CN116933584A - 地浸采铀模拟方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种地浸采铀模拟方法和装置,涉及地浸采铀领域。其中的方法包括:对地浸采铀采区的三维模型进行单元格划分,确定三维模型中各注液井所在单元格的位置和三维模型中各抽液井所在单元格的位置;向三维模型中注入多个追踪粒子,确定各追踪粒子在不同时刻的位置;根据各追踪粒子在不同时刻的位置、各注液井所在单元格的位置以及各抽液井所在单元格的位置,确定地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值;输出相关参数模拟值。应用本公开可以通过数值模拟方法进行地浸采铀水动力渗流场模拟,刻画所有抽液井和某单一注液井间的水力联系。
Description
技术领域
本申请涉及核工业技术领域,具体涉及地浸采铀领域,尤其涉及一种地浸采铀模拟方法和装置。
背景技术
原地浸出采铀是依靠钻孔将化学溶液注入含矿地层中,通过控制流场水力梯度,使溶液沿矿层运移,并与矿石发生反应生成含铀溶液,再经由抽液井抽出至地表进行分离提纯的原位开采技术。这其中地浸采铀流场是一个地浸采铀流体在地下含矿含水层中的对流运动、溶质弥散及化学反应的综合场,三个场相互作用形成流体的流动、扩散与反应。
在现有地浸采铀流场特征范围的研究中,物理实验方法可刻画浸出液的三维空间分布范围,但实施成本较高且测量误差大,无法大规模应用于地浸采铀实际采区。如何准确地对地浸采铀采区的各项参数进行精确模拟运算是一项重要的课题。
发明内容
本公开的实施例提供了一种地浸采铀模拟方法和装置。
第一方面,本公开的实施例提供了一种地浸采铀模拟方法,包括:对地浸采铀采区的三维模型进行单元格划分,确定三维模型中各注液井所在单元格的位置和三维模型中各抽液井所在单元格的位置;向三维模型中注入多个追踪粒子,确定各追踪粒子在不同时刻的位置;根据各追踪粒子在不同时刻的位置、各注液井所在单元格的位置以及各抽液井所在单元格的位置,确定地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值;输出相关参数模拟值。
第二方面,本公开的实施例提供了一种地浸采铀模拟装置,包括:划分单元,被配置成对地浸采铀采区的三维模型进行单元格划分,确定三维模型中各注液井所在单元格的位置和三维模型中各抽液井所在单元格的位置;注入单元,被配置成向三维模型中注入多个追踪粒子,确定各追踪粒子在不同时刻的位置;模拟单元,被配置成根据各追踪粒子在不同时刻的位置、各注液井所在单元格的位置以及各抽液井所在单元格的位置,确定地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值;输出单元,被配置成输出相关参数模拟值。
应当理解,本部分所描述的内容并非旨在位置本公开的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案,不构成对本公开的限定。其中:
图1为本公开的地浸采铀模拟方法的一个实施例的流程示意图;
图2为地浸采铀采区的三维模型的示意图;
图3为本公开的地浸采铀模拟方法的另一个实施例的流程示意图;
图4为本公开的地浸采铀模拟装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明,本文中使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下,本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为使本公开的技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本公开作进一步详细的说明。
图1示出了本公开的地浸采铀模拟方法的一个实施例的流程100。如图1所示,本实施例的地浸采铀模拟方法可以包括以下步骤:
