CN114547899A - 一种地浸采铀井网密度计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地浸采铀井网密度计算方法，涉及地浸采铀技术领域，具体步骤为：依据抽注孔间距，分别对地层、边界条件和源汇项进行概化，建立不同井距的地浸采铀流场模型；通过地浸采铀流场模型构建有效对流范围的时间函数方程；再构建地浸采铀溶质迁移模型；通过地浸采铀溶质迁移模型构建采区平均溶质浓度的时间函数方程；以有效对流范围的时间函数方程以及采区平均溶质浓度的时间函数方程为基础，获取地浸采铀采区井距特征方程；根据地浸采铀采区井距特征方程获得的优势名义浸出量确定最佳井网密度；本发明精确计算地浸采铀采区中合理井网密度，为地浸采铀采区井网布局、优化提供基础。
Description
技术领域
本发明涉及地浸采铀技术领域，更具体的说是涉及一种地浸采铀井网密度计算方法。
背景技术
合理的井网布置是地浸采铀领域长期讨论的一个热点问题。井网密度决定着浸出剂的有效循环和资源回收率的高低。地浸采铀的成功很大程度上取决于井场工艺，而井场工艺首要面临的工作是选择合理的井网密度。
钻孔施工是地浸采铀生产中最大的工程投资之一，钻孔数量越多，所需建设资金越大，吨金属成本越高。如何科学地确定合理井距，使地浸采铀生产可同时兼顾资源回收率与经济效益，是一个需要深入研究的课题。在地浸采铀流场井网设计中，小井距采场的地下水稀释较弱，较快出现浸出峰值，且峰值较高，但由于小井距所控制矿体较小，井场后期浸出效率较低；大井距采场控制矿体较大，但地下水稀释较强，较慢出现浸出峰值且峰值较低。如何基于地浸铀矿开采工艺特点，为地浸采铀井场设计提供理论依据及可量化计算方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种地浸采铀井场井网密度计算方法，精确计算地浸采铀采区中合理井网密度，为地浸采铀采区井网布局、优化提供基础。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种地浸采铀井网密度计算方法，具体步骤为:
依据抽注孔间距，分别对地层、边界条件和源汇项进行概化，建立不同井距的地浸采铀流场模型；
通过地浸采铀流场模型构建有效对流范围的时间函数方程；
根据不同井距的地浸采铀流场模型以及有效对流范围的时间函数方程构建不同井距的溶质迁移模型；
通过溶质迁移模型构建采区平均溶质浓度的时间函数方程；
以有效对流范围的时间函数方程以及采区平均溶质浓度的时间函数方程为基础，获取地浸采铀采区井距特征方程；
根据地浸采铀采区井距特征方程获得的优势名义浸出量确定最佳井网密度。
可选的，构建有效对流范围的时间函数方程的步骤为：
将流体的空间有效对流范围投影至含水层平面上，获取流场有效对流范围与流场有效对流面积之间的转换方程；
根据地浸采铀流场模型获取每个时间点对应的流场有效对流面积；
根据流场有效对流范围与流场有效对流面积之间的转换方程与每个时间点对应的流场有效对流面积，获得有效对流范围的时间函数方程。
可选的，有效对流范围与流场有效对流面积之间的转换方程，具体为：
Vq＝Sq*L；
式中，Vq为流场有效对流范围；Sq为流场有效对流面积；L为流场有效对流范围的平面投影高度。
可选的，有效对流范围的时间函数方程表达式为：Vq＝f(t)。
可选的，构建采区平均溶质浓度的时间函数方程的步骤为：
投入中性溶质；
基于地浸采铀溶质迁移模型，通过抽孔溶质浓度计算采区平均溶质浓度；
获取每个时间点对应的采区平均溶质浓度；
对地浸采铀溶质迁移模型的采区平均溶质浓度与时间点进行拟合，获得采区平均溶质浓度的时间函数方程。
可选的，采区平均溶质浓度的时间函数方程表达式为：C＝f(t)。
可选的，地浸采铀采区井距特征方程的获取步骤为：
