CN113404539B - 一种共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统及应用方法。所述共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，包括地质机构、运行机构、开发机构、修复机构、转化机构，地质机构设置表层、铀藏、煤藏、油气藏，运行机构设置油气罐、蓄水湖、集铀液罐、溶浸液制备罐、抽液泵、注液泵、抽液井、注液井、注液管、抽水泵、抽水井、输水管道、采油机、油气丛井、油气管道，开发机构设置采煤充填体、沿空巷道、充填管、混凝土体、连通阀，修复机构设置净水池、净化器、蓄水池、注水泵、注水井，转化机构设置集气室、尾气室、燃烧室、充填墩、输气管、导热管。本发明通过五大机构配合，实现共伴生资源矿区全生命周期能源化与功能化高效开发利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统及应用方法。
背景技术
煤炭为国家主导能源，油气资源在国民经济中占有极其重要的地位，而铀矿更是国家重要的战略资源，针对鄂尔多斯盆地内煤、铀及油气资源平面上相互叠加、垂向上互相重叠，而且开发利用方式、特点互不相同，相互影响的现状，如何形成综合利用、安全可靠的开采格局成为当前急需解决的重要难题。现阶段煤及其共伴生资源协调开发尚未形成统一体系，开采时面临诸多问题，合理规划布局同时净化受污染水体并高效转化煤藏采空区遗留瓦斯，可以有效提高油气资源采收率，降低含铀、氡等放射性核素对地下水体与煤藏污染威胁，并充分利用煤藏采空区的空间能效。基于上述情况，迫切需要一种共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统及应用方法，以达到实现煤、铀及油气资源绿色协调开采与采空区地下空间高效利用的目的。
发明内容
本发明实施例的目的在于提出一种共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，基于规划运行机构，构建修复机构和转化机构，进行煤、铀及油气共伴生矿区的绿色合理开发，利用修复机构和转化机构发挥煤藏采空区功能，提高油气及铀矿采收率并减少铀矿开采成本，降低放射性核素对地下水体与煤藏污染威胁同时修复表层环境，最终实现煤、铀及油气资源绿色协调开采与采空区地下空间的高效利用。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，包括：
地质机构，包括表层、铀藏、煤藏、油气藏；运行机构，包括油气罐、蓄水湖、集铀液罐、溶浸液制备罐、抽液泵、注液泵、抽液井、注液井、注液管、抽水泵、抽水井、输水管道、采油机、油气丛井、油气管道；开发机构，包括采煤充填体、沿空巷道、充填管、混凝土体、连通阀；修复机构，包括净水池、净化器、蓄水池、注水泵、注水井；转化机构，包括集气室、尾气室、燃烧室、充填墩、输气管、导热管，所述表层位于所述铀藏上部，所述铀藏位于所述煤藏上部，所述煤藏位于所述油气藏上部，所述油气罐、蓄水湖、集铀液罐、溶浸液制备罐、抽水泵、采油机、抽液泵、注液泵置于所述表层上部，所述蓄水湖通过所述抽水泵和输水管道与所述抽水井相连，所述抽水井置于所述表层与所述煤藏之间，所述采油机由油气管道与油气罐连接，所述油气丛井置于所述表层与油气藏之间，所述集铀液罐通过所述抽液泵与所述抽液井连接，所述抽液井置于所述表层与所述铀藏之间，所述溶浸液制备罐通过所述注液泵和注液管与所述注液井相连，所述注液井置于表层与铀藏之间，所述采煤充填体通过所述充填管与所述混凝土体连接，所述混凝土体、净水池位于所述煤藏内，所述蓄水池位于所述净水池后部，所述净化器位于净水池与蓄水池中间，所述注水泵位于所述蓄水池内，所述注水井位于所述蓄水池与油气藏之间，所述连通阀置于所述混凝土体内，所述集气室位于所述净水池和蓄水池侧面并通过所述连通阀分别于所述净水池和尾气室相连，所述尾气室与所述集气室相邻，通过所述输气管与所述溶浸液制备罐相连，所述燃烧室和充填墩位于所述集气室和尾气室之间，所述导热管置于所述燃烧室与所述油气藏之间，所述输气管置于所述表层与所述煤藏之间，上部连接所述溶浸液制备罐，下部连接所述尾气室，所述沿空巷道位于混凝土体侧面。
