专利名称：一种盐矿钻井水溶开采装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种地下盐矿开采装置及方法，特别涉及一种盐矿钻井水溶开采装置及方法。
背景技术：
盐矿钻井水溶开采技术是在地面钻井通达岩盐矿体，将中心管套于套管内下至岩盐矿体，注水溶解岩盐形成岩盐溶腔，岩盐溶腔内的卤水返至地面。在使用钻井水溶开采技术的时候，为了尽量降低生产成本、输卤成本及制盐成本，开采的卤水浓度越趋于饱和越好，因此在正常开采的时候，中心管和套管的下入深度应尽量深些。特别当卤井修治后，生产部门确定的下管深度均较深。但是在盐井中，井下温度是随井深的增加而升高的，这种现象称为地温梯度，其地温梯度的范围为0. 02、. 030C /m。参见图1所示的多种盐类在水中的溶解度曲线图，可以看到大多数盐类的溶解度都是随温度的增加而增大，随温度的降低而减小的。因此在生产的时候，卤水从岩盐溶腔升至地面，受到地温梯度的影响，在井下饱和或趋于饱和的卤水温度逐渐降低，溶解度也随之下降，就会出现过饱和现象，导致盐类溶质析出、结晶。当管内没有足够动力将晶体冲出地面时，析出的盐类结晶溶质就会附着于管道内壁，最终导致盐结晶堵塞管道。特别是某些出卤浓度过高的卤井，生产中盐结晶堵管严重，既影响到产卤能力，又严重威胁着卤井安全。为了防止卤水结晶堵塞管道，有发明人发明了一种盐矿对井水溶开采方法(申请公布号CN 102108853 Α,申请日2011年1月14日)，它公开了一种地下盐矿对井水溶开采方法，如图7所示，它是在直井10井下中心管2底部位置两侧开射孔3，对井生产过程中， 在向水平井11注入淡水的同时，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处流入套管1内，稀释直井套管1内的过饱和卤水，通过电磁流量计显示监控直井中心管的注水流量，准确控制直井套管的出卤浓度。但是该方法公开的是应用于多个连通卤井的盐卤开采方法，在多个连通的卤井中，其中一个卤井用于注入淡水来溶解岩盐形成卤水，另一个卤井的中心管和套管的环隙出卤水，卤水通道为中心管与套管的环隙，它并没有公开应用于单个卤井的盐卤开采方法。另外公开的盐矿对井水溶开采方法是通过分流水平井的一部分淡水注入直井中心管内，淡水通过中心管下端的射孔进入直井中心管和套管的环隙内来稀释其中的过饱和卤水，该方法通过电磁流量计显示监控直井中心管注水流量来控制直井出卤浓度，但是由于盐层距地表有很深的深度，中心管和套管都需要深入到岩盐溶腔内才能采卤，通过电磁流量计来显示控制淡水的注入量具有一定的时间差，致使出卤浓度不会太稳定，并且该方法也没有公开稀释卤水至多大浓度为宜，抽出的卤水浓度过低， 在生产成本控制上是不经济划算的，并且该方法通过分流淡水来稀释商水，会增加淡水和泵的使用量，增加整个系统的能耗，增加生产成本。
发明内容
本发明的目的就在于针对现有技术的不足，提供一种盐矿钻井水溶开采装置，并且与该装置配套使用的盐矿钻井水溶开采方法，该方法不需要增加淡水的注入量就可达到稀释过饱和卤水的目的，利用本发明装置和方法生产出的卤水浓度在适宜的卤水亚饱和浓度范围内，卤水浓度既不会因过低增加生产成本，也不会因过高产生结晶堵塞现象，而且本发明节约能源，降低生产成本，经济效益和社会效益均佳。为了实现上述目的，本发明采用了这样一种盐矿钻井水溶开采装置，它包括中心管和套管，中心管套于套管内，中心管上端与套管上端水平，中心管下端长于套管下端，在超出套管下端的中心管上设置有数个射孔，中心管内为卤水通道。当该装置用于单个卤井对流生产时，所述中心管与套管的环隙为淡水通道，淡水通过该通道来稀释岩盐；当该装置用于多个连通的卤井采卤生产时，所述中心管与套管的环隙为井腔压力观察通道，淡水通过其它卤井的管道注入溶解岩盐。作为本发明的进一步改进，在所述的中心管下端还连接有筛管，筛管上开有数个筛孔，这样可以增大中心管的进水面积，防止井下堆积物完全堵塞进水口。参见图2所示的岩盐溶腔内卤水浓度分布示意图，可以发现岩盐溶腔中的卤水有明显的“分层”现象。