溶解采矿技术及应用

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1、溶解采矿技术及应用王海峰（核工业第六研究所，湖南衡阳421001）摘要：溶解采矿方法主要应用于盐矿的开采，其工艺的物理过程和化学过程与地浸采矿方法多有类似，文章介绍了溶解采矿的历史、物理化学原理、工艺过程以及应用实例。关键词：溶解采矿；盐矿；注水；井1溶解采矿发展史地浸采铀技术已成熟，并广泛应用到各国，可地浸技术用来开采铀矿物仅是60年代之后的事，而地浸采铀技术的鼻祖----溶解采矿的立式却源远流长。溶解采矿是从采盐发展起来的。我国1757年在运城盐湖以大口井采盐。井深13.3～16.7m，底部为盐湖承压水。这可

2、利用承压水溶解地下石盐矿层，生成卤水，再嗮干而取之。1880～1881年，溶解釆盐已由单井作业发展成几个井的井组作业。在运城盐湖至少有两个井构成一组，井距为数十米，开采时从一井注入洗水溶解地下岩层，从另一井将生成的卤水提至地表嗮盐，类似我们的两孔法地浸采铀试验。有时凿一组井，从中心注入洗水，从周边井提取卤水，我们目前应用的地浸采铀法正是继承了此法的衣钵，这是我国乃至世界应用溶解技术采矿的最早实例。后来随着钻井技术的发明与应用极大地推动了地浸釆盐技术，在1835年我国已钻出深达1001.42m的井，这是19世纪中叶

3、世界钻井深度的最高纪录。从此，我国便开始了钻井溶解釆盐的历史。目前测定地下水流向与速度的示踪法也是公元1894年在溶解法釆盐时发明的。进入20世纪，国内外溶解采矿已十分普及，而且开采的矿物不仅限于岩盐，已发展到钾、硫、芒硝等。就溶解技术本身来说，也在应用中得到不断发展。如今两井联通开采、压裂技术、油水护顶技术等已得到广泛运用。2溶解采矿的物理---化学原理我们知道，溶解采矿是溶剂与矿物的物理反应过程。那么，矿物是如何溶解在溶剂中的呢？从化学作用的观点看，矿物溶于液体的过程是发生在固-液两交界处的一种多相反应。溶解

4、的多相反应包括溶剂接触被溶物质表面的过程，溶剂与被溶物质相互作用的过程和已溶物质离开被溶物表面的过程。溶解时总要发生相对于被溶固体表面的液体相移动。甚至在没有引起液相运动的外界因素条件下，由于溶液内各点的液相密度不同，也会产生液体的自然对流。不论液体的运动力特性如何，在相交界处总有阻碍被溶物质颗粒向液体内扩散的液体层存在。溶解时的扩散速度取决于被溶物质在溶解面形成的饱和液边界与溶剂的接触的浓度差。随着液相中被溶物质浓度的增加，溶解速度将按对数定律减慢，即溶解速度与溶液的饱和度成正比。3注水方法3.1正循环注水如图

5、1，正循环注水即为从中心管注入，溶腔底部卤水由技术套管与中心管之间的间隙返至地表。此注水法优点是卤水浓度均衡对底部溶解好，侧溶角小，回采率高，中心管周围沉积物少，管路不易堵塞，缺点是卤水浓度低，携带不溶物能力差。单井开采时以正循环注水为主，目的为尽量减小侧溶角。正循环可使下部溶解处于最佳状态，溶腔近似于圆柱形，侧溶角小，回采率高，但在建槽初期由于溶腔小，水的波动大，不利于油垫层的形成和稳定。受水流方向影响，油垫层向外扩展困难，并有负压旋流造成部分油被带出井，油会向井附近补充，引起油垫失效，且矿层上溶，使建槽高度增

6、加，油量增大。3.2反循环注水如图2，反循环注水是指注水从中心管和技术套管间的间隙进入溶腔顶部，卤水由中心管返至地面。此注水优图1正循环注水点为卤水浓度高，携带砂能力大，缺点是回采率低。因反循环注水更有利于将井底的沉砂携带出井，生产井交付生产后的洗井建槽一般采用反循环注水。3.3连续注水连续注水是指井投入生产后便开始注水，直至矿采完为止。连续注水铀利于保护顶板，加快矿层溶解，但卤水浓度低。矿层溶解性能好的矿井，尽可能采用连续注水。3.4间断注水间断注水即井投入生产后，时注时停。间断注水运行费低，但溶解矿石能力差，

7、溶解速度低，溶腔会产生负压，对顶板保护不利，停产后会因溶解继续进行而在溶腔上部产生一空洞，形成负压。图2反循环注水4建槽与压裂建槽是在矿层底部形成一个倒锥体的溶腔，为对流生产提供最佳溶解面。压裂是为了在矿层中产生水平或顺层理的单裂缝面，达到井与井之间的交换贯通的目的。因此，压裂是在两井之间进行。压裂时用清水对裂缝壁的矿物溶解，形成一定规模的通道，使地应力向通道侧集中，达到自然平衡，防止闭合，因此生产时要带压出卤。在沉积盐系地层中，岩盐的垂直抗拉强度比水平抗拉强度低，顶底板或夹矸接触面的粘结强度更低，裂缝容易在这些

8、部位产生或顺层面方向扩展。正是利用这一特点，压裂技术才得以发展。水力压裂技术19世纪曾有人提出这一想法，最早应用在石油开采上。在五、六十年代美国碱业公司首先在俄亥俄州盐矿进行试验并获得成功。我国60年代开展岩盐压裂研究，在湖南湘澧盐矿和湖北应城盐矿进行地面钻井水力压裂生产试验获得成功。目前我国压裂技术用来采岩盐发展较快并取得了可喜进展，特别是在压裂施工前预先在盐层中建造一