专利名称：井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采方法
技术领域：
本发明涉及一种井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采的工艺方法，具体是采用水溶开采方法对井矿盐资源进行高回采率的资源开采；同时采用注井充填工艺方法将制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣充填到采盐溶腔中；井矿盐的水溶开采和废渣注井充填循环进行，对各种类型的井矿盐资源充分开采，尤其适用于超厚井矿盐资源开采。
背景技术：
岩盐矿床按其成因类型可以分为海相沉积盐矿床和陆相沉积盐矿床。海相沉积盐矿床的特点是埋藏较深、规模大、成矿面积大、氯化钠品位高、单层厚度大、储量丰富、组分单一，盐层厚度可达数千米。陆相沉积盐矿床的特点是埋藏较浅、规模较小、成矿面积较小、氯化钠品位较低、矿层层数多、单层厚度小、共生组分多、相变大等特点。无论是哪种类型的岩盐矿床都可能会形成厚度巨大的超厚井矿盐矿床(其厚度一般大于400米)。对于超厚井矿盐进行资源开采时，以前在采盐溶腔不能得到充填的情况下，为了避免诱发地面沉陷，当腔体达到一定的大小和形状后，便不再继续进行资源开采，而是留有一定的保安矿柱后，在附近重新建设新的盐井。这样就只能对少部分盐资源进行开采利用，而造成大量的资源浪费，致使井矿盐资源的回采率不高，尤其是超厚井矿盐回采率更低。同时由于新建盐井需要增加资金投入，也增加了采卤成本。目前井矿盐的开采方法，主要是利用盐易溶于水的特性来进行资源开采。常用的方法有单井生产和井组生产。单井生产可进一步分为单井自然对流法和单井油、气垫法。单井自然对流法为传统的开采方法，其工艺流程简单、投资少、见效快、劳动负荷较小；但岩盐的回采率不高(10 20%)，盐井服务年限短。而单井油、气垫法由于可以控制溶蚀范围，防止地表塌陷，其生产能力大(可达250 300m3/h)、卤水浓度高(300g/l以上)、井下事故少、盐井服务年限长、回采率高(30%以上)，而且采盐溶腔可以用于储能。井组生产可分为水力压裂连通对流法、双井定向对接连通对流法。水力压裂法对岩盐开采层的顶、底板要求较高，需要顶、底板有一定的厚度和力学强度。由于在压裂过程中压裂井的压通方向及压通层位无法控制，压通成功率较低，无法按要求预留保安矿柱，在矿区的后期建设中，易造成地面沉陷。双井定向对接连通对流法采用定向对接连通井技术实现100%对接连通，其建井成本相对较低、建井风险小，卤水产量高、质量好，可有意预留保安矿柱，利于井组有规则的布置，资源回采率较高，对地面及地层污染小，目前该方法得到了广泛的应用。目前，国内水溶开采形成的废弃盐腔体积不断增加，废弃盐腔如果不进行妥善处置，容易诱发多种地质灾害，主要表现在形成大面积地表沉陷和卤水出冒污染地下水。在国内的江西会昌、安徽定远和湖北应城等盐矿都曾出现过大面积的沉陷区，云南一平浪盐矿、湖南湘澧盐矿也曾发生地面沉陷。在美国，由于盐层埋深相对较浅，采盐出现的塌陷更为常见。地面塌陷的危害极大，导致巨大的经济损失，严重影响当地的正常生产、生活。在地表沉陷区域，往往伴随卤水上涌，对水环境、土壤环境产生污染，严重时外泄卤水与浅层地表水形成通道，直接污染饮用水。
纯碱工业是化学工业的基础部门之一，被称为工业之母，在国民经济中占有十分重要的地位。在世界范围内，纯碱的生产工艺多采用氨碱法，其生产规模也较大。但在氨碱法生产工艺中会产生大量的废渣，每生产I吨纯碱将产生300 350kg的废渣(干基)，主要含碳酸钙、氢氧化镁和氯化钙等。到目前为止制碱废渣利用率较低，一般采取堆放方式处理，场地需求大，浪费土地资源，处理不当也会造成环境污染。因此，世界上大多氨碱企业建设在海边或人烟稀少的荒芜地区。近年来随着环保的压力加大，氨碱法的应用与发展受到一定限制和制约。所以废渣等废弃物的综合利用和处理是制碱企业健康发展必须面对的技术难题。同时，在制盐和燃煤生产过程中也会产生一些不溶或难溶的固体废弃物，这些废弃物如果不妥善处理也会对环境造成一定的污染。采盐溶腔可以用来处置多种工业废渣和有害废物。自上个世纪五十年代，英国的Ho I ford盐田就开始用废弃的盐腔储存制碱工业产生的碱渣。