CN112855110A - 砂岩型铀矿层的增渗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于铀矿开采技术领域，公开了一种砂岩型铀矿层的增渗方法。上述砂岩型铀矿层的增渗方法包括：采用爆破增渗的方法，使所述砂岩型铀矿床的赋矿岩层中产生微小裂隙；采用酸化增渗的方法，溶解产生所述微小裂隙的赋矿岩层中的无用矿物。本发明首先通过爆破增渗的方法初次提高赋矿岩层的渗透性，可以在赋矿岩层中产生大量微小裂隙，避免产生大的裂隙，符合地浸开采的要求，能够在砂岩型铀矿层渗透性改造中直接应用，同时为酸化增渗提供必要的空间，进而通过酸化增渗的方法，进一步提高赋矿岩层的渗透性，同时可以提高采铀工艺的开采效率，使低渗透砂岩型铀矿资源得以顺利开采和利用。
Description
技术领域
本发明属于铀矿开采技术领域，尤其涉及一种砂岩型铀矿层的增渗方法。
背景技术
砂岩型铀矿是我国最主要的天然铀资源类型，其首选的开采方式为原地浸出工艺，简称“地浸”。地浸采铀针对赋存于承压的含水砂岩层中、具有良好渗透性的铀矿床，是一种通过钻孔工程，借助化学试剂，从天然埋藏条件下把矿石中的铀溶解出来，而不是矿石产生位移的集采、冶于一体的铀矿开采方法，具有明显的环保优势。在实际生产中，赋矿岩层具有一定的渗透性是地浸开采的基本要求和关键控制因素，因此，如何有效提高低渗透砂岩铀矿赋矿岩层的渗透性成为当前开采此类资源面临的关键难题，亟需解决。
赋矿岩层渗透性提升改造方法很多，目前，以水力压裂为代表的物理增渗方法在页岩气、煤层气以及石油开采中已广泛应用，这些方法的主要目的是在钻井周围形成几条长大裂隙并与岩层原有天然弱面形成裂隙网络，使其成为油、气的汇集通道，利用长大裂隙高导流能力，增加油、气的采收效率。然而根据地浸开采工艺要求，铀储层渗透性提升过程中不能产生具有显著几何尺寸的长大裂隙，以免出现溶浸液的优势流，造成地浸开采失败，因此，以上这些物理增渗技术并不能在砂岩型铀矿层渗透性改造中直接应用。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种砂岩型铀矿层的增渗方法，以解决现有技术无法在砂岩型铀矿层渗透性改造中直接应用的问题。
本发明实施例提供了一种砂岩型铀矿层的增渗方法，包括：
采用爆破增渗的方法，使砂岩型铀矿床的赋矿岩层中产生微小裂隙；
采用酸化增渗的方法，溶解产生微小裂隙的赋矿岩层中的无用矿物。
可选地，采用爆破增渗的方法，使砂岩型铀矿床的赋矿岩层中产生微小裂隙，包括：
获取砂岩型铀矿床的赋矿岩层的地质信息，并根据赋矿岩层的地质信息确定水平井位置及水平井走向；
根据水平井位置及水平井走向开设水平井，并在水平井内布置炸药包；
起爆水平井内的炸药包，以使赋矿岩层中产生微小裂隙。
可选地，水平井的水平部分设于赋矿岩层的中部。
可选地，在水平井内布置炸药包，包括：
采用钻杆顶推装药的方式，以不耦合装药和间接装药的结构形式，将炸药包布置在水平井内，并在相邻炸药包之间填充炮泥。
可选地，不耦合装药的结构形式的不耦合系数的范围为1.5-3；
间接装药的结构形式中，相邻炸药包之间的间隔L2的取值为2/3L1；其中，L1为赋矿岩层的等效厚度。
可选地，起爆水平井内的炸药包，包括：
采用微差爆破法，按照距离水平井的井口由近到远的顺序，依次起爆水平井中的炸药包。
可选地，微差爆破法的微差时间的范围为25ms-50ms。
可选地，采用酸化增渗的方法，溶解产生微小裂隙的赋矿岩层中的无用矿物，包括：
根据赋矿岩层的矿物成分确定酸化增渗剂；
开设竖直井，并将酸化增渗剂从竖直井中注入产生微小裂隙的赋矿岩层中，以溶解赋矿岩层中的无用矿物。
