專利名稱：一種鹽礦鉆井水溶開采裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種地下鹽礦開采裝置及方法，特別涉及一種鹽礦鉆井水溶開采裝置及方法。
背景技術：
鹽礦鉆井水溶開采技術是在地面鉆井通達巖鹽礦體，將中心管套于套管內下至巖鹽礦體，注水溶解巖鹽形成巖鹽溶腔，巖鹽溶腔內的鹵水返至地面。在使用鉆井水溶開采技術的時候，為了盡量降低生產成本、輸鹵成本及制鹽成本，開采的鹵水濃度越趨于飽和越好，因此在正常開采的時候，中心管和套管的下入深度應盡量深些。特別當鹵井修治后，生產部門確定的下管深度均較深。但是在鹽井中，井下溫度是隨井深的增加而升高的，這種現(xiàn)象稱為地溫梯度，其地溫梯度的范圍為0. 02、. 030C /m。參見圖1所示的多種鹽類在水中的溶解度曲線圖，可以看到大多數(shù)鹽類的溶解度都是隨溫度的增加而增大，隨溫度的降低而減小的。因此在生產的時候，鹵水從巖鹽溶腔升至地面，受到地溫梯度的影響，在井下飽和或趨于飽和的鹵水溫度逐漸降低，溶解度也隨之下降，就會出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象，導致鹽類溶質析出、結晶。當管內沒有足夠動力將晶體沖出地面時，析出的鹽類結晶溶質就會附著于管道內壁，最終導致鹽結晶堵塞管道。特別是某些出鹵濃度過高的鹵井，生產中鹽結晶堵管嚴重，既影響到產鹵能力，又嚴重威脅著鹵井安全。為了防止鹵水結晶堵塞管道，有發(fā)明人發(fā)明了一種鹽礦對井水溶開采方法(申請公布號CN 102108853 Α,申請日2011年1月14日)，它公開了一種地下鹽礦對井水溶開采方法，如圖7所示，它是在直井10井下中心管2底部位置兩側開射孔3，對井生產過程中， 在向水平井11注入淡水的同時，分流一部分淡水注入直井中心管2，使淡水由直井中心管射孔3處流入套管1內，稀釋直井套管1內的過飽和鹵水，通過電磁流量計顯示監(jiān)控直井中心管的注水流量，準確控制直井套管的出鹵濃度。但是該方法公開的是應用于多個連通鹵井的鹽鹵開采方法，在多個連通的鹵井中，其中一個鹵井用于注入淡水來溶解巖鹽形成鹵水，另一個鹵井的中心管和套管的環(huán)隙出鹵水，鹵水通道為中心管與套管的環(huán)隙，它并沒有公開應用于單個鹵井的鹽鹵開采方法。另外公開的鹽礦對井水溶開采方法是通過分流水平井的一部分淡水注入直井中心管內，淡水通過中心管下端的射孔進入直井中心管和套管的環(huán)隙內來稀釋其中的過飽和鹵水，該方法通過電磁流量計顯示監(jiān)控直井中心管注水流量來控制直井出鹵濃度，但是由于鹽層距地表有很深的深度，中心管和套管都需要深入到巖鹽溶腔內才能采鹵，通過電磁流量計來顯示控制淡水的注入量具有一定的時間差，致使出鹵濃度不會太穩(wěn)定，并且該方法也沒有公開稀釋鹵水至多大濃度為宜，抽出的鹵水濃度過低， 在生產成本控制上是不經濟劃算的，并且該方法通過分流淡水來稀釋商水，會增加淡水和泵的使用量，增加整個系統(tǒng)的能耗，增加生產成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種鹽礦鉆井水溶開采裝置，并且與該裝置配套使用的鹽礦鉆井水溶開采方法，該方法不需要增加淡水的注入量就可達到稀釋過飽和鹵水的目的，利用本發(fā)明裝置和方法生產出的鹵水濃度在適宜的鹵水亞飽和濃度范圍內，鹵水濃度既不會因過低增加生產成本，也不會因過高產生結晶堵塞現(xiàn)象，而且本發(fā)明節(jié)約能源，降低生產成本，經濟效益和社會效益均佳。