优选地，所述集气室位于所述净水池和蓄水池侧面并通过所述连通阀分别于所述净水池和尾气室相连。
优选地，所述尾气室与所述集气室相邻，通过所述输气管与所述溶浸液制备罐相连。
优选地，所述燃烧室位于所述集气室和尾气室之间，左右两侧与所述充填墩相连，下部连接所述导热管。
优选地，所述导热管置于所述燃烧室与所述油气藏之间。
优选地，所述油气丛井上部连接所述采油机，下部与所述油气藏相连，中间从所述充填墩穿过。
本发明还提出了一种共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统应用方法，应用上述系统，其包括如下工作步骤：
a、根据工程勘探情况，依次布置油气罐、集铀液罐、溶浸液制备罐、抽液泵、注液泵、抽液井、注液井、注液管、蓄水湖、采油机、油气丛井、油气管道、抽水泵、抽水井、输水管道、输气管、采煤充填体、充填管；
b、煤藏采空区内通过采煤充填体构筑混凝土体，依次形成净水池、蓄水池，集气室、尾气室、并留设沿空巷道；
c、通过沿空巷道，依次构筑净化器、注水泵、注水井、连通阀、燃烧室、充填墩、导热管；
d、采油机进行油气开采和注液泵进行地浸开采的同时，注水泵、抽水泵、煤藏采空区净水机构同步运行工作，油气藏中油气通过油气丛井、采油机及油气管道输送至表层油气罐，净水池收集上覆岩层渗、涌水，再通过净化器处理水体中的污染物，处理后的洁净水输送至蓄水池；
e、蓄水池不断收集来自净水池处理后的洁净水，通过注水泵和注水井驱替油气藏中油气，同时通过抽水井将过剩的洁净水输送至表层储水罐用于地表环境修复或者用作矿区生活用水；
f、集气室不断收集采空区遗留瓦斯，通过燃烧室不断将瓦斯转化成高温蒸汽以及CO2和O2气体，其中高温蒸汽通过导热管传导至油气藏从而降低油气黏度，提高油气采收率，储存在尾气室CO2和O2气体通过输气管输送至表层溶浸液制备罐制备成中性溶浸液用以铀矿地浸开采；
g、煤、铀及油气不同开采工序下，重复d-f步骤。
本发明具有如下优点：
本发明述及的共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，具有地质机构、运行机构、开发机构、修复机构、转化机构，其中根据地质机构特征，设置地下水、瓦斯及地面油气和铀矿开采机构，将地下净化后的洁净水、油气资源、富铀溶液分别贮存至蓄水湖、油气罐和集铀液罐；构筑混凝土体并形成修复机构、转化机构和沿空巷道，同时支撑煤藏上覆岩层、减小覆岩裂隙发育；利用净水池承接上覆岩层渗、涌水并通过净化器净化后流入蓄水池，在蓄水池中通过注水井来驱替油气资源；利用溶浸液制备罐将瓦斯转化机构生成的尾气制成中性溶浸液用以铀矿开采，同时通过导热管输送高温蒸汽至油气藏，降低储层油气黏度，提高油气采收率同时降低铀矿开采成本，最终实现煤、铀及油气资源绿色协调开采与采空区地下空间的高效利用。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的有益效果，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：
图1为本发明实施例中整体状态图。
图中：1-表层；2-铀藏；3-煤藏；4-油气藏；5-蓄水湖；6-油气罐；7-采煤充填体；8-抽水井；9-输水管道；10-抽水泵；11-注水泵；12-注水井；13-油气丛井；14-采油机；15-净水池；16-蓄水池；17-净化器；18-混凝土体；19-沿空巷道；20-油气管道；21-集气室；22-连通阀；23-导热管；24-燃烧室；25-充填墩；26-尾气室；27-集铀液罐；28-抽液泵；29-注液井；30-抽液井；31-注液管；32-溶浸液制备罐；33-注液泵；34-输气管；35-充填管。
具体实施方式
结合图1所示，一种共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，包括地质机构、运行机构、开发机构、修复机构、转化机构，基于地质机构特征，通过规划运行机构，构建修复机构和转化机构，进行煤、铀、油气共伴生矿区的绿色合理开发，利用修复机构和转化机构发挥煤层采空区功能，提高油气开采率并减少铀矿开采成本，降低放射性核素对地下水体与煤层污染威胁并修复地表环境，最终实现煤、铀及油气资源绿色协调开采与采空区地下空间的高效利用。
