专利名称：一种开采地下光卤石矿中钾盐的方法
技术领域：
本发明涉及一种开采地下光卤石矿的方法，尤其是涉及一种开采地下光卤石矿中钾盐的方法。
背景技术：
我国是一个钾资源严重缺乏的国家，耕地普遍缺钾，钾肥供需矛盾十分突出。国产钾肥满足率仅占30%左右，每年进口钾肥达4000kt(K20)以上。随着农业的发展和结构调整， 中国钾肥消费量还将有较高的年增长率，预计到2020年，中国钾肥消费量将达到IOOOOkt (K2O),市场空间广阔。我国绝大多数的钾肥都产自盐湖。近年来，已有用钻井水溶法开采可溶性盐类矿床的应用。但就开采地下光卤石矿而言，其开采价值主要在于其中的钾盐，光卤石的主要成分氯化钾、氯化镁以及共生伴生的岩盐(氯化钠)均易溶于水，按现有水溶法开采出的溶液即为含氯化钾、氯化钠、氯化镁的卤水，卤水经加工提取氯化钾后产出大量价值较低的氯化钠副产品，一般难以就地消化，留放在地面会严重影响地面表层的生态环境。CN 1424486A公开了一种开采地下光卤石矿的方法。但该方法开采出的卤水的浓度不高。CN 1987041A公开了一种钻井四管液垫选择性热溶开采钾盐矿的方法及装置，但该方法采用抗乳化剂形成液体垫层，抗乳化剂的投资和生产成本比较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种成本低的利用钻井水溶法选择性的热溶开采地下光卤石矿中钾盐的方法。本发明根据相图理论，用含高浓度氯化镁、氯化钠的溶液溶解光卤石，这种溶液几乎不溶解光卤石中的氯化镁，而溶解有用矿物一氯化钾，从而能够实现氯化钾的选择性开采；当溶液温度升高，溶液中氯化钾的饱和度也随之增大。本发明之开采地下光卤石矿中钾盐的方法，具体包括以下步骤
(1)建井
根据矿层的埋藏条件、工程地质条件、水文地质条件以及由于矿床开采对地表稳定性的影响评价结果，确定合理的井距、组距和排距，二井或多井一组(一般二井一组)，井组沿矿层的底板等高线布置；
井身结构宜采用三管结构，所述三管为技术套管、生产套管、中心管，技术套管下至矿层顶板并固井；生产套管下至矿层底板以上3 5米(这与井距和矿层侧溶角有关，井距和侧溶角越大该值越大)，生产套管底端以上1 士0.2米安装电极液位计，电极液位计的电缆从生产套管与技术套管的环形空间中引至地面测控站；中心管下至矿层底板或底板以下盐层 3 5米；
(2)单井建槽
常温水从生产套管与中心管的环形空间注入，溶解后的卤水从中心管返出(或注返互
4换);为控制建槽高度，尽快实现两井(井组)连通，从技术套管与生产套管的环形空间注入压缩空气形成气垫层(垫层厚度宜为10 20厘米)(注入垫层的压力和流速根据井深与钻井中液体的比重计算)，由井下的电极液位计反映垫层的空间位置与厚度，并根据液位计反映的数据及时增减压缩空气，控制气垫的位置，并控制气垫的厚度保持为10 20厘米；
(3)常温非选择性溶解开采
两井或井组连通后，一部分井组(一般约占生产井组的四分之一)进行常温非选择性溶解开采，常温非选择性溶解开采是为高温热溶选择性开采提供一部分注剂；
两井或井组连通后，提出中心管，从一口井注入常温水或建槽产生的淡卤水，从井组的另一口井返出卤水；为了控制溶腔的形态，并防止快速上溶，从技术套管与生产套管的环形空间注入压缩空气形成气垫层(气垫厚度优选10 20厘米)，由井下的电极液位计反映垫层的位置与厚度并加以控制；
为了控制溶腔的平衡发展，井组的两口井每隔20-30天进行注返互换；当矿层厚度大于10米时，宜采用梯段式开采法开采，以保持溶腔的形态及提高回采率；
(4)高温热溶选择性开采
两井或井组连通后，提出中心管，从一口井注入75 90°C的氯化钠浓度为25 50克 /升和氯化镁浓度为270 305克/升的注剂，从井组的另一口井返出供加工的卤水(温度一般为55 72°C);为了控制溶腔的形态，并防止快速上溶，从技术套管与生产套管的环形空间注入压缩空气形成气垫层(气垫厚度优选10 20厘米；更优选14-18厘米)，由井下的电极液位计反映垫层的位置与厚度并加以控制；井组的两口井一般每个月要进行注返互换；当矿层厚度大于10米时，宜采用梯段式开采法开采，以保持溶腔的形态及提高回采率； 提出中心管后，从一口井注入的注剂为常温非选择性开采卤水、建槽卤水中的一种或两种的混合物与加工厂的高镁母液(生产氯化钾过程中需排放的含高镁液体，含氯化镁 400 450克/升)混合，并加热配制成温度为75 90°C、氯化钠含量为25 50克/升、 氯化镁含量为270 305克/升的注剂；加热采用加工厂对卤水进行蒸发、结晶生产氯化钾产品过程中的余热；
