CN115163025B - 一种砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铀矿开采技术领域，尤其涉及一种砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法。所述方法为：收集和处理钻井基本信息，构建地浸采区非均质三维地质模型；形成地浸采区的体元模型与铀品位模型的融合模型；添加地浸采铀工艺钻井，设定钻井过滤器的开启位置和长度；进行溶质颗粒运移模拟计算；计算达到抽液井的颗粒以及抽液井的各品位区颗粒占比；计算稀释比例值，计算出的稀释比例值与设定的稀释比例值进行比较；若计算值＞设定值，调整钻井过滤器位置及长度，再进行溶质颗粒运移模拟计算；若计算值≤设定值，计算结束，结束流程，返回最近一次钻井过滤器位置及长度参数值。本发明优化了地浸开采的抽注液井过滤器位置与长度，保障了精准开采。
Description
技术领域
本发明涉及铀矿开采技术领域，尤其涉及一种砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法。
背景技术
砂岩型铀矿地浸采铀工艺是当前国内天然铀采冶的主流生产工艺，地浸采铀是一种集“采矿、选矿、冶金”于一体的综合采矿方法，其过程是把在地表配置好的浸出剂通过“地浸工艺钻井(注液井)”直接注入“含矿含水层”，浸出剂在流动过程中与含矿层中的铀矿物及其他可反应矿物发生化学反应，再经“地浸工艺钻井(抽液井)”将含铀浸出液抽出至地表。
与井下开采巷道等采矿工程的功能相似，地浸采铀的“采矿工程”就是地浸采铀工艺钻井，包括注液井和抽液井。通过在注液井和抽液井对应的矿层段布设过滤器(其他段位为固井套管)，作为浸出剂或浸出液进出的通道，也即地浸工艺钻孔的过滤器就是地浸开采的“采矿通道”，过滤器的开启位置和长度，很大程度上决定了主液井注入的浸出剂能否流经矿层，并被抽液井回收。
当前，国内采用地浸开采的砂岩型铀矿含矿含水层厚度一般为10～60m不等，矿体厚度为1～15m。为保证注液钻井或抽液钻井的水量，过滤器长度一般不低于4m；为保证过滤器工作的有效性，长度也不长于15m；过滤器的位置一般与矿层对应。在实际过滤器位置设计和长度设计时，有经验的地浸采矿工程师结合地层及矿体发育情况进行一定的优化，但尚无确凿的优化依据。
含矿含水层具有明显的非均质特性，溶浸液流不能简化为水平流，垂向水流运动不可忽视；原地浸出的抽注作业对地下水场分布起控制作用，水流基本被限制于抽注井之间，但由于砂岩层存在的纵向非均质性，在相同的注水条件下，不同层位过水能力相差较大，容易出现无效浸出，浸出剂大部分未流经矿层，与此同时，抽液井也有大部分溶液来源于钻井过滤器定义之外的浸出区。由于含矿沉积砂体的非均值性，浸出过程中的稀释是不可避免，但可以通过合适的采矿工程手段将稀释控制在最低程度。
地浸工艺钻井的过滤器布设位置及长度，是控制无效浸出和减少稀释的关键因素，因而，优化地浸开采的抽注液井过滤器位置与长度设计十分必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，优化地浸开采的抽注液井过滤器位置与长度。
本发明提供了砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，包括以下步骤：
步骤S1：收集和处理钻井基本信息，并依据所述钻井基本信息构建地浸采区非均质三维地质模型；
步骤S2：在所述地浸采区非均质三维地质模型基础上，对含矿含水层空间按照分辨率进行离散化，生成一系列单元，并将铀品位模型赋值到空间对应位置的单元块中，形成地浸采区的几何模型与铀品位模型的融合模型；
步骤S3：在融合模型基础上，添加地浸采铀工艺钻井，设定钻井过滤器的开启位置和长度；
步骤S4：在所述设定的钻井过滤器的开启位置和长度参数条件下，结合地浸采区涌水量、渗透性能大小以及地下水承压性能，设定注液井流量和抽液井流量，进行第一次溶质颗粒运移模拟计算；
步骤S5：计算达到抽液井的颗粒，以及计算得到抽液井的各品位区颗粒占比；
步骤S6：依据所述抽液井回收颗粒占比以及抽液井回收颗粒在各品位区的分布比例情况，计算稀释比例值，计算出的稀释比例值与设定的稀释比例值进行比较；
