專利名稱：一種開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開(kāi)采地下光鹵石礦的方法，尤其是涉及一種開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)是一個(gè)鉀資源嚴(yán)重缺乏的國(guó)家，耕地普遍缺鉀，鉀肥供需矛盾十分突出。國(guó)產(chǎn)鉀肥滿足率僅占30%左右，每年進(jìn)口鉀肥達(dá)4000kt(K20)以上。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展和結(jié)構(gòu)調(diào)整， 中國(guó)鉀肥消費(fèi)量還將有較高的年增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)鉀肥消費(fèi)量將達(dá)到IOOOOkt (K2O),市場(chǎng)空間廣闊。我國(guó)絕大多數(shù)的鉀肥都產(chǎn)自鹽湖。近年來(lái)，已有用鉆井水溶法開(kāi)采可溶性鹽類礦床的應(yīng)用。但就開(kāi)采地下光鹵石礦而言，其開(kāi)采價(jià)值主要在于其中的鉀鹽，光鹵石的主要成分氯化鉀、氯化鎂以及共生伴生的巖鹽(氯化鈉)均易溶于水，按現(xiàn)有水溶法開(kāi)采出的溶液即為含氯化鉀、氯化鈉、氯化鎂的鹵水，鹵水經(jīng)加工提取氯化鉀后產(chǎn)出大量?jī)r(jià)值較低的氯化鈉副產(chǎn)品，一般難以就地消化，留放在地面會(huì)嚴(yán)重影響地面表層的生態(tài)環(huán)境。CN 1424486A公開(kāi)了一種開(kāi)采地下光鹵石礦的方法。但該方法開(kāi)采出的鹵水的濃度不高。CN 1987041A公開(kāi)了一種鉆井四管液墊選擇性熱溶開(kāi)采鉀鹽礦的方法及裝置，但該方法采用抗乳化劑形成液體墊層，抗乳化劑的投資和生產(chǎn)成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低的利用鉆井水溶法選擇性的熱溶開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法。本發(fā)明根據(jù)相圖理論，用含高濃度氯化鎂、氯化鈉的溶液溶解光鹵石，這種溶液幾乎不溶解光鹵石中的氯化鎂，而溶解有用礦物一氯化鉀，從而能夠?qū)崿F(xiàn)氯化鉀的選擇性開(kāi)采；當(dāng)溶液溫度升高，溶液中氯化鉀的飽和度也隨之增大。本發(fā)明之開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法，具體包括以下步驟
(1)建井
根據(jù)礦層的埋藏條件、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件以及由于礦床開(kāi)采對(duì)地表穩(wěn)定性的影響評(píng)價(jià)結(jié)果，確定合理的井距、組距和排距，二井或多井一組(一般二井一組)，井組沿礦層的底板等高線布置；
井身結(jié)構(gòu)宜采用三管結(jié)構(gòu)，所述三管為技術(shù)套管、生產(chǎn)套管、中心管，技術(shù)套管下至礦層頂板并固井；生產(chǎn)套管下至礦層底板以上3 5米(這與井距和礦層側(cè)溶角有關(guān)，井距和側(cè)溶角越大該值越大)，生產(chǎn)套管底端以上1 士0.2米安裝電極液位計(jì)，電極液位計(jì)的電纜從生產(chǎn)套管與技術(shù)套管的環(huán)形空間中引至地面測(cè)控站；中心管下至礦層底板或底板以下鹽層 3 5米；
(2)單井建槽
常溫水從生產(chǎn)套管與中心管的環(huán)形空間注入，溶解后的鹵水從中心管返出(或注返互
4換);為控制建槽高度，盡快實(shí)現(xiàn)兩井(井組)連通，從技術(shù)套管與生產(chǎn)套管的環(huán)形空間注入壓縮空氣形成氣墊層(墊層厚度宜為10 20厘米)(注入墊層的壓力和流速根據(jù)井深與鉆井中液體的比重計(jì)算)，由井下的電極液位計(jì)反映墊層的空間位置與厚度，并根據(jù)液位計(jì)反映的數(shù)據(jù)及時(shí)增減壓縮空氣，控制氣墊的位置，并控制氣墊的厚度保持為10 20厘米；
(3)常溫非選擇性溶解開(kāi)采