步骤101,对地浸采铀采区的三维模型进行单元格划分,确定三维模型中各注液井所在单元格的位置和三维模型中各抽液井所在单元格的位置。
本实施例中,为了更准确的对地浸采铀采区的相关参数进行模拟计算,首先建立了地浸采铀采区的三维模型。这里,三维模型可以是由现有的模型构建类应用构建得到。在一些具体的实践中,三维模型可以为由GMS(Groundwater Modeling System,地下水模拟系统)应用中的T-PROGS模块建立的三维非均质地质模型。如图2所示,其中左侧为地浸采铀采区部分区域的三维模型,右侧为整个地浸采铀采区对应的平面范围。通过对右侧整个地浸采铀采区对应的立体模型进行渲染,可以得到左侧部分的三维非均质地质模型。
上述三维模型中可以包括地浸采铀采区的矿层信息、注液井位置和抽液井位置。其中的矿层信息信息可以包括岩性,例如可以包括泥岩,砂岩和粗砂岩。还可以包括矿层厚度、矿层顶底板位置等。注液井的数量和抽液井的数量可以根据地浸采铀采区的范围和实际应用需求进行实际设定。在一些具体的实践中,为了降低计算量,在针对地浸采铀采区的含矿含水层进行模拟计算时,可以将模型的垂向范围设置为825m~920m,并从模型中选取长宽均为930m的部分作为研究区进行具体模拟计算。其中设置的抽注单元的数量为20个(即包括20口注液井和30口抽液井)。
可以首先对上述三维模型进行网格划分。在划分时,网格的大小可以是一致的,也可以是不一致的。例如,网格的大小可以根据注液井的位置和抽液井的位置进行调整。在一些具体的实践中,可以将上述研究区划分为5m×5m×2.5m的三维有限差分网格,共66行,66列,38层。
然后,可以记录每个单元格的位置,包括行位置、列位置和层位置。具体的,可以记录每个注液井所在单元格的位置和每个抽液井所在单元格的位置。
步骤102,向三维模型中注入多个追踪粒子,确定各追踪粒子在不同时刻的位置。
在对三维模型划分后,可以向三维模型中注入多个追踪粒子。这里,每个追踪粒子都具有标识,多个追踪粒子中,部分追踪粒子的注入位置可以相同,也可以都不相同。追踪粒子可以随地浸采铀采区的水流流动,也可以随通过注液井注入的化学溶液流动。通过对不同时刻对追踪粒子在三维模型中的位置进行记录,可以得到各追踪粒子在不同时刻的位置。
步骤103,根据各追踪粒子在不同时刻的位置、各注液井所在单元格的位置以及各抽液井所在单元格的位置,确定地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值。
在得到各追踪粒子在不同时刻的位置后,可以结合各注液井所在的单元格位置以及各抽液井所在的单元格位置,确定地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值。这里,相关参数模拟值可以包括有效对流场体积、无效对流场体积、水动力对流场体积、有效浸染场体积等。具体的,对于单个注液井,可以首先根据各追踪粒子的注入位置和该注液井的位置,确定自该注液井注入的追踪粒子的标识。根据自该注液井注入的追踪粒子在注入时刻之后的时间段内的位置,确定上述相关参数模拟值。例如,可以将自该注液井注入,被抽液井抽取的追踪粒子流过的位置,作为有效浸染场体积。将自该注液井注入的追踪粒子流过的位置,确定有效对流场体积等等。
步骤104,输出相关参数模拟值。
可以将计算得到的相关参数模拟值输出给技术人员,供在地浸采铀的过程中合理设置注液井、抽液井的位置以及其他的环境参数。
本公开的上述实施例提供的地浸采铀模拟方法,通过构件地浸采铀采区的三维模型,并对三维模型进行单元格划分。通过向三维模型中注入追踪粒子,并根据追踪粒子的位置和注液井和抽液井的位置,确定地浸采铀采区的相关参数模拟值,供实际采铀过程中对相关参数进行控制调整。
继续参见图3,其示出了根据本公开的地浸采铀模拟方法的另一个实施例的流程300。如图3所示,本实施例中的方法可以包括以下步骤:
步骤301,对地浸采铀采区的三维模型进行单元格划分,确定三维模型中各注液井所在单元格的位置和三维模型中各抽液井所在单元格的位置。
