鹽井水溶開采上溶速度影響因素研究

高麗蘇如海戴鑫唐禮驊

（1江蘇油田工程院，江蘇揚州225009；2江蘇油田采輸鹵管理處，江蘇揚州225009）

鹽井水溶開采上溶速度影響因素研究

高麗1蘇如海2戴鑫1唐禮驊1

（1江蘇油田工程院，江蘇揚州225009；2江蘇油田采輸鹵管理處，江蘇揚州225009）

通過理論研究以及室內(nèi)實驗，開展了影響上溶速度的因素分析，同時根據(jù)水平連通井組現(xiàn)場狀況分析，結(jié)合SBT測試情況，得到了影響上溶速度的主要因素以及連通井組上溶過快的主要原因。

鹽巖；水溶開采；上溶速度

根據(jù)鹽類礦物易溶于水的特性，把水注入礦床，將礦床中的鹽類礦物溶解置換成鹵水，然后進行采集、輸送的一種采礦方法?；窗糙w集井礦鹽鹽層埋深1446-1922m,共布井組14對，單井2口，合計30口鹽井，自2005年投產(chǎn)以來，生產(chǎn)過程中相繼出現(xiàn)SY9、SY13等4個井組因溶腔漏失停井，其余井組也普遍存在上溶過快，井漏風險較大的問題。針對礦區(qū)嚴峻形勢，開展溶腔溶蝕特征分析，做好上溶控制。

1 鹽巖溶蝕

1.1 鹽巖溶蝕機理

鹽類礦物易溶于水是其固有的自然特性。水溶解鹽類礦物的物理化學過程是：帶有正負極的水分子，在與鹽類礦物接觸時，當水分子對其離子的引力足以破壞離子礦物的結(jié)晶格架，離子進入水中。

從化學動力學分析，鹽類礦物在水中的溶解過程，包括水進入鹽礦物表面，水與鹽礦物間的相互作用，以及溶解后的鹽礦物從固液接觸表面向水中擴散的過程。擴散是繼續(xù)溶解的前提，擴散的動力來源于鹽溶液在空間上的濃度差，當濃度差為零時，擴散及相應的溶解即停止。

1.2 鹽巖溶蝕主要影響因素

影響鹽巖礦物溶解速度的主要因素有鹽礦自身條件決定的內(nèi)在因素和可調(diào)控的外部因素。為深入了解礦區(qū)鹽巖溶蝕特性，在趙集井礦取3種鹽樣，開展不同溫度、濃度、傾角下的溶蝕試驗，分析鹽巖溶蝕的影響因素。

1.2.1 內(nèi)在因素（1）鹽礦水溶性

鹽礦溶解度越大，溶解速度越快。通常，鹽類礦物中溶解速度：氯化物〉硫酸鹽〉碳酸鹽〉硼酸鹽。

（2）鹽礦品位

鹽礦品位越高，溶解越快。由室內(nèi)溶蝕實驗可知，試樣的品位影響試樣的溶解速率。鹽巖品位S-16-30＞S-21-2＞S-16-15，由三種灰色石鹽巖的溶解速率對比可知，品位越高，溶解速率越大（見表1）。

表1 不同巖石品位溶解速率變化（單位：cm2.h）

（3）鹽礦組分

多種礦物組分共生的鹽礦，主要礦物的溶解速度受其它組分影響。主要鹽類礦物與其它組分含有相同離子，溶解速度呈彼此消長關(guān)系。主要鹽類礦物與其它組分不含相同離子，溶解速度加快。

（4）鹽礦結(jié)構(gòu)

礦物結(jié)構(gòu)疏松或裂隙越發(fā)育，水與礦物的溶解接觸面越大，溶解速度較快。

1.2.2 外在因素

（1）溶液溫度

實驗中隨溫度的升高，試樣溶解速率不斷加大，70℃的溶解速率約是30℃的2.994倍（見表2）。

表2 不同溶液溫度下三組試樣溶解速率變化（單位：cm2.h）

（2）溶液濃度

實驗中隨溶液濃度的提高，溶解速率明顯降低，當濃度增加到20%時（接近飽和），溶解速率較小（見表3）。

表3 不同溶液濃度下三組試樣溶解速率變化（單位：cm2.h）

（3）鹽巖傾角

鹽巖的溶解具有明顯的角度效應，隨著溶解角度從小到大的轉(zhuǎn)變，溶解速率發(fā)生成倍加快，在180°傾角下（上溶），最快達到0.6921g/(cm2.h)，鹽巖溶解速率的增長存在分段性，（0°～135°）速率增加＞（0°～45°）速率增加＞（45°～90°）速率增加（見表4）。

表4 不同溶解傾角下三組試樣溶解速率變化（單位：cm2.h）

（3）注水排量

采用較大的注水流量，擴散作用加強，溶腔內(nèi)鹵水濃度較低，溶腔壁面邊界處濃度梯度增大，鹽巖溶蝕速度加快。

（4）隔離液

在鹽井中注入隔離保護液，采用自下而上逐級提升的方法，對鹽層進行分段溶蝕，控制上溶速度，強制側(cè)溶，可以有效控制腔體形態(tài)，保證鹵水質(zhì)量，提高采收率。

