CN113202450A - 一种叠置资源复合工艺原位开采系统及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠置资源复合工艺原位开采系统及应用方法。所述叠置资源复合工艺原位开采系统，包括开发机构、传输机构、分离储备机构，开发机构设置有铀矿层、煤储层、煤柱走廊、油气层、油气井、油气驱替井、注浆走廊、气化开切眼、气化水平井，传输机构设置有气化注浆丛井、集气井、油气输运管、集气管、抽出井、注入井、铀输运管，分离储备机构设置有CO₂输运管、综合集气分离站、混合泵站、溶浸液输运管、甲烷输气管、综合储备站、综合气化注浆站、气化注浆管。本发明通过开发机构开发地层资源，传输机构将地层资源运输至地表，经过分离储备机构储存矿产资源并地质封存利用CO₂气体，最终达到绿色高效开采叠置资源和降低温室效应的目的。

Description

一种叠置资源复合工艺原位开采系统及应用方法

技术领域

本发明涉及一种叠置资源复合工艺原位开采系统以及应用所述系统的方法。

背景技术

鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地赋存丰富的煤、铀、煤层气、油气等叠置资源。鄂尔多斯盆地叠置资源综合储量位列第一，埋深2000m以浅煤炭资源量约为1.977万亿吨，占全国的33.61％；煤层气资源量13.7万亿方，占全国的26.79％；天然气地质资源量15.16万亿方，占全国的24.5％；石油地质资源量128.5亿吨，占全国的12.39％；地浸砂岩型铀矿约占全国的50％。

叠置资源分布呈满盆地煤、满盆地油气、盆地南部石油、盆地周缘铀矿/煤层气的平面分布规律。如何破解叠置资源协调开采难题，从理论技术层面支撑国家能源发展，保障国家能源安全及战略储备，成为当前迫切需要解决的问题。基于上述情况，迫切需要一种叠置资源复合工艺原位开采系统，以达到安全、高效、绿色、协调开发叠置资源，高效利用CO₂温室气体目的。

发明内容

本发明实施例的目的在于提出一种叠置资源复合工艺原位开采系统，基于叠置资源赋存状况与复合工艺开采手段，通过开发机构开发地层资源，传输机构将地层资源运输至地表，经过分离储备机构储存叠置资源利用CO₂资源，最终达到绿色、安全、高效开采叠置资源并利用封存CO₂的目的。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种叠置资源复合工艺原位开采系统，包括：

开发机构，包括铀矿层、煤储层、煤柱走廊、油气层、油气井、油气驱替井、注浆走廊、气化开切眼、气化水平井；传输机构，包括气化注浆丛井、集气井、油气输运管、集气管、抽出井、注入井、铀输运管；分离储备机构，包括CO₂输运管、综合集气分离站、混合泵站、溶浸液输运管、甲烷输气管、综合储备站、综合气化注浆站、气化注浆管，所述煤储层置于所述铀矿层、所述油气层中间，所述油气井、油气驱替井置于所述油气层内，所述气化开切眼置于所述注浆走廊内，所述气化水平井置于所述煤储层内，所述气化水平井置于所述煤储层内，所述气化注浆丛井下端置于所述煤储层内并分别与所述气化开切眼、所述气化水平井相连，所述集气井下端与所述气化水平井相连，所述油气输运管与所述油气井相连，所述集气管与所述集气井相连，所述抽出井下端置于所述铀矿层内上端与铀输运管相连，所述注入井下端置于所述铀矿层内，所述综合集气分离站通过CO₂输运管与油气井相连，所述混合泵站通过CO₂推送管与综合集气分离站相连，所述混合泵站通过所述溶浸液输运管与所述注入井相连，所述综合集气分离站与所述集气管相连，所述综合集气分离站通过甲烷输气管与所述综合储备站相连，所述综合储备站分别与所述油气输运管、所述甲烷输气管及所述铀输运管相连，所述综合气化注浆站与所述气化注浆管相连，所述气化注浆管与所述气化注浆丛井相连。

