可地浸矿层连续高能气体压裂增渗方法及专用高能气体发生器

摘要

本发明涉及一种可地浸矿层连续高能气体压裂增渗方法及专用高能气体发生器，属提高赋矿岩层渗透性技术领域。可地浸矿层连续高能气体压裂增渗方法，通过生产井用电缆将高能气体发生器送至赋矿岩层，引燃高能气体发生器中的爆燃弹，连续高能气体作用于赋矿岩层，给矿层卸压，使矿层中的高能气体、气水混合物以及地下水在瞬间产生的水力梯度作用下形成快速渗流，完成连续高能气体压裂增渗。用于该方法的高能气体发生器，其特征在于：结构包括，连接管由上至下依次连接封堵器、上缓冲器、延时点火器、爆燃弹、下缓冲器、端头。本发明可提高可地浸矿层的渗透率，进而提高了原地浸出开采的采收率和单产量，提高了可地浸矿层资源的利用效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可地浸矿层连续高能气体压裂增渗方法及专用高能气体发生器，属提高赋矿岩层渗透性技术领域。

背景技术

矿物资源的地下浸出开采过程主要分3个阶段：将配制的溶浸液通过注液钻孔注入到矿层；在矿层中，溶浸液运移过程中与矿物发生化学反应；浸出液通过抽液钻孔抽出地表。在3个阶段中，溶浸液能否注入矿层和浸出液能否抽出地表是最重要的环节之一，也是实现地浸法开采矿物的基础，而决定这一重要环节的是矿层渗透性的大小。由于部分矿产的客观地质特点(主要是渗透率低)，造成了地浸开采过程中的诸多突出矛盾，使地浸开采成本升高、开采速度和采收率降低，严重阻碍了中国可地浸开采矿物资源的利用。因此，赋矿岩层的低渗透性成为制约地浸法开采矿物顺利生产的瓶颈。

为改善赋矿岩层的渗透性，当前在实际生产中经常用到的方法主要有以下两种：钻孔洗井，通过洗井的措施减少钻孔钻进过程对含矿含水层的污染，并及时恢复污染后的含矿含水层，常用的洗井措施包括，空压机洗井、空压机水泵联合洗井、泡沫洗井、焦磷酸钠洗井及活塞洗孔等方法清洗钻孔；除采用洗井措施恢复地层渗透性外，还通过改进钻孔工艺来避免钻孔钻井过程中对矿层渗透性的影响，常用的改进后钻孔工艺有气举负压钻进施工技术、泡沫钻进施工技术等。而矿物地浸开采中，成井后的洗井及采用改进的钻孔工艺只能最大限度的减轻或避免钻孔钻进过程中对矿层的污染，在一定程度上恢复地层的渗透性。因此，这两种方法都不能提高矿层的固有渗透性。

含烃地层的高能气体压裂技术是众所周知的，并且已被广泛用来增加含烃地层中石油和天然气的采收率。这些技术是利用冲击弹在井下有规律的燃烧，产生大量超过油气层最大地应力值的高温高压气体以脉冲加载方式作用于油气层，将地层堵塞物压开，在近井地带可形成多条径向裂隙，提高井筒附近地层的渗流能力。这些方法的主要目的是在钻井周围形成几条大长裂缝，使其成为石油或天然气的汇集通道，利用大长裂缝的高导流能力，增加了石油或天然气的生产效率。但是，矿物资源地浸开采过程与石油及天然气的采收过程不同，矿物资源地浸开采过程中，需要溶浸液在矿层中均布迁移，并且和矿层中的矿物充分反应，随后浸出液汇集抽液孔，通过抽液孔抽出地表。矿层的渗透性过小或过大均不利于地浸开采，过小不利于溶浸液在岩层中的迁移，过大不利于溶浸液和铀矿物之间的充分反应，特别是前述在含烃地层中使用的方法在矿层中形成几条明显的径向裂缝，使溶浸液易形成优势流，不能使溶浸剂充分全面的溶浸矿石，达不到浸出的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可地浸矿层连续高能气体压裂增渗方法及设备，适用于可采用地浸法开采的铀、金、铜、银、钼等矿物资源开采，提高赋矿岩层的渗透性，降低地浸开采成本，提高地浸开采的采收率和单产量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

可地浸矿层连续高能气体压裂增渗方法，其特征在于：通过生产井用电缆将高能气体发生器送至赋矿岩层，开启封堵器，封堵器与生产井壁紧密结合使高能气体发生器固定，引燃高能气体发生器中的爆燃弹，高能气体对矿层作用10分种到30分种后，关闭封堵器，封堵器与生产井壁紧密结合松开，给矿层卸压，使矿层中的高能气体、气水混合物以及地下水在瞬间产生的水力梯度作用下形成快速渗流，完成连续高能气体压裂增渗。