兩井或井組連通后，一部分井組(一般約占生產(chǎn)井組的四分之一)進(jìn)行常溫非選擇性溶解開(kāi)采，常溫非選擇性溶解開(kāi)采是為高溫?zé)崛苓x擇性開(kāi)采提供一部分注劑；
兩井或井組連通后，提出中心管，從一口井注入常溫水或建槽產(chǎn)生的淡鹵水，從井組的另一口井返出鹵水；為了控制溶腔的形態(tài)，并防止快速上溶，從技術(shù)套管與生產(chǎn)套管的環(huán)形空間注入壓縮空氣形成氣墊層(氣墊厚度優(yōu)選10 20厘米)，由井下的電極液位計(jì)反映墊層的位置與厚度并加以控制；
為了控制溶腔的平衡發(fā)展，井組的兩口井每隔20-30天進(jìn)行注返互換；當(dāng)?shù)V層厚度大于10米時(shí)，宜采用梯段式開(kāi)采法開(kāi)采，以保持溶腔的形態(tài)及提高回采率；
(4)高溫?zé)崛苓x擇性開(kāi)采
兩井或井組連通后，提出中心管，從一口井注入75 90°C的氯化鈉濃度為25 50克 /升和氯化鎂濃度為270 305克/升的注劑，從井組的另一口井返出供加工的鹵水(溫度一般為55 72°C);為了控制溶腔的形態(tài)，并防止快速上溶，從技術(shù)套管與生產(chǎn)套管的環(huán)形空間注入壓縮空氣形成氣墊層(氣墊厚度優(yōu)選10 20厘米；更優(yōu)選14-18厘米)，由井下的電極液位計(jì)反映墊層的位置與厚度并加以控制；井組的兩口井一般每個(gè)月要進(jìn)行注返互換；當(dāng)?shù)V層厚度大于10米時(shí)，宜采用梯段式開(kāi)采法開(kāi)采，以保持溶腔的形態(tài)及提高回采率； 提出中心管后，從一口井注入的注劑為常溫非選擇性開(kāi)采鹵水、建槽鹵水中的一種或兩種的混合物與加工廠的高鎂母液(生產(chǎn)氯化鉀過(guò)程中需排放的含高鎂液體，含氯化鎂 400 450克/升)混合，并加熱配制成溫度為75 90°C、氯化鈉含量為25 50克/升、 氯化鎂含量為270 305克/升的注劑；加熱采用加工廠對(duì)鹵水進(jìn)行蒸發(fā)、結(jié)晶生產(chǎn)氯化鉀產(chǎn)品過(guò)程中的余熱；
(5)母液回注井下
1)一個(gè)熱溶腔采完后，提出生產(chǎn)套管，將中心管下入至溶腔底部，加工廠剩余的母液通過(guò)中心管注入到溶腔底部，置換溶腔中的鹵水；
2)當(dāng)常溫非選擇性溶解開(kāi)采井組的采高達(dá)到5米以上時(shí)，下入中心管到溶腔底部，加工廠的母液通過(guò)中心管注入，頂替溶腔中的鹵水。這樣既有利于環(huán)境保護(hù)；又多采出一部分鹵水，最大限度地利用了資源。本發(fā)明之開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法，不是將常溫非選擇性開(kāi)采的鹵水直接送至加工，從而可大大減少加工的蒸發(fā)量，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本；通過(guò)母液回注，實(shí)現(xiàn)母液的零排放，有利于環(huán)境保護(hù)。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明有以下兩個(gè)顯著的特點(diǎn)1、采用壓縮空氣形成氣墊，并在生產(chǎn)套管底端以上1米左右安裝電極液位計(jì)，既能有效控制氣墊層的空間位置和厚度(根據(jù)液位計(jì)反映的情況，通過(guò)增減注氣量控制氣墊層的空間位置和厚度)，從而控制溶腔的發(fā)展形態(tài)，提高采收率、保護(hù)礦層頂板，又節(jié)省了大量油墊用油；2、母液回注溶腔，可置換溶腔體積50 - 85%的鹵水，充分利用了資源，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)企業(yè)的零排放，有利于環(huán)境保護(hù)。


圖1是本發(fā)明的單井建槽示意圖； 圖2是本發(fā)明的井組開(kāi)采示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。1、建井