随后，在美国、加拿大、德国和墨西哥等国家都开展过相关方面的研究，并已应用到实际的生产实践中。关于纯碱废渣充填采盐溶腔方面的研究，吴志刚，“利用纯碱废渣充填岩盐开采废弃溶腔的实践”，化工矿物与加工，2011年第11期，指出纯碱废渣充填溶腔后会慢慢沉淀，在溶腔底部逐渐趋于稳定，当溶腔充满时，可以对溶腔顶板有支撑作用，利于溶腔顶板的稳固。目前，国内部分企业已经形成了比较成熟的废渣注井充填采盐溶腔技术，并成功的应用到实际生产中，取得良好的效果。目前，虽然将固体废弃物注入到盐腔中在一定程度上解决了环境污染问题，但是这样也只是对少部分盐资源进行了开采利用，而造成大量的盐资源浪费。井矿盐资源(尤其是超厚井矿盐)回采率不高，采卤成本较高等问题仍然没有得到很好地解决。
发明内容
针对目前井矿盐资源回采率不高、容易诱发地面沉陷，以及制碱、制盐或燃煤产生的废渣污染环境等一系列问题，本申请的发明人将井矿盐水溶开采和废渣注井充填有机结合，首先采用水溶开采方法开采井矿盐资源；之后，将充填物质例如制碱、制盐或燃煤产生的废渣注井充填到采盐溶腔中；在采盐溶腔得到充填后，再进行水溶开采井矿盐，即水溶开采和注井充填循环进行。可以实现井矿盐资源的高回采率，也延长了钻井的服务年限；同时避免了制碱、制盐或燃煤产生的废渣对地面生态环境造成污染，实现废物资源化利用。可谓是一举多得。具体而言，本发明涉及一种井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采方法，属于水溶开采和溶腔注井充填相结合对井矿盐资源进行水溶开采的新工艺，循环交替进行水溶开采和注井充填两个工艺流程。此循环开采方法对井矿盐矿床无论是在“纵向”上还是在“横向”上都显著地提高了井矿盐资源的回采率，并且延长盐井服务年限。在岩盐资源充分开采的同时，将充填物质例如制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣充填到腔体中，既避免了地面环境污染，实现了废物的资源化利用，也防止了地面沉陷的发生。本发明所涉及井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采方法，该方法具有(或包括)以下步骤:(I)在矿区布置矿井(优选分别为单井对流、或双井连通对流法)，对井矿盐的下部盐群进行水溶开采，生产卤水并在地下形成空的溶腔体(即一次溶腔体)；
(2)水溶开采达到最大许可的开采量(例如20 30万吨矿盐，按照所采出卤水的干基计算)之后，结合声纳测腔技术测定腔体的溶腔直径(简称溶径)和形状，确定腔体的体积大小(即溶腔的容积)；(3)通过注井充填技术将充填物质(优选为制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣，更优选为制碱过程中产生的废渣)注入到采盐溶腔体中，随着溶腔内充填物质的增加(例如充填物质(如废渣)填充达到溶腔体容积的40 95vol%，优选60 80vol%。盐腔体因为下部被填充而变小)，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短(其中，在溶腔中由于微溶或难溶的充填物质比重较卤水大，而逐渐沉淀至腔体底部，并逐渐固结，保证了采盐溶腔的力学稳定性);(4)采盐溶腔下部得到充填后，对腔体的上部盐群继续进行水溶开采，继续生产卤水并在地下形成二次溶腔体(即扩大的溶腔体。因为，继续开采卤水使得以上步骤(3)中缩小的盐腔体逐渐向上延伸而再次扩大)；(5)水溶开采达到最大许可的开采盐量(例如20 30万吨矿盐，按照所采出卤水的干基计算)后，结合声纳测腔技术确定腔体的体积大小，再通过注井充填技术将充填物质(优选为制碱、制盐或燃煤过程产生的废渣，更优选为制碱过程中产生的废渣)充填到采盐溶腔中，并随着溶腔内充填物质的增加(例如充填物质(如废渣)填充达到二次溶腔体容积的40 95vol%，优选60 80vol%。盐腔体因为下部被填充而再次变小)，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短；(6)重复以上(4)和(5)的步骤，以循环交替进行水溶开采和注井充填，直至该盐井控矿范围内的含盐地层从下至上依次得到开采。