该方法的进一步改进在于：

高能气体的峰值压力控制在100MPa到500MPa之间。

爆燃弹的引燃由延时点火器控制。

延时点火器之间的延时时间为10秒种到1分钟。

用于可地浸矿层连续高能气体压裂增渗方法的高能气体发生器，其特征在于：其结构包括，连接管由上至下依次连接封堵器、上缓冲器、延时点火器、爆燃弹、下缓冲器、端头；

封堵器通过丝扣与连接管连接，上缓冲器和下缓冲器中间有套管与连接管通过丝扣连接，缓冲器两端为抗压的钢板，钢板间用弹簧焊接，上缓冲器和下缓冲器中靠近爆燃弹一端的钢板自由，另一端钢板固定在套管上，延时点火器及爆燃弹有中心孔，通过连接管组装。

该设备具体结构的进一步改进在于：

爆燃弹间串连连接，串连爆燃弹的个数为1个到10个。

每个爆燃弹相对应设置一个延时点火器。

所述爆燃弹内填充固体、液体或固体液体混合态炸药或火药。

本发明的工作原理：

通过串连于爆燃弹间的延时点火器之间的延时时间间隔确保高能气体压力均衡性，增加高能气体压力对矿层的作用时间，并通过改变爆燃弹装药性质的不同来掌握高能气体的峰值压力大小。这些密封的、压力大小可控的及压力作用时间可调的高能气体以脉冲加载方式作用于可地浸矿层，初始高能气体将矿层堵塞物压开，在近井地带产生不受地应力控制的径向微裂隙体系，随后高能气体迅速驱动生产井和矿层裂隙中的地下水运动，产生流体运动场，并且在微裂纹尖端产生应力集中效应，进一步扩展贯通微裂纹。高能气体在进一步扩展贯通微裂纹的同时抬高了矿层中地下水水位，当高能气体作用于矿层一段时间后，通过生产井对矿层卸压，则含矿层中的地下水水位也会随之突然降低，在瞬间产生的水力梯度作用下，含矿层中的高能气体、气水混合物以及地下水通过岩体孔隙快速渗流，从生产井自然喷出或溢出，可以从矿石中带出部分细颗粒碎屑，疏通含矿层，进一步增大了含矿层的渗透性。

本发明具有以下优点和积极效果：

本发明利用高能气体作用于矿层一定时间后对矿层卸压，使含矿层中的地下水水位也会随之突然降低，在瞬间产生的水力梯度作用下，含矿层中的高能气体、气水混合物以及地下水通过岩体孔隙快速渗流，从生产井自然喷出或溢出，可以从矿石中带出部分细颗粒碎屑，疏通含矿层，进一步增大了含矿层的渗透性。本发明可提高可地浸矿层的渗透率，进而提高了原地浸出开采的采收率和单产量，提高了可地浸矿层资源的利用效率。

采用延时时间间隔为10秒钟到1分钟的延时点火器使爆燃弹微差爆燃，增加了高能气体压力作用时间，确保高能气体压力均衡，使矿层增渗范围大、增渗幅度高，增渗效果均匀，避免出现大长裂隙。

根据矿层岩性和地浸生产需求的实际情况确定串连爆燃弹的个数为1个到10个以及确定爆燃弹内所装药的种类，依据爆燃弹装药性质的不同来掌握高能气体的峰值压力大小。

连接管除了连接高能气体发生器的每个部件作用，还起到保护电缆的作用。

封堵器的设置可防止了高能气体外卸造成能量损失，迫使其大部分进入目的矿层深部，从而大大提高了该工艺的处理效果，同时减小了高能气体对地浸矿层上下覆盖岩层的破坏。

通过安装上缓冲器，有效的解决了高能气体对封堵器的猛烈冲击所造成的损坏。

通过安装上缓冲器和下缓冲器，有效的减轻了高能气体对赋矿岩层上覆盖岩层和下底板岩层的猛烈冲击，保护了上覆盖岩层和下底板岩层。

附图说明

图1为可地浸矿层连续高能气体压裂增渗方法的专用高能气体发生器结构示意图。

其中：1、电缆，2、生产井，3、高能气体发生器，31、连接管，32、封堵器，33、上缓冲器，34、延时点火器，35、爆燃弹，36、下缓冲器，37、端头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明：

实施例1

可地浸矿层砂岩渗透率为10^-6D，砂岩抗压强度为200MPa，连续高能气体压裂增渗方法实施过程为：通过生产井2用电缆1将高能气体发生器3送至赋矿岩层，通过封堵器32与生产井紧密结合固定高能气体发生器3，通过延时点火器34引燃爆燃弹35。高能气体发生器3串连10个爆燃弹35和10个延时点火器34，第1个爆燃弹内为固体炸药，其余9个爆燃弹内为固体火药，延时点火器34的延时时间为1分钟，控制生产井内高能气体峰值压力大小为500MPa，高能气体对矿层作用时间30分钟后，关闭封堵器，给矿层卸压，使矿层中的高能气体、气水混合物以及地下水在瞬间产生的水力梯度作用下形成快速渗流，完成连续高能气体压裂增渗。

