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生存问题与发展问题是和人们息息相关的基本问题。发展问题的关键是能源,能源问题的解决又依赖能源技术与自然资源。目前,全国正积极地勘探和开采铀矿资源以满足核电建设的需要。随着核电站建设的大幅度发展,促使铀的产量供不应求,铀矿资源的开发将进一步加强。由于地浸采铀不需巷道布置、耗费的成本低、环境污染破坏小的优点,因此原地浸出是低渗透性砂岩铀矿岩开采的一种较为理想的开采方法。在我国已探明的砂岩型铀资源中,低渗透性资源占50%以上,其铀矿床品位低、规模小、开采难度大。因此,开展低渗透砂岩型铀矿岩的渗流规律的研究对原地浸出采铀具有重要的意义。 本论文以某地浸铀矿山含矿砂岩为研究对象,在充分收集所研究的区域、地浸矿山的地质、水文、地球化学和工艺等资料的基础上,通过物理化学渗流实验研究溶浸液的流体性质,多孔介质性质,渗流环境(化学反应、压力)等多因素对低渗透矿岩的物理化学作用渗流规律的影响机理。并建立数值模型,模拟含矿层5点型渗流场的渗流规律,从而更深入地了解含矿岩层渗流场的物理化学渗流规律。 通过实验研究和数值模拟得到以下结论: (1)通过分析压汞实验曲线,得到毛管压力曲线的曲线走势及规律主要受制于岩芯的孔隙结构。多孔介质的喉道分布均匀,孔隙度大,毛管压力曲线上各点沿平行于坐标横轴的直线与坐标纵轴的截距越小,此类矿岩的渗透系数也越大,启动压力越小;反之,与坐标纵轴的截距越大,其渗透系数越小,启动压力越大。另外,讨论了基于压汞曲线低渗透含铀砂岩的渗透率估算模型。 (2)实验表明,该低渗透性矿岩存在3个渗流阶段。该矿岩的启动压力梯度约为13,线性流动时的压力梯度约为48,当压力梯度小于13时,矿样内不发生液体流动,当压力梯度在13-48之间时,渗流系数与压力梯度存在非线性关系,当压力梯度大于48时,渗流系数与压力梯度存在线性关系。 (3)采用溶浸液做物理化学渗流实验,通过分析化学液与矿岩之间化学反应过程中孔隙率的变化规律和流体流变性,得到矿岩的结构特征变化和流体的特性在很大程度上影响了矿岩的物理化学渗流规律。矿岩介质与溶浸液发生化学反应后,使某些较小半径的孔隙变成可连通的,进而使砂岩介质的渗透系数整体变大;在某一状态时,由于压力和化学耦合作用,会使其孔隙结构进一步演变,也会改变砂岩介质的整体渗透系数;流体的表面张力是影响流体流经那些较小孔径的关键因素,通过减小流体的表面张力,可以整体上增大矿岩渗透性能。 (4)建立数值模型,模拟不同井距和抽注液比例下低渗透含矿层渗流场的规律,得出在抽注液井的井距相同时随着抽注液比例的增大或则在抽注液比例相同的条件下随着抽注液井的井距逐渐变大,五点井型的渗流场由近封闭式逐渐变为开放式,会造成溶浸液大量流失,不利于地浸采铀。本研究区域选取抽注液比例为1:1、井距为20米是较为理想的。