充填物质一般是微溶或难溶的充填物质，优选是制碱、制盐或燃煤过程产生的废渣，更优选是制碱过程产生的废渣。其中，所述井矿盐资源可以是目前可开采的所有类型的井矿盐资源，例如硫酸钠型井矿盐、硫酸钙型井矿盐。本发明方法尤其适用于超厚井矿盐资源的开采，其厚度一般大于 400m。所述水溶开采，指本领域的根据盐类矿物易溶于水的特性，把水或淡卤作为溶剂注入矿床，在矿床进行物理化学作用，将盐类矿物就地溶解转变为齒水，然后进行采集与输送的采矿方法。井矿盐水溶开采方法一般是利用淡水，或利用制盐或制碱生产的废水直接注入盐矿井中，或在制盐、制碱生产的废水中加入淡水后替代注井淡水注入盐矿井中进行水溶开采的方法。该方法可以进一步包括(7)在所述盐井开采完毕之后，根据矿区的矿藏分布确定盐井间距，布置新的井重新进行井矿盐的水溶开采和注井充填循环过程。上述井矿盐水溶开采方法可以是单井生产和井组生产(例如双井生产)。单井生产可包括单井自然对流法和单井油、气垫法。井组生产可包括水力压裂连通对流法、双井定向对接连通对流法。本发明优选采用单井对流水溶开采法或双井对流水溶开采法。例如，在单井生产中，本发明的方法可以包括以下步骤:(I)从地表钻单井至目标矿床，将盐井的采卤管串下至井矿盐矿床的下部盐群，对井矿盐进行水溶开采，生产卤水并在地下形成空的溶腔体(即一次溶腔体)；
(2)水溶开采达到最大许可的开采盐量(例如20 30万吨矿盐，按照所采出卤水的干基计算)之后，结合声纳测腔技术测定腔体的溶径和形状，确定腔体的体积大小(即溶腔体的容积)；(3)通过采卤管串将充填物质(优选为制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣，更优选制碱过程中产生的废渣)注井充填到采盐溶腔中，随着溶腔内充填物质的增加(例如充填物质(如废渣)填充达到溶腔体容积的40 95vol%，优选60 80vol%。盐腔体因为下部被填充而变小)，通过割管工艺将盐井的下部井管割除(其中，在溶腔中由于微溶或难溶的充填物质比重较卤水大，而逐渐沉淀至腔体底部，并逐渐固结，保证了采盐溶腔的力学稳定性)；(4)根据盐井实际深度，调整采卤管串的位置，对腔体的上部盐群继续进行单井对流水溶开采，继续生产卤水并在地下形成二次溶腔体；(5)水溶开采达到最大许可的开采盐量(例如20 30万吨矿盐，按照所采出卤水的干基计算)后，结合声纳测腔技术确定腔体的体积大小，再将充填物质(优选为制碱、制盐或燃煤过程产生的废渣，更优选为制碱过程中产生的废渣)注井充填到采盐溶腔中；(6)重复以上(4)和(5)的步骤，以循环交替进行水溶开采和注井充填，循环交替进行水溶开采和注井充填，直至该单井控矿范围内的含盐地层从下至上依次得到开采。另外，该方法可以进一步且优选包括(7) — 口单井开采完毕后，根据矿区的实际情况确定井间距离，布置新单井重新进行井矿盐的水溶开采和注井充填循环过程。在双井生产中，本发明的方法包括以下步骤:(I)在矿区布置双井(优选双井连通对流)，实现双井连通后，对井矿盐的下部盐群进行水溶开采，生产卤水并在地下形成空的溶腔体(即一次溶腔体)；(2)水溶开采达到最大许可的开采量(例如20 30万吨矿盐，按照所采出卤水的干基计算)之后，结合声纳测腔技术测定腔体的溶径和形状，确定腔体的体积大小；(3)通过注井充填技术将充填物质(优选为制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣，更优选制碱过程中产生的废渣)注入到采盐溶腔中，随着溶腔内充填物质的增加(例如充填物质(如废渣)填充达到溶腔体容积的40 95vol%，优选60 80vol%。盐腔体因为下部被填充而变小)，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短(其中，在溶腔中由于微溶或难溶的充填物质比重较卤水大，而逐渐沉淀至腔体底部，并逐渐固结，保证了采盐溶腔的力学稳定性);(4)采盐溶腔下部得到充填后，通过双井对流对腔体的上部盐群继续进行水溶开采，生产卤水并在地下形成二次溶腔体；(5)水溶开采达到最大许可的开采盐量(例如20 30万吨矿盐，按照所采出卤水的干基计算)后，结合声纳测腔技术确定腔体的体积大小，再将充填物质(优选为制碱、制盐或燃煤过程产生的废渣，更优选为制碱过程中产生的废渣)注井充填到采盐溶腔中，随着溶腔内充填物质的增加(例如充填物质(如废渣)填充达到二次溶腔体容积的40 95vol%,优选60 80vol%。盐腔体因为下部被填充而再次变小)，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短；(6)重复以上(4)和(5)的步骤，以循环交替进行水溶开采和注井充填，直至该井组控矿范围内的含盐地层从下至上依次得到开采。