即在同一水平面上，卤水浓度的差值很小，卤水浓度只在垂直方向有变化，越靠近溶腔底板，浓度值越大，达到饱和浓度。本发明的中心思想就是根据岩盐溶腔内卤水的分层现象，即卤水浓度随深度的加深而变大，使用射孔装置在伸入岩盐溶腔内的中心管上开射数个射孔，由于射孔位置距离溶腔底板较远，卤水浓度也较低，因此从中心管进卤处或筛管进入的饱和卤水和从中心管射孔处进入的淡卤水混合，形成了亚饱和卤水， 该亚饱和卤水再经中心管生产出地面，防止了饱和卤水直接从中心管抽出结晶堵塞中心管的现象。根据上述岩盐溶腔的分层现象，本发明方法的技术方案是这样的一种盐矿钻井水溶开采方法，包括钻井、下管、溶融岩盐、产卤，其特征在于在所述的溶融岩盐和产卤阶段之间还包括以下步骤(1)将中心管下至岩盐溶腔中，测定中心管的出卤浓度；(2)若测出的出卤浓度处于卤水亚饱和浓度范围内，进入产卤阶段；若出卤浓度高于亚饱和浓度上限，进入下一步射孔程序；(3)测定中心管射孔位置处的卤水浓度和中心管进卤处的卤水浓度，确定出卤浓度的值处于卤水亚饱和浓度范围内，根据测得的两处的卤水浓度和出卤浓度计算得到筛孔内需进入的卤水流量和射孔处需进入的卤水流量的百分比，根据该百分比确定射孔的数量和大小，使用射孔装置在中心管的射孔位置上开射一定数量和一定大小的射孔，测出卤浓度；(4)若出卤浓度仍高，可反复射孔，直至出卤浓度处于卤水亚饱和浓度范围内。其中所述的卤水亚饱和浓度范围为^5g/L 305g/L，所述中心管的射孔位置与筛管的最顶端筛孔的距离相距5-20m。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明不需要增加淡水注入来稀释过饱和卤水，它利用卤水在岩盐溶腔内的分层现象，用淡卤水来混合过饱和卤水，通过计算，在中心管下端的适当位置开射一定数量和大小的射孔，淡卤水就能通过射孔进入中心管内混合过饱和卤水形成亚饱和卤水，这样盐井的出卤浓度就能得到准确控制，并且也减少了淡水的使用量，降低了整个系统的能耗，节约了生产成本。为了与本发明方法配套使用，本发明装置也做了改进。现有技术中中心管与套管的长度是相等的，它们的两端水平，中心管和套管均伸入岩盐溶腔中，由于中心管套于套管内，岩盐溶腔中的卤水无法通过中心管上的射孔，而本发明装置将中心管的下端设计长于套管的下端，长出套管下端那部分的中心管才伸入岩盐溶腔中，而套管只到盐层顶板，这样岩盐溶腔中的卤水就可以通过中心管上的射孔进入到中心管中。本发明既避免了卤水浓度过高结晶堵塞管道，也避免了卤水浓度过低增加生产成本，使用本发明的技术方案，提高了卤井安全、高效、连续生产的能力，减少了起下管柱的作业费用，节约了能源，降低了生产成本，经济效益和社会效益均佳。同时本发明方法不仅能够应用于单个卤井，也可以应用于多个连通的卤井，由于多个连通的卤井中每个卤井的岩盐溶腔是连通的，卤水可以自由流动，每个卤井可以共用卤水。
图1为多种盐类在水中的溶解度曲线图2为139井岩盐溶腔内卤水浓度的分布示意图； 图3为NaCl在水中的溶解度曲线图； 图4为射孔装置射孔示意图； 图5为本发明装置结构示意图； 图6为本发明原理配水降咸示意图； 图7为背景技术中引用专利的方法示意图。图例说明
1、套管；2、中心管；3、射孔；4、起爆器；5、射孔枪；6、射孔弹；7、接箍；8、筛孔；9、筛管； 10、直井；11、水平井；12、岩盐溶腔；13、盐层顶部；14、溶腔底板。
具体实施例方式为了更加清楚地理解本发明的目的、技术方案及有益效果，下面结合附图对本发明做进一步的说明，但并不将本发明的保护范围限定在以下实施例中。参见图5，一种盐矿钻井水溶开采装置，包括中心管2、套管1和筛管9，中心管2套于套管1内，中心管2上端与套管1的上端水平，中心管2下端长于套管1的下端并与筛管 9连接，筛管9上开有数个筛孔8，筛管9内设置有过滤网，在超出套管1下端的中心管2上设置有数个射孔3，中心管2内为卤水通道。本发明一种盐矿钻井水溶开采装置可以应用于单个卤井对流生产，也可以应用于多个连通的卤井采卤生产。当应用于单个卤井对流生产时，中心管2与套管1的环隙为淡水通道；当应用于多个连通的卤井采卤生产时，中心管2 与套管1的环隙为井腔压力观察通道。