一种共生资源矿井精准开发与退役服务系统及应用方法

摘要

本发明公开了一种共生资源矿井精准开发与退役服务系统及应用方法。所述共生资源矿井精准开发与退役服务系统，包括地质体机构、地表开发机构、地下构筑机构、退役服务机构，地质体机构设置有地表层、含矿含水层、煤层、油气储层，地表开发机构设置有综合储备库、采油机、抽注泵、抽注井、油气丛井、抽注管、输油管，地下构筑机构设置有智能采煤充填体、工作面、运输巷道、回风巷道、煤柱、坝体、运维走廊，退役服务机构设置有净化池、补给池、储油池、净化泵、补给井、水驱井、净水体。本发明通过四大机构的密切配合，开展既定工艺时序下共伴生资源开发，充分发挥废弃储层空间功能，实现共伴生资源全生命周期安全精准开发与废弃储层绿色高效利用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种共生资源矿井精准开发与退役服务系统以及应用所述系统的方法。

背景技术

能源是国家经济社会发展的重要保障，同时生态环境关系到生存发展。面临日趋增加的能源需求与生态环境保护需求，针对煤、铀、油气同盆共存的资源禀赋，如何安全、高效、绿色开发共伴生资源成为当前亟待破解的重要难题。共伴生资源开发经历地质勘探、工艺工序布局、协调开发、矿井退役、退役矿井生态修复全生命周期过程。合理规划布局可以有效提高资源综合采出率，降低含铀、氡等放射性核素对地下水体与煤层污染威胁，保障油气储层圈闭性能，充分发挥资源采出空间功能效益。开发规划需综合考虑勘探开发与退役开发利用，然而现阶段共伴生资源开发工艺布局及退役服务规划方面尚处于初步阶段，缺少系统性规划。基于上述情况，迫切需要一种共生资源矿井精准开发与退役服务系统，以达到安全、高效、绿色、协调开发共伴生资源，发挥采出资源空间功能目的。

发明内容

本发明实施例的目的在于提出一种共生资源矿井精准开发与退役服务系统，基于地质体机构特征，布局地表开发机构，构建地下构筑机构，基于不同工艺工序开发共伴生资源，进一步利用退役服务机构发挥采区空间功能，开展油气储备与生态修复，实现共生资源安全、高效、绿色、协调开发，达到充分利用废弃采区空间开展生态修复与油气储备的目的。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种共生资源矿井精准开发与退役服务系统，包括：

地质体机构，包括地表层、含矿含水层、煤层、油气储层；地表开发机构，包括综合储备库、采油机、抽注泵、抽注井、油气丛井、抽注管、输油管；地下构筑机构，包括智能采煤充填体、工作面、运输巷道、回风巷道、煤柱、坝体、运维走廊；退役服务机构，包括净化池、补给池、储油池、净化泵、补给井、水驱井、净水体，所述地表层位于所述含矿含水层上部，所述含矿含水层位于所述煤层上部，所述煤层位于所述油气储层上部，所述综合储备库、采油机、抽注泵置于所述地表层上部，所述抽注井置于所述地表层与所述煤层之间，所述油气丛井上端与下端部分别置于所述地表层与油气储层内，所述抽注泵通过所述抽注管分别于所述抽注井与所述综合储备库连接，所述采油机通过所述输油管与所述综合储备库连接，所述工作面、运输巷道、回风巷道、煤柱位于所述煤层内，所述智能采煤充填体置于所述工作面，所述坝体位于所述智能采煤充填体后方，所述运维走廊位于煤柱与坝体之间，所述净化池位于所述智能采煤充填体后部，所述补给池位于所述净化池后部，所述储油池位于所述补给池后部，所述坝体位于所述净化池与所述补给池间，所述净化泵位于所述坝体内，所述补给井位于所述煤层与所述补给池间，所述水驱井位于所述补给池与所述油气储层间，所述净水体位于所述净水池内。

优选地，所述综合储备库分别与所述抽注管、输油管连接，由强化材料构成，储备油气与高浓度铀。

优选地，所述净化池由所述坝体构成，通过所述净化泵与所述补给池连通，承接围岩渗涌流体，内部设置有所述净水体，通过物理化学作用净化含矿污染物。

优选地，所述补给池由所述坝体构成，分别通过补给井、水驱井与含矿含水层、油气储层连通，补给含矿含水层承压水，驱替油气储层油气。

优选地，所述储油池由所述坝体构成，通过生产井与油气储层连通，储备水驱油气资源。

本发明还提出了一种共生资源矿井精准开发与退役服务系统应用方法，应用上述系统，其包括如下工作步骤：

a、基于多维空天地一体化勘探手段，探明共伴生资源禀赋与空间分布特征，确定地质体机构，开展三位一体试验研究，揭示资源储层与围岩地质力学及物性属性；

b、根据工程地质特征，有序布设综合储备库、采油机、抽注泵、抽注井、油气丛井、抽注管、输油管；

c、煤层内布置运输巷道、回风巷道与工作面，基于油气丛井布设需求确定煤柱尺寸，循环推进智能采煤充填体，构筑坝体，依次形成净化池、补给池与储油池，并留设运维走廊；

d、通过运维走廊，依次构筑净水体、净水泵、补给井、水驱井、生产井；

e、煤、铀、油气同时开采，抽注泵、采油机、智能采煤充填体同步运行，含铀溶浸液通过抽注井泵送至综合储备库，油气储层中油气通过采油机、油气丛井及输油管储备至综合储备库，净化池承接围岩渗涌流体，通过净水体与净化泵处理含矿污染物，处理后纯净水排至补给池；