根据有效对流范围的时间函数方程以及岩体信息获取有效对流范围内的金属量；
根据采区平均溶质浓度的时间函数方程以及采区抽液量体积获取采区溶质质量；
根据有效对流范围内的金属量与采区溶质质量获得地浸采铀采区井距特征方程。
可选的，其特征在于，确定最佳井网密度的步骤为：
根据地浸采铀采区井距特征方程获得优势名义浸出量；
根据优势名义浸出量确定最佳井网密度。
可选的，有效对流范围内的金属量的表达式为：
MU＝Vq*ρr*cU*LU；
式中，Vq为流场有效对流范围；ρr为波及岩体密度、cU为矿床品位；LU为矿层厚度。
可选的，采区溶质质量为平均溶质浓度与采区抽液量体积的乘积。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种地浸采铀井网密度计算方法，基于地浸铀矿开采工艺特点，针对采区复杂多变地质条件的地浸采铀流场进行模拟，定义可表征井网密度优劣的工艺参数并建立其求解方法，精确计算地浸采铀采区中合理井网密度，为地浸采铀采区井网布局、优化提供基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为本发明的实施例中不同井距五点型钻孔排布图；
图3为本发明的实施例中地浸采铀流场有效对流范围平面图；
图4为本发明的实施例中不同井距下名义浸出量随时间变化的曲线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种地浸采铀井场井网密度计算方法，精确计算地浸采铀采区中合理井网密度，为地浸采铀采区井网布局、优化提供基础；在本实施例中根据不同抽注孔间距条件，分别对地层、边界条件和源汇项进行概化，建立地浸采铀流场模型；采用modpath粒子追踪，模拟浸出剂在地层中的对流状态，根据定义圈定各时间点对应的有效对流范围，并对有效对流范围随时间变化曲线建立拟合方程。设置中性溶质，计算采区平均溶质浓度随时间变化，并建立拟合方程。根据所假定的每组抽注孔间距所对应的上述两类方程，得到可反应采区浸出效果随井距变化的规律，并建立对应的方程。根据不同井距的拟合方程，对比分析不同井距的浸出效果及规律。
本实施例以新疆郎卡某试验基地铀矿床地质和水文地质条件为背景，搭建系列模型并开展系列水文地质试验，其具体步骤如图1所示，具体为：
步骤1、构建地浸采铀流场模型
以抽注孔间距22m、26m、30m、34m、38m、42m、46m、50m为例，建立不同井距下地浸采铀流场模型，为便于研究，本实施例中计算所用模型都是均质模型。为更好反应不同井距下地浸采铀采区的浸出规律，本实施例中模型规模设置为一个采区，共25组抽注单元。所有模型采用相同尺寸的模型框架，以钻孔排布50米间距的采场为模型平面框架设计对象，模型平面框架面积定为1000m*1000m，含水层顶板标高580m，底板标高632m，含水层厚度52m，均分为13层；本实施例中模型的钻孔排布如图2所示。
步骤2、计算有效对流范围
定义时间t内地浸采铀流场中浸出液可回流至抽孔的对流场区域为有效对流范围(Vq)，它指征了地浸采铀流场所控制的岩体范围，是一个随时间变化的体积变量。
地浸采铀流场是三维空间区域，流体流线所形成的有效对流范围是一个随时间变化的体积量，如图3所示。在含矿含水层中地下水流动的计算中，将流体视作符合达西定律的层流模式，由于本实施例计算所用模型都是均质模型，流场对流范围的体积变化主要发生在纵横向空间上，垂向变化相对较小且较稳定，因此可将流体的空间有效对流范围投影至含水层平面上，以对流场有效对流面积代表流场有效对流范围，Vq＝Sq*L；Vq为有效对流范围；Sq为有效对流面积；L为有效对流范围的平面投影高度。
运算各个模型，分别计算每个时间点t对应的流场有效对流面积Sq，对每个模型的Sq-t曲线进行拟合，得出不同井距下有效对流面积的时间函数方程，参数如表1所示；