步骤302,向三维模型中的每个单元格中注入N个追踪粒子,确定N个追踪粒子在不同时刻的位置。
本实施例中,可以首先向三维模型的每个单元格中注入N个追踪粒子。这里,N可以是自然数。这样,N个追踪粒子可以在地浸采铀采区的矿层中随水流流动。可以记录N个追踪粒子在不同时刻的位置。可以理解的是,位置可以包括每个追踪粒子在每个时刻所处的单元格的位置信息。
步骤303,确定N个追踪粒子的注入条件。
在注入N个追踪粒子时,可以记录注入条件。这里的注入条件可以包括水流速度、温度等等。为了保证计算的准确性,在后续注入其他追踪粒子时,可以保证注入条件不变。
步骤304,在注入条件不变的情况下,向三维模型中的各注液井中注入M个追踪粒子,确定M个追踪粒子在不同时刻的位置。
在注入条件不变的情况下,可以向三维模型中的各注液井中注入M个追踪粒子,并记录M个追踪粒子在不同时刻的位置。这里,M的值可以为根据实际情况确定的,也可以是利用预设的模型优化后得到的。
在本实施例的一些可选的实现方式中,可以通过以下步骤确定各追踪粒子在不同时刻的位置:根据各追踪粒子在不同时刻所处单元格的位置,确定各追踪粒子在不同时刻的位置。
本实现方式中,可以首先确定各追踪粒子在不同时刻所处的单元格的位置。具体的,每个追踪粒子在不同时刻可能会随着矿层中的水流场或者溶液的流动而改变位置,即在不同时刻在三维模型中可能处于不同的位置,需要对各追踪粒子在每个时刻所处的单元格的位置进行记录。然后,可以根据各追踪粒子所处的单元格的位置和时刻的对应关系,确定每个追踪粒子的轨迹集合。每个追踪粒子的轨迹都可以理解为一个位置序列,位置序列中的相邻两个位置之间的时间间隔相同。
步骤305,根据N个追踪粒子在不同时刻的位置以及各抽液井所在的单元格位置,确定被各抽液井抽取的第一目标追踪粒子。
本实施例中,在确定N个追踪粒子在不同时刻的位置后,可以将其余各抽液井所在的单元格位置进行比较,将N个追踪粒子中与抽液井所在的单元格位置重合的追踪粒子作为第一目标追踪粒子。这里,第一目标追踪粒子可以理解为被抽液井抽取的追踪粒子。
步骤306,确定第一目标追踪粒子在初始时刻的位置。
在确定第一目标追踪粒子后,可以进一步确定第一目标追踪粒子在初始时刻的位置。
步骤307,根据M个追踪粒子在不同时刻的位置以及各注液井所在的单元格位置,确定M个追踪粒子中自单个注液井注入的第二目标追踪粒子。
本实施例中,可以将自三维模型中的各注液井注入的M个追踪粒子进行分类,确定哪些追踪粒子是自哪个注液井注入。具体的,可以将M个追踪粒子在不同时刻的位置与各注液井所在的单元格位置进行比较,如果某一追踪粒子的位置与某一注液井的位置相同,则认为该追踪粒子是从该注液井注入。
步骤308,根据第一目标追踪粒子在初始时刻的位置以及第二目标追踪粒子在不同时刻的位置,确定地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值。
第一目标追踪粒子为被某一抽液井抽取的追踪粒子,第二目标追踪粒子为被某一注液井注入的追踪粒子。可以理解的是,N个追踪粒子可以包括多个第一目标追踪粒子,M个追踪粒子中可以包括多个第二目标追踪粒子。通过比较第一目标追踪粒子的流动痕迹和第二目标追踪粒子的流动痕迹,可以确定地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值。具体的,可以根据注液井与抽液井之间的位置关系,确定各注液井和各抽液井组成的注抽单元。将单个注抽单元内的每个注液井,将该注液井对应的第二目标追踪粒子的流动痕迹与该注液井对应的抽液井的第一目标追踪粒子的痕迹进行比较。根据二者的交集、并集、差集等确定相关参数模拟值。
在本实施例的一些可选的实现方式中,可以根据第一目标追踪粒子在初始时刻的位置和第二目标追踪粒子在不同时刻的位置之间的合集、交集和差集,确定地浸采铀采区中单个注液井的水动力对流场体积、有效对流场体积和无效对流场体积。
