一种盐湖地下采卤系统及其构建方法与流程

1.本发明涉及卤水开采技术领域，特别是涉及一种盐湖地下采卤系统及其构建方法。

背景技术：

2.我国的现代盐湖液体钾盐资源作为主要的钾盐矿类型在钾肥的生产中起重要的作用。盐湖地下卤水主要赋存于在盐湖发展演化中沉积的盐类沉积层的晶间孔隙中，由于盐湖地下沉积环境变化，盐湖地下沉积有多个盐类沉积层和粘土碎屑沉积层，进而形成上部一层潜卤水含水层和下部多个承压卤水含水层，形成含水层组，自上而下，存在晶间孔隙变小，水力联系变差、富水性变弱的趋势。在矿山生产的初期，根据不同盐湖地质结构及水文地质条件的差异，盐湖矿山企业目前主要采用采卤渠和竖直采卤井采卤工艺。
3.采卤渠主要适用于埋藏浅(一般水位小于12米)、富水性好、补给条件较好的地下卤水层，如察尔汗盐湖。采卤井适用于卤水动水位埋藏较深(开采时动水位大于12米)、疏干性开采的盐湖，如罗布泊盐湖。
4.随着长期大规模的抽取地下卤水，盐湖上部潜卤水层卤水消耗巨大，引起卤水水位的持续下降，上部的卤水层厚度变薄，这两种采卤方式均存在采卤能力持续降低的情况，以竖直采卤井采卤方式尤为明显。以罗布泊盐湖为例，自开采以来随着上部潜卤水层变薄，各采卤井的出卤量年均下降10％～15％。导致采卤井出卤能力与设备采卤能力不匹配，需要经常更换采卤设备。为了维持单井出卤能力、延长采卤设备服务年限，需增大下部承压承压卤水层的资源开采比例，而下部承压承压卤水矿层绝大部分区域孔隙率低、富水性差，其采卤井单井出卤能力远小于潜卤水矿层单井出卤能力，即使加深下泵深度，抽取下部卤水层的卤水，对多个含水层的卤水进行混采，由于受到深部卤水层渗透系数小、流动性差等因素的影响，远离采卤井的卤水补给到井内所需时间较久，致使采卤井出卤能力依然无法大幅提升。
5.同时因现有采卤工程主要平行于输卤渠布置，而垂直输卤渠道方向无采卤工程布置，受下部承压卤水层渗透系数小、流动性差等因素的影响，地下卤水水力坡度小，疏干漏斗较小，无法对无采卤工程布置区域进行有效疏干开采，资源回采率较低。且部分区域受功能保护区制约又不允许新增地面采卤工程，即便允许在无工程布置区域新增地表采输卤工程，也可能受地形条件及生态环保需要的影响而造成基建投资和生产成本大幅提升。
6.因此，如何提升现有技术中采卤工程的出卤能力，有效采出功能保护区域内的各卤水矿层资源、延长采卤设备服务年限、提高卤水资源回采率，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种盐湖地下采卤系统及其构建方法，以解决上述现有技术存在的问题，提升采卤工程的出卤能力，延长采卤设备服务年限，规避功能区保护要求制
约，提高无工程布置区域的地下卤水资源回采率，降低基建投资和生产成本。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种盐湖地下采卤系统，包括：
9.采卤井，所述采卤井能够收集卤水；
10.竖直井，所述竖直井自地面起竖直向下延伸，所述竖直井的数量至少为一组；
11.水平井，所述水平井包括水平段，所述水平段位于盐湖地下的下部卤水层，所述竖直井与所述水平段相连通，所述水平段还与所述采卤井相连通。
12.优选地，所述竖直井平行于所述采卤井设置，所述水平段垂直于所述竖直井设置。
13.优选地，所述竖直井的数量为多组，多组所述竖直井沿所述水平段的轴线方向朝向逐渐远离所述采卤井的方向依次设置，多组所述竖直井平行且等间距设置。
14.优选地，最靠近所述采卤井的一口所述竖直井与所述采卤井之间的间距等于相邻两口所述竖直井之间的间距。
15.优选地，所述竖直井竖直向下延伸至所述盐湖地下的下部卤水层的底板之下。
16.优选地，所述水平井还包括造斜段，所述造斜段自地面起沿逐渐靠近所述采卤井的方向倾斜延伸至所述盐湖地下的下部卤水层，所述造斜段与所述水平段相连通，所述造斜段设置于所述水平段的一端或两端。
17.优选地，所述水平段的直径较所述竖直井的直径大，所述水平段的直径较所述采卤井的直径小。