在本实施例中有效对流范围和时间关系进行拟合后得到的函数方程为：
式中，A1、A2、A3、a1、a2、a3、y0均为系数；t为时间点。
表1 地浸采铀流场有效对流面积的时间函数拟合方程参数表
步骤3、构建地浸采铀溶质迁移模型
在选择最优井距时，只考虑有效对流范围是不够的，浸出剂在地下流动时，井距越大，地下水对其稀释越大，浸出浓度越低。因此必须对不同井距下溶质的迁移进行分析计算。
以模型采区内36个注孔为溶质投放源，在整个抽采模拟期间持续投入浓度为500mg/L的中性溶质，溶质本地浓度和边界均设为0mg/L，根据前期郎卡条件试验区的示踪试验数据，溶液与固相遵循线性等温吸附，溶质第一吸附常数取5.0×10-10m3/mg，岩层Bulkdensity取1.4t/m3。
以模型采区内25个抽孔为观测孔，针对不同井距分别运行地浸采铀溶质迁移模型，根据抽孔溶质浓度计算采区平均溶质浓度C。
对每个模型的C-t曲线进行拟合，最终得出不同井距下采区平均溶质浓度的时间函数方程。本实施例所有模型的采区平均溶质浓度都随时间呈指数增加，因此得到采区平均溶质浓度-时间的拟合曲线方程形式为；
式中，a、b、c均为系数；t为时间点。
不同井距的采区平均溶质浓度-时间方程的参数见表2，所有拟合曲线的相关系数均大于0.99。
表2 地浸采铀采区平均溶质浓度时间函数拟合方程参数及误差表
步骤4、计算井距特征参数
有效对流范围代表了地浸采铀开采过程中浸出剂的浸染体积，可控制的浸出范围，指征了此工艺条件下开采浸出的潜力。该特征量与波及岩体密度ρr、矿床品位cU及矿层厚度LU相乘，可得有效对流范围内的金属量MU＝Vq*ρr*cU*LU。根据前文采区有效对流范围Vq公式1，MU方程形式为：
平均溶质浓度C代表地浸采铀开采过程中浸出液的运送能力，指征了此工艺条件下开采浸出的效率。平均溶质浓度C代表整个采区所能提取出来的溶质平均浓度，与采区抽液量体积VL相乘，可得采区溶质质量Mc；其表达式为：Mc＝CVL。根据前文采区平均溶质浓度公式2，Mc方程形式为：
在地浸采铀生产中，必须要兼顾浸出潜能与浸出效率，设计开采工艺应使流场中的浸出潜能和浸出效率同时达到最大。当两个变量达到最大时，其乘积也最大。分别用代表浸出潜能的MU和代表浸出效率的Mc相乘，得方程形式如下：
MU*Mc＝(Vq*C)*VL*cconst＝M*VL*cconst (5)；
式中，cconst是与岩体密度、品位、矿层厚度等相关的常数，cconst＝ρrcULU，同一个矿床该常数相同。
在采区流量相同时，采区抽液量VL相同，不同井距的开采情况由M值决定。M值越大，采用该井距的开采效果越好，M值越小，该井距的开采效果越差。将M定义为名义浸出量，其物理意义是从某个有效对流范围内所提取出的溶质质量，它代表了在此工艺条件下该采区可能具有的开采能力，名义浸出量越大，代表所采用的开采工艺越优。M方程形式如下：
公式6即是地浸采铀采区井距特征方程。
步骤5、确定最佳井网密度
名义浸出量是采区在现有开采条件下不同开采时间所具有的浸出能力的指示参数，是一个随时间变化的函数，对于不同的开采时间，不同的井距有不同的浸出效果，名义浸出量越大，采区开采能力越高。在其他条件都相同的前提下，对于指定开采时间，令采区获得最大名义浸出量的井距即为该地浸采铀采区的最合理抽注井距。在本实施例中根据地浸采铀采区井距特征方程，绘制22m、26m、30m、34m、38m、42m、46m、50m井距下名义浸出量随时间的变化曲线，如图4所示。
将同一时刻名义浸出量的最大值称为优势名义浸出量，不同井距名义浸出量的零点时间与井距呈正相关，井距越小，出现名义浸出量的时间越短。以开采时间700天为例，对各井距同一时刻的名义浸出量进行统计，统计结果如表3所示。
表3 不同井距优势名义浸出量的分布时段及统计时长表(开采700天)