另外，以上方法优选进一步包括:(7) —对盐井开采完毕之后，根据矿区的矿藏分布确定排距，布置新的井组重新进行井矿盐的水溶开采和注井充填循环过程。所述水溶开采方法可以采用本领域常用的技术方法，如水或淡卤进行开采，也可以利用制盐或制碱产生的废液直接，或在盐、碱生产废液中加入淡水后替代淡水注入盐矿井的开采方法，例如采取中国专利申请200910183644.8 (CN101629484A)所述的方法。由于地下岩盐成分含量极不均匀，加上地下地质情况较复杂，所述“水溶开采”所得卤水质量变化大。例如“硫酸钠型井矿盐”淡水开采卤水的成分的组成是:NaCl含量一般在 250 — 320g/l，优选 270 — 310g/l，更优选 280 — 305g/l，最优选 290 — 302g/l 范围(例如约 298g/l) ;Na2S04 含量一般在 >12g/l — 30g/l，优选 12.5 — 27g/l，更优选 17 — 25g/I，再更优选19 - 24g/l，最优选20 - 23g/l范围(例如约22g/l)，其它杂质(其中包括硫酸钙、氯化镁)含量一般<7g/l，优选<5g/l，更优选<3g/l，再更优选〈lg/Ι，最优选〈0.5g/l或甚至为Og/Ι。“硫酸钙型井矿盐”淡水开采卤水的成分的组成是=NaCl含量一般在250 —330g/l，优选 270 — 322g/l，更优选 280 — 318g/l，最优选 290 — 313g/l 范围(例如约 310g/l);Na2S04 含量一般在 0.5 一 10g/l，优选 1.0 — 8g/l，更优选 1.5 一 6g/l，再更优选 1.5 一4g/l，最优选1.6 - 3g/l范围(例如约2.6g/l) ；CaSO4含量一般在3 — 8g/l，优选3.5 —
7.2g/l，更优选 4-6.8g/l，再更优选 4.5 - 6.3g/l，最优选 5.0 - 6.0g/Ι (例如约 5.5g/I)。淡水采卤的采注比一般是60 - 90%，优选70 - 86%，更优选75 — 83%，最优选大约为80%，若为制碱废液代替淡水采卤，优选采注比大约为86%。作为优选，本发明方法中所述“水溶开采”所得卤水可以用于制盐工业，或者直接作为制碱工业的原料卤水，根据需要对其进行后续利用。所述“注井充填”技术为本领域常用的注井充填技术，例如当采用单井对流法水溶开采时，“注井充填”技术是将盐井的中心管提出，通过套管将充填物质注井充填。本发明所述的“充填物质”包括，但不限于:制碱、制盐和燃煤过程中产生的废渣。“任选地”表示进行或不进行。`制碱、制盐和燃煤产生的废渣安全排放处置通常要求严格的密封技术，防渗漏保障，保证溶腔存放物在漫长的历史时期内不出现有害物质对环境的侵害。所述方法每一次循环过程中，注井充填的废渣量根据盐腔的大小和相关技术、经济参数而定，不需要每次都要将溶腔充分注满后，再开始新一轮的水溶开采过程。所述最大许可的开采盐量是根据矿区的实际情况，结合岩石力学计算溶腔稳定界限值和声纳测腔结果来确定。目前，通常使用的以下两种方法来预测井矿盐一次水溶开采形成溶腔的最大高度，以估算可以利用的最大井矿盐资源量:(I)前苏联矿山测量研究建立的计算公式:H1=M/(K-Dcosa H2=(2 3)H1 ;(2)矿区水文地质工程地质勘探规范(GB12719-91):Hl= (3 4) M
… 100M c ,i/2 =---f 5.1