若计算出的稀释比例值＞设定的稀释比例值，执行步骤S7；
若计算出的稀释比例值≤设定的稀释比例值，计算结束，当前过滤器设定位置及长度即为该区域矿体的精准开采方案，执行步骤8；
步骤S7：调整钻井过滤器位置及长度，然后，返回执行步骤S4；
步骤S8：结束流程，返回最近一次钻井过滤器位置及长度参数值。
优选地，所述步骤S1中，所述钻井基本信息包括：钻井坐标、深度、岩性划分及矿层品位。
优选地，所述步骤S1中，采用基于数学插值的隐式建模方法构建地浸采区非均质三维地质模型。
优选地，所述步骤S1后还包括：
如采集有含矿含水层不同岩性的岩心，通过室内实验，分别测定不同岩性岩心及混合岩心的三向渗透系数；否则采用已知含矿层渗透性数据。
优选地，所述步骤S2中，将开采区域在三维空间上离散为规则长方体集合，并在步骤S1形成的地质模型约束下设置各长方体所述岩性，并采用地质统计学插值方法，确定各长方体铀品位，形成地浸采区的岩性与铀品位的融合模型。
优选地，所述步骤S4中，
首次设定时，过滤器对准矿层，长度最小为4m，若矿体厚度＞4m，则过滤器长度等于矿体厚度。
优选地，所述步骤S6中，所述设定的稀释比例值依照以下条件执行：
渗透性＞1m/d、含矿含水层厚度H＞30m、矿体厚度＜4m的铀矿的稀释比例值不低于30％；
渗透K＜0.2m/d、含矿层厚度＜15m、矿体厚度＞4m的铀矿的稀释比例值为13％～15％；
介于以上两种情况之间的，在15～30％区间内取值。
优选地，所述步骤S7中，调整钻井过滤器位置及长度具体他包括：
抽液井的过滤器位置往钻井底部方向调整，每次降低1m；注液井的过滤器位置往钻井顶部方向调整，每次上升1m；
过滤器长度＜4m,不再缩短，仅进行过滤器位置优化；
过滤器长度＞8m的，在3次调整过滤器位置后，稀释比仍不能达到设定值的，减小过滤器长度再进行优化，每次缩短0.5m。
与现有技术相比，本发明的砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，综合考虑砂岩型铀矿地浸开采所涉及的含矿含水层岩性、铀矿品位、渗透性等多因素，通过非均质地层建模及溶质颗粒运移模拟，研究抽液井中的溶液来源，合理设计过滤器布设的位置及长度，实现在浸出过程中浸出液稀释最小、浸出剂的使用率最大的目的。
附图说明
图1表示砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法流程图；
图2表示钻井过滤器位置及长度设计示意图；
图中：
1为含矿含水层顶板，2为含矿含水层，3为铀矿体，4为含矿含水层底板，5为注液井1的过滤器长度，6为抽液井的过滤器长度，7为注液井2的过滤器长度。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。
本发明的实施例公开了一种砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1：收集和处理钻井基本信息，并依据所述钻井基本信息构建地浸采区非均质三维地质模型；
所述钻井基本信息包括：钻井坐标、深度、岩性划分及矿层品位。
采用基于数学插值的隐式建模方法构建地浸采区非均质三维地质模型。优选地，采用Leapforg或其他适用于砂岩铀矿层储层精细刻画的三维地质建模软件构建地浸采区非均质三维地质模型。
如采集有含矿含水层不同岩性的岩心，通过室内实验，分别测定不同岩性岩心及混合岩心的三向渗透系数；否则采用已知含矿层渗透性数据。
步骤S2：在所述地浸采区非均质三维地质模型基础上，对含矿含水层空间按照分辨率进行离散化，生成一系列单元，并将铀品位模型赋值到空间对应位置的单元块中，形成地浸采区的几何模型与铀品位模型的融合模型；
将开采区域在三维空间上离散为规则长方体集合，并在步骤S1形成的地质模型约束下设置各长方体所述岩性，并采用地质统计学插值方法，确定各长方体铀品位，形成地浸采区的岩性与铀品位的融合模型。
优选地，采用Comsol、Matlab或Leapfrog形成地浸采区的几何模型与铀品位模型的融合模型。
步骤S3：在融合模型基础上，添加地浸采铀工艺钻井，设定钻井过滤器的开启位置和长度；
步骤S4：在所述设定的钻井过滤器的开启位置和长度参数条件下，结合地浸采区涌水量、渗透性能大小以及地下水承压性能，设定注液井流量和抽液井流量，进行第一次溶质颗粒运移模拟计算；
