一种利用疲劳致裂提高溶浸开采矿产效率的方法技术

一种利用疲劳致裂提高溶浸开采矿产效率的方法，布置五点分布式的井网并进行定向射孔及疲劳压裂作业；在矿体开采区域均匀地钻取呈方形阵列排列的若干个注液井；在各含矿层中以每个注液井为起始端钻取十字水平井；在矿体开采区域均匀地钻取若干个抽液井，确保每个抽液井位于一个基本单元中四个注液井的中心；在每个水平分支井段周围形成四个不等长的水平定向射孔；在每个十字水平井周围形成初步岩层压裂裂隙网络，交替实施加载和卸载的水循环疲劳致裂作业；注入支撑剂维持裂隙；向裂隙网络中注入浸出剂；抽取含矿浸出剂

【技术实现步骤摘要】
一种利用疲劳致裂提高溶浸开采矿产效率的方法


[0001]本专利技术属于矿产溶浸开采
，具体涉及一种利用疲劳致裂提高溶浸开采矿产效率的方法
。

技术介绍

[0002]传统的原地溶浸采矿法是在注入井施加一定的恒定压力注入浸出剂，溶浸剂在矿层中与某些矿物发生物理
、
化学反应生成溶浸液，并在采收井中直接抽取溶浸液，通过溶浸液获取有用矿物
。
采收率和采收速度是溶浸采矿的重要指标，是衡量提高资源利用率的指标，也是衡量溶浸开采状况的一个重要依据
。
注入井和采收井的相对位置直接影响到溶浸剂的溶浸范围和溶浸强度，钻井的分布位置不同导致不同的溶浸范围和溶浸强度；同时岩土体为非均匀的材料，由于裂隙
、
溶洞等切割岩体形成各种非均匀的岩体和岩块，导致了各样的优势流动区域和优势流动通道
。
传统方法注入的溶浸剂主要通过优势流动区域和优势流动通道直接进入采收井
。
溶浸剂所能影响到的矿层范围有限，而矿层中的相对渗透较小区域，溶浸剂流动缓慢或者不流动，进而容易形成“溶浸死区”或“死角”，导致溶浸开采效率较低，不能有效满足多种矿产高效共采的要求
。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种利用疲劳致裂提高溶浸开采矿产效率的方法，该方法操作步骤简单，实施成本低，能够有效增加矿体与浸出剂的接触面积，提高浸出物理
、
化学反应效率，能解决矿产溶浸开采过程中开采效率低下的问题，可实现溶浸采矿的高效
、
安全
、
绿色的开采，可有效满足多种矿产高效共采的需求，具有广阔的应用前景
。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供一种利用疲劳致裂提高溶浸开采矿产效率的方法，具体包括以下步骤：
[0005]步骤一：布置五点分布式的井网并进行定向射孔作业；
[0006]S11
：在矿体开采区域均匀地钻取呈方形阵列排列的若干个注液井，并使每个注液井均竖直状地自地面贯通至含矿产层，其中，每四个注液井呈正方形分布，并作为方形阵列的基本单元；
[0007]S12
：在各含矿产层中分别以每个注液井为起始端钻取十字水平井，其中，每个十字水平井的四个分支井段分别向相邻的四个注液井方向横向水平延伸，且相邻的两个注液井之间相向延伸的两个分支井段之间不相互连通；
[0008]S13
：在矿体开采区域均匀地钻取若干个抽液井，并使每个抽液井均竖直状地自地面贯通至含矿产层，同时，确保每个抽液井位于一个基本单元中四个注液井的中心，并与基本单元中的四个注液井共同形成五点式分布的抽注井网；
[0009]S14
：在各含矿岩层中分别以每个分支井段为起始端进行定向射孔作业，在每个分支井段周围形成四个不等长的水平定向射孔；
[0010]步骤二：向矿层中注入液态水进行水力循环疲劳致裂作业；
[0011]S21
：将地面上的增压设备与若干个注液井的井口进行连接；采用增压设备对液态水进行增压，再通过若干个注液井注入到若干个十字水平井内进行初步水力压裂作业，在每个十字水平井周围形成初步岩层裂隙网络；
[0012]S22
：将地面上的高压水力循环注入系统与若干个注液井的井口进行连接，利用高压水力循环注入系统通过若干个注液井和若干个十字水平井对含矿层交替实施加载和卸载的水循环疲劳致裂作业，实现对初步岩层裂隙网络的进一步水力疲劳循环裂隙扩展，以在初步岩层裂隙网络的基础上进一步形成更加复杂的疲劳裂隙网络；
[0013]步骤三：注入支撑剂维持裂隙；
[0014]通过若干个注液井
、
若干个十字水平井和若干个水平定向初步岩层裂隙网络及疲劳裂隙网络中注入支撑剂，使支撑剂填入已产生的裂隙中并维持裂隙的张开状态；
[0015]步骤四：向初步岩层裂隙网络及疲劳裂隙网络中注入浸出剂；
[0016]利用注液装置经若干个注液井
、
若干个十字水平井和若干个水平定向射孔向初步岩层裂隙网络及疲劳裂隙网络内注入浸出剂，使浸出剂充分渗透至矿产内部并与矿产发生反应；
[0017]步骤五：抽取含矿浸出液；
[0018]将抽液装置与若干个抽液井的井口进行连接，通过抽液装置抽取位于含矿岩层内且渗透至抽液井下方的浸出液，并将抽出的浸出液存储至地面集液池中
。
[0019]作为一种优选，所述抽液装置为抽液泵，抽液泵的进液口通过进液管路与抽液井的井口连接，其排液口通过排液管路与集液池连接
。