实施例2

可地浸矿层砂岩渗透率为10^-4D，砂岩抗压强度为160MPa，续高能气体压裂增渗方法实施过程为：通过生产井2用电缆1将高能气体发生器3送至赋矿岩层，通过封堵器32与生产井紧密结合固定高能气体发生器3，通过延时点火器34引燃爆燃弹35。高能气体发生器3串连6个爆燃弹35和6个延时点火器34，第1个爆燃弹内为固体炸药，其余5个爆燃弹内为固体火药，延时点火器34的延时时间为40秒，控制生产井内高能气体峰值压力大小为400MPa，高能气体对矿层作用时间25分钟后，关闭封堵器，给矿层卸压，使矿层中的高能气体、气水混合物以及地下水在瞬间产生的水力梯度作用下形成快速渗流，完成连续高能气体压裂增渗。

实施例3

可地浸矿层砂岩渗透率为10^-3D，砂岩抗压强度为130MPa，续高能气体压裂增渗方法实施过程为：通过生产井2用电缆1将高能气体发生器3送至赋矿岩层，通过封堵器32与生产井紧密结合固定高能气体发生器3，通过延时点火器34引燃爆燃弹35。高能气体发生器3串连4个爆燃弹35和4个延时点火器34，4个爆燃弹内为液体火药，延时点火器34的延时时间为20秒，控制生产井内高能气体峰值压力大小为300MPa，高能气体对矿层作用时间20分钟后，关闭封堵器，给矿层卸压，使矿层中的高能气体、气水混合物以及地下水在瞬间产生的水力梯度作用下形成快速渗流，完成连续高能气体压裂增渗。

实施例4

可地浸矿层砂岩渗透率为10^-2D，砂岩抗压强度为90MPa，续高能气体压裂增渗方法实施过程为：通过生产井2用电缆1将高能气体发生器3送至赋矿岩层，通过封堵器32与生产井紧密结合固定高能气体发生器3，通过延时点火器34引燃爆燃弹35。高能气体发生器3串连3个爆燃弹35和3个延时点火器34，3个爆燃弹内为液体火药，延时点火器34的延时时间为10秒，控制生产井内高能气体峰值压力大小为200MPa，高能气体对矿层作用时间15分钟后，关闭封堵器，给矿层卸压，使矿层中的高能气体、气水混合物以及地下水在瞬间产生的水力梯度作用下形成快速渗流，完成连续高能气体压裂增渗。

实施例5

可地浸矿层砂岩渗透率为10^-1D，砂岩抗压强度为60MPa，续高能气体压裂增渗方法实施过程为：通过生产井2用电缆1将高能气体发生器3送至赋矿岩层，通过封堵器与生产井紧密结合固定高能气体发生器3，通过延时点火器34引燃爆燃弹35。高能气体发生器3串连1个爆燃弹35和1个延时点火器34，1个爆燃弹内为液体火药，控制生产井内高能气体峰值压力大小为100MPa，高能气体对矿层作用时间10分钟后，关闭封堵器，给矿层卸压，使矿层中的高能气体、气水混合物以及地下水在瞬间产生的水力梯度作用下形成快速渗流，完成连续高能气体压裂增渗。

综上所述，可地浸矿层连续高能气体压裂增渗方法实施过程为：通过生产井2用电缆1将高能气体发生器3送至赋矿岩层，开启封堵器32，封堵器与生产井壁紧密结合使高能气体发生器3固定，通过延时点火器34引燃爆燃弹35，延时点火器34的延时时间为10秒种到1分钟，产生的高能气体对矿层作用10分种到30分种后，关闭封堵器32、给矿层卸压，使矿层中的高能气体、气水混合物以及地下水在瞬间产生的水力梯度作用下形成快速渗流，完成连续高能气体压裂增渗。

用于可地浸矿层连续高能气体压裂增渗方法的设备为一种高能气体发生器3，其结构包括，连接管31由上至下依次连接封堵器32、上缓冲器33、延时点火器34、爆燃弹35、下缓冲器36、端头37。

封堵器32通过丝扣与连接管31连接，上缓冲器33和下缓冲器36中间有套管与连接管31通过丝扣连接，缓冲器两端为抗压的钢板，钢板间用弹簧焊接，上缓冲器33和下缓冲器36中靠近爆燃弹35一端的钢板自由，另一端钢板固定在套管上，延时点火器34及爆燃弹有中心孔，通过连接管31组装。

爆燃弹间串连连接，串连爆燃弹的个数为1个到10个。

一个延时点火器34与一个爆燃弹35相对应，采用延时点火器34目的是增加高能气体压力作用时间，确保高能气体压力均衡。

爆燃弹35内可是固体、液体或固体液体混合态炸药或火药，通过爆燃弹装药性质的不同来掌握高能气体的峰值压力大小，高能气体的峰值压力控制在100MPa到500MPa之间。

连接管31除了连接高能气体发生器3的每个部件作用，还起到保护电缆1的作用。

封堵器32的目的是防止高能气体外卸造成能量损失，减小高能气体对地浸矿层上下覆盖岩层的破坏。

上缓冲器33的目的是防止封堵器32受到高能气体作用而损坏。

上缓冲器33和下缓冲器36的目的是的减轻高能气体对赋矿岩层上覆盖岩层和下底板岩层的猛烈冲击，保护了上覆盖岩层和下底板岩层。