(5)母液回注井下
1)一个热溶腔采完后，提出生产套管，将中心管下入至溶腔底部，加工厂剩余的母液通过中心管注入到溶腔底部，置换溶腔中的卤水；
2)当常温非选择性溶解开采井组的采高达到5米以上时，下入中心管到溶腔底部，加工厂的母液通过中心管注入，顶替溶腔中的卤水。这样既有利于环境保护；又多采出一部分卤水，最大限度地利用了资源。本发明之开采地下光卤石矿中钾盐的方法，不是将常温非选择性开采的卤水直接送至加工，从而可大大减少加工的蒸发量，节约能源，降低生产成本；通过母液回注，实现母液的零排放，有利于环境保护。与现有技术比较，本发明有以下两个显着的特点1、采用压缩空气形成气垫，并在生产套管底端以上1米左右安装电极液位计，既能有效控制气垫层的空间位置和厚度(根据液位计反映的情况，通过增减注气量控制气垫层的空间位置和厚度)，从而控制溶腔的发展形态，提高采收率、保护矿层顶板，又节省了大量油垫用油；2、母液回注溶腔，可置换溶腔体积50 - 85%的卤水，充分利用了资源，实现了整个企业的零排放，有利于环境保护。
图1是本发明的单井建槽示意图； 图2是本发明的井组开采示意图。
具体实施例方式以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。1、建井
参照附图，根据矿层6的埋藏条件、工程地质条件、水文地质条件，以及矿床开采对地表稳定性的影响评价，确定二井一组，井距50米，组距170米，排距120米，井平均深度390 米，井组沿矿层6底板等高线布置；井身结构三管结构，即技术套管1 (直径177. 8毫米)下至矿层6顶板并固井，生产套管2 (直径127毫米)下至矿层6底板以上3米，中心管3 (直径73毫米)下至矿层6底板以下盐层3米，电极液位计4安装在生产套管2底端以上1米处；
2、单井建槽
常温水从生产套管2与中心管3的环形空间注入，溶解后的卤水从中心管3返出(或注返互换)；从技术套管1与生产套管2的环形空间注入压缩空气形成气垫层(垫层5厚度控制为14-18厘米)，由井下的电极液位计4反映垫层5的位置与厚度并加以控制；
3、常温非选择性溶解开采
两井(井组)连通后，提出中心管3，从一口井注入常温水或建槽生产的淡卤水，从井组的另一口井返出卤水(矿石成份为氯化钾一18. 51%、氯化钠一21. 95%、氯化镁一24. 32% ； 返出卤水浓度为氯化钾一71克/升、氯化钠一86克/升、氯化镁一96克/升);由井组其中一口井的技术套管1与生产套管2的环形空间注入压缩空气形成气垫层(气垫厚度14-18 厘米)，由井下的电极液位计4反映气垫层的位置与厚度并加以控制，使之保持14-18厘米的厚度；
为了控制溶腔的平衡发展，井组的两口井每隔25天进行注返互换；
4、高温热溶选择性开采
两井(井组)连通后，提出中心管3，从一口井注入高温含氯化钠和高浓度氯化镁的注剂 (注剂温度90°C，浓度为氯化钾一29克/升、氯化钠一36克/升、氯化镁一292克/升)； 从井组的另一口井返出供加工的卤水(卤水温度72°C，浓度为氯化钾一70克/升、氯化钠一38克/升、氯化镁一315克/升);由井组其中一口井的技术套管1与生产套管2的环形空间注入压缩空气形成气垫层(气垫厚度14-18厘米)，由井下的电极液位计4反映气垫层的位置与厚度并加以控制，使之保持14-18厘米的厚度，井组的两口井每隔25天进行注返互换；
从一口井注入的高温含氯化钠和高浓度氯化镁的注剂为常温非选择性开采卤水、建槽卤水中的一种或两种的混合物与加工厂的高镁母液(生产氯化钾过程中需排放的含高镁液体，含氯化镁441克/升)混合并加热(90°C)，配制成温度90°C、氯化钠(36克/升)、氯化钾(29克/升)和高浓度氯化镁(292克/升)的注剂。从所述注剂和返出卤水的浓度可以看出绝大部分的氯化镁和氯化钠都留在了溶腔中，采出了有用矿物一氯化钾； 5、母液回注井下
1)一个热溶腔采完后，提出生产套管2，将中心管3下入至溶腔底部，加工厂剩余的母液(氯化钾4克/升、氯化钠7克/升、氯化镁441克/升)通过中心管3注入到溶腔底部，置换溶腔中的卤水；