3.3// + 3.8以上公式中:H1—冒落带高度(米);H2—裂隙带高度(米);M—矿层厚度(溶腔高度、开采厚度);a 一岩层倾角取值在一岩石碎胀系数；n—矿层开采层数。所述“割管工艺”为本领域采矿常用割管技术。根据充填物质的充填量，有计划的逐渐采用割管的方法，以达到上溶矿的目的。割管是采用割管器放入井下，例如通过旋转割管器周边的割刀将套管割断，每次割管的长度根据理论计算确定。方法步骤(7)所述的布置新的盐井或井组，其特征根据矿区的实际情况(例如矿藏分布)，结合声纳测腔检测的结果，确定不同的间距或排距。在与常规的布井方案相比，由于腔体得到充分的充填，可以有效地缩小新建盐井与原有盐井的距离，在同样面积的矿区内可以布置更多的盐井。本发明利用井矿盐矿床的易溶于水的特性，采用单井对流或双井对流水溶开采方法，对井矿盐进行水溶开采。达到最大许可的开采量之后，通过声纳测腔技术，测定采盐溶腔的大小和形状，确定腔体的体积。之后，将制碱、制盐或燃煤生产过程中产生的废渣注井充填到地下采盐溶腔中。制碱过程中产生的废渣，主要成分为碳酸钙、氢氧化镁、硫酸钙、氧化钙和氯化钙。制盐过程中也会产生一定难溶或微溶固体废弃物，例如硫酸钙、碳酸钙和氢氧化镁等。燃煤产生的废渣主要成分为多种不溶于水的氧化物，例如二氧化硅、三氧化铝、三氧化二铁等。由此可见，在制碱、制盐或燃煤生产过程中产生废渣主要成分为各种微溶或难溶物质。在溶腔中，微溶或难溶的充填物会逐渐沉淀至腔体底部，对溶腔起到良好的支撑作用。同时，随着溶腔内充填物质不断增加，会进一步的压实下部的充填物质，加速了先前充填物质的固结，保证了溶腔的稳定性。如果在岩盐矿床开采过程中遇到不溶或难溶的厚度较大(例如厚度为20 30m)的夹层，致使无法继续进行水溶开采时，在溶腔得到充分充填的情况下，采用割管工艺，将盐井下部井管割除，并用水泥塞封孔；在夹层上方的盐群中，重新循环进行水溶开采和注井充填，直至盐井控矿范围内的矿体自下而上全部开采完毕。由于采盐溶腔得到了有效充填，确保了地层的力学稳定性，与常规开采方法相比，本方法可以预留较少的保安矿柱，也可以对埋藏较浅的井矿盐资源加以利用，有效地提高了资源的回采率。本发明中所述“溶腔”指井矿盐水溶开采后所形成的采盐溶腔，与“盐腔”、“盐穴”互用。所述“废渣”包括制碱、制盐和燃煤生产过程产生的固体废弃物。例如，在制碱废渣的情况下(氨碱法生产)，每生产I吨纯碱将产生300— 350kg的废渣(干基)，主要含碳酸钙、氢氧化镁、氧化钙等，目前氨碱企业一般都是采用外排堆放或倾倒远海的方法处理废渣。其量和组成因原料而异，一般组成的质量百分数为:碳酸钙35 50%，氢氧化镁5 8%，硫酸钙2 4%，氯化钠2 4%，三氧化二铁约I 2%例如约
1.5%，酸不溶物约I 3%例如约2%及其他少量杂质。本发明方法步骤(I)所述的“下部盐群”和步骤(4)所述的“上部盐群”，及本文所述的“从下至上依次开采”中的“上”、“下”是垂直矿井中的相对概念。在注井充填时，不需要每次都要将溶腔充分注满后，再开始新一轮的水溶开采过程；每次注井充填的废渣量应根据盐井溶腔大小和相关技术、经济参数来确定。例如每次形成的溶腔体用充填物质如废渣填充其容积的40 95vol%，优选60 80vol%，然后注水或注废液进行采卤操作。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。本文未详述的技术方法，均为本领域常用的技术方法。针对现有技术中井矿盐水溶开采方法存在回采率不高、采盐溶腔容易诱发地面沉陷，以及制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣会造成环境污染等问题。本工艺方法是将水溶开采和溶腔注井充填相结合对井矿盐资源进行水溶开采的新方法。首先，采用水溶开采方法对井矿盐矿床进行水溶开采；随后，将制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣充填到采盐腔体中。水溶开采和注井充填循环交替，对井矿盐矿床自下至上依次开采，即“纵向”上提高了资源的回采率，也延长了盐井的服务年限。此外，由于采盐溶腔得到了有效的注井充填，确保了地层的力学稳定性，可以缩短相邻单井或井组的井间距离，在同样面积的矿区内可以布置更多的盐井，即在“横向”上提高了资源的回采率。因此，此循环开采新方法在“纵向”和“横向”两个方面，都极大的提高了井矿盐资源的回采率。此方法在充分开采井矿盐的同时，将制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣充填到采盐溶腔中，既避免了地面环境污染，也防止地面沉陷的发生。