可选地，竖直井包括注液井和抽液井；注液井和抽液井均在处于赋矿岩层的位置处设有射孔；
酸化增渗剂通过注液井的射孔注入产生微小裂隙的赋矿岩层中，通过抽液井的射孔抽离赋矿岩层。
可选地，抽液井在其射孔处内部设有过滤网，抽液井在其射孔处外部设有石英砂。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例通过爆破增渗的方法提高赋矿岩层的渗透性，可以在赋矿岩层中产生大量微小裂隙，避免产生大的裂隙，符合地浸开采的要求，能够在砂岩型铀矿层渗透性改造中直接应用，同时为酸化增渗提供必要的空间，进而通过酸化增渗的方法，进一步提高赋矿岩层的渗透性，同时可以提高采铀工艺的开采效率，使低渗透砂岩型铀矿资源得以顺利开采和利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的砂岩型铀矿层的增渗方法的实现流程示意图；
图2是本发明一实施例提供的爆破增渗的整体布置示意图；
图3是本发明一实施例提供的酸化增渗的整体布置示意图。
图中：1、水平井；2、钻杆；3、低渗岩层；4、炸药包；5、赋矿岩层；6、抽液井；7、过滤网；8、注液井；9、PVC管；10、混凝土；11、石英砂；12、射孔。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1是本发明一实施例提供的砂岩型铀矿层的增渗方法的实现流程示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
参见图1和图2，该方法可以包括以下步骤：
S101：采用爆破增渗的方法，使砂岩型铀矿床的赋矿岩层5中产生微小裂隙。
S102：采用酸化增渗的方法，溶解产生微小裂隙的赋矿岩层5中的无用矿物。
在本发明实施例中，砂岩型铀矿床为低渗透砂岩型铀矿床。首先采用爆破增渗的方法，采用物理增渗方法，可以在赋矿岩层5中产生大量连通的微小裂隙，从而可以在一定程度上提高铀储层的渗透性，爆破增渗的方法可以避免在赋矿岩层5中产生大的裂隙，符合地浸开采的要求。然后在爆破增渗的基础上，通过酸化增渗对赋矿岩层5进行化学增渗，从而提高地浸采铀工艺的开采效率，使低渗透砂岩型铀矿资源得以顺利开采和利用。
其中，采用酸化增渗的方法，可以溶解赋矿岩层5中的黏土、黏土胶结物和爆破增渗中产生的矿物颗粒及粉末等等对铀矿开采无用的矿物，从而可以在爆破增渗的基础上进一步提高赋矿岩层5的渗透性。
在本发明的一个实施例中，参见图2，上述S101可以包括以下步骤：
获取砂岩型铀矿床的赋矿岩层5的地质信息，并根据赋矿岩层5的地质信息确定水平井位置及水平井走向；
根据水平井位置及水平井走向开设水平井1，并在水平井1内布置炸药包4；
起爆水平井1内的炸药包4，以使赋矿岩层5中产生微小裂隙。
在本发明实施例中，通过分析地层分布、含矿砂体产状、泥质夹层、矿体分布等基本地质资料，结合砂岩型铀矿层描述资料，充分掌握现场工程地质情况，从而确定砂岩型铀矿床的赋矿岩层5的地质信息，可以包括具体位置、走向和厚度等，进而确定其水平井1的位置及走向，一般情况下水平井1应沿着赋矿岩层5的走向布置在其中间位置。根据水平井施工技术，根据水平井1及水平井走向完成水平井1的施工。
可以根据赋矿岩层5的地质信息，确定炸药的选择、装药量的计算以及炸药包4在水平井1内的间距等。
通常选择超强抗水压力并且爆速适中的炸药，如：乳化炸药、胶质炸药等。
上述地质信息还可以包括取样测定岩心孔隙率、渗透性、抗拉强度、铀含量及其他矿物成分与含量等信息，以衡量矿层进行爆破增渗的必要性、预估装药量等。
在本发明的一个实施例中，参见图2，水平井1的水平部分设于赋矿岩层5的中部。
