鹽礦水平對接井設計與施工的幾個關鍵問題研究

劉 陽 劉松源 王永舉

(河南省地礦局第五地質勘查院，河南 鄭州 450000)

0 引言

鹽礦水平對接井開采技術，是指在鹽礦水溶開采工程中科學應用定向鉆井方法，而形成的一種全新技術。經(jīng)過20多年的發(fā)展，這項技術獲得廣泛的應用，雖然取得一些成績，但還是出現(xiàn)一些問題。筆者通過調查研究近十年的鹽礦山資料，認為必須有效結合水平對接井技術和開采鹽礦實際需求，開展深入分析，從而體現(xiàn)最大優(yōu)勢，為開采鹽礦提供更好服務。

1 對接井組設計

1.1 井距

鹽礦水平對接井井底位移不斷增加也使對接井的井距有效增加，通常井距為250 m，很多礦山延伸至300 m之上，湖南某礦山的井距已經(jīng)達到700 m。

可以從以下方面確定井距：1)鉆井技術自身要求：a.由直井段下端明確曲率造斜，滿足水平段需要的井斜角要求，產(chǎn)生對應水平位移，基本上地面兩井距離大于這個水平位移。b.兩井的豎直段不能保證完全鉛直，井斜角允許存在一定誤差，在井底水平面產(chǎn)生的一定位移范圍，隨著鉆井深度的增加相應位移也更大。這是井距設計需要重視的問題；2)溶腔發(fā)展規(guī)律帶來的影響：在設定水平對接井開采范圍時，通常簡單處理為兩個鹵井起熔點連線作為基準線中部的跑道形式。事實上，井內引入淡水，主要圍繞溶解起熔點周圍及其上端鹽礦層，產(chǎn)生擁有一定濃度的鹵水易受重力分異的影響，鹵水下端更深，通常鹵水進入水平井段通道之后濃度升高，降低溶蝕功能。在通道內持續(xù)流動的鹵水，不斷提高濃度，一段時間以后自然形成飽和。在通道中為了獲得很好的采礦溶蝕效果，充分開采礦床，必須嚴格控制井距，提高井組中部礦塊開采效率。鹽礦床的鉆井水溶，其中巖層厚度、品位、頂板強度等決定了自然溶蝕半徑；3)可采出礦量和鹵井壽命：不同井距對礦量的控制也不同，而礦量密切關系著礦層厚度，設置井距時需要注意資源量和鹵井壽命的匹配程度。

1.2 井組溶腔的軸線方向

井組軸線方向是指兩井起熔點之間連線方位和礦床產(chǎn)狀的聯(lián)系。要想對定向鉆井施工難度有效降低，需在傾向線最上方設置定向井，在最下傾向方設置直井。如此設計應用在平緩的礦層產(chǎn)狀鹽礦不會有任何問題，可是在較陡礦層產(chǎn)狀的鹽礦中應用會產(chǎn)生一些問題：1)在下傾通道中堆積礦渣，形成堵塞，尤其是鹵水礦渣安息角小于鹽層傾角時堵塞情況更加嚴重。比如甘肅某礦巖層傾角超過600，堵塞事故出現(xiàn)在多個井組，產(chǎn)生事故的關鍵因素是井身結構和布井方向。2)鹵水發(fā)生顯著的重力分異問題，直徑傾斜下方擁有更高濃度的鹵水，其在生產(chǎn)中廣受歡迎，定向井傾斜上方不斷注水，卻并不出鹵。兩端溶腔體現(xiàn)出失衡發(fā)展特點，出鹵井周圍不完全開采勢必產(chǎn)生浪費，注水井周圍過度開采容易損害地質。

沿著較小傾角的假傾方向對較大礦層傾角進行布井，嚴控傾角1 015°。相對適合，水平段井形成一定斜角。布井選擇較小傾角，可以有效解決堵塞和開采失衡問題。此外由于鹽礦體現(xiàn)出的上溶特點，在上傾方向水平通道側翼持續(xù)涌入溶蝕，獲得較好的采礦效果。誠然，也需要對橫向發(fā)展的溶腔積極控制，防止地面產(chǎn)生沉降問題。

2 井身質量的要求

如河南省舞陽縣孟寨黑龍廟村北設計的開采鹽礦井，根據(jù)當?shù)禺敃r的施工情況，對直井的質量做出了如下具體要求：

1)直井段井身質量按該井井身質量要求執(zhí)行，全角變化率以ESS電子多點測量井斜方位為依據(jù)，每30 m計算一點，連續(xù)三點以上不合格者，算全角變化率不合格。