2)当常温非选择性溶解开采井组的采高达到5米以上时，下入中心管3到溶腔底部，加工厂的母液通过中心管3注入，顶替溶腔中的卤水；完全实现了加工厂母液的零排放，这样既有利于环境保护，又多采出一部分卤水，最大限度地利用了资源。
权利要求
1.一种开采地下光卤石矿中钾盐的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)建井根据矿层的埋藏条件、工程地质条件、水文地质条件及由于矿床开采对地表稳定性的影响评价结果，确定井距、组距和排距，建井为二井或多井一组，井组沿矿层的底板等高线布置；井身结构采用三管结构，所述三管为技术套管、生产套管、中心管，技术套管下至矿层顶板并固井；生产套管下至矿层底板以上3 5米，生产套管底端以上1 士0. 2米安装电极液位计，电极液位计的电缆从生产套管与技术套管的环形空间中引至地面测控站；中心管下至矿层底板或底板以下盐层3 5米；(2)单井建槽将常温水从生产套管与中心管的环形空间注入，溶解后的卤水从中心管返出或注返互换；从技术套管与生产套管的环形空间注入压缩空气形成气垫层，由井下的电极液位计反映垫层的空间位置与厚度并加以控制；(3)常温非选择性溶解开采两井或井组连通后，一部分井组进行常温非选择性溶解开采，常温非选择性溶解开采是为高温热溶选择性开采提供一部分注剂；两井或井组连通后，提出中心管，从一口井注入常温水或建槽产生的淡卤水，从井组的另一口井返出卤水；从技术套管与生产套管的环形空间注入压缩空气形成气垫层，由井下的电极液位计反映垫层的位置与厚度并加以控制；井组的两口井每隔20-30天进行注返互换；(4)高温热溶选择性开采两井或井组连通后，提出中心管，从一口井注入75 90°C的氯化钠浓度为25 50克/ 升和氯化镁浓度为270 305克/升的注剂，从井组的另一口井返出供加工的温度为55 72°C的卤水；从技术套管与生产套管的环形空间注入压缩空气形成气垫层，由井下的电极液位计反映垫层的位置与厚度并加以控制；井组的两口井每个月要进行注返互换；(5)母液回注井下1)一个热溶腔采完后，提出生产套管，将中心管下入至溶腔底部，加工厂剩余的母液通过中心管注入到溶腔底部，置换溶腔中的卤水；2)当常温非选择性溶解开采井组的采高达到5米以上时，下入中心管到溶腔底部，加工厂的母液通过中心管注入，顶替溶腔中的卤水。
2.根据权利要求1所述的开采地下光卤石矿中钾盐的方法，其特征在于，步骤(2)，压缩空气气垫层厚度为10 20厘米，并根据液位计反映的数据及时增减压缩空气，控制气垫的位置，并控制气垫的厚度保持为10 20厘米。
3.根据权利要求1或2所述的开采地下光卤石矿中钾盐的方法，其特征在于，所述步骤 (4)，提出中心管后，从一口井注入的注剂为常温非选择性开采卤水、建槽卤水中的一种或两种的混合物与加工厂的生产氯化钾过程中排放的含氯化镁400 450克/升的高镁液体，配制成含氯化钠为25 50克/升和含氯化镁为270 305克/升的注剂。
4.根据权利要求1或2所述的开采地下光卤石矿中钾盐的方法，其特征在于，步骤 (4)，注剂加热采用加工厂对卤水进行蒸发、结晶生产氯化钾产品过程中的余热。
5.根据权利要求1或2所述的开采地下光卤石矿中钾盐的方法，其特征在于，进行常温非选择性溶解开采的井组占生产井组的四分之一。
6.根据权利要求1或2所述的开采地下光卤石矿中钾盐的方法，其特征在于，当矿层厚度大于10米时，采用梯段式开采法开采。
全文摘要
一种开采地下光卤石矿中钾盐的方法，包括以下步骤(1)建井井身采用三管结构，所述三管为技术套管、生产套管、中心管；(2)单井建槽将常温水从生产套管与中心管的环形空间注入，溶解后的卤水从中心管返出；(3)常温非选择性溶解开采；(4)高温热溶选择性开采两井或井组连通后，提出中心管，从一口井注入75～90℃的含氯化钠和氯化镁的注剂，从井组的另一口井返出供加工的原料卤水；(5)母液回注井下。本发明之开采地下光卤石矿中钾盐的方法，实现了选择性开采氯化钾；并且节约了能源，降低了生产成本；母液回注实现了母液的零排放，有利于环境保护。
文档编号E21B43/28GK102434141SQ20111027482
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者刘小力, 宁晚云, 戢良鹏, 马平杰, 黄敏 申请人:化工部长沙设计研究院