[发明专利]地下流场可控的并行管卤水和固体盐类采补技术

说明书

技术领域

本发明属于盐湖地下卤水与固体盐类资源开采技术领域，涉及一种盐湖承压水与潜水储卤层的淡水回补与卤水开采方法，特别针对干旱区盐湖地下卤水与固体盐类资源的采补技术方法与装置。

背景技术

我国是农业大国，钾肥是农业生产增产增收的关键化肥之一，盐湖卤水中含有丰富的钾元素，因此盐湖卤水资源的开发利用，对于促进我国农业发展具有十分重要的意义。

我国盐湖液相资源多以地下卤水矿床为主，它们多赋存于盐类沉积物的孔隙中，以晶间卤水的形态存在。目前盐湖卤水资源开采技术中主要有井式开采、渠式开采、井渠结合开采三种。其中，单纯的渠式开采虽然可以减少投资，但因其裸露地表蒸发析盐严重，无疑会加大渠道清盐的工作量，而单纯的井式开采投资大，容易造成井壁和绕井一定范围内地层结盐(江梅，2003)。不管是上述哪种采集方式，随着抽卤的不断进行，晶间卤水的水位都会不断下降，久而久之都会使上层的固体钾矿逐渐成为呆矿，造成钾矿资源的浪费，因此开发新型高效的盐湖卤水开采工艺，增大盐类资源的产量，变得迫在眉睫。

盐湖承压储卤层卤水和固体盐类埋藏较深，无论是盐还是存在于其孔隙中的卤水一旦其自然平衡条件改变，水盐体系必将向新的平衡方向发展，即盐(围岩)和水(卤水矿)在采矿过程中一直处于动态变化的状态，可以互相转化。根据这一固液转化的基本原理，可研究在开采卤水矿的同时，将部分固态盐类转化为液态并加以利用。对此，国内相关技术人员提出了利用定向钻探技术，向潜水含水层与深部含盐层施工空间上相对的两根倾斜的可渗透花管，通过其中一根花管将配制的不饱和溶剂补给含盐层，促使溶剂与固体盐类发生置换反应，然后在另一根花管对这些转化出的浓度较高的盐溶液进行采集，达到开采盐类资源的目的。随后此技术作了部分改进，改进方案为单独向地下布置一根贯穿含盐层的花管，从该管的一端注入不饱和溶剂以溶解固体盐类，再从另一端抽吸溶解后的卤水溶液。原卤水和固体盐类的采补方法和改进后的采补方法，虽然都能在一定程度上增加了盐类资源的利用效率，但两个方法均存在不饱和溶剂的补给影响范围较小、卤水资源回收效率较低，水资源利用程度有限，实施操作的可调控性差等问题，在生产过程中不宜于实施。

发明内容

为了更加有效地开发盐湖丰富的钾盐类矿物资源，增高盐类物质的开采效率，本发明针对地下卤水和固体盐类的性质特点，设计研究出一种高效的地下流场可控的并行管卤水和固体盐类采补技术——三维空间压力可控盐类物质采补技术，使开采价值较低的低品位固体盐类也能够开采使用，增加可利用的资源总量。此外，该方法具有操作方便，控制性强，生产效率高，成本低等优点。

技术方案

根据不同盐湖矿区的水文地质条件，结合盐湖中盐类物质的形成条件、矿床沉积相的差异、盐矿层的渗透性与埋藏深度、承压水与潜水盐矿床的类型，以及不同的地下水流场与水化场类型，因地制宜地采用定向钻技术向盐湖地下，平行布置两根贯穿于潜水含水层或深部承压水含盐层的可渗透花管，这两根花管间隔一定的距离，距离可以根据地下含卤层的空间分布特征及地层的渗透参数而作具体调整。该技术具体为：从其中一根可渗透花管两端同时注入用以溶解固体盐矿的不饱和溶剂，然后从另一根相邻的花管两端同时抽吸液态卤水矿体。通过一端不饱和溶剂注入，一端抽取卤水的过程，在地下卤水层中形成一个三维的稳定的卤水流场，不饱和溶剂从一侧经花管平稳地压入地下以溶解置换固体盐类，溶解转化成的可利用的盐溶液，经另一侧花管抽吸卤水输送到地面作进一步精制以满足各种生产需求。见附图1、2。

此种方法有三个主要特点：

一是可增加花管的数量。此方法最少应由两根花管构成基本补采单元，实际生产中可根据需要，施工多根花管形成多组生产单元，扩大矿区的卤水生产规模。

二是能实现连续开采。溶剂源源不断地从地面压入地下补给溶解卤矿，并根据抽吸采集管道端的卤水浓度调整补给管道的补给水量，在地下含卤水层中形成稳定的三维地下水流场，克服了传统开采方法采卤后要停采一段时间，等待地下水自然补给恢复水位后才继续开采的不足；

三是开采方式灵活。具体体现在：

(1)可根据矿区的地层结构和含卤水层的参数特征，改变注液压力，控制采输速率。

(2)可调换三维地下水流场的径流方向，最大限度利用水资源与卤水资源，全面提高采输速率。实现方式为：将注液补给花管改为抽吸采集花管，相应地抽吸采集花管变为注液补给花管，这样地下卤水流动的方向即发生翻转；