使用本发明钻井水溶开采装置的一种盐矿钻井水溶开采方法，包括钻井、下管、溶融岩盐、产卤，参见图5，开采人员从地面钻井通达岩盐矿体， 将管道下至盐层顶部13，注入淡水溶解岩盐形成岩盐溶腔12，然后将中心管2下至岩盐溶腔12中，开始产卤。当本发明方法应用于单个卤井对流生产时，淡水从中心管2与套管1的环隙注入溶解岩盐；当应用于多个连通的卤井采卤生产时，本发明装置中心管2与套管1的环隙为井腔压力观察通道，淡水从其它卤井的管道注入溶解岩盐。产卤的时候，卤水经中心管2返回到地面，测定卤水的出卤浓度。当出卤浓度在卤水亚饱和浓度295 305g/L范围内时，可以转入生产阶段，卤水经中心管2返至地面；当出卤浓度高于卤水亚饱和浓度的上限305g/L时，转入射孔阶段。使用测浓度装置测定中心管进卤处的卤水浓度和中心管射孔处的卤水浓度，根据这两处的浓度值和出卤浓度计算出筛孔和射孔的卤水流量百分比，其中出卤浓度的值应在卤水亚饱和浓度范围内，然后根据该百分比确定射孔的数量和大小， 使用射孔装置在中心管的射孔位置上开射一定数量和一定大小的射孔。参见图4，射孔枪5 连接起爆器4放入中心管2内至中心管的射孔位置，启动起爆器4，射孔弹6从射孔枪5中射出射穿中心管2形成射孔3，从筛管9进入的饱和卤水与从射孔3处进入的淡卤水混合， 形成亚饱和卤水经中心管2返回地面。为了提高射孔降咸的稳定性，也可以考虑多次射孔， 即进行第一次射孔后，商水浓度没有太大的变化，可以在同一位置进行第二次射孔，若还是没有太大变化，根据经验可以将射孔位置提高Urn进行再一次射孔，直到达到设定的浓度值。作为本发明的进一步改进，井下中心管2底部通过接箍7连接筛管9，卤水经多个筛孔 8流入中心管2内，这样可以增大中心管的进水面积，防止井下堆积物完全堵塞进水口。下面以威西岩盐体石碑沟采区139井为例说明。威西岩盐体石碑沟采区139井投产时间为1993年6月，采用油垫建槽方式于1994 年7月与140井连通开采。2010年最后一次大修后，中心管下入盐层仍然较深，致使出卤浓度高达317 319g/L，生产中盐结晶堵管严重，既影响到产卤能力，又严重威胁着卤井安全。139井在生产过程中流量逐渐下降，三天时间即从52m3/h降至23m3/h。每三天需进行一次冲井，而每次冲井需停产IOh左右，若不按时冲井即会造成井下盐结晶堵管，导致井下生产事故而停产。因此对该井中心管实施射孔，达到配水降咸的目的，将出卤浓度降低。1、采区井矿数据 1. 1 井深:1041. 63m
1. 2盐层顶板:1027. 15m 1. 3盐层底板:1043. 15m 1.4盐层厚度:16m 1. 5 套管:Φ177. 8X 1035. 33m 1. 6中心管下深1038. 927m 1. 7出卤浓度317 319g/L
1. 8筛管长1. 5m，Φ 35mmX 12孔，螺旋均布，上筛孔进盐层9. 877m,上筛孔距接箍6. 5m， 射孔时应避开接箍，射孔位置一般在接箍以上0-2. 5m。2、采区盐结晶情况分析
在该井生产中，由于受地温梯度的影响，井下温度随井深的增加而升高，参见图1，可以知道井下温度越高其卤水浓度就越大。取地温梯度为0. 030C /m，地面温度为25°C，则该井溶腔温度为
T = 25 + 1000X0. 03 = 55 °C
该井产卤温度为38°C，即该井卤水从井下产出地面的温差为 ΔΤ = 55 - 38 = 17°C
生产时，在井下饱和或趋于饱和的盐溶液被中心管抽出到地面时，由于温度逐渐降低， 溶解度也随之下降，就会出现过饱和现象或盐类溶质析出、结晶的现象。由图3所示的NaCL 在水中的溶解度曲线图，可以得到55°C时，NaCL在水中的饱和含量为331. 94g/L ；38°C时， NaCL在水中的饱和含量为316. 38g/L。用测井车实测IOOOm处中心管内卤水温度为M°C， 含量为329. 4g/L。该井生产时在中心管中析出的NaCL晶体为13. 02 g/L。
该井流量为50m3/h左右，即每小时在中心管内析出NaCL晶体达651kg，岩盐比重 2. 17X103 kg/m3，即每小时在中心管内析出NaCL晶体体积为