首次设定时，过滤器对准矿层，长度最小为4m，若矿体厚度＞4m，则过滤器长度等于矿体厚度。钻井过滤器的开启位置和长度是可调节参数。
步骤S5：计算达到抽液井的颗粒，以及计算得到抽液井的各品位区颗粒占比；
步骤S6：依据所述抽液井回收颗粒占比以及抽液井回收颗粒在各品位区的分布比例情况，计算稀释比例值，计算出的稀释比例值与设定的稀释比例值进行比较；
若计算出的稀释比例值＞设定的稀释比例值，执行步骤S7；
若计算出的稀释比例值≤设定的稀释比例值，计算结束，当前过滤器设定位置及长度即为该区域矿体的精准开采方案，执行步骤8；
所述设定的稀释比例值依照以下条件执行：
渗透性＞1m/d、含矿含水层厚度H＞30m、矿体厚度＜4m的铀矿的稀释比例值不低于30％；
渗透K＜0.2m/d、含矿层厚度＜15m、矿体厚度＞4m的铀矿的稀释比例值为13％～15％；
介于以上两种情况之间的，在15～30％区间内取值。
步骤S7：调整钻井过滤器位置及长度，然后，返回执行步骤S4；
调整钻井过滤器位置及长度具体他包括：
抽液井的过滤器位置往钻井底部方向调整，每次降低1m；注液井的过滤器位置往钻井顶部方向调整，每次上升1m；
过滤器长度＜4m,不再缩短，仅进行过滤器位置优化；
过滤器长度＞8m的，在3次调整过滤器位置后，稀释比仍不能达到设定值的，减小过滤器长度再进行优化，每次缩短0.5m。
步骤S8：结束流程，返回最近一次钻井过滤器位置及长度参数值。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
步骤1，收集和处理钻井基本信息，包括钻井坐标、深度、岩性划分(砂砾岩、含砾砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩等)、矿层品位等信息，按照三维地质建模软件识别的数据文件格式存放。
岩性划分分为砂砾岩、含砾砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩等。
采用适用于砂岩铀矿层储层精细刻画的三维地质建模软件，依据步骤1整理好的采区所有钻井资料，构建地浸采区非均质三维地质模型。
步骤2，如采集有含矿含水层不同岩性的岩心，可通过室内实验，分别测定不同岩性岩心及混合岩心的三向渗透系数，平行于地下水流向渗透系数Kx，垂直于地下水流向渗透系数Ky，以及岩心的垂向渗透系数Kz；否则采用该矿床地质报告中提交的关于含矿层渗透性数据。
在所构建的地浸采区非均质三维地质模型基础上，对含矿含水层空间按照一定分辨率进行离散化，生成一系列单元，并将铀品位模型赋值到空间对应位置的单元块中，形成地浸采区的几何模型与铀品位模型的融合模型。
步骤3，在融合模型基础上，添加地浸采铀工艺钻井，设定钻井过滤器的开启位置和长度，至此，已完成地浸采区多源信息融合模型的构建。首次设定按照一般规则：过滤器对准矿层，长度最小为4m，若矿体厚度＞4m，则过滤器长度等于矿体厚度；钻井过滤器的开启位置和长度是可调节参数。
步骤4，在步骤3设定的钻井过滤器的开启位置和长度参数条件下，结合地浸采区涌水量、渗透性能大小以及地下水承压性能，设定注液井流量和抽液井流量，进行第一次溶质颗粒运移模拟计算。
步骤5，计算达到抽液井的颗粒，以及计算达到抽液井的各品位区颗粒占比情况。
步骤6，依据计算出的抽液井回收颗粒占比以及抽液井回收颗粒在各品位区的分布比例情况，与采矿工程师设定的稀释比例值进行比较；当前过滤器设定位置及长度该区域钻井的优化开采方案；计算出的稀释比例值＞设定值，转入步骤7；若计算出的稀释比例值≤设定值，执行步骤8。
步骤7，调整钻井过滤器位置及长度，然后，返回执行步骤4。
步骤8，结束流程，返回最近一次钻井过滤器位置及长度参数值。
通过以上步骤，实现砂岩型铀矿原地浸出钻井过滤器布设位置及长度的精准设计，如图2所示。
某高渗透、厚砂体砂岩型铀矿采区井网施工已完成，均为“盲井”(一次成井)，即成井后全部为未开启过滤层的盲套管钻井。通过钻井一次成井过程中获得的物探测井数据及岩性、矿层等参数，建立三维地质模型，在此基础上，转化为赋有地层参数和物性参数的几何模型，进行溶质颗粒运移模拟，通过调节几何模型中钻井的过滤器位置及长度，达到浸采单元中钻井的过滤器优化布设位置及优化设计长度，浸出液稀释比例由40％～80％减少至15％～30％，浸出效率可得到明显提升。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
