤渠，4、导流槽，5、第一隔水层，6、储卤层，7、第二隔水层，8、注气装置，9、水位流速监测仪器。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参照图1和图2，图1为本申请实施例的空气驱动距离的方法平面布置示意图，图2为本申请实施例的空气驱动距离施工方式的纵剖面示意图。
本发明的利用空气驱动采卤系统包括，但不限于：集卤渠(3)、注气装置(8)、第一隔水层(5)、第二隔水层(7)、位于所述第一隔水层和所述第二隔水层之间的储卤层(6)、多个注浆钻孔(1)形成的注浆钻孔组(1-1)、多个注气钻孔(2)形成的注气钻孔组(2-2)，注气装置(8)，水位流速监测仪器(9)。
在上述利用空气驱动采卤法中确定空气驱动距离的方法，包括：
步骤一，开挖一条集卤渠(3)，使所述集卤渠(3)底端穿透第一隔水层(5)，并到达储卤层(6)的上部；
优选的，如图1所示，在所述集卤渠(3)的一端设置导流槽(4)和水位流量监测仪器(9)；
优选的，如图2所示，将所述集卤渠(3)卤水输出的一端修整为规则的倒梯形。
步骤二，在地面上，如图1所示，垂直于所述集卤渠(3)的同侧，平行设置两组一定间隔的注浆钻孔组(1-1)，每个注浆钻孔组(1-1)由多个一定间距的注浆钻孔(1)组成，利用注浆泵将胶凝材料通过注浆钻孔(1)注入储卤层(6)中，使部分储卤层(6)的孔隙被胶凝材料充填，从而形成隔水的柱状体。
优选的，胶凝材料可以是镁质胶凝材料。
步骤三，根据所形成的柱状体的直径确定下一个注浆钻孔(1)的距离，最终形成连续封闭的帷幕墙。例如，根据地层埋深、地层孔隙度及注浆压力来具体确定所形成的柱状体的直径。在某盐湖具体实施过程中，储卤层(6)顶部埋深为6米，地层孔隙度大约为10％，储卤层厚度为10米，注浆最大压力设计为2MPa，在最大设计压力下，当胶凝材料注入量小于1L/min时，再继续灌注60分钟后，结束注浆。所形成的隔水柱状体直径约为2.5米。
如图2所示，由多个注浆钻孔(2)形成的隔水柱状体在储卤层(6)中构成了连续封闭的帷幕墙。
优选的，相邻的注浆钻孔组(1-1)之间的间距由具体的地层情况决定。
步骤四，如图1所示，在垂直于两组注浆钻孔(1)所形成的帷幕墙，远离集卤渠(3)的一端，施工一组注气钻孔组(2)，并将注气装置(8)与所述注气钻孔组(2)连接。
监测集卤渠(3)的水位和流速，待地层出卤量稳定后，开始由注气装置(8)通过注气钻孔组(2)向地层注入空气，注气压力根据地层埋深和储卤层(6)的卤水水位确定。例如，在某盐湖具体实施过程中，其储卤层(6)的顶部埋深为6米，储卤层(6)的厚度为10米，卤水水位在5～6米之间，注气时，先低压(～0.5MPa)，后高压(～3MPa)，随时观察集卤渠卤水量变化。
步骤五，实时监测集卤渠(3)的卤水量，并根据需要调整注气钻孔(2)的数量；
若储卤层(6)注气期间，集卤渠(3)卤水量明显增加，则说明注气钻孔组(2-2)与集卤渠(3)之间的距离小于所需空气驱动距离，则如图3所示，可适当延伸帷幕墙，并将初期注气钻孔(2)封堵住，在延伸后的帷幕墙一端布置新的注气钻孔(2)，并将注气装置(8)与新的注气钻孔(2)连接，监测集卤渠(3)的水位和流速，待地层出卤量稳定后，开始向地层注入空气，注气压力根据地层埋深和储卤层卤水水位确定；
若储卤层注气期间，集卤渠卤(3)水量变化不大，注气钻孔组(2-2)与集卤渠(3)之间的距离大于所需空气驱动距离，则如图4所示，可将该注气钻孔组(2-2)中的部分注气钻孔(2)封堵，并在帷幕墙内部靠近集卤渠(3)的位置布置新的注气钻孔(2)，并将注气装置与新的注气钻孔(2)连接，并监测集卤渠(3)的卤水水位和流速，待地层出卤量稳定后，开始向地层注入空气，并监测集卤渠(3)的卤水水位和流速。
如此重复上述步骤五，直至确定最合适的储卤层空气驱动距离。