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了這樣一種鹽礦鉆井水溶開采裝置，它包括中心管和套管，中心管套于套管內，中心管上端與套管上端水平，中心管下端長于套管下端，在超出套管下端的中心管上設置有數(shù)個射孔，中心管內為鹵水通道。當該裝置用于單個鹵井對流生產時，所述中心管與套管的環(huán)隙為淡水通道，淡水通過該通道來稀釋巖鹽；當該裝置用于多個連通的鹵井采鹵生產時，所述中心管與套管的環(huán)隙為井腔壓力觀察通道，淡水通過其它鹵井的管道注入溶解巖鹽。作為本發(fā)明的進一步改進，在所述的中心管下端還連接有篩管，篩管上開有數(shù)個篩孔，這樣可以增大中心管的進水面積，防止井下堆積物完全堵塞進水口。參見圖2所示的巖鹽溶腔內鹵水濃度分布示意圖，可以發(fā)現(xiàn)巖鹽溶腔中的鹵水有明顯的“分層”現(xiàn)象。即在同一水平面上，鹵水濃度的差值很小，鹵水濃度只在垂直方向有變化，越靠近溶腔底板，濃度值越大，達到飽和濃度。本發(fā)明的中心思想就是根據(jù)巖鹽溶腔內鹵水的分層現(xiàn)象，即鹵水濃度隨深度的加深而變大，使用射孔裝置在伸入巖鹽溶腔內的中心管上開射數(shù)個射孔，由于射孔位置距離溶腔底板較遠，鹵水濃度也較低，因此從中心管進鹵處或篩管進入的飽和鹵水和從中心管射孔處進入的淡鹵水混合，形成了亞飽和鹵水， 該亞飽和鹵水再經中心管生產出地面，防止了飽和鹵水直接從中心管抽出結晶堵塞中心管的現(xiàn)象。根據(jù)上述巖鹽溶腔的分層現(xiàn)象，本發(fā)明方法的技術方案是這樣的一種鹽礦鉆井水溶開采方法，包括鉆井、下管、溶融巖鹽、產鹵，其特征在于在所述的溶融巖鹽和產鹵階段之間還包括以下步驟(1)將中心管下至巖鹽溶腔中，測定中心管的出鹵濃度；(2)若測出的出鹵濃度處于鹵水亞飽和濃度范圍內，進入產鹵階段；若出鹵濃度高于亞飽和濃度上限，進入下一步射孔程序；(3)測定中心管射孔位置處的鹵水濃度和中心管進鹵處的鹵水濃度，確定出鹵濃度的值處于鹵水亞飽和濃度范圍內，根據(jù)測得的兩處的鹵水濃度和出鹵濃度計算得到篩孔內需進入的鹵水流量和射孔處需進入的鹵水流量的百分比，根據(jù)該百分比確定射孔的數(shù)量和大小，使用射孔裝置在中心管的射孔位置上開射一定數(shù)量和一定大小的射孔，測出鹵濃度；(4)若出鹵濃度仍高，可反復射孔，直至出鹵濃度處于鹵水亞飽和濃度范圍內。其中所述的鹵水亞飽和濃度范圍為^5g/L 305g/L，所述中心管的射孔位置與篩管的最頂端篩孔的距離相距5-20m。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明不需要增加淡水注入來稀釋過飽和鹵水，它利用鹵水在巖鹽溶腔內的分層現(xiàn)象，用淡鹵水來混合過飽和鹵水，通過計算，在中心管下端的適當位置開射一定數(shù)量和大小的射孔，淡鹵水就能通過射孔進入中心管內混合過飽和鹵水形成亞飽和鹵水，這樣鹽井的出鹵濃度就能得到準確控制，并且也減少了淡水的使用量，降低了整個系統(tǒng)的能耗，節(jié)約了生產成本。為了與本發(fā)明方法配套使用，本發(fā)明裝置也做了改進?，F(xiàn)有技術中中心管與套管的長度是相等的，它們的兩端水平，中心管和套管均伸入巖鹽溶腔中，由于中心管套于套管內，巖鹽溶腔中的鹵水無法通過中心管上的射孔，而本發(fā)明裝置將中心管的下端設計長于套管的下端，長出套管下端那部分的中心管才伸入巖鹽溶腔中，而套管只到鹽層頂板，這樣巖鹽溶腔中的鹵水就可以通過中心管上的射孔進入到中心管中。本發(fā)明既避免了鹵水濃度過高結晶堵塞管道，也避免了鹵水濃度過低增加生產成本，使用本發(fā)明的技術方案，提高了鹵井安全、高效、連續(xù)生產的能力，減少了起下管柱的作業(yè)費用，節(jié)約了能源，降低了生產成本，經濟效益和社會效益均佳。同時本發(fā)明方法不僅能夠應用于單個鹵井，也可以應用于多個連通的鹵井，由于多個連通的鹵井中每個鹵井的巖鹽溶腔是連通的，鹵水可以自由流動，每個鹵井可以共用鹵水。