2)斜井段實鉆井眼保持順滑的軌跡，盡可能與井眼軌跡接近，在靶區(qū)內設置水平段井眼軌跡，超越靶區(qū)一點即被視為不合格。

3)完鉆后要求造斜點以下測ESS電子多點，全井井眼軌跡控制質量以ESS數(shù)據(jù)為考核依據(jù)。

4)完井后井隊技術員(或工程師)必須將全井(每25 m一個點)的井斜角、全角變化率、井底水平位移、井徑擴大率的數(shù)據(jù)齊全、準確地填寫在井史上。

3 井下復雜情況預防及處理

3.1 井漏

1)鉆表層可以適度提升鉆井液粘度避免發(fā)生井漏現(xiàn)象。

2)達到易漏層段之前，提前做好預防工作，可以將堵漏劑、屏蔽暫堵劑等綜合材料提前加入鉆井液中，徹底杜絕井漏問題。

3)井徑中的井段缺乏規(guī)則性，存在嚴重垮塌問題，開泵操作避免過猛，當單泵正常循環(huán)以后開啟雙泵。

4)鉆井過程中可以利用幾個立柱避免井漏問題，然后劃眼到底，若不能徹底解決井漏問題可以向漏失層段加入堵漏劑進行堵漏處理，如漏失嚴重可直接打水泥堵漏，注意目的層段堵漏禁止采取水泥。

5)嚴控施工中鉆井液密度，加重防止過于猛烈，防止發(fā)生壓漏地層現(xiàn)象。

6)水平段鉆進中應備足泥漿，并備足加重材料，以備井漏時能保持循環(huán)。

3.2 井塌

1)堅持搞好隨起鉆隨灌漿工作，鉆具起完井筒內必需灌滿鉆井液。

2)對鉆井液密度與性能改變程度嚴控，同時掌握好失水，認真檢查返出巖屑狀況。

3)進入垮塌井段，對井下情況嚴密觀察，積極維護鉆井液，保證鉆井液的穩(wěn)定性能，防止出現(xiàn)較大波動，短期內鉆井液密度變化應控制在0.02 g/cm3以下。只有不斷加強鉆井液的抑制作用，才能真正杜絕井眼掉塊問題。

4)大排量循環(huán)，及時將掉塊帶出地面。

5)在易塌井段嚴禁立即下鉆，防止較大抽吸壓力引發(fā)井塌事故。

6)若井塌卡鉆，能開泵則小排量開泵，然后緩慢增大排量，直至恢復正常循環(huán)，上下活動鉆具解卡。

7)建立循環(huán)后可采用泡解卡劑、原油、柴油，泵入解卡劑，靜止6 h～8 h，出現(xiàn)一些浸泡液，間斷活動鉆具解卡，無效則爆炸松扣套銑。

3.3 縮徑和起下鉆遏阻

1)大排量沖蝕掉疏松的假泥餅。

2)根據(jù)要求做好短程起下鉆，對井壁穩(wěn)定狀況及時全面了解。

3)在遇阻井段認真劃眼，同時維護井壁。

4)起鉆之前保證鉆井液的良好循環(huán)，起下鉆受阻應當對鉆具上下活動。

3.4 降低摩阻措施

1)鉆井過程中提高鉆井液潤滑性能，準確計算下部鉆具強度和井眼的相容性，整體研究鉆柱疲勞效力，科學使用鉆具組合及參數(shù)，盡量降低扭矩。

2)嚴格控制井眼不斷變化的曲率，最大程度保證井眼的圓滑性，避免出現(xiàn)曲率的突變。

3.5 防鍵槽卡鉆措施

1)應盡量減少起下鉆次數(shù)，以降低鉆柱拉磨井壁的程度。

2)一些井段曲率較大的經(jīng)驗，必須定期安排下入鍵槽破壞器。

3)每一次下鉆阻卡部位都要仔細登記，根據(jù)測斜材料整體分析可能產(chǎn)生鍵槽的幾率，提前處置。

4)盡量減少鉆具組合的變換次數(shù)及鉆柱的剛性。

5)若發(fā)生鍵槽卡鉆，則應向下活動鉆具，使隨鉆震擊器向下震擊，以震擊解卡。

6)倒劃眼上提鉆具解卡。

3.6 防鉆具事故

1)定期探傷操作鉆具，避免井下操作采取損傷鉆具。

2)嚴格計算鉆柱摩阻與扭矩，并嚴格校驗強度。

3)定期對鉆具所在部位進行倒換。

4)嚴格執(zhí)行操作流程，確保不溜鉆。

5)鉆進中注意泵壓變化，發(fā)現(xiàn)泵壓下降，地面查不出原因，立即提鉆檢查鉆具。

4 結語

鹽礦水平對接井開采應用的廣泛性明顯不符合其研究深度。因此，在具體應用中還出現(xiàn)一些問題，在鉆井技術、資源應用等方面提升空間比較廣闊，本文通過分析鹽礦水平對接井的設計和施工，初步解決了開采過程中產(chǎn)生的部分問題。