具体的，在某盐湖具体实施过程中，注气前，根据水位流速监测仪(9)数据显示，100m长度的集卤渠卤水流出量为6m3/h，而在距集卤渠一侧50米处4个注气钻孔注气时，集卤渠卤水最大流出量达到87m3/h，而停止注气15小时后，集卤渠卤水流出量又降至3m3/h并稳定，据此，可判断该地层空气驱动距离应大于50m，故将注浆钻孔形成的帷幕墙延伸至100米，平行于集卤渠施工新的注气钻孔4个，并封堵距集卤渠50米处的注气钻孔，再注气时，集卤渠卤水最大流出量达到28m3/h，且停止注气10h后，集卤渠卤水流出量又降至2m3/h并稳定，说明，地层空气驱动距离应大于100m，且空气驱动卤水效果明显，对于增加采卤量和采卤效率有重要意义。为确定地层空气驱动距离，继续延伸帷幕墙至280米处，实施新的注气钻孔4个，并将100米处注气钻孔封堵，此时注气时，集卤渠中卤水流出量变化不大，且停止注气后，集卤渠卤水流出量保持在3m3/h并，说明此时注气孔与集卤渠的距离已超过空气驱动距离，应适当缩短两者之间的距离。
由此可见，实施本发明，将在地下卤水开采技术领域解决确定最合适的储卤层空气驱动距离的问题，从而大大提升了采集效率。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种利用空气驱动采卤法中确定空气驱动距离的方法，用于所述空气驱动采卤法的空气驱动采卤系统包括集卤渠(3)、注气装置(8)、第一隔水层(5)、第二隔水层(7)、位于所述第一隔水层和所述第二隔水层之间的储卤层(6)、多个注浆钻孔(1)形成的注浆钻孔组(1-1)、多个注气钻孔(2)形成的注气钻孔组(2-2)，注气装置(8)，水位流速监测仪器(9)，其特征在于，所述利用空气驱动开采卤法中确定空气驱动距离的方法包括：
步骤一，开挖一条集卤渠(3)，使所述集卤渠(3)底端穿透第一隔水层(5)，并到达储卤层(6)的上部；
步骤二，在地面上，垂直于所述集卤渠(3)的同侧，平行设置两组一定间隔的注浆钻孔组(1-1)，每个注浆钻孔组(1-1)由多个一定间距的注浆钻孔(1)组成，利用注浆泵将胶凝材料通过注浆钻孔(1)注入储卤层(6)中，使部分储卤层(6)的孔隙被胶凝材料充填，从而形成隔水的柱状体；
步骤三，根据所形成的柱状体的直径确定下一个注浆钻孔(1)的距离，最终形成连续封闭的帷幕墙；
步骤四，在垂直于两组注浆钻孔(1)所形成的帷幕墙，远离集卤渠(3)的一端，施工一组注气钻孔组(2-2)，注气钻孔组(2-2)由多个一定间距的注气钻孔(2)组成，并将注气装置(8)与所述注气钻孔组(2)连接，向储卤层注入空气；
步骤五，利用水位流速监测仪器(9)实时监测集卤渠(3)的卤水量，并根据需要调整注浆钻孔组的长度及注气钻孔和集卤渠的距离。
如此重复上述步骤五，直至确定最合适的储卤层空气驱动距离。
2.根据权利要求1所述的采卤方法，其特征在于，步骤一中，还包括在所述集卤渠(3)的一端设置导流槽(4)和水位流量监测仪器(9)。
3.根据权利要求1所述的采卤方法，其特征在于，步骤二中，胶凝材料是镁质胶凝材料。
4.根据权利要求1所述的采卤方法，其特征在于，步骤三中，根据地层埋深、地层孔隙度及注浆压力来具体确定所形成的柱状体的直径。
5.根据权利要求1所述的采卤方法，其特征在于，步骤三中，相邻的注浆钻孔组(1-1)之间的间距由具体的地层情况决定。
6.根据权利要求1所述的采卤方法，其特征在于，步骤五中，若储卤层(6)注气期间，集卤渠(3)卤水量明显增加，则说明注气钻孔组(2-2)与集卤渠(3)之间的距离小于所需空气驱动距离，则如图3所示，可适当延伸帷幕墙，并将初期注气钻孔(2)封堵住，在延伸后的帷幕墙一端布置新的注气钻孔(2)，并将注气装置(8)与新的注气钻孔(2)连接，监测集卤渠(3)的水位和流速，待地层出卤量稳定后，开始向地层注入空气，注气压力根据地层埋深和储卤层卤水水位确定。
7.根据权利要求1所述的采卤方法，其特征在于，步骤五中，若储卤层注气期间，集卤渠卤(3)水量变化不大，注气钻孔组(2-2)与集卤渠(3)之间的距离大于所需空气驱动距离，如图4所示，可将该注气钻孔组(2-2)中的部分注气钻孔(2)封堵，并在帷幕墙内部靠近集卤渠(3)的位置布置新的注气钻孔(2)，并将注气装置与新的注气钻孔(2)连接，并监测集卤渠(3)的卤水水位和流速，待地层出卤量稳定后，开始向地层注入空气，并监测集卤渠(3)的卤水水位和流速。
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Non-Patent Citations (1)
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