參照附圖，根據(jù)礦層6的埋藏條件、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件，以及礦床開(kāi)采對(duì)地表穩(wěn)定性的影響評(píng)價(jià)，確定二井一組，井距50米，組距170米，排距120米，井平均深度390 米，井組沿礦層6底板等高線布置；井身結(jié)構(gòu)三管結(jié)構(gòu)，即技術(shù)套管1 (直徑177. 8毫米)下至礦層6頂板并固井，生產(chǎn)套管2 (直徑127毫米)下至礦層6底板以上3米，中心管3 (直徑73毫米)下至礦層6底板以下鹽層3米，電極液位計(jì)4安裝在生產(chǎn)套管2底端以上1米處；
2、單井建槽
常溫水從生產(chǎn)套管2與中心管3的環(huán)形空間注入，溶解后的鹵水從中心管3返出(或注返互換)；從技術(shù)套管1與生產(chǎn)套管2的環(huán)形空間注入壓縮空氣形成氣墊層(墊層5厚度控制為14-18厘米)，由井下的電極液位計(jì)4反映墊層5的位置與厚度并加以控制；
3、常溫非選擇性溶解開(kāi)采
兩井(井組)連通后，提出中心管3，從一口井注入常溫水或建槽生產(chǎn)的淡鹵水，從井組的另一口井返出鹵水(礦石成份為氯化鉀一18. 51%、氯化鈉一21. 95%、氯化鎂一24. 32% ； 返出鹵水濃度為氯化鉀一71克/升、氯化鈉一86克/升、氯化鎂一96克/升);由井組其中一口井的技術(shù)套管1與生產(chǎn)套管2的環(huán)形空間注入壓縮空氣形成氣墊層(氣墊厚度14-18 厘米)，由井下的電極液位計(jì)4反映氣墊層的位置與厚度并加以控制，使之保持14-18厘米的厚度；
為了控制溶腔的平衡發(fā)展，井組的兩口井每隔25天進(jìn)行注返互換；
4、高溫?zé)崛苓x擇性開(kāi)采
兩井(井組)連通后，提出中心管3，從一口井注入高溫含氯化鈉和高濃度氯化鎂的注劑 (注劑溫度90°C，濃度為氯化鉀一29克/升、氯化鈉一36克/升、氯化鎂一292克/升)； 從井組的另一口井返出供加工的鹵水(鹵水溫度72°C，濃度為氯化鉀一70克/升、氯化鈉一38克/升、氯化鎂一315克/升);由井組其中一口井的技術(shù)套管1與生產(chǎn)套管2的環(huán)形空間注入壓縮空氣形成氣墊層(氣墊厚度14-18厘米)，由井下的電極液位計(jì)4反映氣墊層的位置與厚度并加以控制，使之保持14-18厘米的厚度，井組的兩口井每隔25天進(jìn)行注返互換；
從一口井注入的高溫含氯化鈉和高濃度氯化鎂的注劑為常溫非選擇性開(kāi)采鹵水、建槽鹵水中的一種或兩種的混合物與加工廠的高鎂母液(生產(chǎn)氯化鉀過(guò)程中需排放的含高鎂液體，含氯化鎂441克/升)混合并加熱(90°C)，配制成溫度90°C、氯化鈉(36克/升)、氯化鉀(29克/升)和高濃度氯化鎂(292克/升)的注劑。從所述注劑和返出鹵水的濃度可以看出絕大部分的氯化鎂和氯化鈉都留在了溶腔中，采出了有用礦物一氯化鉀； 5、母液回注井下
1)一個(gè)熱溶腔采完后，提出生產(chǎn)套管2，將中心管3下入至溶腔底部，加工廠剩余的母液(氯化鉀4克/升、氯化鈉7克/升、氯化鎂441克/升)通過(guò)中心管3注入到溶腔底部，置換溶腔中的鹵水；
2)當(dāng)常溫非選擇性溶解開(kāi)采井組的采高達(dá)到5米以上時(shí)，下入中心管3到溶腔底部，加工廠的母液通過(guò)中心管3注入，頂替溶腔中的鹵水；完全實(shí)現(xiàn)了加工廠母液的零排放，這樣既有利于環(huán)境保護(hù)，又多采出一部分鹵水，最大限度地利用了資源。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)建井根據(jù)礦層的埋藏條件、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件及由于礦床開(kāi)采對(duì)地表穩(wěn)定性的影響評(píng)價(jià)結(jié)果，確定井距、組距和排距，建井為二井或多井一組，井組沿礦層的底板等高線布置；井身結(jié)構(gòu)采用三管結(jié)構(gòu)，所述三管為技術(shù)套管、生產(chǎn)套管、中心管，技術(shù)套管下至礦層頂板并固井；生產(chǎn)套管下至礦層底板以上3 5米，生產(chǎn)套管底端以上1 士0. 