圖1為多種鹽類在水中的溶解度曲線圖2為139井巖鹽溶腔內鹵水濃度的分布示意圖； 圖3為NaCl在水中的溶解度曲線圖； 圖4為射孔裝置射孔示意圖； 圖5為本發(fā)明裝置結構示意圖； 圖6為本發(fā)明原理配水降咸示意圖； 圖7為背景技術中引用專利的方法示意圖。圖例說明
1、套管；2、中心管；3、射孔；4、起爆器；5、射孔槍；6、射孔彈；7、接箍；8、篩孔；9、篩管； 10、直井；11、水平井；12、巖鹽溶腔；13、鹽層頂部；14、溶腔底板。
具體實施例方式為了更加清楚地理解本發(fā)明的目的、技術方案及有益效果，下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的說明，但并不將本發(fā)明的保護范圍限定在以下實施例中。參見圖5，一種鹽礦鉆井水溶開采裝置，包括中心管2、套管1和篩管9，中心管2套于套管1內，中心管2上端與套管1的上端水平，中心管2下端長于套管1的下端并與篩管 9連接，篩管9上開有數(shù)個篩孔8，篩管9內設置有過濾網，在超出套管1下端的中心管2上設置有數(shù)個射孔3，中心管2內為鹵水通道。本發(fā)明一種鹽礦鉆井水溶開采裝置可以應用于單個鹵井對流生產，也可以應用于多個連通的鹵井采鹵生產。當應用于單個鹵井對流生產時，中心管2與套管1的環(huán)隙為淡水通道；當應用于多個連通的鹵井采鹵生產時，中心管2 與套管1的環(huán)隙為井腔壓力觀察通道。使用本發(fā)明鉆井水溶開采裝置的一種鹽礦鉆井水溶開采方法，包括鉆井、下管、溶融巖鹽、產鹵，參見圖5，開采人員從地面鉆井通達巖鹽礦體， 將管道下至鹽層頂部13，注入淡水溶解巖鹽形成巖鹽溶腔12，然后將中心管2下至巖鹽溶腔12中，開始產鹵。當本發(fā)明方法應用于單個鹵井對流生產時，淡水從中心管2與套管1的環(huán)隙注入溶解巖鹽；當應用于多個連通的鹵井采鹵生產時，本發(fā)明裝置中心管2與套管1的環(huán)隙為井腔壓力觀察通道，淡水從其它鹵井的管道注入溶解巖鹽。產鹵的時候，鹵水經中心管2返回到地面，測定鹵水的出鹵濃度。當出鹵濃度在鹵水亞飽和濃度295 305g/L范圍內時，可以轉入生產階段，鹵水經中心管2返至地面；當出鹵濃度高于鹵水亞飽和濃度的上限305g/L時，轉入射孔階段。使用測濃度裝置測定中心管進鹵處的鹵水濃度和中心管射孔處的鹵水濃度，根據(jù)這兩處的濃度值和出鹵濃度計算出篩孔和射孔的鹵水流量百分比，其中出鹵濃度的值應在鹵水亞飽和濃度范圍內，然后根據(jù)該百分比確定射孔的數(shù)量和大小， 使用射孔裝置在中心管的射孔位置上開射一定數(shù)量和一定大小的射孔。參見圖4，射孔槍5 連接起爆器4放入中心管2內至中心管的射孔位置，啟動起爆器4，射孔彈6從射孔槍5中射出射穿中心管2形成射孔3，從篩管9進入的飽和鹵水與從射孔3處進入的淡鹵水混合， 形成亞飽和鹵水經中心管2返回地面。為了提高射孔降咸的穩(wěn)定性，也可以考慮多次射孔， 即進行第一次射孔后，商水濃度沒有太大的變化，可以在同一位置進行第二次射孔，若還是沒有太大變化，根據(jù)經驗可以將射孔位置提高Urn進行再一次射孔，直到達到設定的濃度值。作為本發(fā)明的進一步改進，井下中心管2底部通過接箍7連接篩管9，鹵水經多個篩孔 8流入中心管2內，這樣可以增大中心管的進水面積，防止井下堆積物完全堵塞進水口。