三角洲盐矿开发中的几个关键问题

关于三角洲盐矿开发设计中几个
关键问题的讨论
1.井口距离问题
井距直接关系到钻井投资，开拓成本，卤井寿命，采出率一系列的问题。

井距小了，无疑单位面积上的钻井投资增加，单位采矿量中的开拓成本高，尤其是对超深井来说，钻井成本在矿山总成本中的比例本来就很高。

而如果井距大了，在卤井正常服务年限内不能把资源充分采出，采矿回收率降低也是不合算的。

并且在超深盐矿中，岩盐的溶解速度很快，如三角洲盐矿，据推算达到40kg/m2·h以上的溶蚀速率，近注水井端的通道中，卤水就很快达到饱和，在近出卤井端的通道中，基本没有了溶蚀作用，岩盐蠕变及不溶物堆积，容易造成堵塞事故。

原设计中提出的井距只有300m，这个距离显然是小了。

根据钻井设计，即使全角变化率控制在1.25－2.25°/25m之间，近4000m 深的钻井，其井底（对接靶点）的位移也达到110m以上。

对水平井而言，用直线加圆弧的最理想设计，曲率半径也将达到150m。

第一靶点的位移也将达到110m。

如果对接靶点和第一靶点不发生位移，穿过盐层的水平段为150m；如果对接靶点和第一靶点的位移是向背的，穿过盐层的水平段为220m；如果对接靶点和第一靶点的位移恰好是相向的，有70m是重叠的,对接将会失败（图1）。

因此，为了避免对接失败，井距最少也要增加70m，即三角洲盐矿井距不能小于370m。

而仅有对接成功还不能保证资源的正常开采，在此基础上，按常规对接井通道长度的要求，应该还增加150米的盐层中通道距离保障，即井距应该达到520m。

图一井距分析示意图
当井距达到520m时，即使发生对接靶点和第一靶点的相向位移，也能保证有150m盐层对流通道；如果不发生位移，或者同步位移，其盐层中的对流通道为370m；而如果发生相背的位移，盐层中的对
流通道将达到590m ，这样的长距离，开采过程中要有多大的流量，才能保证通道不被闭合和堵塞，这是后面要讨论的问题。

2.采卤流量问题
流量问题我们分两部分讨论，一是通道扩大阶段，二是采卤阶段。

通道扩大阶段，我们应该保持在整个通道中的卤水都有一定的溶解能力，从盐层的进水点到出卤点，浓度呈梯度分布，含盐从0到接
近饱和状态，这样才能保证整个通道都在溶蚀过程中。

距离
浓
度注
水
图2扩槽过程要求的浓度控制效果示意图
0我们以上节中的590m 通道距离计算注水流量，根据推算，4000m 井深的温度达到140℃左右，溶蚀速率达到40kg/m 2·h ，建槽使通道平均直径达到1m ，通道溶蚀面积约为463m 2，小时溶盐18.8t ，生产250g/l 的卤水75m 3。

当通道直径达到1.2m ，生产250g/l 的卤水可以达到108m 3。

也就是说，尽管盐层中的对流通道达590m ，只要建槽
注水流量达到100m 3/h 左右，建槽效果是可以达到的（图2）。

仍然以590m 通道距离计算回采流量。

回采过程中主要是考虑注水井与出卤井溶腔的对称发展，通道中的溶蚀作用可以在55%的通道
距离中完成，当对井调换注水出卤方向时，有利于两边溶腔接合。

距离
浓
度
注
水
图3回采过程要求的浓度控制效果示意图
0通道中有溶蚀作用的取325m ，假定回采初期通道直径达到2米，此时生产300g/l 的卤水140m 3/h 左右，注水应该达到150m 3/h 以上（图3）。