本实现方式中,可以根据第一目标追踪粒子在初始时刻的位置和第二目标追踪粒子在不同时刻的位置的合集,确定水动力对流场体积。根据第一目标追踪粒子在初始时刻的位置和第二目标追踪粒子在不同时刻的位置的交集,确定有效对流场体积。根据第一目标追踪粒子在初始时刻的位置和第二目标追踪粒子在不同时刻的位置的差集,确定无效对流场体积。
具体的,可以根据第一目标追踪粒子在初始时刻的位置和第二目标追踪粒子在不同时刻的位置之间的合集、交集和差集,确定地浸采铀采区中单个注液井的水动力对流范围、有效对流范围和无效对流范围;根据水动力对流范围、有效对流范围、无效对流范围和单元格的体积,确定水动力对流场体积、有效对流场体积和无效对流场体积。
由于每个位置都采用单元格的位置进行表示,将位置集合之间的合集,可以理解为范围。然后,根据上述范围与每个单元格的体积的乘积,确定场的体积。具体的,根据第一目标追踪粒子在初始时刻的位置和第二目标追踪粒子在不同时刻的位置的合集,确定水动力对流场范围。根据第一目标追踪粒子在初始时刻的位置和第二目标追踪粒子在不同时刻的位置的交集,确定有效对流场范围。根据第一目标追踪粒子在初始时刻的位置和第二目标追踪粒子在不同时刻的位置的差集,确定无效对流场范围。将各范围与单元格的体积相乘,得到水动力对流场体积、有效对流场体积和无效对流场体积。
步骤309,确定地浸采铀采区的矿层所占的单元格的位置;根据有效对流范围和矿层所占的单元格的位置,确定单个注液井的有效浸染范围。
本实施例中,还可以从立体角度考虑上述相关参数模拟值。具体的,可以确定地浸采铀采区的矿层所占的单元格的位置。然后,可以将有效对流范围和矿层所占的单元格的形成的范围的交集,作为单个注液井的有效浸染范围。
在本实施例的一些可选的实现方式中,可以根据有效浸染范围以及单元格的体积,确定有效浸染场体积。
在对于某一时刻t的某地浸采区进行流场模拟计算时,可以首先在每个单元格内投放一个粒子,并在Modpath模块中进行地下水流场前向追踪模拟,同时存储相应的粒子轨迹结果(包含粒子编号Particle_index、单元格的行序列号Cell_I、单元格的列序列号Cell_J、单元格的层序列号Cell_K和模拟时间序列Time),将含有上述数据的粒子轨迹集合命名为SetAt。
向相同条件下t时刻的该地浸采铀采区流场内的所有注液井中加入一定数量的粒子,同样在Modpath模块中进行粒子轨迹追踪得到相应的结果(包含粒子编号Particle_index、单元格的行序列号Cell_I、单元格的列序列号Cell_J、单元格的层序列号Cell_K和模拟时间序列Time),将含有上述数据的粒子轨迹集合命名为SetBt。
根据模型单元格位置信息,将采区内所有注液井所占据的单元格行序列号Cell_I、列序列号Cell_J和层序列号Cell_K存储为集合Seti,同时将所有抽液井所占据的单元格行序列号Cell_I、列序列号Cell_J和层序列号Cell_K存储为集合Setp。
筛选出SetAt中单元格的Cell_I、Cell_J和Cell_K与Setp中抽液井的Cell_I、Cell_J和Cell_K一致时对应的Particle_index,并存储为集合SetAtp。
即SetAtp={Particle_index|SetAt(CellI,CellJ,CellK)=Setp(CellI,CellJ,CellK)}。
将集合SetAtp中所有粒子编号(Particle_index)在SetAt中Time=0时刻所对应的Cell_I、Cell_J和Cell_K提取出来存储为SetAtp0。
即SetAtp0={CellI,CellJ,CellK|SetAt(Particle_index∈SetAtp,Time=0)}。
根据所选注液井单元格序列号对Seti进行筛选,将集合SetBt中Cell_I、Cell_J和Cell_K与第i个注液井单元格一致时对应的单元格内的Particle_index存储为集合
即其中(i=1,2,…n)。
在SetBt中提取集合中所有粒子编号(Particle_index)在模拟时间内的所有运动轨迹,并将轨迹对应的Cell_I、Cell_J和Cell_K信息存储为/>
