一种薄层天然碱的开采方法技术

本发明专利技术适用于矿山开采技术领域，提供了一种薄层天然碱的开采方法；包括以下步骤：钻井，在天然碱矿层进行地应力测试，确定最大主应力方向；沿最大主应力方向布置压裂井和采卤井，进行钻井，以一口压裂井和至少为两口采卤井为一个井组，可设置多个井组；完井，压裂井下套管、固井，水泥砂浆返至地面；压裂，从最深矿组开始，在压裂井进行分层射孔和水力压裂，并对裂缝的扩展方向和规模进行监测；开采，开采该矿组的天然碱；充填溶腔，在该矿组形成较大溶腔，即天然碱开采到一定程度时，用抗碱水泥砂浆或抗碱的泡沫水泥浆充填天然碱采出形成的溶腔；开采较浅一级矿组。开采较浅一级矿组。开采较浅一级矿组。

【技术实现步骤摘要】
一种薄层天然碱的开采方法


[0001]本专利技术涉及矿山开采
，具体是一种薄层天然碱的开采方法。

技术介绍

[0002]目前，矿井盐(或天然碱)的开采方法主要有单井对流法(或称为“单井吞吐法”)、水力压裂连通井法和水平对接连通井法(或称为“钻井水溶采矿法”)等。单井对流法是指直井建井完成后,在井内下入油管(中心管),从油管及油管与技术套管间环隙注水或溢卤的方法。水力压裂连通法是指相邻两口直井建井完成后,用水力压裂连通法把两井底从盐层内贯通,进而一口井注水,另一口井出卤的采卤方法。生产期内产卤量大、卤含高。水平对接连通井法是指通过定向钻探施工水平对接井组，其中每个井组含1～2口垂直井和1口水平井，形成一个地下采矿通道。通过管线注入热水溶解地下矿藏，从另一口井返出卤水，从而实现钻井水溶开采。一般来说，单井对流法的溶腔平均半径只有几十m，采收率较低。水力压裂连通井、水平对接连通井的采收率较高，是目前井矿田主要采用的开采方法。
[0003]但是，采用这两种开采方法时，溶腔的最大安全跨度(即溶腔顶板不发生垮落)一般在100m之内。为了追求开采效益，水力压裂连通井和水平对接连通井的井距一般都在250～300m甚至更长，远远超过最大安全跨度，采空后巨大溶腔的顶板容易发生整体塌落现象，甚至发生地面塌陷。为避免这些情况，现提出一种薄层天然碱的开采方法来解决该技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种薄层天然碱的开采方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种薄层天然碱的开采方法，包括以下步骤：
[0007]钻井：天然碱矿层进行地应力测试，确定最大主应力方向；沿最大主应力方向布置压裂井和采卤井的位置进行钻井，以一口压裂井和至少为两口采卤井为一个井组，设置多个井组；
[0008]完井：压裂井下套管、固井，水泥砂浆返至地面；采卤井在矿层段采用筛管或砾石充填等方式完井；
[0009]压裂：从最深矿组开始，在压裂井进行分层射孔和水力压裂，并对裂缝的扩展方向和规模进行监测；
[0010]开采：开采该矿组的天然碱；
[0011]溶腔充填：在该矿组形成较大溶腔，即天然碱开采到一定程度时，用抗碱水泥砂浆或抗碱的泡沫水泥浆充填天然碱采出形成的溶腔，增强溶腔顶板的稳定性；也可视该矿组天然碱的采收率，继续开采该矿组的天然碱；
[0012]开采较浅一级矿组：依次开采较浅一级矿组，重复射孔、压裂、开采和充填溶腔等
步骤，直至开采完该井组所有的天然碱矿。
[0013]作为本专利技术进一步的方案：所述地应力测试采用水压致裂法。
[0014]作为本专利技术再进一步的方案：所述压裂井和采卤井均穿透薄层天然碱层。
[0015]作为本专利技术再进一步的方案：所述压裂井和采卤井均穿透薄层天然碱层。
[0016]作为本专利技术再进一步的方案：所述压裂井和采卤井均为直井。
[0017]作为本专利技术再进一步的方案：多个井组中的井深度不等。
[0018]作为本专利技术再进一步的方案：所述井组包括1口压裂井和2口采卤井。
[0019]作为本专利技术再进一步的方案：所述井组包括1口压裂井和4口采卤井。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021](1)直井压裂井组采卤法可以建立起同一矿组内不同薄层天然碱之间的联系，施工成本低；