这里需要理解的是，赋矿岩层5不一定只有一个水平井1，因为赋矿岩层5在水平面上投影范围实际是一个二维区域，所以一个水平井1可能无法满足赋矿岩层5的增渗目的，所以在赋矿岩层5可能会开设3-6个以赋矿岩层5的中心位置为中心的呈放射状分布的水平井1组合。
在本发明的一个实施例中，参见图2，上述在水平井1内布置炸药包4，包括：
采用钻杆顶推装药的方式，以不耦合装药和间接装药的结构形式，将炸药包4布置在水平井1内，并在相邻炸药包4之间填充炮泥。
在本发明的一个实施例中，不耦合装药的结构形式的不耦合系数的范围为1.5-3；
间接装药的结构形式中，相邻炸药包4之间的间隔L2的取值为2/3L1；其中，L1为赋矿岩层5的等效厚度。
其中，钻杆顶推装药法，即钻头出孔后，将炸药护筒连接钻头前端，要求炸药护筒刚性良好，炸药护筒被钻杆2再次顶入水平井1适当位置，连续数次。
在本发明实施例中，在完成水平井1的施工的同时，采用钻杆顶推装药法将药包以L2的间距沿水平井1走向平放在水平井1内，装药的结构形式采用不耦合装药和间接装药，不耦合系数k控制在1.5到3之间，间接装药的间距为L2，药包之间由炮泥填充，以增加爆炸应力波的横向传播强度。为避免炸药在高静水压力下性质发生变化，拟采用密封PVC套管或金属管的药包结构，并进行水压力密封测试。其中，炮泥同样采用钻杆2顶推的方法进行填充。
根据物理模型试验结果，当L2＝2/3L1时取得较好的增渗效果。需要说明的是，由于赋矿岩层5各个地点的厚度可能不尽相同，所以这里采用赋矿岩层5的等效厚度。
在本发明的一个实施例中，上述起爆水平井1内的炸药包4，包括：
采用微差爆破法，按照距离水平井1的井口由近到远的顺序，依次起爆水平井1中的炸药包4。
在本发明的一个实施例中，微差爆破法的微差时间的范围为25ms-50ms。
爆破封孔，具体通过微差爆破法依次起爆水平井1中的炸药包4，起爆方向为离水平井1的井口由近至远，微差时间控制在25～50毫秒范围内。该水平井1分段式爆破增渗的方法使爆炸的能量得到了充分的利用，且会在赋矿岩层5中产生大量连通的微小裂隙网，避免了长大裂隙优势流的产生，一定程度上能够提高赋矿岩层5的渗透性。爆破封孔可以保证爆生气体不外逸，增加有效作用时间，充分利用其“气楔”作用贯通裂纹网。
在本发明的一个实施例中，参见图3，上述S102可以包括以下步骤：
根据赋矿岩层5的矿物成分确定酸化增渗剂；
开设竖直井，并将酸化增渗剂从竖直井中注入产生微小裂隙的赋矿岩层5中，以溶解赋矿岩层5中的无用矿物。
示例性地，当矿层中的黏土、黏土胶结物和爆破增渗中产生的矿物颗粒及粉末的主要成分为方解石和蒙脱石时，可选择以盐酸为主酸，并配置前置液表面活性剂以及所需的添加剂为酸化增渗剂。主要增渗机制如下：
CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2↑
Fe(OH)3+3HCl→FeCl3+3H2O
Al2Si2H4O9+18H++18RF→2H2SiF6+2AlF3+9H2O+18R+
可选地，竖直井可以贯穿赋矿岩层5。
在本发明的一个实施例中，参见图3，竖直井包括注液井8和抽液井6；注液井8和抽液井6均在处于赋矿岩层5的位置处设有射孔12；
酸化增渗剂通过注液井8的射孔12注入产生微小裂隙的赋矿岩层5中，通过抽液井6的射孔12抽离赋矿岩层5。
参见图3，注液井8和抽液井6均有部分是处于赋矿岩层5的，在处于赋矿岩层5的部分设有射孔12，从而可以向赋矿岩层5注入酸化增渗剂，并将化学反应后的溶液通过抽液井6抽离。
在本发明实施例中，可以将酸化增渗剂从注液孔，即注液井8的始端注入注液井8中，从而使酸化增渗剂从注液井8的射孔12注入产生微小裂隙的赋矿岩层5中，其中，微小裂隙为酸化增渗提供了必要的渗透性和孔隙间连通性