所以，此方法既显著地提高了井矿盐的回采率，延长了盐井的服务年限。与传统的水溶开采方法相比，本循环开采方法将会取得更大的经济效益。此外，本发明中将制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣注井充填到溶腔中，既避免了环境污染，也防止了地面沉陷的发生。所以，本方法还具有良好环境效益和社会效益。本申请人的在先申请201110006672.X(CNlO22O5979A)和 201210491562.I(CN102936021A)以全部内容被引入本申请中作为参考，就像在本申请中详细描述一样。具体本发明具有以下有益效果:1、采用水溶开采与注井充填循环工艺，在井矿盐矿床的“纵向”和“横向”两个方面都显著地提高了井矿盐的回采率；2、对下部采盐溶腔进行充分注井充填后，可以重复利用已有盐井，对上部盐层继续进行开采，大大延长了盐井服务年限，节约了新建盐井的建设成本；3、注井充填的原料为多种废渣，例如制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣，从而避免了废渣对地面环境的污染；4、由于对采盐溶腔进行了充填，可以确保地层的力学稳定性，避免了地面沉陷可能带来的地质灾害。
图1为井矿盐资源水溶开采-注井充填循环工艺流程示意图，包括单井或双井对流水溶开采井矿盐生产卤水；所采卤水用于制盐或直接用于制碱；制盐产出的盐产品也可用于制碱；制盐和制碱过程中产生的废渣经过注井充填注入到水溶开采产生的溶腔中。图2为井矿盐资源单井对流水溶开采-注井充填循环开采方法示意图。图3为井矿盐资源双井对流水溶开采-注井充填循环开采方法示意图。
具体实施例方式为了进一步了解本发明，以下结合实施例对本发明作进一步的详细阐述，但并非对本发明的限制，应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。凡依照本发明公开内容所作的任何本领域的等同替换，均属于本发明的保护范围。实施例1如图2所示，对超厚盐矿床(埋藏深度为-900 -1450m，总厚度约为550m)采用单井油垫法水溶开采-注井充填循环开采方法，它通过以下步骤实现:(I)在地表打单井至目标矿床，将盐井的采卤管串下至-1450m左右对井矿盐的下部盐群(厚度约为350m，深度为-1100 _1450m)，进行单井油垫法水溶开采，所采卤水用作制盐或制碱的原材料。(2)经过一段时间的水溶开采，达到最大许可的开采盐量之后，结合声纳测腔技术测定腔体的溶径和形状，确定腔体的体积大小。(3)通过采卤管串将制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣注井充填到采盐溶腔中。随着溶腔内充填物质的增加，逐渐割短井管。在溶腔中，充填物质逐渐沉淀、固结，保证了采盐溶腔的力学稳定性。(4)在溶腔得到充填后，继续进行单井油垫法水溶开采腔体上部的岩盐资源，根据实际情况，适时调整采卤管串的深度。所采卤水用作制盐或制碱的原材料。(5)水溶开采达到最大许可的开采盐量后，结合声纳测腔技术确定腔体的体积大小，再将制碱、制盐或燃煤过程产生的废渣注井充填到采盐溶腔中；如此水溶开采和注井充填循环进行，直至含盐地层的下部盐群自下至上依次得到开采。(6)在岩盐矿床开采至-1lOOm时，遇到难溶的夹层，其厚度约为20m，致使无法继续进行水溶开采；在夹层下部溶腔得到充分充填的情况下，提出中心管，采用割管工艺将套管的下部割除，并用水泥塞封住原钻孔。(7)在夹层上方的盐群中(厚度约为180m，深度为-900 -1080m)，继续循环进行单井油垫法水溶开采和注井充填；直至含盐地层的上部盐群自下至上依次得到开采；最终该单井控矿范围内的矿体全部开采完毕。(8)完成了一口单井水溶开采之后，根据矿区的实际情况确定井间距离为100m，布置新的盐井重新开展井矿盐的单井油垫法水溶开采和注井充填循环过程。实施例2如图3所示，对超厚盐矿床(埋藏深度为-1000 -1530m，总厚度约为530m)采用双井定向连通对流水溶开采-注井充填循环开采方法，它通过以下步骤实现:(I)采用定向连通技术建设两口对接井对下部盐群(厚度约为300m，深度为-1230 -1530m)进行水溶开采，所采卤水用作制盐或制碱的原材料。