18.本发明还提供一种上述的盐湖地下采卤系统的构建方法，包括如下步骤：
19.步骤一、所述竖直井施工；
20.步骤二、所述水平井施工，将所述水平井与所述竖直井以及所述采卤井相连通。
21.优选地，所述竖直井施工采用先钻勘探孔再扩孔的钻进方式。
22.优选地，所述水平井施工后，利用带压卤水对所述水平井的井壁进行冲刷洗井。
23.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的盐湖地下采卤系统，在盐湖地下的下部卤水层设置水平井的水平段，竖直向下延伸的竖直井与水平段相连通，竖直井能够连通垂向上各承压卤水层，增大各卤水层的水力联系，使上部承压卤水层中的卤水不再通过地层渗流至采卤井内，而是由上至下汇入水平段内，水平段从而形成优势导水廊道，将汇集的卤水形成类管道流输入采卤井内；本发明还提供一种盐湖地下采卤系统的构建方法，首先施工竖直井，然后进行水平井的施工，使水平井与竖直井相连通。本发明利用竖直井和水平井相配合，增大地下水径流速度，提高现有采卤工程的出卤量，延长采卤设备服务年限。
24.与此同时，本发明还提供一种盐湖地下采卤系统的构建方法，首先施工竖直井，然后进行水平井的施工，使水平井与竖直井相连通，再利用水平井将卤水导流至采卤井中，竖直井形成降落漏斗，对无采卤工程布置区域的卤水进行有效疏干，解决卤水矿层厚度变薄、地下卤水水力坡度变小、径流速度变小、远离采卤井的地下卤水补给到采卤井所需时间较长的问题，对水平井沿线无地表采卤工程布置区域或无法布置地面采卤工程区域的地下卤水进行有效疏干开采，提高地下卤水资源回采率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明的盐湖地下采卤系统的结构示意图。
27.其中，1为采卤井，2为竖直井，3为水平井，301为水平段，302为造斜段，4为输卤渠，5为隔水层，6为卤水层。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的目的是提供一种盐湖地下采卤系统及其构建方法，以解决上述现有技术存在的问题，提升采卤工程的出卤能力，延长采卤设备服务年限，规避功能区保护要求制约，提高无工程布置区域的地下卤水资源回采率，降低基建投资和生产成本。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.请参考图1，图1本发明的盐湖地下采卤系统的结构示意图。
32.本发明提供一种盐湖地下采卤系统，包括采卤井1、竖直井2以及水平井3，其中，采卤井1能够收集卤水，竖直井2自地面起竖直向下延伸，竖直井2的数量至少为一组，水平井3包括水平段301，水平段301位于盐湖地下的下部卤水层6，竖直井2与水平段301相连通，水平段301还与采卤井1相连通。
33.本发明的盐湖地下采卤系统，在盐湖地下的下部卤水层6设置水平井3的水平段301，竖直向下延伸的竖直井2与水平段301相连通，竖直井2能够连通垂向上各承压卤水层6，改变各承压卤水层6的卤水通过地层渗流至采卤井1的流动方式，使得卤水利用竖直井2由上至下汇入水平井3的水平段301，水平段301从而形成优势导水廊道，在水平段301汇集的卤水形成类似管道流输入采卤井1内，大大减小了地下水的径流阻力，增大了地下水的径流速度。本发明利用竖直井2和水平井3相配合，提高现有采卤工程的出卤量，从而延长采卤设备服务年限，对无采卤工程布置区域或无法布置采卤工程区域的卤水进行有效疏干开采，提高卤水资源回采率。此处需要说明的是，采卤井1一般利用泵体向外输送卤水，将采集的卤水输送至输卤渠4，这属于本领域技术人员的惯用手段，因本发明并不涉及对采卤井1内采集卤水向外输送的改进，因此此处不再赘述。