酸化增渗剂可以溶解赋矿岩层5中的黏土、黏土胶结物和爆破增渗中产生的矿物颗粒及粉末等矿物，从而在爆破增渗的基础上使铀矿层的渗透性进一步提高。
在本发明的一个实施例中，参见图3，抽液井6在其射孔12处内部设有过滤网7，抽液井6在其射孔12处外部设有石英砂11。
其中，过滤网7和石英砂11均可以起到过滤杂质的作用，防止堵塞裂隙。
可选地，参见图3，在注液井8的低渗岩层3和赋矿岩层5的交接位置处，注液井8的外部分别设有混凝土10和石英砂11，其中，在低渗岩层3中设有混凝土10，起加固作用，在赋矿岩层5中设有石英砂11，起净化杂质的作用。其中，注液井可以是PVC管9的材质。
在抽液井6的低渗岩层3与上层的交接位置处，抽液井6的外部设有混凝土10，起加固作用。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法，可以通过其它的方式实现。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种砂岩型铀矿层的增渗方法，其特征在于，包括：
采用爆破增渗的方法，使所述砂岩型铀矿床的赋矿岩层中产生微小裂隙；
采用酸化增渗的方法，溶解产生所述微小裂隙的赋矿岩层中的无用矿物。
2.根据权利要求1所述的砂岩型铀矿层的增渗方法，其特征在于，所述采用爆破增渗的方法，使所述砂岩型铀矿床的赋矿岩层中产生微小裂隙，包括：
获取砂岩型铀矿床的赋矿岩层的地质信息，并根据所述赋矿岩层的地质信息确定水平井位置及水平井走向；
根据所述水平井位置及所述水平井走向开设水平井，并在所述水平井内布置炸药包；
起爆所述水平井内的炸药包，以使所述赋矿岩层中产生微小裂隙。
3.根据权利要求2所述的砂岩型铀矿层的增渗方法，其特征在于，所述水平井的水平部分设于所述赋矿岩层的中部。
4.根据权利要求2所述的砂岩型铀矿层的增渗方法，其特征在于，所述在所述水平井内布置炸药包，包括：
采用钻杆顶推装药的方式，以不耦合装药和间接装药的结构形式，将炸药包布置在所述水平井内，并在相邻炸药包之间填充炮泥。
5.根据权利要求4所述的砂岩型铀矿层的增渗方法，其特征在于，所述不耦合装药的结构形式的不耦合系数的范围为1.5-3；
所述间接装药的结构形式中，相邻炸药包之间的间隔L2的取值为2/3L1；其中，L1为所述赋矿岩层的等效厚度。
6.根据权利要求2所述的砂岩型铀矿层的增渗方法，其特征在于，所述起爆所述水平井内的炸药包，包括：
采用微差爆破法，按照距离水平井的井口由近到远的顺序，依次起爆所述水平井中的炸药包。
7.根据权利要求6所述的砂岩型铀矿层的增渗方法，其特征在于，所述微差爆破法的微差时间的范围为25ms-50ms。
8.根据权利要求1至7任一项所述的砂岩型铀矿层的增渗方法，其特征在于，所述采用酸化增渗的方法，溶解产生所述微小裂隙的赋矿岩层中的无用矿物，包括：
根据所述赋矿岩层的矿物成分确定酸化增渗剂；
开设竖直井，并将所述酸化增渗剂从所述竖直井中注入产生所述微小裂隙的赋矿岩层中，以溶解所述赋矿岩层中的无用矿物。
9.根据权利要求8所述的砂岩型铀矿层的增渗方法，其特征在于，所述竖直井包括注液井和抽液井；所述注液井和所述抽液井均在处于所述赋矿岩层的位置处设有射孔；
所述酸化增渗剂通过所述注液井的射孔注入产生所述微小裂隙的赋矿岩层中，通过所述抽液井的射孔抽离所述赋矿岩层。
10.根据权利要求9所述的砂岩型铀矿层的增渗方法，其特征在于，所述抽液井在其射孔处内部设有过滤网，所述抽液井在其射孔处外部设有石英砂。
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