优选地，所述注浆走廊内置气化开切眼，并置于所述煤储层内。

优选地，所述气化注浆丛井分别与所述气化注浆管、气化开切眼相连。

优选地，所述综合集气分离站分别与集气管、CO₂输运管、CO₂推送管、甲烷输气管相连，将气化资源分离为甲烷与CO₂。

本发明还提出了一种叠置资源复合工艺原位开采系统应用方法，应用上述系统，其包括如下工作步骤：

a、基于工程地质勘探，获取油气层、煤储层、铀矿层地质赋存状况，并依次布局煤柱走廊、油气井、注浆走廊及气化开切眼、气化水平井空间位置；

b、根据工程地质条件与开发机构布局情况，布设地下气化注浆丛井、集气井、注浆井、抽出井，及地表油气输运管、铀输运管、集气管；

c、基于传输机构布设状况，依次布设CO₂输运管、综合集气分离站、混合泵站、溶浸液输运管、甲烷输气管、综合储备站、综合气化注浆站、气化注浆管；

d、试运行叠置资源复合工艺原位开采系统，确保各机构安全稳定运行；

e、综合气化注浆站首先通过气化注浆管、气化注浆丛井气化煤储层，形成气化开切眼，然后注浆充填气化开切眼，形成注浆走廊，支撑煤储层上覆岩层；

f、利用气化水平井气化所述注浆走廊间煤储层，通过集气井、集气管将气化资源运输地表，并经综合集气分离站分化为甲烷、CO₂；

g、分离出的甲烷通过甲烷输气管运输至综合储备站，分离出的CO₂通过CO₂输送管输送至油气井，驱替油气层油气，驱替出的油气经油气井、油气输运管输送至综合储备站；

h、同时分离出的CO₂通过CO₂推送管输送至所述混合泵站，混合O₂形成溶浸液，溶浸液通过溶浸液输运管、注入井注入至铀矿层，含铀溶浸液通过抽出井、铀输运管输送至综合储备站。

本发明具有如下优点：

本发明述及的叠置资源复合工艺原位开采系统，具有开发机构、传输机构、分离储备机构，其中根据叠置资源地质赋存特征，依次布局三大机构，通过气化开切眼首先气化煤储层，然后注浆气化开切眼，支撑煤储层上覆岩层，进一步通过气化水平井、集气井形成煤储层气化闭环回路，气化注浆走廊间煤储层；气化气体经综合集气分离站分离出甲烷和CO₂，其中CO₂气体用于油气层驱替和铀矿层开采，甲烷则直接储存至综合储备站；最终，驱替油气层油气、气化煤储层甲烷、及地浸铀矿铀资源集中储存至综合储备站，实现叠置资源安全、高效、绿色、协调开发与CO₂利用封存。

附图说明

图1为本发明实施例中整体结构图。

图中：11-CO₂输运管；12-综合集气分离站；13-混合泵站；14-溶浸液输运管；15-甲烷输气管；16-综合储备站；17-综合气化注浆站；18-气化注浆管；19-CO₂推送管；21-气化注浆丛井；22-集气井；23-油气输运管；24-集气管；25-抽出井；26-注入井；27-铀输运管；31-铀矿层；32-煤储层；33-煤柱走廊；34-油气层；35-油气井；36-注浆走廊；37-气化开切眼；38-气化水平井；39-油气驱替井。

具体实施方式

结合图1所示，一种叠置资源复合工艺原位开采系统，包括开发机构、传输机构、分离储备机构，基于复合工艺开采通过开发机构开发地层资源，传输机构将地层资源运输至地表，经过分离储备机构储存叠置资源利用封存CO₂资源，最终实现绿色、安全、高效开采叠置资源并利用封存CO₂。

开发机构中，所述煤储层32置于所述铀矿层31、所述油气层34中间，所述油气井35、油气驱替井39置于所述油气层34内，所述气化开切眼37置于所述注浆走廊36内，所述气化水平井38置于所述煤储层32内，所述气化水平井38置于所述煤储层32内，所述气化注浆丛井21下端部置于所述煤储层32内并分别与所述气化开切眼37、所述气化水平井38相连；