根据以上分析，注水流量与井距的关系也是相当密切的。

但是，井距越远，所要求的注水流量就越大，注水流量越大，阻力越大，注水成本就越高。

因此，分析注水成本与钻井成本的关系，找到一个最经济的井距和流量组合，是下一步设计的重点内容。

根据以上分析，以及该矿床地温高，岩盐溶蚀速率是一般矿山的2倍多，考虑初期试验性开采的可靠性，将150m 通道距离可以减少
到70m进行设计，因此，建议地面井距取值在440－520m之间。

3.溶腔跨距问题
盐井溶腔跨距的设计与其他地下矿房设计的根本目的不同，重点考虑的是否产生地质灾害？是否影响卤井寿命？是否有利于资源的充分利用，而不是考虑井下人身与设备安全问题。

根据我以往对盐矿溶腔跨距和采动影响高度的研究，当开采层位的埋深大于溶腔跨距的8倍时，不可能对地表产生影响。

国外同类的研究成果推荐的是跨距与埋深的比例是10倍，三角洲盐矿的埋深达到3700m，也就是说，溶腔跨距最大可以考虑370m，推荐跨距可以设为200m。

关于冒落带高度，计算过程中应该考虑溶腔跨距这一重要参数。

根据M.M.普洛托基雅柯诺夫自然平衡拱理论。

（1）
当x=a时，y为b，即最大冒落高度。

按a=200m，普氏坚固性系数f按经验取1.8计算，最大冒落高度为110米。

这一高度，是我们在设计套管柱时应该考虑的井段。

对水平井而言，这一区段设为裸眼井段，可以避免冒落引起的套管破坏。

关于裂隙带高度，因为溶腔中承压卤水的作用，可以达到冒落带高度的10倍以上。

即主要考虑在矿层顶板上1500m范围内有没有没油、气、水对采矿过程的影响，如果不存在问题，溶腔跨距可以采用200m，为安全起见，试采期设计为150m，相应的试采期安全矿柱宽
度设定为100m。

4.井组控制矿量与卤井服务年限
按照上节推荐井距取中值，井距500m，溶腔跨距150m，矿柱宽度100m计算。

井组控制矿床块段面积为A＝150000m2，按矿床厚度40m，体重2.2t/m3计算，井组控制矿石资源1320万t。

井组可采面积为A C＝70160m2，可采矿量为617.4万t，开采回收率90%，矿块设计回采率为42%。

按品位90%，可采出NaCl500万t。

井组块段储量1188万吨，井组可采储量445万吨。

采区设计采出率37.2%。

单井组卤水产量平均125m3/h，折盐29.7万吨/年，井组服务年限：T=445万吨/(29.7万吨/年)≈15年。

增加井组控制矿量规模，延长卤井服务年限，无疑是降低采卤生产成本的关键因素，针对超深盐矿，显得尤为具有意义。

5．地热影响问题
三角洲盐矿埋深达到3800米，按照正常的地热增温级，矿层温度可达125℃以上，据该地区丰深3井资料显示，3500－4000m井深，地下温度为128－143℃。

当低温的淡水突然注入高温地层，可能会产生汽化现象，发出轻微的地震波现象；地下卤水长期通过井筒返出地表，井筒周围地层被不断加热，返出卤水温度可以认为与井底
是一致的。

而井下压力5600mH2O，即540个大气压。

卤水运移至地表过程中，压强降低，可能会出现汽化闪发，盐类可能出现析出而造成堵管等事故。

输送过程中因水蒸汽的作用在管道中可能会有气堵现象产生，在输送过程中因降温，蒸汽再次凝结，气泡溃灭，对管道可能会有气蚀作用。

因此要考虑配水管，对出卤进行降咸降温。

配水管长度要考虑适当的长度，使卤水和淡水通过管壁换热，使配水管中的淡水温度逐步升高接近卤水温度，避免冷水与热卤的急骤混合，对井管产生破坏。

配水管尾端要安装找中器，使管口居于套管中心，出流方式可以考虑锥形收敛的花管形状，孔眼总面积要大于管口面积2倍，以减缓水流对套管的冲刷破坏。

樊传忠
2013.04.13.。