f、补给池通过补给井自动补给含矿含水层承压水，同时通过水驱井自动驱替油气储层中油气，生产井将水驱油气运输至储油池；

g、针对煤、铀、油气不同开采时序条件，重复c-f步骤。

本发明具有如下优点：

本发明述及的共生资源矿井精准开发与退役服务系统，具有地质体机构、地表开发机构、地下构筑机构、退役服务机构，其中根据地质体机构特征，布局铀矿、油气地表开发机构，将铀矿与油气资源集中储存于综合储备库；构筑地下构筑机构，推进煤层智能开采充填，形成坝体与运维走廊；退役服务机构中净化池承接并净化围岩渗涌流体，净化水经补给池通过补给井补给铀矿含矿含水层，通过水驱井驱替油气储层油气，储油池储备水驱油气；坝体构筑净化池、补给池、储油池、运维走廊，同时支撑沉降岩层降低上覆岩层裂隙带发育，减少覆岩渗涌通道，实现共伴生资源安全、高效、绿色、协调开发与废弃空间高效利用。

附图说明

图1为本发明实施例中整体结构图。

图中：11-地表层；12-含矿含水层；13-煤层；14-油气储层；21-综合储备库；22-抽注泵；23-抽注井；24-油气丛井；25-采油机；26-抽注管；27-输油管；31-智能采煤充填体；32-运输巷道；33-回风巷道；34-煤柱；35-工作面；36-运维走廊；37-坝体；41-净化池；42-补给池；43-储油池；44-净化泵；45-补给井；46-水驱井；47-净水体；48-生产井。

具体实施方式

结合图1所示，一种共生资源矿井精准开发与退役服务系统，包括地质体机构、地表开发机构、地下构筑机构、退役服务机构，基于地质体机构特征，通过布局地表开发机构，构建地下构筑机构，进行不同工艺工序下共伴生资源开发，利用退役服务机构发挥采区空间功能，开展油气储备与生态修复，最终实现共生资源矿井精准开采与退役服务的高效利用。

地质体机构中，所述地表层11位于所述含矿含水层12上部，所述含矿含水层12位于所述煤层13上部，所述煤层13位于所述油气储层14上部；

地表开发机构中，所述综合储备库21、采油机25、抽注泵22置于所述地表层11上部，所述抽注井23置于所述地表层11与所述煤层13之间，所述油气丛井24上端与下端部分别置于所述地表层11与油气储层14内，所述抽注泵22通过所述抽注管26分别于所述抽注井23与所述综合储备库21连接，所述采油机25通过所述输油管27与所述综合储备库21连接；

地下构筑机构中，所述工作面35、运输巷道32、回风巷道33、煤柱34位于所述煤层13内，所述智能采煤充填体31置于所述工作面35，所述坝体37位于所述智能采煤充填体31后方，所述运维走廊36位于煤柱34与坝体37之间。

以煤、铀、油气同时开采为例，依次确定地质机构，布设地表开发机构、地下构筑机构及退役服务机构；煤层13开采方面，智能采煤充填体31置于工作面35内，后退式开采煤层13，通过回风巷道33配给充填材料，运输巷道32输运煤炭，构筑坝体37结构依次形成净化池41、补给池42及储油池43，同时预留运维走廊36，进而安设补给井45、生产井48、水驱井46、净化泵44及净水体47；铀矿开采方面，布设抽注井23经过抽注泵22、抽注管26与综合储备库21连接，将含矿含水层12中地浸含铀溶浸液输运并储备至综合储备库21；油气资源开发方面，采油机25通过油气丛井24开发油气储层14油气，经过输油管27输送至综合储备库21，同时净化池41通过水驱井46二次开发油气储层14油气，水驱油气通过生产井48储备至储油池43。

其具体步骤大致如下：

a、基于多维空天地一体化勘探手段，探明共伴生资源禀赋与空间分布特征，确定地质体机构，开展三位一体试验研究，揭示资源储层与围岩地质力学及物性属性；

b、根据工程地质特征，有序布设综合储备库21、采油机25、抽注泵22、抽注井23、油气丛井24、抽注管26、输油管27；

c、煤层13内布置运输巷道32、回风巷道33与工作面35，基于油气丛井24布设需求确定煤柱34尺寸，循环推进智能采煤充填体31，构筑坝体37，依次形成净化池41、补给池42与储油池43，并留设运维走廊36；

d、通过运维走廊36，依次构筑净水体47、净水泵、补给井45、水驱井46、生产井48；

e、煤、铀、油气同时开采，抽注泵22、采油机25、智能采煤充填体31同步运行，含铀溶浸液通过抽注井23泵送至综合储备库21，油气储层14中油气通过采油机25、油气丛井24及输油管27储备至综合储备库21，净化池41承接围岩渗涌流体，通过净水体47与净化泵44处理含矿污染物，处理后纯净水排至补给池42；

f、补给池42通过补给井45自动补给含矿含水层12承压水，同时通过水驱井46自动驱替油气储层14中油气，生产井48将水驱油气运输至储油池43；

g、针对煤、铀、油气不同开采时序条件，重复c-f步骤。

以上的各实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。