34.在本具体实施方式中，竖直井2的数量为多组，多组竖直井2沿水平段301的轴线方向朝向逐渐远离采卤井1的方向依次设置，多组竖直井2形成多组降落漏斗，将无采卤工程布置区域的卤水进行分区域疏干开采，多组竖直井2平行且等间距设置，进一步提高无采卤工程布置区域卤水的回采效率，提高采卤工程的出卤量。此处需要说明的是，最靠近采卤井1的一口竖直井2与采卤井1之间的间距等于相邻两口竖直井2之间的间距。
35.具体地，竖直井2竖直向下延伸至水平段301下部的隔水层5，即竖直井2延伸至水平段301的底部，位于水平段301底部的竖直井2部分为沉淀段，起到沉渣的作用，防止地下水在水平段301流动时携带的泥砂造成的淤积和堵塞，提高了采卤系统的可靠性。
36.更具体地，考虑到系统实际施工需要，水平井3还可以包括造斜段302，造斜段302自地面起沿逐渐靠近采卤井1的方向倾斜延伸至盐湖地下的下部卤水层6，造斜段302与水平段301相连通，造斜段302设置于水平段301的一端或两端，实际施工可选择由造斜段302开始施工，按一定入土角从地表钻进，到达盐湖地下的下部卤水层6开始施工水平层。此处需要说明的是，当水平段301靠近采卤井1的一端设置有造斜段302时，可设置造斜段302与采卤井1相连通，即，造斜段302利用采卤井1与水平段301相连通，亦或，在采卤井的另一侧同样设置水平段301和造斜段302，在实际应用中，可根据采卤需要确定，提高系统的灵活适应性。还需要说明的是，在采卤井1的周边可设置多组竖直井2和水平井3，多组竖直井2和水平井3绕采卤井1的轴线周向布置，以进一步提升高卤水资源回采率。
37.其中，水平段301的直径较竖直井2的直径大，水平段301的直径较采卤井1的直径小，确保汇集的卤水在水平段301顺利流入采卤井1中，避免堵塞。
38.进一步地，本发明还提供一种上述的盐湖地下采卤系统的构建方法，首先施工竖直井2，然后在盐湖地下的下部卤水层6进行水平井3的施工，使水平井3与竖直井2相连通，竖直井2形成降落漏斗，对无采卤工程布置区域的卤水进行有效疏干，再利用水平井3将卤水导流至采卤井1中，提高卤水资源回采率。
39.实际施工过程中，竖直井2施工采用先钻勘探孔再扩孔的钻进方式，钻勘探孔取岩心，对卤水层6进行划分，为水平井3施工提供便利，同时降低施工难度。
40.还需要说明的是，在水平井3施工后，利用带压卤水对水平井3的井壁进行冲刷洗井，为后续系统正常工作提供保障。
41.下面通过具体的实施例对本发明的盐湖地下采卤系统的构建方法，进行进一步地解释说明。
42.实施例一
43.本实施例的盐湖地下采卤系统的构建方法，包括如下步骤：
44.1、施工竖直勘探孔
45.主要目的是对卤水层6进行划分和对比，为确定水平井3的水平段301的埋深提供依据。以采卤井1为起点，布置一条勘探线，自采卤井1按200m～300m间距布置竖直勘探孔，勘探线长1000m～2000m，需施工勘探孔5～10个，孔深穿过最下部卤水层6，全孔取心，对采集的岩心进行地质编录，详细描述和划分卤水层6的岩性、埋深、厚度、孔隙发育情况，绘制钻孔的柱状图和勘探线剖面图，对不同勘探孔的卤水层6进行划分、连接和对比，确定各卤水层6在剖面上的厚度、埋深的变化特征。
46.2、施工竖直井2
47.主要目的是进一步加强各卤水层6与水平井3的水力联系，使不同层位的卤水能够汇入水平井3中并形成管道流而流入采卤井1中。在原竖直勘探孔位置进行扩孔，扩孔直径250mm～500mm，一径到底，竖直勘探孔扩孔后形成竖直井2，竖直井2井深超过目标含水层底板10m作为沉淀段，起到沉渣的作用，防止地下水在水平段301流动时携带的泥砂造成的淤积和堵塞。
48.3、施工水平井3
49.主要目的是提高目标卤水层6的连通性及其与上部卤水层6的水力联系，形成优势导水廊道，使地下水径流方式由渗流转变为类管道流。水平井3由造斜段302和水平段301组成，沿勘探线施工，水平井3入土点位于远离竖直井2的一端，按一定入土角从地表钻进，当达到设计层位(具体指，盐湖地下的下部卤水层6)后变为水平钻进，钻孔直径300mm～500mm，一次成井，裸孔，不下衬管。水平段301设计层位在目标含水层内，具体深度根据勘探线剖面确定在目标含水层的中间位置，水平段301长度1000m～2000m，水平井3轨迹要求经过(或最大程度接近)已施工的竖直井2，并最终与已有竖直井2贯通。使用非开挖铺管钻机施工，采用非开挖水平定向钻控向系统精确导向，根据地质结构及主要钻进层位的工程地质条件配置专用泥浆进行钻具的润滑和排浆，确保水平井3最终与竖直井2贯通。
