CN115861551A - 一种地浸采铀的数字建井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于砂岩型铀矿地浸开采技术领域，具体涉及一种地浸采铀的数字建井方法。目前我国铀矿山信息化、智能化水平偏低，尤其是在采区开拓钻孔设计时，多为盲井，采用“一井一设计”，全采区钻孔数据与信息交互性差。本发明通过勘探后，对三维地质建模；精确设计采区开拓井网及钻孔孔距、孔深；开展工艺钻孔盲井施工，并进行地球物理测井；精细三维地质模型；模拟采区渗流场，建立溶浸流场动态三维模型；精确构建溶浸液通道，对群井建造过滤器定量优化；二次成井、切割建造过滤器。实现精准控制溶浸液在含矿层中的渗透范围，减少地下流体对溶浸液的稀释，缩短开采时限，降低原材料消耗，降低生产成本，大幅提高采区资源回收率。
Description
技术领域
本发明属于砂岩型铀矿地浸开采技术领域，具体涉及一种地浸采铀的数字建井方法。
背景技术
砂岩型铀矿地浸开采是一种集采、冶于一体的新型铀矿开采方法，已经广泛应用于我国砂岩型铀矿地浸开发实践，我国在新疆伊犁建成了国内首个千吨级地浸铀矿大基地，在内蒙古通辽市建成了首座CO2+O2绿色环保铀矿山，在内蒙古呼和浩特市建成了我国首个地浸铀矿山远程管控中心。如今，传统铀矿山的数字化转型已成为矿山转型升级的战略手段，矿山企业纷纷加大对信息科技的投入，改变矿山传统运行模式，构建起了数字矿业新生态。而如何突破传统，开拓新思路，是当前我国砂岩型铀矿地浸开采急需解决问题。“数字建井”可提取采区所需的数字信息，进一步进行整合叠加，得到更有利的“1+1>2”的信息资源，因此，地浸采铀融入数字建井技术方法十分必要，也是我国建设数字化铀矿山的必然要求。
目前我国铀矿山信息化、智能化水平偏低，尤其是在采区开拓钻孔设计时，多为盲井，采用“一井一设计”，全采区钻孔数据与信息交互性差，而在一定的地质、水文地质条件下，工艺盲井作为溶浸剂注入与浸出液抽出含矿含水层的唯一通道，在钻孔过滤器建造完成之后，人工构建的溶浸采矿渗流场客观事实已经“定型”，即使在后期的地浸生产实践中暴露出溶浸死角面积大、溶浸剂覆盖率低等突出问题，实质上也很难再通过调控抽注液量等人为手段来改善。
除此以外，在实践过程中因对采区的三维地质特征了解不足，对地下流体补-径-排水文地质特征了解不足，对溶浸场的地下特征了解不足，导致在施工工艺井时对孔深、孔距的布设不够精确，从而影响浸出效率。
发明内容
1.目的
为了克服以上缺陷，精准控制溶浸液在含矿层中的渗透范围，减少地下流体对溶浸液的稀释，缩短开采时限，降低原材料消耗，降低生产成本，大幅提高采区资源回收率，本发明提供了一种地浸采铀的数字建井方法。
2.技术方案
一种地浸采铀的数字建井方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：通过开展铀矿地质勘探，查明矿床基本地质特征；
步骤2：通过开展矿床三维地质建模，实现矿体空间形态的可视化表达；
步骤3：通过综合分析矿床特征信息及矿床三维地质模型，精确设计采区开拓井网及钻孔孔距、孔深；
步骤4：开展工艺钻孔盲井施工，并进行地球物理测井；
步骤5：建立采区的三维精细地质模型；
步骤6：对采区渗流场进行模拟，建立溶浸流场动态三维模型，实现溶浸流场可视化表达；
步骤7：在步骤6基础上，精确构建溶浸液通道，对群井建造过滤器定量优化；
步骤8：根据步骤7提供的准确数据(主要是垂向上矿层的准确位置)进行二次成井、切割建造过滤器，形成与矿体发育所匹配的“溶浸窗口”；
步骤9通过建立数字化群井，采区投入地浸开采运行。
如上所述步骤1中包括：通过对铀矿床开展地质勘探工作，查明目的层地层结构、砂体、氧化带发育特征，查明铀矿体规模、形态和空间分布，查明矿石组成和矿石质量及矿石密度、湿度特征，基本查明矿体铀镭、镭氡平衡系数及其变化规律，查明矿床水文地质、工程地质和环境地质特征及地浸水文地质参数，查明资源储量；
如上所述步骤2中包括：通过步骤1所获得的井口坐标、样品分析测试数据、地球物理测井数据、地质剖面图、平面图等信息录入Quanty U或EVS或3Dmine等软件数据库，并使用对应软件对铀矿床进行三维地质建模，实现矿体空间形态的可视化表达；