地质机构中，所述表层1位于所述铀藏2上部，所述铀藏2位于所述煤藏3上部，所述煤藏3位于所述油气藏4上部。
运行机构中，所述油气罐6、蓄水湖5、集铀液罐27、溶浸液制备罐32、抽水泵10、采油机14、抽液泵28、注液泵33置于所述表层1上部，所述蓄水湖5通过所述抽水泵10和输水管道9与所述抽水井8相连，所述抽水井8置于所述表层1与所述煤藏3之间，所述采油机14由油气管道20与油气罐6连接，所述油气丛井13置于所述表层1与油气藏4之间，所述集铀液罐27通过所述抽液泵28与所述抽液井30连接，所述抽液井30置于所述表层1与所述铀藏2之间，所述溶浸液制备罐32通过所述注液泵33和注液管31与所述注液井29相连，所述注液井29置于表层1与铀藏2之间。
开发机构中，所述采煤充填体7通过所述充填管35与所述混凝土体18连接，所述混凝土体18位于所述煤藏3内，所述连通阀22置于所述混凝土体18内，所述沿空巷道19位于混凝土体18侧面。
修复机构中，所述净水池15位于所述煤藏3内，所述蓄水池16位于所述净水池15后部，所述净化器17位于净水池15与蓄水池16中间，所述注水泵11位于所述蓄水池16内，所述注水井12位于所述蓄水池16与油气藏4之间。
转化机构中，所述集气室21位于所述煤藏3内，所述尾气室26与所述集气室21相邻，所述燃烧室24和充填墩25位于所述集气室21和尾气室26之间，所述导热管23置于所述燃烧室24与所述油气藏4之间，所述输气管34置于所述表层1与所述煤藏3之间，上部连接所述溶浸液制备罐32，下部连接所述尾气室26。
结合图1所示，根据要求首先确定综合利用机构方位尺寸及相应水体净化和瓦斯转化工艺，利用净化器17处理受污染水体，处理得到的洁净水用以驱替油气及修复地表生态，利用燃烧室24将瓦斯转化成CO2和O2气体及高温蒸汽，其中CO2和O2气体通过溶浸液制备罐32制成中性浸出剂用以铀矿开采，高温蒸汽通过导热管23输送至油气藏4用以降低油气黏度，最终提高油气采收率同时降低铀矿开采成本。
其具体步骤大致如下：
a、根据工程勘探情况，依次布置油气罐6、集铀液罐27、溶浸液制备罐32、抽液泵28、注液泵33、抽液井30、注液井29、注液管31、蓄水湖5、采油机14、油气丛井13、油气管道20、抽水泵10、抽水井8、输水管道9、输气管34、采煤充填体7、充填管35；
b、煤藏3采空区内通过采煤充填体7构筑混凝土体18，依次形成净水池15、蓄水池16，集气室21、尾气室26、并留设沿空巷道19；
c、通过沿空巷道19，依次构筑净化器17、注水泵11、注水井12、连通阀22、燃烧室24、充填墩25、导热管23；
d、采油机14进行油气开采和注液泵33进行地浸开采的同时，注水泵11、抽水泵10、煤藏3采空区净水机构同步运行工作，油气藏4中油气通过油气丛井13、采油机14及油气管道20输送至表层1油气罐6，净水池15收集上覆岩层渗、涌水，再通过净化器17处理水体中的污染物，处理后的洁净水输送至蓄水池16；
e、蓄水池16不断收集来自净水池15处理后的洁净水，通过注水泵11和注水井12驱替油气藏4中油气，同时通过抽水井8将过剩的洁净水输送至表层1储水罐用于地表环境修复或者用作矿区生活用水；
f、集气室21不断收集采空区遗留瓦斯，通过燃烧室24不断将瓦斯转化成高温蒸汽以及CO2和O2气体，其中高温蒸汽通过导热管23传导至油气藏4从而降低油气黏度，提高油气采收率，储存在尾气室26CO2和O2气体通过输气管34输送至表层1溶浸液制备罐32制备成中性溶浸液用以铀矿地浸开采；
g、煤、铀及油气不同开采工序下，重复d-f步骤。
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 (7)
1.一种共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，其特征在于：所述共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统包括：