即
由于SetAtp0含有t时刻下能被抽液井捕获的粒子在被投放时的单元格位置信息,而含有t时刻下从第i个注液井流出的不重复粒子轨迹的单元格位置信息,因此上述两者的合集、交集和差集可分别定义为t时刻下的第i个注液井的水动力对流范围/>有效对流范围/>及无效对流范围/>
根据铀储层地质统计模拟结果,设定该地浸采铀采区的矿层所占据单元格Cell_I、Cell_J和Cell_K的集合为Setm,则第i个注液井有效对流范围所占据单元格的集合与集合Setm的交集,可定义为该采区中第i个注液井流场内t时刻的有效浸染范围
设定模型中行、列和层序列号分别为Cell_I、Cell_J和Cell_K的单元格体积为VIJK,则可以对采区流场的水动力对流场体积有效对流场体积/>无效对流场体积及有效浸染场体积/>分别进行计算:
其中行、列和层序列号分别为Cell_I、Cell_J和Cell_K的单元格体积VIJK,在不同模型中由于网格剖分条件不同,单元格的体积在设定时也会存在差异。当模型采用不均等剖分时,则需计算每个单元格的体积值并依据行、列和层的序列号进行比对确定体积值。
步骤310,确定相关参数模拟值随时间的变化关系。
本实施例中,还可以确定相关参数模拟值随时间的变化关系,这样方便研究人员在合适的时间点对采区中的抽液井和注液井进行操作,实现采铀性能的提高。
本公开的上述实施例提供的地浸采铀模拟方法,借助地下水流线模拟结果定量表征所有抽液井和某单一注液井间的三维水力联系,最显著的优势是可以刻画三维对流场范围和有效浸染场范围,所得结果可作为设计地浸采铀开采方案时的科学依据。
进一步参考图4,作为对上述各图所示方法的实现,本公开提供了一种地浸采铀模拟装置的一个实施例,该装置实施例与图1所示的方法实施例相对应,该装置具体可以应用于各种电子设备中。
如图4所示,本实施例的地浸采铀模拟装置400包括:划分单元401、注入单元402、模拟单元403和输出单元404。
划分单元401,被配置成对地浸采铀采区的三维模型进行单元格划分,确定三维模型中各注液井所在单元格的位置和三维模型中各抽液井所在单元格的位置。
注入单元402,被配置成向三维模型中注入多个追踪粒子,确定各追踪粒子在不同时刻的位置。
模拟单元403,被配置成根据各追踪粒子在不同时刻的位置、各注液井所在单元格的位置以及各抽液井所在单元格的位置,确定地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值。
输出单元404,被配置成输出相关参数模拟值。
综上所述,在本公开的技术方案中,可以通过数值模拟方法进行地浸采铀水动力渗流场模拟,刻画所有抽液井和某单一注液井间的水力联系。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已,并不用以限制本公开,凡在本公开的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本公开保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种地浸采铀模拟方法,包括:
对地浸采铀采区的三维模型进行单元格划分,确定所述三维模型中各注液井所在单元格的位置和所述三维模型中各抽液井所在单元格的位置;
向所述三维模型中注入多个追踪粒子,确定各追踪粒子在不同时刻的位置;
根据各追踪粒子在不同时刻的位置、各注液井所在单元格的位置以及各抽液井所在单元格的位置,确定所述地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值;
输出所述相关参数模拟值。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述向所述三维模型中注入多个追踪粒子,确定各追踪粒子在不同时刻的位置,包括:
向所述三维模型中的每个单元格中注入N个追踪粒子,确定所述N个追踪粒子在不同时刻的位置,其中,N为自然数;