2米安裝電極液位計(jì)，電極液位計(jì)的電纜從生產(chǎn)套管與技術(shù)套管的環(huán)形空間中引至地面測(cè)控站；中心管下至礦層底板或底板以下鹽層3 5米；(2)單井建槽將常溫水從生產(chǎn)套管與中心管的環(huán)形空間注入，溶解后的鹵水從中心管返出或注返互換；從技術(shù)套管與生產(chǎn)套管的環(huán)形空間注入壓縮空氣形成氣墊層，由井下的電極液位計(jì)反映墊層的空間位置與厚度并加以控制；(3)常溫非選擇性溶解開(kāi)采兩井或井組連通后，一部分井組進(jìn)行常溫非選擇性溶解開(kāi)采，常溫非選擇性溶解開(kāi)采是為高溫?zé)崛苓x擇性開(kāi)采提供一部分注劑；兩井或井組連通后，提出中心管，從一口井注入常溫水或建槽產(chǎn)生的淡鹵水，從井組的另一口井返出鹵水；從技術(shù)套管與生產(chǎn)套管的環(huán)形空間注入壓縮空氣形成氣墊層，由井下的電極液位計(jì)反映墊層的位置與厚度并加以控制；井組的兩口井每隔20-30天進(jìn)行注返互換；(4)高溫?zé)崛苓x擇性開(kāi)采兩井或井組連通后，提出中心管，從一口井注入75 90°C的氯化鈉濃度為25 50克/ 升和氯化鎂濃度為270 305克/升的注劑，從井組的另一口井返出供加工的溫度為55 72°C的鹵水；從技術(shù)套管與生產(chǎn)套管的環(huán)形空間注入壓縮空氣形成氣墊層，由井下的電極液位計(jì)反映墊層的位置與厚度并加以控制；井組的兩口井每個(gè)月要進(jìn)行注返互換；(5)母液回注井下1)一個(gè)熱溶腔采完后，提出生產(chǎn)套管，將中心管下入至溶腔底部，加工廠剩余的母液通過(guò)中心管注入到溶腔底部，置換溶腔中的鹵水；2)當(dāng)常溫非選擇性溶解開(kāi)采井組的采高達(dá)到5米以上時(shí)，下入中心管到溶腔底部，加工廠的母液通過(guò)中心管注入，頂替溶腔中的鹵水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法，其特征在于，步驟(2)，壓縮空氣氣墊層厚度為10 20厘米，并根據(jù)液位計(jì)反映的數(shù)據(jù)及時(shí)增減壓縮空氣，控制氣墊的位置，并控制氣墊的厚度保持為10 20厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法，其特征在于，所述步驟 (4)，提出中心管后，從一口井注入的注劑為常溫非選擇性開(kāi)采鹵水、建槽鹵水中的一種或兩種的混合物與加工廠的生產(chǎn)氯化鉀過(guò)程中排放的含氯化鎂400 450克/升的高鎂液體，配制成含氯化鈉為25 50克/升和含氯化鎂為270 305克/升的注劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法，其特征在于，步驟 (4)，注劑加熱采用加工廠對(duì)鹵水進(jìn)行蒸發(fā)、結(jié)晶生產(chǎn)氯化鉀產(chǎn)品過(guò)程中的余熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法，其特征在于，進(jìn)行常溫非選擇性溶解開(kāi)采的井組占生產(chǎn)井組的四分之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法，其特征在于，當(dāng)?shù)V層厚度大于10米時(shí)，采用梯段式開(kāi)采法開(kāi)采。
全文摘要
一種開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法，包括以下步驟(1)建井井身采用三管結(jié)構(gòu)，所述三管為技術(shù)套管、生產(chǎn)套管、中心管；(2)單井建槽將常溫水從生產(chǎn)套管與中心管的環(huán)形空間注入，溶解后的鹵水從中心管返出；(3)常溫非選擇性溶解開(kāi)采；(4)高溫?zé)崛苓x擇性開(kāi)采兩井或井組連通后，提出中心管，從一口井注入75～90℃的含氯化鈉和氯化鎂的注劑，從井組的另一口井返出供加工的原料鹵水；(5)母液回注井下。本發(fā)明之開(kāi)采地下光鹵石礦中鉀鹽的方法，實(shí)現(xiàn)了選擇性開(kāi)采氯化鉀；并且節(jié)約了能源，降低了生產(chǎn)成本；母液回注實(shí)現(xiàn)了母液的零排放，有利于環(huán)境保護(hù)。
文檔編號(hào)E21B43/28GK102434141SQ20111027482
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者劉小力, 寧晚云, 戢良鵬, 馬平杰, 黃敏 申請(qǐng)人:化工部長(zhǎng)沙設(shè)計(jì)研究院