50.4、水平井3洗井
51.水平井3施工结束后，应对水平井3进行洗井，清洗掉水平井3施工过程中附着在井壁的泥皮及井内的钻屑，防止造成井壁堵塞，影响卤水流入水平井3内。洗井方式为：每节钻杆通过回撤-钻进的形式，往返刮蹭水平井3井壁，同步向水平钻杆内持续注入带压卤水(注水压力3mpa～5mpa、流量1m3/min～2m3/min)，注入的卤水在水平钻头的高速旋转下，从钻头处涌出，对水平井3井壁进行冲刷，水平井3内泥浆得到稀释置换，使水平井3内的泥浆在注入的带压卤水驱动下，流入采卤井1内并被排出。每节钻杆回撤-钻进2～3回次，可提出一根钻杆。水平井3洗井期间，在各竖直井2内依次下入潜卤泵以最大能力抽水，分段将井内泥浆抽出，直至潜卤泵抽出的卤水水净砂清，洗井结束。
52.本发明的盐湖地下采卤系统，采用水平井3与竖直井2联合采卤工艺，使多卤水层6与竖直井2连通，利用水平井3形成优势导水廊道，将汇集的卤水形成类似管道流输入采卤井1内，增加采卤井1的出卤能力，提高无工程布置区域的地下卤水回采率，以达到降低基建投资和生产维护成本并节约利用矿产资源的效果。
53.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：

1.一种盐湖地下采卤系统，其特征在于，包括：采卤井，所述采卤井能够收集卤水；竖直井，所述竖直井自地面起竖直向下延伸，所述竖直井的数量至少为一组；水平井，所述水平井包括水平段，所述水平段位于盐湖地下的下部卤水层，所述竖直井与所述水平段相连通，所述水平段还与所述采卤井相连通。2.根据权利要求1所述的盐湖地下采卤系统，其特征在于：所述竖直井平行于所述采卤井设置，所述水平段垂直于所述竖直井设置。3.根据权利要求1所述的盐湖地下采卤系统，其特征在于：所述竖直井的数量为多组，多组所述竖直井沿所述水平段的轴线方向朝向逐渐远离所述采卤井的方向依次设置。4.根据权利要求1所述的盐湖地下采卤系统，其特征在于：所述竖直井竖直向下延伸至所述盐湖地下的下部卤水层的底板之下。5.根据权利要求1所述的盐湖地下采卤系统，其特征在于：所述水平井还包括造斜段，所述造斜段自地面起沿逐渐靠近所述采卤井的方向倾斜延伸至所述盐湖地下的下部卤水层，所述造斜段与所述水平段相连通，所述造斜段设置于所述水平段的一端或两端。6.一种如权利要求1-5任一项所述的盐湖地下采卤系统的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、所述竖直井施工；步骤二、所述水平井施工，将所述水平井与所述竖直井以及所述采卤井相连通。7.根据权利要求6所述的盐湖地下采卤系统的构建方法，其特征在于：所述竖直井施工采用先钻勘探孔再扩孔的钻进方式。8.根据权利要求6所述的盐湖地下采卤系统的构建方法，其特征在于：所述水平井施工后，利用带压卤水对所述水平井的井壁进行冲刷洗井。

技术总结

本发明公开一种盐湖地下采卤系统，包括采卤井、竖直井以及水平井，在盐湖地下的下部卤水层设置水平井的水平段，竖直向下延伸的竖直井与水平段相连通，竖直井能够连通垂向上各承压卤水层，增大各卤水层的水力联系，使上部承压卤水层中的卤水不再通过地层渗流至采卤井内，而是由上至下汇入水平段内，水平段从而形成优势导水廊道，将汇集的卤水形成类管道流输入采卤井内。本发明还提供一种盐湖地下采卤系统的构建方法，首先施工竖直井，然后进行水平井的施工，使水平井与竖直井相连通。本发明利用竖直井和水平井相配合，增大地下水径流速度，提高现有采卤工程的出卤能力，延长采卤设备服务年限，提高地下卤水资源回采率。提高地下卤水资源回采率。提高地下卤水资源回采率。