[0022](2)采用成本可控的抗碱水泥砂浆或抗碱的泡沫水泥浆充填采空后溶腔的空间，可避免溶腔顶板坍塌、地面塌陷等问题，保护矿山生态环境；
[0023](3)水泥砂浆充填后的溶腔整体稳定性好，为较浅矿组天然碱的开采提供有力支撑，可实现零矿柱采碱，大幅度提高薄层天然碱的采出率。
附图说明
[0024]图1为薄层天然碱的开采方法示意图。
[0025]图2为薄层天然碱的开采方法中一个井组中压裂井和采卤井的布置示意图。
[0026]图3为薄层天然碱的开采方法中压裂井裂缝沟通同一矿组不同薄层天然碱矿层的示意图。
[0027]图4为薄层天然碱的开采方法中用抗碱的水泥砂浆或泡沫水泥浆充填采空后溶腔的示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]实施例1
[0030]请参阅图1～图4，本专利技术实施例1中，为本专利技术实施例提供的一种薄层天然碱的开采方法，包括以下步骤：
[0031]S1、钻井：天然碱矿层进行地应力测试，确定最大主应力方向；沿最大主应力方向布置压裂井和采卤井的位置进行钻井；以1口压裂井和2口采卤井为一个井组，设置多个井组；井间距一般不超过水力压裂的缝长为宜。在同一个矿场，可根据开采需要布置多个井组。
[0032]多个井组井深度不同。
[0033]地应力测试一般多采用水压致裂法。
[0034]所述压裂井和采卤井均为直井。
[0035]S2、完井：压裂井下套管、固井，水泥砂浆返至地面；采卤井在矿层段采用筛管或砾石充填等方式完井；
[0036]钻井过程中应考虑射孔工艺、射孔参数和射孔器材对射孔效果的影响。
[0037]所述压裂井和采卤井均穿透薄层天然碱层。
[0038]S3、压裂：从最深矿组开始，在压裂井进行分层射孔和水力压裂(图3)，并对裂缝的扩展方向和规模进行监测。压裂过程中应考虑压裂工艺和压裂液(含支撑剂)对压裂效果的影响，利用微地震裂缝监测技术监测裂缝扩展规律，可根据裂缝扩展规律调整后期其他井组中压裂井和采卤井的井位布局。
[0039]S4、开采：开采该矿组的天然碱。
[0040]S5、溶腔充填：在该矿组形成较大溶腔，即天然碱开采到一定程度时，用成本可控的抗碱水泥砂浆充填天然碱采出形成的溶腔(图4)，增强溶腔顶板的稳定性，可视该矿组天然碱的采收率，继续开采该矿组的天然碱。
[0041]所述水泥砂浆的初凝时间应比注浆施工时间再多一小时左右，确保施工安全。水泥砂浆固结体应具有较好渗透性，为后续天然碱的采出提供通道。
[0042]S6、开采较浅一级矿组：依次开采较浅一级矿组，重复射孔、压裂、开采和充填溶腔等步骤，直至开采完该井组所有的天然碱矿。
[0043]本专利技术的实施例提供了一种薄层天然碱的开采方法(图1)，由直井压裂井组采卤法、“以浆换柱增采卤法”组成。
[0044]在本专利技术中，直井压裂井组采卤法，是指在钻一口压裂井(直井)和多口采卤井(直井)的基础上，从最深矿组开始，分组实施射孔、水力压裂和采卤作业。
[0045]在本专利技术中，“以浆换柱增采卤法”，是指当该矿组采卤到一定程度时，从地表注入成本可控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄层天然碱的开采方法，其特征在于，包括以下步骤：钻井：天然碱矿层进行地应力测试，确定最大主应力方向；沿最大主应力方向布置压裂井和采卤井的位置进行钻井，以一口压裂井和至少为两口采卤井为一个井组，可设置多个井组；完井：压裂井下套管、固井，水泥砂浆返至地面；采卤井在矿层段采用筛管或砾石充填等方式完井；压裂：从最深矿组开始，在压裂井进行分层射孔和水力压裂，并对裂缝的扩展方向和规模进行监测；开采：开采该矿组的天然碱；充填溶腔：在该矿组形成较大溶腔，即天然碱开采到一定程度时，用抗碱水泥砂浆或抗碱的泡沫水泥浆充填天然碱采出形成的溶腔；可视该矿组天然碱的采收率，继续开采该矿组的天然碱；开采较浅一级矿组：依次开采较浅一级矿组...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡记华，祁士华，徐志刚，郑宏锋，
申请(专利权)人：中国五环工程有限公司，
类型：发明
国别省市：