如上所述步骤3中包括：根据矿床地质、水文地质条件及前期地浸采铀条件试验及扩大试验数据，对矿床的矿层厚度、渗透系数作为主要分类参数，将矿层的厚度M值，分级为M<2m、2m<M<4m、4m<M<6m和M>6m共4个级别；将矿层渗透系数
值分级为
和
共5个级别，并将所选定的分类参数值(M和/>
)在图上绘制等值线，按分类参数近似值将矿层划分成若干采区，并圈出采区的形态和边界，预选出三角形(4点型)、正方形(5点型)、六角形(7点型)钻孔排列井网布置于图上，用不同大小的参数进行计算，并绘制出不同的流网图，对比不同开拓井网浸出剂的流网对采区的覆盖率、溶浸范围边界与采区边界的重合率、溶浸范围内的“溶浸死角”和“缓流区”面积的大小、以及抽注液钻孔数量的多少，确定井网钻孔排列方式与孔距，并根据步骤2的三维地质模型计算采区井网中不同钻孔的孔深。
如上所述步骤4中包括：根据步骤3的设计方案，开展建井第一阶段的裸眼井施工，钻进至设计深度，开展地球物理测井，获取定量伽马参数，视电阻率参数，密度参数，自然电位及井径等参数，并根据测井结果准确定位矿段位置后设计井管长度，并将其下放至设计孔深，采用水泥浆完成固井工作，完成工艺钻孔盲井施工；
如上所述步骤5中包括：通过步骤(4)中所获取的测井参数，对步骤(2)中所获得的矿体的三维精细地质建模进行修正和完善，进一步精细的可视化表达含矿含水层(如图2、图3)、矿体的空间形态及岩性的空间分布，以及品位、平米铀量的空间变化特征；
如上所述步骤6中包括：在完成步骤(4)和步骤(5)的基础上，建立水文地质计算参数的岩性模型、地下水流模型、溶质迁移模型，从而得出采区水动力特征，通过GMS软件，对采区渗流场进行模拟，实现溶浸流场的可视化表达，得出有效浸染面积、有效浸染率，并对浸出效果进行预评价(如图4所示)；
如上所述步骤7中包括：根据步骤(5)、步骤(6)得出的数字化参数，对采区群井建造过滤器进行定量优化；
如上所述步骤8中包括：根据步骤(7)的优化方案，精确定位各井中的矿层位置，并对建造过滤器进行准确定位切割，实现二次数字化成井，形成与矿体发育所匹配的“溶浸窗口”；
如上所述步骤9中包括：通过以上步骤，在采区建立数字化工艺群井，投入地浸开采运行。
3.效果
本发明实现了全采区钻孔过滤器设计与建造的定量优化，根据勘探报告相关资料，建立采区地质三维可视化模型，再结合矿体具体矿体形态和产状，运用大数据所体现的“系统思维”和“全局观点”，整体布局全采区钻孔过滤器设计与建造，打通了传统地浸采铀采区开拓设计中单孔数据和信息不易交互的“断点”。
本发明实现了地下溶浸流场的真实模拟、预测与可视化表达。基于采区三维地质可视化模型，将数据与场景相结合，以多维方式呈现数据，在现实物理铀矿层与虚拟孪生体建立全面的实时连接，真实展示了溶浸流场溶质的最优运移路径以及溶质浓度分布状况。
本发明一定程度上解决了实践中溶浸死角面积大、溶浸剂覆盖率低等突出问题，提高了浸出率，可进一步降低地浸砂岩铀矿经济可采指标，降低砂岩铀矿资源储量计算的边界指标，大幅增加了砂岩型铀矿的矿资源储量。
附图说明
图1一种地浸采铀的数字建井方法流程示意图
图2工艺盲井施工前基于勘探钻孔的含矿含水层三维地质建模
图3工艺盲井施工后(钻孔加密后)含矿含水层三维精细地质建模
图4某浸采单元的地浸采铀流场特征参数模拟图(a为平面图、b为横剖面、c为纵剖面)1-矿体未被浸染范围；2-有效浸染范围；3-不在矿体内的对流范围；4-流场模拟流线
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
以内蒙古某矿采区为研究区，采矿目标层赛汉组上段发育河流相砂体，岩性以含砾粗砂岩和砂质砾岩为主，结构疏松，渗透性好，渗透系数为8.94m/d，含矿含水层总厚度20～50m不等，具有稳定的隔水顶底板，渗透系数为8.94m/d，涌水量较大，地下水位埋深浅，具较强承压性。矿体平均埋深95m，发育1～3层矿体，呈板状发育，厚度为3.6～14m，品位较低0.010％～0.015％，平米铀量为1～3.05kg/m2。适合“数字建井”初步探索研究。
如图1所示，采用本发明的一种地浸采铀的数字建井方法，其具体包括如下步骤：