2 鹽巖上溶影響因素

淮安趙集井礦鹽投產(chǎn)10年時間，相繼出現(xiàn)4口井溶腔漏失。SY15井投產(chǎn)5年即因井漏關(guān)井，其余3口井正常生產(chǎn)時間也僅為7-9年，遠低于預計可采年限。除遵循鹽巖溶蝕一般規(guī)律外，該礦區(qū)地質(zhì)特點的特殊性和生產(chǎn)工藝，也是造成溶腔上溶速度快，過早到達頂板鹵水漏失，停止生產(chǎn)的原因。

（1）鹽腔頂板穩(wěn)定性差

高壓下頂板吸水曲線

區(qū)塊含鹽系地層頂板圍巖以泥質(zhì)硬石膏鹽、石膏質(zhì)泥巖、云質(zhì)泥巖為主，厚度3.5-3.8m。開采早期認為該鹽巖頂板致密堅硬，遇水不膨脹，耐崩解，為良好不透水層。2014年1月，實測蘇鹽15-1井生產(chǎn)套管處溶腔邊界距鹽頂僅4.3m。2016年，開展鹽腔頂板漏失實驗。頂板為石膏質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、鹽層交替層，經(jīng)XRD測試，上覆層微孔隙、裂隙發(fā)育，孔隙度9%～14%，滲透率＞0.1md，滲透性很強；在高壓和無壓狀態(tài)下，測頂板吸水性。高壓水在頂板中的滲透速度約為2.4m/日，可達72m/月，吸水率相對無壓狀態(tài)下提高了31%，可導致大量的鹵水隨頂板滲透到上覆巖層或更遠處。實驗中石膏泥巖層表現(xiàn)出強烈的“分層”現(xiàn)象，即浸泡后一層一層剝離，預計鹽腔大量漏失后，石膏層將以分層垮落破壞，砂巖以整體大塊垮落破壞（見圖1）。

早期認為鹽層頂板為不透水鹽巖,采鹽層厚（98-135m），因此未采用隔離保護液。由表4可知，鹽巖上溶速度為側(cè)溶的1.4-1.8倍。在溶蝕過程中，一旦局部上溶過快，在沒有隔離液遮擋的情況下，將直抵隔層。而該區(qū)塊隔層極不穩(wěn)定，溶腔大量漏失之后，造成頂板自重增加、強度軟化，累計到一定程度后會就出現(xiàn)垮落。

（2）注水方向單一

注水方向?qū)θ芮坏男螤钣幸欢ㄓ绊?。趙集鹽井通常采用水平連通井組開采，正反循環(huán)交替注水，可以有效控制鹵水濃度分布，促進兩端溶腔均勻發(fā)展。但在生產(chǎn)過程中，砂等水不溶物呈不連續(xù)砂橋狀堵塞注采通道，目前因技術(shù)、工具等原因解堵治理難度大，鹽井被迫長期單向注水，兩端溶腔的不均勻程度逐漸增大。統(tǒng)計11個對井，斜直井體積比1.26-59.67，平均7.94。以SY7井組為例，2010年投產(chǎn)，因直井端存在局部井堵，2011年以后只能斜井端注水，斜直井體積比達到59.7，預測斜井端溶解余高小于35m，上溶風險較大。

（3）注水排量大

排量增大，擴散作用增強，可以改變腔體內(nèi)鹵水濃度剖面。采用較大的排量溶蝕，溶腔內(nèi)鹵水平均濃度較低，溶蝕速度快；相反，采用較小的排量溶蝕，溶腔內(nèi)鹵水平均濃度較高，溶蝕速度較慢。根據(jù)趙集3口SBT測試數(shù)據(jù)分析：隨著注水強度的增大，上溶速度迅速增加。當注水強度由54m3/h增加到70m3/h,折算年上溶速度提高121%。4口漏失停井中，SY15-1井2006年4月投產(chǎn)，2011年8月井漏關(guān)井，平均注水強度72m3/h，折算年上溶速度19.7m。比較其它對井，注水強度控制在50m3/h以下的，生產(chǎn)較為平穩(wěn)。

SBT測試溶腔邊界

3 結(jié)語

（1）在鹽巖溶蝕過程中，除自身條件決定外，外界的濃度、排量、隔離液對腔體形態(tài)的變化和開采年限作用較大。加大排量，可以促使溶解速度加快，滿足產(chǎn)能需求，但是在頂板穩(wěn)定差的情況下，又無隔離液在縱向上的阻擋，將可能帶來快速上溶井漏的風險。

（2）油墊法是控制上溶可靠有效的方法。在現(xiàn)工藝條件下，研究油墊位置和注采參數(shù)對鹽巖高效回采具有深遠的意義。

The study of main influential element for the updissolved rate of production of the salt well

Gaoli1，Suruhai2，Daixin1，Tang lihua1，
（1Petroleum Engineering Technology Research Institute of Jiangsu Oilfield 2 Jiangsu Xinyuan Mine Exploitation Limited Corporation)

According to the theory study and the test in the laboratory,the influential element anlyses for the up-dissolved rate,and the anlyses for the situation of the horizontal-connection wells,the situation of the SBT test,it is founded that the main rea?son which takes effect to the up-dis?solved rate and which makes the up-dis?solved rate in the site is faster than it is in the laboratory for the horizontal-connection wells.

Keys:Salt Rock Exploitation with Water-Solution Updissolved Rate

高麗（1974-），女，四川眉山人，大學本科，高級工程師，從事方案設(shè)計工作。