(2)经过一段时间的双井对流水溶开采，达到最大许可的开采盐量后，结合声纳测腔技术测定腔体的溶径和形状，确定腔体的体积大小。(3)通过注井充填技术将制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣注入到采盐溶腔中，随着溶腔的不断充填，通过割管工艺将盐井的下部井管割除。在溶腔中，充填物质逐渐沉淀和固结，保证了采盐溶腔的力学稳定性。(4)在溶腔得到充填后，再继续进行双井对流水溶开采腔体上部的岩盐资源，所采卤水用作制盐或制碱的原材料。(5)水溶开采达到最大许可的开采盐量后，结合声纳测腔技术确定腔体的体积大小，再将制碱、制盐或燃煤过程产生的废渣注井充填到采盐溶腔中；如此水溶开采和注井充填循环进行，直至含盐地层的下部盐群自下至上依次得到开采。(6)在岩盐矿床开采至-1230m时，遇到难溶的夹层，其厚度约为30m，致使无法继续进行水溶开采；在夹层下部溶腔得到充分充填的情况下，采用割管工艺，将井组下部井管割除，并用水泥塞封住原钻孔。(7)在夹层上方的盐群中(厚度约为200m，深度为-1000 _1200m)，重新采用水平定向技术进行水平对接，继续循环进行双井水溶开采和注井充填；直至含盐地层的上部盐群自下至上依次得到开采；最终该井组控矿范围内的矿体全部开采完毕。(8)完成了一对盐井的定向水溶开采之后，根据矿区的实际情况确定排距为130m，布置新的井组重新开展双井对流水溶开采和注井充填循环过程。
权利要求
1.一种井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采方法，该方法包括以下步骤: (1)在矿区布置矿井，对井矿盐的下部盐群进行水溶开采，生产卤水并在地下形成空的溶腔体即一次溶腔体； (2)水溶开采达到最大许可的开采量之后，结合声纳测腔技术测定腔体的溶径和形状，确定腔体的体积大小； (3)通过注井充填技术将充填物质(例如制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣)注入到采盐溶腔体中，随着溶腔内充填物质的增加，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短； (4)采盐溶腔下部得到充填后，对腔体的上部盐群继续进行水溶开采，生产卤水并在地下形成二次溶腔体； (5)水溶开采达到最大许可的开采盐量后，结合声纳测腔技术确定腔体的体积大小，再通过注井充填技术将充填物质(例如制碱、制盐或燃煤过程产生的废渣)充填到采盐溶腔中，并随着溶腔内充填物质的增加，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短； (6)重复以上(4)和(5)的步骤，以循环交替进行水溶开采和注井充填，直至盐井控矿范围内的含盐地层从下至上依次得到开采。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:进一步包括在所述盐井开采完毕之后，根据矿区的矿藏分布确定盐井间距，布置新的盐井重新进行井矿盐的水溶开采和注井充填循环过程。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述方法中井矿盐水溶开采方法为单井生产或井组生产，优选为单井对流水溶开采法或双井对流水溶开采法。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于:所述方法中井矿盐水溶开采方法是利用淡水，或利用制盐或制碱生产的废水直接注入盐矿井中，或在制盐、制碱生产的废水中加入淡水后替代注井淡水注入盐矿井中进行水溶开采。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于:所述方法中水溶开采所生产的卤水直接用于制盐工业，或者直接作为制碱工业的原料卤水。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于:在所述水溶开采过程中遇到不溶或难溶的厚度大的夹层，致使无法继续进行水溶开采时，在夹层下方溶腔得到充分充填的情况下，采用割管工艺，将盐井下部井管割除，并用水泥塞封住原钻孔；在夹层上方的未采盐群中，重新进行水溶开采，继续循环进行水溶开采和注井充填。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于:在注井充填时，每次注井充填的充填物质(例如废渣)量填充达到溶腔体容积的一般为40 95vol%，优选为60 80vol%。