步骤1对该矿床开展铀矿勘查施工，查明赛汉组上段地层结构、砂体、氧化带发育特征，查明铀矿体规模、形态和空间分布等，查明矿石组成和矿石质量及矿石密度、湿度等特征，基本查明矿体铜镭、镭氡平衡系数及其变化规律，查明矿床水文地质、工程地质和环境地质等特征及地浸水文地质参数；
步骤2通过步骤1所获得的井口坐标、样品分析测试数据、钻孔地质编录数据、地球物理测井数据等参数信息录入EVS软件数据库，并对该铀矿床进行了三维地质建模，对该矿床的含矿含水层建立了模型、实现了矿体空间展布可视化；
步骤3通过分析利用矿床地质、水文地质条件及前期地浸采铀条件实验及扩大实验数据，结合步骤2中矿体模型参数信息，合理设计了采区开拓井网，采用五点型井型设计，共包括60组抽注单元，并根据步骤2的矿体空间展布信息，精确设计钻孔孔距，抽注孔间距为27m，孔深为75～105m不等。
步骤4根据步骤3的设计，开展第一阶段的裸眼井施工，钻机钻进至设计深度后，开展地球物理测井，获取定量伽马参数，视电阻率参数，密度参数，自然电位及井径等参数，并根据测井结果准确定位矿段位置后设计井管长度，并将其下放至设计孔深，采用水泥浆完成固井工作，完成工艺钻孔盲井施工；
步骤5通过步骤4中所获取的测井参数，再次通过EVS软件对矿体的三维精细地质建模进行修正和完善，进一步精细的修正了采区三维地质模型，从而可视化表达含矿含水层、矿体的空间形态及岩性的空间分布，品位、平米铀量的空间变化特征；
步骤6通过GMS软件，对采区A1浸采单元渗流场进行模拟，获取溶浸流场动态三维模型，并建立了以砂岩铀矿体有效浸出面积、有效浸出率、垂向有效对流比等为代表的评价方法。
步骤7选择某采区A1浸采单元1000d的模拟结果为例，在过滤器长度为4m、6m、8m，过滤器位置为从矿层中心位置向上下延伸的设置方案下，过滤器长度为6m达到较优效果，平面上和垂向上的有效浸出范围达90％以上，综合有效浸出率达到80％以上。
步骤8根据步骤7的方案和步骤(5)所得的采区精细三维地质模型，对各工艺盲井中的矿层位置精确定位，并对建造过滤器进行准确定位切割，长度统一为6m，完成二次数字化成井，精确构建溶浸液通道，形成了与矿体发育较为匹配的“溶浸窗口”；
步骤9通过以上步骤，采区投入地浸开采运行。
通过以上，完成了“数字建井”技术的应用，大幅提高了A1采区资源回收率，减少了溶浸死角，缩短采区了开采时限，降低无效浸出，节约化工原材料消耗，提高了矿体开发经济性。
Claims (10)
1.一种地浸采铀的数字建井方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：通过开展铀矿地质勘探，查明矿床基本地质特征；
步骤2：通过开展矿床三维地质建模，实现矿体空间形态的可视化表达；
步骤3：通过综合分析矿床特征信息及矿床三维地质模型，精确设计采区开拓井网及钻孔孔距、孔深；
步骤4：开展工艺钻孔盲井施工，并进行地球物理测井；
步骤5：建立采区的三维精细地质模型；
步骤6：对采区渗流场进行模拟，建立溶浸流场动态三维模型，实现溶浸流场可视化表达；
步骤7：精确构建溶浸液通道，对群井建造过滤器定量优化；
步骤8：二次成井、切割建造过滤器，形成与矿体发育所匹配的溶浸窗口；
步骤9：通过建立数字化群井，采区投入地浸开采运行。
2.根据权利要求1所述的一种地浸采铀的数字建井方法，其特征在于：步骤1：通过开展铀矿地质勘探，查明矿床基本地质特征，具体包括：
通过对铀矿床开展地质勘探工作，查明目的层地层结构、砂体、氧化带发育特征，查明铀矿体规模、形态和空间分布，查明矿石组成和矿石质量及矿石密度、湿度特征，查明矿体铀镭、镭氡平衡系数及其变化规律，查明矿床水文地质、工程地质和环境地质特征及地浸水文地质参数，查明资源储量。
3.根据权利要求1所述的一种地浸采铀的数字建井方法，其特征在于：步骤2：通过开展矿床三维地质建模，实现矿体空间形态的可视化表达，具体包括：
通过步骤1所获得的井口坐标、样品分析测试数据、地球物理测井数据、地质剖面图、平面图录入软件数据库，并使用对应软件对铀矿床进行三维地质建模，实现矿体空间形态的可视化表达。
