鹽礦水平對(duì)接井設(shè)計(jì)與施工的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題研究

劉 陽(yáng) 劉松源 王永舉

(河南省地礦局第五地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450000)

0 引言

鹽礦水平對(duì)接井開(kāi)采技術(shù)，是指在鹽礦水溶開(kāi)采工程中科學(xué)應(yīng)用定向鉆井方法，而形成的一種全新技術(shù)。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)獲得廣泛的應(yīng)用，雖然取得一些成績(jī)，但還是出現(xiàn)一些問(wèn)題。筆者通過(guò)調(diào)查研究近十年的鹽礦山資料，認(rèn)為必須有效結(jié)合水平對(duì)接井技術(shù)和開(kāi)采鹽礦實(shí)際需求，開(kāi)展深入分析，從而體現(xiàn)最大優(yōu)勢(shì)，為開(kāi)采鹽礦提供更好服務(wù)。

1 對(duì)接井組設(shè)計(jì)

1.1 井距

鹽礦水平對(duì)接井井底位移不斷增加也使對(duì)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(dá)到700 m。

可以從以下方面確定井距：1)鉆井技術(shù)自身要求：a.由直井段下端明確曲率造斜，滿(mǎn)足水平段需要的井斜角要求，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)水平位移，基本上地面兩井距離大于這個(gè)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(yīng)位移也更大。這是井距設(shè)計(jì)需要重視的問(wèn)題；2)溶腔發(fā)展規(guī)律帶來(lái)的影響：在設(shè)定水平對(duì)接井開(kāi)采范圍時(shí)，通常簡(jiǎn)單處理為兩個(gè)鹵井起熔點(diǎn)連線(xiàn)作為基準(zhǔn)線(xiàn)中部的跑道形式。事實(shí)上，井內(nèi)引入淡水，主要圍繞溶解起熔點(diǎn)周?chē)捌渖隙他}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(jìn)入水平井段通道之后濃度升高，降低溶蝕功能。在通道內(nèi)持續(xù)流動(dòng)的鹵水，不斷提高濃度，一段時(shí)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(kāi)采礦床，必須嚴(yán)格控制井距，提高井組中部礦塊開(kāi)采效率。鹽礦床的鉆井水溶，其中巖層厚度、品位、頂板強(qiáng)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(duì)礦量的控制也不同，而礦量密切關(guān)系著礦層厚度，設(shè)置井距時(shí)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(xiàn)方向

井組軸線(xiàn)方向是指兩井起熔點(diǎn)之間連線(xiàn)方位和礦床產(chǎn)狀的聯(lián)系。要想對(duì)定向鉆井施工難度有效降低，需在傾向線(xiàn)最上方設(shè)置定向井，在最下傾向方設(shè)置直井。如此設(shè)計(jì)應(yīng)用在平緩的礦層產(chǎn)狀鹽礦不會(huì)有任何問(wèn)題，可是在較陡礦層產(chǎn)狀的鹽礦中應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)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(shí)堵塞情況更加嚴(yán)重。比如甘肅某礦巖層傾角超過(guò)600，堵塞事故出現(xiàn)在多個(gè)井組，產(chǎn)生事故的關(guān)鍵因素是井身結(jié)構(gòu)和布井方向。2)鹵水發(fā)生顯著的重力分異問(wèn)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(diǎn)，出鹵井周?chē)煌耆_(kāi)采勢(shì)必產(chǎn)生浪費(fèi)，注水井周?chē)^(guò)度開(kāi)采容易損害地質(zhì)。

沿著較小傾角的假傾方向?qū)^大礦層傾角進(jìn)行布井，嚴(yán)控傾角1 015°。相對(duì)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(kāi)采失衡問(wèn)題。此外由于鹽礦體現(xiàn)出的上溶特點(diǎn)，在上傾方向水平通道側(cè)翼持續(xù)涌入溶蝕，獲得較好的采礦效果。誠(chéng)然，也需要對(duì)橫向發(fā)展的溶腔積極控制，防止地面產(chǎn)生沉降問(wèn)題。