传输机构中，所述集气井22下端与所述气化水平井38相连，所述油气输运管23与所述油气井35相连，所述集气管24与所述集气井22相连，所述抽出井25下端置于所述铀矿层31内上端与铀输运管27相连，所述注入井26下端置于所述铀矿层31内，所述综合集气分离站12通过CO₂输运管11与油气井35相连，所述混合泵站13通过CO₂推送管19与综合集气分离站12相连，所述混合泵站13通过所述溶浸液输运管14与所述注入井26相连；

分离储备机构中，所述综合集气分离站12与所述集气管24相连，所述综合集气分离站12通过甲烷输气管15与所述综合储备站16相连，所述综合储备站16分别与所述油气输运管23、所述甲烷输气管15及所述铀输运管27相连，所述综合气化注浆站17与所述气化注浆管18相连，所述气化注浆管18与所述气化注浆丛井21相连。

结合图1，首先勘探资源赋存状况，确定铀矿层31、煤储层32和油气层34位置，结合开发工艺，综合考虑经济、技术、环境、社会、战略因素，综合布局煤柱走廊33、油气井35、油气驱替井39、注浆走廊36、气化开切眼37、气化水平井38。基于传输机构布设状况，依次布设气化注浆丛井21、集气井22、油气输运管23、集气管24、抽出井25、注入井26、铀输运管27。根据开发机构与传输机构综合布局状况，开展分离储备机构布设，依次布设CO₂输运管11、综合集气分离站12、混合泵站13、溶浸液输运管14、甲烷输气管15、综合储备站16、综合气化注浆站17、气化注浆管18，并将各部件固定连接。首先利用综合气化注浆站17通过气化注浆管18、气化注浆丛井21将气化开切眼37内煤层气化并注浆形成注浆走廊36，然后通过气化水平井38开展煤储层32气化作业，气化气体通过集气井22、集气管24汇入综合集气分离站12进行气体分离分类处理，分离出的CO₂部分通过CO₂输运管11、油气驱替井39注入油气层34开展油气驱替工作，部分通过CO₂推送管19输送至混合泵站13与O₂混合形成溶浸液，通过溶浸液输运管14、注入井26注入铀矿层31开展铀矿开采工作，分离出的甲烷通过甲烷输气管15输运至综合储备站16储备；CO₂+O₂地浸开采出的含铀溶浸液通过抽出井25、铀输运管27输送至综合储备站16储备，驱替及自喷油气通过油气井35、油气输运管23输送至综合储备站16。

其具体步骤大致如下：

a、基于工程地质勘探，获取油气层34、煤储层32、铀矿层31地质赋存状况，并依次布局煤柱走廊33、油气井35、注浆走廊36及气化开切眼37、气化水平井38空间位置；

b、根据工程地质条件与开发机构布局情况，布设地下气化注浆丛井21、集气井22、注浆井、抽出井25，及地表油气输运管23、铀输运管27、集气管24；

c、基于传输机构布设状况，依次布设CO₂输运管11、综合集气分离站12、混合泵站13、溶浸液输运管14、甲烷输气管15、综合储备站16、综合气化注浆站17、气化注浆管18；

d、试运行叠置资源复合工艺原位开采系统，确保各机构安全稳定运行；

e、综合气化注浆站17首先通过气化注浆管18、气化注浆丛井21气化煤储层32，形成气化开切眼37，然后注浆充填气化开切眼37，形成注浆走廊36，支撑煤储层32上覆岩层；

f、利用气化水平井38气化所述注浆走廊36间煤储层32，通过集气井22、集气管24将气化资源运输地表，并经综合集气分离站12分化为甲烷、CO₂；

g、分离出的甲烷通过甲烷输气管15运输至综合储备站16，分离出的CO₂通过CO₂输送管输送至油气井35，驱替油气层34油气，驱替出的油气经油气井35、油气输运管23输送至综合储备站16；

h、同时分离出的CO₂通过CO₂推送管19输送至所述混合泵站13，混合O₂形成溶浸液，溶浸液通过溶浸液输运管14、注入井26注入至铀矿层31，含铀溶浸液通过抽出井25、铀输运管27输送至综合储备站16。