地质机构，包括表层、铀藏、煤藏、油气藏；运行机构，包括油气罐、蓄水湖、集铀液罐、溶浸液制备罐、抽液泵、注液泵、抽液井、注液井、注液管、抽水泵、抽水井、输水管道、采油机、油气丛井、油气管道；开发机构，包括采煤充填体、沿空巷道、充填管、混凝土体、连通阀；修复机构，包括净水池、净化器、蓄水池、注水泵、注水井；转化机构，包括集气室、尾气室、燃烧室、充填墩、输气管、导热管，所述表层位于所述铀藏上部，所述铀藏位于所述煤藏上部，所述煤藏位于所述油气藏上部，所述油气罐、蓄水湖、集铀液罐、溶浸液制备罐、抽水泵、采油机、抽液泵、注液泵置于所述表层上部，所述蓄水湖通过所述抽水泵和输水管道与所述抽水井相连，所述抽水井置于所述表层与所述煤藏之间，所述采油机由油气管道与油气罐连接，所述油气丛井置于所述表层与油气藏之间，所述集铀液罐通过所述抽液泵与所述抽液井连接，所述抽液井置于所述表层与所述铀藏之间，所述溶浸液制备罐通过所述注液泵和注液管与所述注液井相连，所述注液井置于表层与铀藏之间，所述采煤充填体通过所述充填管与所述混凝土体连接，所述混凝土体、净水池位于所述煤藏内，所述蓄水池位于所述净水池后部，所述净化器位于净水池与蓄水池中间，所述注水泵位于所述蓄水池内，所述注水井位于所述蓄水池与油气藏之间，所述连通阀置于所述混凝土体内，所述集气室位于所述净水池和蓄水池侧面并通过所述连通阀分别与 所述净水池和尾气室相连，所述尾气室与所述集气室相邻，通过所述输气管与所述溶浸液制备罐相连，所述燃烧室和充填墩位于所述集气室和尾气室之间，所述导热管置于所述燃烧室与所述油气藏之间，所述输气管置于所述表层与所述煤藏之间，上部连接所述溶浸液制备罐，下部连接所述尾气室，所述沿空巷道位于混凝土体侧面。
2.根据权利要求1所述的共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，其特征在于：所述集气室位于所述净水池和蓄水池侧面并通过所述连通阀分别与所述净水池和尾气室相连。
3.根据权利要求1所述的共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，其特征在于：所述尾气室与所述集气室相邻，通过所述输气管与所述溶浸液制备罐相连。
4.根据权利要求1所述的共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，其特征在于：所述燃烧室位于所述集气室和尾气室之间，左右两侧与所述充填墩相连，下部连接所述导热管。
5.根据权利要求1所述的共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，其特征在于：所述导热管置于所述燃烧室与所述油气藏之间。
6.根据权利要求1所述的共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，其特征在于：所述油气丛井上部连接所述采油机，下部与所述油气藏相连，中间从所述充填墩穿过。
7.一种共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统应用方法，其特征在于，采用如权利要求1至6任一项所述的共伴生资源矿区水与瓦斯综合利用系统，包括如下步骤：
a、根据工程勘探情况，依次布置油气罐、集铀液罐、溶浸液制备罐、抽液泵、注液泵、抽液井、注液井、注液管、蓄水湖、采油机、油气丛井、油气管道、抽水泵、抽水井、输水管道、输气管、采煤充填体、充填管；
b、煤藏采空区内通过采煤充填体构筑混凝土体，依次形成净水池、蓄水池，集气室、尾气室、并留设沿空巷道；
c、通过沿空巷道，依次构筑净化器、注水泵、注水井、连通阀、燃烧室、充填墩、导热管；
d、采油机进行油气开采和注液泵进行地浸开采的同时，注水泵、抽水泵、煤藏采空区净水机构同步运行工作，油气藏中油气通过油气丛井、采油机及油气管道输送至表层油气罐，净水池收集上覆岩层渗、涌水，再通过净化器处理水体中的污染物，处理后的洁净水输送至蓄水池；
e、蓄水池不断收集来自净水池处理后的洁净水，通过注水泵和注水井驱替油气藏中油气，同时通过抽水井将过剩的洁净水输送至表层储水罐用于地表环境修复或者用作矿区生活用水；
f、集气室不断收集采空区遗留瓦斯，通过燃烧室不断将瓦斯转化成高温蒸汽以及CO2和O2气体，其中高温蒸汽通过导热管传导至油气藏从而降低油气黏度，提高油气采收率，储存在尾气室CO2和O2气体通过输气管输送至表层溶浸液制备罐制备成中性溶浸液用以铀矿地浸开采；
g、煤、铀及油气不同开采工序下，重复d-f步骤。
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