2 井身質(zhì)量的要求

如河南省舞陽(yáng)縣孟寨黑龍廟村北設(shè)計(jì)的開(kāi)采鹽礦井，根據(jù)當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的施工情況，對(duì)直井的質(zhì)量做出了如下具體要求：

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

2)斜井段實(shí)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(nèi)設(shè)置水平段井眼軌跡，超越靶區(qū)一點(diǎn)即被視為不合格。

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

4)完井后井隊(duì)技術(shù)員(或工程師)必須將全井(每25 m一個(gè)點(diǎn))的井斜角、全角變化率、井底水平位移、井徑擴(kuò)大率的數(shù)據(jù)齊全、準(zhǔn)確地填寫(xiě)在井史上。

3 井下復(fù)雜情況預(yù)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(dá)到易漏層段之前，提前做好預(yù)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(wèn)題。

3)井徑中的井段缺乏規(guī)則性，存在嚴(yán)重垮塌問(wèn)題，開(kāi)泵操作避免過(guò)猛，當(dāng)單泵正常循環(huán)以后開(kāi)啟雙泵。

4)鉆井過(guò)程中可以利用幾個(gè)立柱避免井漏問(wèn)題，然后劃眼到底，若不能徹底解決井漏問(wèn)題可以向漏失層段加入堵漏劑進(jìn)行堵漏處理，如漏失嚴(yán)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(yán)控施工中鉆井液密度，加重防止過(guò)于猛烈，防止發(fā)生壓漏地層現(xiàn)象。

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

3.2 井塌

1)堅(jiān)持搞好隨起鉆隨灌漿工作，鉆具起完井筒內(nèi)必需灌滿(mǎn)鉆井液。

2)對(duì)鉆井液密度與性能改變程度嚴(yán)控，同時(shí)掌握好失水，認(rèn)真檢查返出巖屑狀況。

3)進(jìn)入垮塌井段，對(duì)井下情況嚴(yán)密觀察，積極維護(hù)鉆井液，保證鉆井液的穩(wěn)定性能，防止出現(xiàn)較大波動(dòng)，短期內(nèi)鉆井液密度變化應(yīng)控制在0.02 g/cm3以下。只有不斷加強(qiáng)鉆井液的抑制作用，才能真正杜絕井眼掉塊問(wèn)題。

4)大排量循環(huán)，及時(shí)將掉塊帶出地面。

5)在易塌井段嚴(yán)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(kāi)泵則小排量開(kāi)泵，然后緩慢增大排量，直至恢復(fù)正常循環(huán)，上下活動(dòng)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(dòng)鉆具解卡，無(wú)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(duì)井壁穩(wěn)定狀況及時(shí)全面了解。

3)在遇阻井段認(rèn)真劃眼，同時(shí)維護(hù)井壁。

4)起鉆之前保證鉆井液的良好循環(huán)，起下鉆受阻應(yīng)當(dāng)對(duì)鉆具上下活動(dòng)。

3.4 降低摩阻措施

1)鉆井過(guò)程中提高鉆井液潤(rùn)滑性能，準(zhǔn)確計(jì)算下部鉆具強(qiáng)度和井眼的相容性，整體研究鉆柱疲勞效力，科學(xué)使用鉆具組合及參數(shù)，盡量降低扭矩。

2)嚴(yán)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(yīng)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(yàn)，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(xì)登記，根據(jù)測(cè)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(yīng)向下活動(dòng)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(yán)格計(jì)算鉆柱摩阻與扭矩，并嚴(yán)格校驗(yàn)強(qiáng)度。

3)定期對(duì)鉆具所在部位進(jìn)行倒換。

4)嚴(yán)格執(zhí)行操作流程，確保不溜鉆。

5)鉆進(jìn)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(jié)語(yǔ)

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