以上的各实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种叠置资源复合工艺原位开采系统，其特征在于：所述叠置资源复合工艺原位开采系统包括：

开发机构，包括铀矿层、煤储层、煤柱走廊、油气层、油气井、油气驱替井、注浆走廊、气化开切眼、气化水平井；传输机构，包括气化注浆丛井、集气井、油气输运管、集气管、抽出井、注入井、铀输运管；分离储备机构，包括CO₂输运管、综合集气分离站、混合泵站、溶浸液输运管、甲烷输气管、综合储备站、综合气化注浆站、气化注浆管，所述煤储层置于所述铀矿层、所述油气层中间，所述油气井、油气驱替井置于所述油气层内，所述气化开切眼置于所述注浆走廊内，所述气化水平井置于所述煤储层内，所述气化水平井置于所述煤储层内，所述气化注浆丛井下端置于所述煤储层内并分别与所述气化开切眼、所述气化水平井相连，所述集气井下端与所述气化水平井相连，所述油气输运管与所述油气井相连，所述集气管与所述集气井相连，所述抽出井下端置于所述铀矿层内上端与铀输运管相连，所述注入井下端置于所述铀矿层内，所述综合集气分离站通过CO₂输运管与油气井相连，所述混合泵站通过CO₂推送管与综合集气分离站相连，所述混合泵站通过所述溶浸液输运管与所述注入井相连，所述综合集气分离站与所述集气管相连，所述综合集气分离站通过甲烷输气管与所述综合储备站相连，所述综合储备站分别与所述油气输运管、所述甲烷输气管及所述铀输运管相连，所述综合气化注浆站与所述气化注浆管相连，所述气化注浆管与所述气化注浆丛井相连。

2.根据权利要求1所述的叠置资源复合工艺原位开采系统，其特征在于：所述注浆走廊内置气化开切眼，并置于所述煤储层内。

3.根据权利要求1所述的叠置资源复合工艺原位开采系统，其特征在于：所述气化注浆丛井分别与所述气化注浆管、气化开切眼相连。

4.根据权利要求1所述的叠置资源复合工艺原位开采系统，其特征在于：所述综合集气分离站分别与集气管、CO₂输运管、CO₂推送管、甲烷输气管相连，将气化资源分离为甲烷与CO₂。

5.一种叠置资源复合工艺原位开采系统应用方法，其特征在于，采用如权利要求1至4任一项所述的叠置资源复合工艺原位开采系统，包括如下步骤：

a、基于工程地质勘探，获取油气层、煤储层、铀矿层地质赋存状况，并依次布局煤柱走廊、油气井、注浆走廊及气化开切眼、气化水平井空间位置；

b、根据工程地质条件与开发机构布局情况，布设地下气化注浆丛井、集气井、注浆井、抽出井，及地表油气输运管、铀输运管、集气管；

c、基于传输机构布设状况，依次布设CO₂输运管、综合集气分离站、混合泵站、溶浸液输运管、甲烷输气管、综合储备站、综合气化注浆站、气化注浆管；

d、试运行叠置资源复合工艺原位开采系统，确保各机构安全稳定运行；

e、综合气化注浆站首先通过气化注浆管、气化注浆丛井气化煤储层，形成气化开切眼，然后注浆充填气化开切眼，形成注浆走廊，支撑煤储层上覆岩层；

f、利用气化水平井气化所述注浆走廊间煤储层，通过集气井、集气管将气化资源运输地表，并经综合集气分离站分化为甲烷、CO₂；

g、分离出的甲烷通过甲烷输气管运输至综合储备站，分离出的CO₂通过CO₂输送管输送至油气井，驱替油气层油气，驱替出的油气经油气井、油气输运管输送至综合储备站；

h、同时分离出的CO₂通过CO₂推送管输送至所述混合泵站，混合O₂形成溶浸液，溶浸液通过溶浸液输运管、注入井注入至铀矿层，含铀溶浸液通过抽出井、铀输运管输送至综合储备站。

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