下面以威西巖鹽體石碑溝采區(qū)139井為例說明。威西巖鹽體石碑溝采區(qū)139井投產時間為1993年6月，采用油墊建槽方式于1994 年7月與140井連通開采。2010年最后一次大修后，中心管下入鹽層仍然較深，致使出鹵濃度高達317 319g/L，生產中鹽結晶堵管嚴重，既影響到產鹵能力，又嚴重威脅著鹵井安全。139井在生產過程中流量逐漸下降，三天時間即從52m3/h降至23m3/h。每三天需進行一次沖井，而每次沖井需停產IOh左右，若不按時沖井即會造成井下鹽結晶堵管，導致井下生產事故而停產。因此對該井中心管實施射孔，達到配水降咸的目的，將出鹵濃度降低。1、采區(qū)井礦數(shù)據(jù) 1. 1 井深:1041. 63m
1. 2鹽層頂板:1027. 15m 1. 3鹽層底板:1043. 15m 1.4鹽層厚度:16m 1. 5 套管:Φ177. 8X 1035. 33m 1. 6中心管下深1038. 927m 1. 7出鹵濃度317 319g/L
1. 8篩管長1. 5m，Φ 35mmX 12孔，螺旋均布，上篩孔進鹽層9. 877m,上篩孔距接箍6. 5m， 射孔時應避開接箍，射孔位置一般在接箍以上0-2. 5m。2、采區(qū)鹽結晶情況分析
在該井生產中，由于受地溫梯度的影響，井下溫度隨井深的增加而升高，參見圖1，可以知道井下溫度越高其鹵水濃度就越大。取地溫梯度為0. 030C /m，地面溫度為25°C，則該井溶腔溫度為
T = 25 + 1000X0. 03 = 55 °C
該井產鹵溫度為38°C，即該井鹵水從井下產出地面的溫差為 ΔΤ = 55 - 38 = 17°C
生產時，在井下飽和或趨于飽和的鹽溶液被中心管抽出到地面時，由于溫度逐漸降低， 溶解度也隨之下降，就會出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象或鹽類溶質析出、結晶的現(xiàn)象。由圖3所示的NaCL 在水中的溶解度曲線圖，可以得到55°C時，NaCL在水中的飽和含量為331. 94g/L ；38°C時， NaCL在水中的飽和含量為316. 38g/L。用測井車實測IOOOm處中心管內鹵水溫度為M°C， 含量為329. 4g/L。該井生產時在中心管中析出的NaCL晶體為13. 02 g/L。
該井流量為50m3/h左右，即每小時在中心管內析出NaCL晶體達651kg，巖鹽比重 2. 17X103 kg/m3，即每小時在中心管內析出NaCL晶體體積為
V = 651+ (2. 17X 103 ) = 0. 3 m3
由于中心管內流速沒有足夠動力將晶體沖出地面，析出、結晶的NaCL就會附著于中心管內壁，最終導致鹽結晶堵塞中心管。因此鹵水的適宜出鹵濃度應在295 305g/L之內， 這樣的鹵水濃度既沒有達到飽和濃度，也不會過低增加生產成本。3、制定射孔工藝流程 3. 1測井
用測井車或射孔車，測定IOOOm處油管內鹵水溫度為，濃度為329. 4g/L ；井口溫度為38°C，鹵水濃度為316. 38g/L ；出鹵量為40mVh03. 2施工設計
①根據(jù)地層壓力、巖性、井下情況、滲透率、井眼套管結構和投產要求確定射孔裝置為起爆器和射孔槍，根據(jù)經驗射孔槍選用子彈的射孔徑為Φ 10mm。射孔裝置的結構和連接方式如圖3所示。②根據(jù)套管壁厚和井腔情況確定起爆器的起爆壓力，以使射孔槍能夠射穿中心管。③根據(jù)巖鹽溶腔內鹵水濃度的分層情況和射孔彈直徑可以確定射孔個數(shù)、射孔次數(shù)和射孔深度。根據(jù)經驗，中心管上的射孔位置一般與篩管的最頂端篩孔的距離為5-20m。查圖2所示的139#巖鹽溶腔內鹵水濃度分布圖，可以得到中心管內距最頂端篩孔 8m處的鹵水濃度為沈(^/1。將出鹵濃度控制在300g/L，設需在篩孔處進入的鹵水流量百分比為X (此處鹵水濃度為329. 4g/L)，在射孔處進入的鹵水流量百分比為Y (此處鹵水濃度為260g/L)，即有