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)
1.一种砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：收集和处理钻井基本信息，并依据所述钻井基本信息构建地浸采区非均质三维地质模型；
步骤S2：在所述地浸采区非均质三维地质模型基础上，对含矿含水层空间按照分辨率进行离散化，生成一系列单元，并将铀品位模型赋值到空间对应位置的单元块中，形成地浸采区的几何模型与铀品位模型的融合模型；
步骤S3：在融合模型基础上，添加地浸采铀工艺钻井，设定钻井过滤器的开启位置和长度；
步骤S4：在所述设定的钻井过滤器的开启位置和长度参数条件下，结合地浸采区涌水量、渗透性能大小以及地下水承压性能，设定注液井流量和抽液井流量，进行第一次溶质颗粒运移模拟计算；
步骤S5：计算达到抽液井的颗粒，以及计算得到抽液井的各品位区颗粒占比；
步骤S6：依据所述抽液井回收颗粒占比以及抽液井回收颗粒在各品位区的分布比例情况，计算稀释比例值，计算出的稀释比例值与设定的稀释比例值进行比较；
若计算出的稀释比例值＞设定的稀释比例值，执行步骤S7；
若计算出的稀释比例值≤设定的稀释比例值，计算结束，当前过滤器设定位置及长度即为区域矿体的精准开采方案，执行步骤8；
步骤S7：调整钻井过滤器位置及长度，然后，返回执行步骤S4；
步骤S8：结束流程，返回最近一次钻井过滤器位置及长度参数值。
2.根据权利要求1所述的砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述钻井基本信息包括：钻井坐标、深度、岩性划分及矿层品位。
3.根据权利要求1所述的砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用基于数学插值的隐式建模方法构建地浸采区非均质三维地质模型。
4.根据权利要求1所述的砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，其特征在于，所述步骤S1后还包括：
如采集有含矿含水层不同岩性的岩心，通过室内实验，分别测定不同岩性岩心及混合岩心的三向渗透系数；否则采用已知含矿层渗透性数据。
5.根据权利要求1所述的砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，其特征在于，所述步骤S2中，将开采区域在三维空间上离散为规则长方体集合，并在步骤S1形成的地质模型约束下设置各长方体所属岩性，并采用地质统计学插值方法，确定各长方体铀品位，形成地浸采区的岩性与铀品位的融合模型。
6.根据权利要求1所述的砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，其特征在于，所述步骤S4中，
首次设定时，过滤器对准矿层，长度最小为4m，若矿体厚度＞4m，则过滤器长度等于矿体厚度。
7.根据权利要求1所述的砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述设定的稀释比例值依照以下条件执行：
渗透性＞1m/d、含矿含水层厚度H＞30m、矿体厚度＜4m的铀矿的稀释比例值不低于30％；
渗透K＜0.2m/d、含矿层厚度＜15m、矿体厚度＞4m的铀矿的稀释比例值为13％～15％；
介于以上两种情况之间的，在15～30％区间内取值。
8.根据权利要求1所述的砂岩型铀矿原地浸出精准开采方法，其特征在于，所述步骤S7中，调整钻井过滤器位置及长度具体他包括：
抽液井的过滤器位置往钻井底部方向调整，每次降低1m；注液井的过滤器位置往钻井顶部方向调整，每次上升1m；
过滤器长度＜4m,不再缩短，仅进行过滤器位置优化；
过滤器长度＞8m的，在3次调整过滤器位置后，稀释比仍不能达到设定值的，减小过滤器长度再进行优化，每次缩短0.5m。
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