V = 651+ (2. 17X 103 ) = 0. 3 m3
由于中心管内流速没有足够动力将晶体冲出地面，析出、结晶的NaCL就会附着于中心管内壁，最终导致盐结晶堵塞中心管。因此卤水的适宜出卤浓度应在295 305g/L之内， 这样的卤水浓度既没有达到饱和浓度，也不会过低增加生产成本。3、制定射孔工艺流程 3. 1测井
用测井车或射孔车，测定IOOOm处油管内卤水温度为，浓度为329. 4g/L ；井口温度为38°C，卤水浓度为316. 38g/L ；出卤量为40mVh03. 2施工设计
①根据地层压力、岩性、井下情况、渗透率、井眼套管结构和投产要求确定射孔装置为起爆器和射孔枪，根据经验射孔枪选用子弹的射孔径为Φ 10mm。射孔装置的结构和连接方式如图3所示。②根据套管壁厚和井腔情况确定起爆器的起爆压力，以使射孔枪能够射穿中心管。③根据岩盐溶腔内卤水浓度的分层情况和射孔弹直径可以确定射孔个数、射孔次数和射孔深度。根据经验，中心管上的射孔位置一般与筛管的最顶端筛孔的距离为5-20m。查图2所示的139#岩盐溶腔内卤水浓度分布图，可以得到中心管内距最顶端筛孔 8m处的卤水浓度为沈(^/1。将出卤浓度控制在300g/L，设需在筛孔处进入的卤水流量百分比为X (此处卤水浓度为329. 4g/L)，在射孔处进入的卤水流量百分比为Y (此处卤水浓度为260g/L)，即有
权利要求
1.一种盐矿钻井水溶开采装置，包括中心管和套管，中心管套于套管内，其特征在于 所述的中心管上端与套管上端水平，中心管下端长于套管下端，在超出套管下端的中心管上设置有数个射孔，中心管内为卤水通道。
2.根据权利要求1所述的一种盐矿钻井水溶开采装置，其特征在于还包括与中心管下端连接的筛管，筛管上开有数个筛孔。
3.根据权利要求1或2所述的一种盐矿钻井水溶开采装置，其特征在于所述的中心管与套管的环隙为淡水通道。
4.根据权利要求1或2所述的一种盐矿钻井水溶开采装置，其特征在于所述的中心管与套管的环隙为井腔压力观察通道。
5.与权利要求1或2所述的装置配套使用的一种盐矿钻井水溶开采方法，包括钻井、 下管、溶融岩盐、产卤，其特征在于在所述的溶融岩盐和产卤阶段之间还包括以下步骤 (1)将中心管下至岩盐溶腔中，测定中心管的出卤浓度；(2)若测出的出卤浓度处于卤水亚饱和浓度范围内，进入产卤阶段；若出卤浓度高于亚饱和浓度上限，进入下一步射孔程序； (3)测定中心管射孔位置处的卤水浓度和中心管进卤处的卤水浓度，确定出卤浓度的值处于卤水亚饱和浓度范围内，根据测得的两处的卤水浓度和出卤浓度计算得到筛孔内需进入的卤水流量和射孔处需进入的卤水流量的百分比，根据该百分比确定射孔的数量和大小， 使用射孔装置在中心管的射孔位置上开射一定数量和一定大小的射孔，测出卤浓度；(4) 若出卤浓度仍高，可反复射孔，直至出卤浓度处于卤水亚饱和浓度范围内。
6.根据权利要求5所述的一种盐矿钻井水溶开采方法，其特征在于所述的卤水亚饱和浓度范围为^5g/L 305g/L。
7.根据权利要求5所述的一种盐矿钻井水溶开采方法，其特征在于所述中心管的射孔位置与筛管的最顶端筛孔的距离相距5-20m。
全文摘要
本发明公开了一种盐矿钻井水溶开采装置，并且与该装置配套使用的盐矿钻井水溶开采方法，该装置包括中心管和套管，中心管套于套管内，中心管上端与套管上端水平，中心管下端长于套管下端，在超出套管下端的中心管上设置有数个射孔，中心管内为卤水通道，该方法不需要增加淡水的注入量就可达到稀释过饱和卤水的目的，利用本发明装置和方法生产出的卤水浓度在适宜的卤水亚饱和浓度范围内，卤水浓度既不会因过低增加生产成本，也不会因过高产生结晶堵塞现象，而且本发明节约能源，降低生产成本，经济效益和社会效益均佳。
文档编号E21B43/28GK102337879SQ201110268618
公开日2012年2月1日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者严正伟, 刘昌辉, 彭传丰, 潘科峰, 王聪典, 符宇航, 邓洪林, 郑信林, 黄书义, 黄斌 申请人:四川久大制盐有限责任公司