根据上表可知，井距42m的优势名义浸出量总计388天，远高于其他井距的统计天数。因此郎卡试验点地浸采铀采区抽注孔合理井距确定为42m。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种地浸采铀井网密度计算方法，其特征在于，具体步骤为:
依据抽注孔间距，分别对地层、边界条件和源汇项进行概化，建立不同井距的地浸采铀流场模型；
通过地浸采铀流场模型构建有效对流范围的时间函数方程；
根据不同井距的地浸采铀流场模型以及有效对流范围的时间函数方程构建不同井距的地浸采铀溶质迁移模型；
通过地浸采铀溶质迁移模型构建采区平均溶质浓度的时间函数方程；
以有效对流范围的时间函数方程以及采区平均溶质浓度的时间函数方程为基础，获取地浸采铀采区井距特征方程；
根据地浸采铀采区井距特征方程获得的优势名义浸出量确定最佳井网密度。
2.根据权利要求1所述的一种地浸采铀井网密度计算方法，其特征在于，构建有效对流范围的时间函数方程的步骤为：
将流体的空间有效对流范围投影至含水层平面上，获取流场有效对流范围与流场有效对流面积之间的转换方程；
根据地浸采铀流场模型获取每个时间点对应的流场有效对流面积；
根据流场有效对流范围与流场有效对流面积之间的转换方程与每个时间点对应的流场有效对流面积，获得有效对流范围的时间函数方程。
3.根据权利要求2所述的一种地浸采铀井网密度计算方法，其特征在于，有效对流范围与流场有效对流面积之间的转换方程，具体为：
Vq＝Sq*L；
式中，Vq为流场有效对流范围；Sq为流场有效对流面积；L为流场有效对流范围的平面投影高度。
4.根据权利要求1所述的一种地浸采铀井网密度计算方法，其特征在于，构建采区平均溶质浓度的时间函数方程的步骤为：
投入中性溶质；
基于地浸采铀溶质迁移模型，通过抽孔溶质浓度计算采区平均溶质浓度；
获取每个时间点对应的采区平均溶质浓度；
对地浸采铀溶质迁移模型的采区平均溶质浓度与时间点进行拟合，获得采区平均溶质浓度的时间函数方程。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种地浸采铀井网密度计算方法，其特征在于，地浸采铀采区井距特征方程的获取步骤为：
根据有效对流范围的时间函数方程获以及岩体信息获取有效对流范围内的金属量；
根据采区平均溶质浓度的时间函数方程以及采区抽液量体积获取采区溶质质量；
根据有效对流范围内的金属量与采区溶质质量获得地浸采铀采区井距特征方程。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种地浸采铀井网密度计算方法，其特征在于，确定最佳井网密度的步骤为：
根据地浸采铀采区井距特征方程获得优势名义浸出量；
根据优势名义浸出量确定最佳井网密度。
7.根据权利要求5所述的一种地浸采铀井网密度计算方法，其特征在于，有效对流范围内的金属量的表达式为：
MU＝Vq*ρr*cU*LU；
式中，Vq为流场有效对流范围；ρr为波及岩体密度、cU为矿床品位；LU为矿层厚度。
8.根据权利要求5所述的一种地浸采铀井网密度计算方法，其特征在于，采区溶质质量为平均溶质浓度与采区抽液量体积的乘积。
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| CN115075797B (zh) * | 2022-07-22 | 2023-06-13 | 核工业北京化工冶金研究院 | 一种高渗透砂岩铀/铜矿地浸开采的井距确定方法及系统 |
| CN116607928A (zh) * | 2023-06-30 | 2023-08-18 | 核工业北京化工冶金研究院 | 一种用于原地浸出开采的井网优化方法 |
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