權利要求
1.一種鹽礦鉆井水溶開采裝置，包括中心管和套管，中心管套于套管內，其特征在于 所述的中心管上端與套管上端水平，中心管下端長于套管下端，在超出套管下端的中心管上設置有數(shù)個射孔，中心管內為鹵水通道。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鹽礦鉆井水溶開采裝置，其特征在于還包括與中心管下端連接的篩管，篩管上開有數(shù)個篩孔。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種鹽礦鉆井水溶開采裝置，其特征在于所述的中心管與套管的環(huán)隙為淡水通道。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種鹽礦鉆井水溶開采裝置，其特征在于所述的中心管與套管的環(huán)隙為井腔壓力觀察通道。
5.與權利要求1或2所述的裝置配套使用的一種鹽礦鉆井水溶開采方法，包括鉆井、 下管、溶融巖鹽、產鹵，其特征在于在所述的溶融巖鹽和產鹵階段之間還包括以下步驟 (1)將中心管下至巖鹽溶腔中，測定中心管的出鹵濃度；(2)若測出的出鹵濃度處于鹵水亞飽和濃度范圍內，進入產鹵階段；若出鹵濃度高于亞飽和濃度上限，進入下一步射孔程序； (3)測定中心管射孔位置處的鹵水濃度和中心管進鹵處的鹵水濃度，確定出鹵濃度的值處于鹵水亞飽和濃度范圍內，根據(jù)測得的兩處的鹵水濃度和出鹵濃度計算得到篩孔內需進入的鹵水流量和射孔處需進入的鹵水流量的百分比，根據(jù)該百分比確定射孔的數(shù)量和大小， 使用射孔裝置在中心管的射孔位置上開射一定數(shù)量和一定大小的射孔，測出鹵濃度；(4) 若出鹵濃度仍高，可反復射孔，直至出鹵濃度處于鹵水亞飽和濃度范圍內。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種鹽礦鉆井水溶開采方法，其特征在于所述的鹵水亞飽和濃度范圍為^5g/L 305g/L。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種鹽礦鉆井水溶開采方法，其特征在于所述中心管的射孔位置與篩管的最頂端篩孔的距離相距5-20m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鹽礦鉆井水溶開采裝置，并且與該裝置配套使用的鹽礦鉆井水溶開采方法，該裝置包括中心管和套管，中心管套于套管內，中心管上端與套管上端水平，中心管下端長于套管下端，在超出套管下端的中心管上設置有數(shù)個射孔，中心管內為鹵水通道，該方法不需要增加淡水的注入量就可達到稀釋過飽和鹵水的目的，利用本發(fā)明裝置和方法生產出的鹵水濃度在適宜的鹵水亞飽和濃度范圍內，鹵水濃度既不會因過低增加生產成本，也不會因過高產生結晶堵塞現(xiàn)象，而且本發(fā)明節(jié)約能源，降低生產成本，經濟效益和社會效益均佳。
文檔編號E21B43/28GK102337879SQ201110268618
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權日2011年9月13日
發(fā)明者嚴正偉, 劉昌輝, 彭傳豐, 潘科峰, 王聰?shù)? 符宇航, 鄧洪林, 鄭信林, 黃書義, 黃斌 申請人:四川久大制鹽有限責任公司