确定所述N个追踪粒子的注入条件;
在所述注入条件不变的情况下,向所述三维模型中的各注液井中注入M个追踪粒子,确定所述M个追踪粒子在不同时刻的位置,其中,M为自然数。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述确定各追踪粒子在不同时刻的位置,包括:
根据各追踪粒子在不同时刻所处的单元格的位置,确定各追踪粒子在不同时刻的位置。
4.根据权利要求2所述的方法,其中,所述根据各追踪粒子在不同时刻的位置、各注液井所在单元格的位置以及各抽液井所在单元格的位置,确定所述地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值,包括:
根据所述N个追踪粒子在不同时刻的位置以及各抽液井所在的单元格位置,确定被各抽液井抽取的第一目标追踪粒子;
确定所述第一目标追踪粒子在初始时刻的位置;
根据所述M个追踪粒子在不同时刻的位置以及各注液井所在的单元格位置,确定所述M个追踪粒子中自单个注液井注入的第二目标追踪粒子;
根据所述第一目标追踪粒子在初始时刻的位置以及所述第二目标追踪粒子在不同时刻的位置,确定所述地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值。
5.根据权利要求4所述的方法,其中,所述根据所述第一目标追踪粒子在初始时刻的位置以及所述第二目标追踪粒子在不同时刻的位置,确定所述地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值,包括:
根据所述第一目标追踪粒子在初始时刻的位置和所述第二目标追踪粒子在不同时刻的位置之间的合集、交集和差集,确定所述地浸采铀采区中单个注液井的水动力对流场体积、有效对流场体积和无效对流场体积。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,所述根据所述第一目标追踪粒子在初始时刻的位置和所述第二目标追踪粒子在不同时刻的位置之间的合集、交集和差集,确定所述地浸采铀采区中单个注液井的水动力对流场体积、有效对流场体积和无效对流场体积,包括:
根据所述第一目标追踪粒子在初始时刻的位置和所述第二目标追踪粒子在不同时刻的位置之间的合集、交集和差集,确定所述地浸采铀采区中单个注液井的水动力对流范围、有效对流范围和无效对流范围;
根据所述水动力对流范围、所述有效对流范围、所述无效对流范围和所述单元格的体积,确定所述水动力对流场体积、所述有效对流场体积和所述无效对流场体积。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述方法还包括:
确定所述地浸采铀采区的矿层所占的单元格的位置;
根据所述有效对流范围和所述矿层所占的单元格的位置,确定单个注液井的有效浸染范围。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,所述方法还包括:
根据所述有效浸染范围以及所述单元格的体积,确定有效浸染场体积。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述方法还包括:
确定所述相关参数模拟值随时间的变化关系。
10.一种地浸采铀模拟装置,包括:
划分单元,被配置成对地浸采铀采区的三维模型进行单元格划分,确定所述三维模型中各注液井所在单元格的位置和所述三维模型中各抽液井所在单元格的位置;
注入单元,被配置成向所述三维模型中注入多个追踪粒子,确定各追踪粒子在不同时刻的位置;
模拟单元,被配置成根据各追踪粒子在不同时刻的位置、各注液井所在单元格的位置以及各抽液井所在单元格的位置,确定所述地浸采铀采区中单个注液井的相关参数模拟值;
输出单元,被配置成输出所述相关参数模拟值。
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