4.根据权利要求1所述的一种地浸采铀的数字建井方法，其特征在于：步骤3：通过综合分析矿床特征信息及矿床三维地质模型，设计采区开拓井网及钻孔孔距、孔深，具体包括：
根据矿床地质、水文地质条件及前期地浸采铀条件试验及扩大试验数据，对矿床的矿层厚度、渗透系数作为主要分类参数，将矿层的厚度M值，分级为4个级别；将矿层渗透系数
值分级为5个级别，并将所选定的M和/>
在图上绘制等值线，按分类参数近似值将矿层划分成若干采区，并圈出采区的形态和边界，预选出三角形、正方形、六角形钻孔排列井网布置于图上，通过参数计算，绘制出不同的流网图，对比后确定井网钻孔排列方式与孔距，并根据步骤2的三维地质模型计算采区井网中不同钻孔的孔深。
5.根据权利要求1所述的一种地浸采铀的数字建井方法，其特征在于：步骤4：开展工艺钻孔盲井施工，并进行地球物理测井，具体包括：
根据步骤3，开展建井第一阶段的裸眼井施工，钻进至设计深度，开展地球物理测井，获取定量伽马参数，视电阻率参数，密度参数，自然电位及井径参数，并根据测井结果准确定位矿段位置后设计井管长度，并将其下放至设计孔深，采用水泥浆完成固井工作，完成工艺钻孔盲井施工。
6.根据权利要求1所述的一种地浸采铀的数字建井方法，其特征在于：步骤5：建立采区的三维精细地质模型，具体包括：
通过步骤4中所获取的测井参数，对步骤2中所获得的矿体的三维精细地质建模进行修正和完善，进一步精确可视化表达含矿含水层、矿体的空间形态及岩性的空间分布，以及品位、平米铀量的空间变化特征。
7.根据权利要求1所述的一种地浸采铀的数字建井方法，其特征在于：步骤6：对采区渗流场进行模拟，建立溶浸流场动态三维模型，实现溶浸流场可视化表达，具体包括：
在完成步骤4和步骤5的基础上，建立水文地质计算参数的岩性模型、地下水流模型、溶质迁移模型，从而得出采区水动力特征，通过软件对采区渗流场进行模拟，可视化表达溶浸流场，得出有效浸染面积、有效浸染率，并对浸出效果进行预评价。
8.根据权利要求1所述的一种地浸采铀的数字建井方法，其特征在于：步骤7：精确构建溶浸液通道，对群井建造过滤器定量优化，具体包括：
根据步骤5、步骤6得出的数字化参数，对采区群井建造过滤器进行定量优化。
9.根据权利要求1所述的一种地浸采铀的数字建井方法，其特征在于：步骤8：二次成井、切割建造过滤器，形成与矿体发育所匹配的溶浸窗口，具体包括：
根据步骤7，精确定位各井中的矿层位置，并对建造过滤器进行准确定位切割，实现二次数字化成井，形成与矿体发育所匹配的溶浸窗口。
10.根据权利要求1所述的一种地浸采铀的数字建井方法，其特征在于：步骤9：通过建立数字化群井，采区投入地浸开采运行，具体包括：
通过以上步骤1-8，在采区建立数字化工艺群井，投入地浸开采运行。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202211274544.8A CN115861551A (zh) | 2022-10-18 | 2022-10-18 | 一种地浸采铀的数字建井方法 |
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| CN (1) | CN115861551A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117852311A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-09 | 核工业北京化工冶金研究院 | 一种地浸采铀有效浸采范围计算方法、装置、设备及介质 |
-
2022
- 2022-10-18 CN CN202211274544.8A patent/CN115861551A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117852311A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-09 | 核工业北京化工冶金研究院 | 一种地浸采铀有效浸采范围计算方法、装置、设备及介质 |
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