8.一种利用单井生产法的井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采方法，该方法包括以下步骤: (1)从地表钻单井至目标矿床，将盐井的采卤管串下至井矿盐矿床的下部盐群，对井矿盐进行水溶开采，生产卤水并在地下形成空的溶腔体即一次溶腔体； (2)水溶开采达到最大许可的开采盐量之后，结合声纳测腔技术测定腔体的溶径和形状，确定腔体的体积大小； (3)通过采卤管串将充填物质(例如制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣)注井充填到采盐溶腔中，随着溶腔内充填物质的增加，通过割管工艺将盐井的下部井管割除；(4)根据盐井实际深度，调整采卤管串的位置，对腔体的上部盐群继续进行单井对流水溶开采，生产卤水并在地下形成二次溶腔体； (5)水溶开采达到最大许可的开采盐量后，结合声纳测腔技术确定腔体的体积大小，再将充填物质(例如制碱、制盐或燃煤过程产生的废渣)注井充填到采盐溶腔中； (6)重复以上(4)和(5)的步骤，以循环交替进行水溶开采和注井充填，直至该单井控矿范围内的含盐地层从下至上依次得到开采； 任选地(7)— 口单井开采完毕后，根据矿区的实际情况确定井间距离，布置新单井重新进行井矿盐的水溶开采和注井充填循环过程。
9.一种利用双井生产法的井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采方法，该方法包括以下步骤: (1)在矿区布置双井，实现双井连通后，对井矿盐的下部盐群进行水溶开采，生产卤水并在地下形成空的溶腔体即一次溶腔体； (2)水溶开采达到最大许可的开采量之后，结合声纳测腔技术测定腔体的溶径和形状，确定腔体的体积大小； (3)通过注井充填技术将充填物质(例如制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣)注入到采盐溶腔中，随着溶腔内充填物质的增加，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短； (4)采盐溶腔下部得到充填后，通过双井对流对腔体的上部盐群继续进行水溶开采，生产卤水并在地下形成二次溶腔体； (5)水溶开采达到最大许可的开采盐量后，结合声纳测腔技术确定腔体的体积大小，再将充填物质(例如制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣)注井充填到采盐溶腔中，随着溶腔内充填物质的增加，通过割管工艺将盐井的下部井管逐渐割短； (6)重复以上(4)和(5)的步骤，以循环交替进行水溶开采和注井充填，直至该井组控矿范围内的含盐地层从下至上依次得到开采； 任选地(7 ) 一对盐井开采完毕之后，根据矿区的矿藏分布确定排距，布置新的井组重新进行井矿盐的水溶开采和注井充填循环过程。
全文摘要
本发明涉及一种井矿盐资源水溶开采-注井充填循环开采的工艺方法，具体是采用水溶开采方法对井矿盐资源进行高回采率的资源开采；同时采用注井充填工艺方法将制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣充填到采盐溶腔中；井矿盐的水溶开采和废渣注井充填循环进行。本发明可对各种类型的井矿盐资源充分开采，尤其适用于超厚井矿盐资源开采，且无论是在“纵向”上还是在“横向”上都显著地提高了井矿盐资源的回采率，并且延长盐井服务年限；并将制碱、制盐或燃煤过程中产生的废渣充填到腔体中，避免了地面环境污染，实现了废物的资源化利用，也防止了地面沉陷的发生。
文档编号E21F15/00GK103161468SQ20131010244
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者蒋海斌, 张文广, 刘正友, 刘凯, 宋茜茜, 王桂春, 艾红, 卢青峰, 赵斯祝 申请人:江苏井神盐化股份有限公司