[0020]作为一种优选，所述支撑剂为天然石英砂
。
[0021]进一步，为了获得结构更复杂
、
稳定性更高的疲劳裂隙网络，在步骤二中，交替实施加载和卸载的循环作业的循环次数不小于
10
次
。
[0022]进一步，为了便捷地实现水力射孔作业，在步骤一中的
S14
中，定向射孔作业的方法如下：
[0023]将高压管道的一端连接上高压水力喷射器，然后通过注液井将高压水力喷射器和高压管道下方到十字水平井中，并依次对十字水平井中的四个分支井段进行水力射孔作业；在对每个分支井段进行水力射孔作业时，先利用地面上的增压泵将注入的液态水进行增压，再通过高压管道供给高压水力喷射器，然后通过高压水力喷射器射出高速流体射穿分支井段外侧的含矿地层，形成横向延伸的水平定向射孔
。
[0024]进一步，为了更有效提高注液井与含矿层的接触范围，同时，为了更好的为后续水力压裂提供诱导裂隙扩展钻孔，在步骤二中的
S14
中，位于同一个分支井段上的四个水平定向射孔两两分为一个定向射孔组，其中一个定向射孔组靠近所在分支井段的首端，且其中的两个水平定向射孔由同一位置向相互远离的方向横向延伸，其中的另一个定向射孔组靠近所在分支井段的末端，且其中的两个水平定向射孔由同一位置向相互远离的方向横向延伸
。
[0025]进一步，为了形成复杂度更好的裂隙网络，同时，为了避免在水力压裂过程中将抽液井附近的矿层压裂，进而破坏矿层下的隔水层的情况出现，在步骤二中的
S14
中，靠近所在分支井段首端的一组定向射孔组中的两个水平定向射孔的长度小于靠近所在分支井段
末端的另一组定向射孔组中的两个水平定向射孔的长度
。
[0026]作为一种优选，在步骤一中的
S12
中，所述十字水平井采用水平井定向钻机进行钻取
。
[0027]本专利技术中，在矿体开采区域均匀布置呈方形阵列排列的若干个注液井，可以有利于从矿体开采区域的各个部分进行十字水平井的钻取
、
进行水平定向射孔的钻取
、
初步水力压裂作业和水力疲劳循环致裂作业，同时，还能便于向矿体开采区域的各个部分中加注支撑剂
、
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用疲劳致裂提高溶浸开采矿产效率的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一：布置五点分布式的井网并进行定向射孔作业；
S11
：在矿体开采区域均匀地钻取呈方形阵列排列的若干个注液井
(1)
，并使每个注液井
(1)
均竖直状地自地面贯通至含矿产层，其中，每四个注液井
(1)
呈正方形分布，并作为方形阵列的基本单元；
S12
：在各含矿产层中分别以每个注液井
(1)
为起始端钻取十字水平井
(2)
，其中，每个十字水平井
(2)
的四个分支井段
(3)
分别向相邻的四个注液井
(1)
方向横向水平延伸，且相邻的两个注液井
(1)
之间相向延伸的两个分支井段
(3)
之间不相互连通；
S13
：在矿体开采区域均匀地钻取若干个抽液井
(4)
，并使每个注液井
(1)
均竖直状地自地面贯通至含矿产层，同时，确保每个抽液井
(4)
位于一个基本单元中四个注液井
(1)
的中心，并与基本单元中的四个注液井
(1)
共同形成五点式分布的抽注井网；
S14
：在各含矿岩层中分别以每个分支井段
(3)
为起始端进行定向射孔作业，在每个分支井段
(3)
周围形成四个不等长的水平定向射孔
(5)
；步骤二：向矿层中注入液态水进行水力循环疲劳致裂作业；
S21
：将地面上的增压设备
(9)
与若干个注液井
(1)
的井口进行连接；采用增压设备
(9)
对液态水进行增压，再通过若干个注液井
(1)
注入到若干个十字水平井
(2)
内进行初步水力压裂作业，并在每个十字水平井
(2)
周围形成初步岩层裂隙网络
(6)
；
S22
：将地面上的高压水力循环注入系统与若干个注液井
(1)
的井口进行连接，利用高压水力循环注入系统通过若干个注液井
(1)
和若干个十字水平井
(2)
对含水含矿层交替实施加载和卸载的水循环疲劳致裂作业，实现对初步岩层裂隙网络
(6)
的进一步水力疲劳循环裂隙扩展，以在初步岩层裂隙网络
(6)
的基础上进一步形成更加复杂的疲劳裂隙网络
(7)
；步骤三：注入支撑剂维持裂隙；通过若干个注液井
(1)、
若干个十字水平井
(2)
和若干个水平定向射孔
(5)
向初步岩层裂隙网络
(6)
及疲劳裂隙网络
(7)
中注入支撑剂，使支撑剂填入已产生的裂隙中并维持裂隙的张开状态；步骤四：向初步岩层裂隙网络
(6)
及疲劳裂隙网络
(7)
中注入浸出剂；利用注液装置经若干个注液井
(1)、
若干个十字水平井
(2)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉贵，李晨翔，黄炳香，赵兴龙，刘应科，陈勇，蔡承政，张宁，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：