盐矿钻井水溶开采增产扩容方法与流程

1.本发明涉及盐矿水溶开采和盐穴储气库水溶造腔技术领域，具体涉及盐矿钻井水溶开采增产扩容方法。


背景技术：

2.我国盐矿资源丰富，现已查明石盐矿床约有105处，nacl资源储量高达14.6万亿t。同时，我国也是世界上井矿盐产量最大的国家，2014年井矿盐年产量为4800万t,2018年井矿盐年产量为5306t,预计盐矿地下空间体积在未来几年可以达到2000
×
104m3以上。
3.目前，我国盐矿通常采用水平对接井水溶开采方式，开采工艺为首先打一口直井将地表与盐矿层底部贯通，再在距离直井250～350m的位置钻一口斜井，斜井的制造率一般为 0.4
°
/m，确保位于盐矿底部的水平段长度为150～200m。钻井结束后斜井水平端末端与直井在盐矿底部实现连通、对接，然后向其中一口井注入淡水，溶解盐矿层后形成卤水，卤水在注水余压的作用下从另外一口井返出地面，定期调换注水井和出卤井，防止盐在管壁出现结晶现象，并根据实际开采工况开展割管修井等工作，实现盐矿层开采的目的。
4.《自然资源部关于煤层气、油页岩、银、锆、硅灰石、硅藻土和盐矿等矿产资源合理开发利用“三率”最低指标要求(试行)的公告》(2018年第60号)要求，岩盐矿床以钻井水溶法开采为主，开采回采率不低于23％。在上述水平对接井水溶开采工艺过程中，由于盐岩的上溶速度大于侧溶速度，按照盐岩水溶规律，这种开采方式通常会形成两端高、中间低的“凹”型溶腔，导致回采率难以达到国家要求。
5.此外，盐岩作为优良的储存介质，是盐穴储气库建设的重要发展方向。但是传统的单井油垫水溶造腔技术施工慢，周期长，因而采用传统的技术很难找到合适的盐矿地层。因此需要从上述已有溶腔中寻找合适的老腔。但是，采用这种技术形成的“凹”型溶腔，有时候体积偏小，导致库容量较低，进而降低了已有溶腔改建储气库的经济性。
6.综上，水平对接井水溶开采方式主要存在的问题有：1)两井(斜井和直井)中间的“u”型盐层未得到充分开采，盐矿回采率低，导致大量矿产资源浪费；2)部分溶腔原有体积偏小，难以确保已有溶腔改建能源地下储库的容积，导致建库经济性较差。


技术实现要素：

7.针对问题，本发明提供了盐矿钻井水溶开采增产扩容方法，包括如下步骤：
8.检测直井或斜井的通畅性；
9.通过测井或声呐测腔数据方式查明直井端和斜井端溶腔顶端发展情况，主要是摸清腔顶及两端部溶腔形态，以确保直井和斜井没有超高开采，从而不破坏含盐系地层，使得整个老腔的稳定性得到保证；
10.基于所述测井或声呐测腔数据查明的数据确定预测水平通道顶板的目标点；
11.在所述目标点所在地表开钻新井，直至与盐腔底部水平段相连通；
12.试运行成功后再固井，通过新井的中部中心套管注入淡水或溶剂溶解盐矿，通过
斜井技术套管，9-直井技术套管，10-u型腔中部盐层，11-沉渣体，12-盐腔底部水平段， 13-目标点，14-中部技术套管，15-溶解的新腔，16-新形成的采空空间。
30.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所述)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
33.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
34.在本发明实施例进行说明之前，先对本发明实施例中的“老腔3”、“u型腔中部盐层10”、“盐腔底部水平段12”、“采空空间2”的概念进行说明：
[0035]“老腔3”是指初次水溶开采结束后形成的腔体，具体见图1老腔3。
[0036]“u型腔中部盐层10”是指两井(直井和斜井)之间形成的近似于“u”形状的盐层，具体见图1“u型腔中部盐层”10。
[0037]“盐腔底部水平段12”是指直井和斜井中间贯通的，相对于老腔3比较狭窄的，用于连接两个井的近似于水平段的通道，具体见图1盐腔底部水平段12。
[0038]“采空空间2”是指淡水注入后的腔体，盐矿变成卤水后，盐矿上部的孔隙空间。
[0039]
水平对接井水溶开采工艺结束形成的腔体形态如图1所示，一般的开采流程为通过直井5注入淡水，淡水溶解盐后形成卤水，不溶解物形成沉渣体11堆集在老腔3的底部，之后通过注水余压作用，卤水经过盐腔底部水平段12，从斜井6排出，实现对盐矿1注水排卤开采。
[0040]
请参阅图7，在本发明的实施例中，盐矿钻井水溶开采增产扩容方法，包括如下步骤：
[0041]
s100，检测直井或斜井的通畅性；结合图1，可以通过向直井5或者斜井6注水，观察注水压力的变化，若注水压力不高，说明该井是通畅的。该步骤是作为后续u型腔中部盐层10开采的基础条件，必须保证直井5或者斜井6两个井中有一个是通畅的，这样在后续中部钻井注水后，卤水才可以被采出，u型腔中部盐层10才可以得到充分利用。
[0042]
如果直井5或者斜井6都不通畅，可以通过加压注水方式尝试突破，使得直井和斜井至少有一个是贯通的，如果始终不能使得直井和斜井畅通，则该井不适合作为扩大水平井地下溶腔体积的场址；
[0043]
s200，通过测井或声呐测腔数据方式查明直井端和斜井端溶腔顶端发展情况，主要是摸清腔顶及两端部溶腔形态，以确保直井和斜井没有超高开采，从而不破坏含盐系地层，使得整个老腔的稳定性得到保证；
[0044]
s300，请参阅图2，基于所述测井或声呐测腔数据查明的数据确定预测水平通道顶板的目标点13；
[0045]
确定盐腔底部水平段12顶板的目标点13有以下几种方式：
[0046]
方式一：可以基于前期声呐测腔数据和直井和斜井的钻井数据，通过仿真模拟软件 flac
3d
或者anysys等仿真模拟软件确定溶腔的基本形态，也可以通过几何分析理论确定目标点13；
[0047]
方式二：可以基于前期声呐测腔数据和直井和斜井的钻井数据，进行理论分析，绘制水平井开采形态示意图，参见图2，通过盐腔水平段12确定绘制目标点13。
[0048]
需要说明的是，得到中部u型腔中部盐层10的形态参数后，最佳方案是在u型腔中部盐层10选择目标点13进行溶腔，这样有利于盐矿的溶解和卤水排出。
[0049]
s400，请参阅图3，在所述目标点所在地表开钻新井，直至与盐腔底部水平段12相连通；
[0050]
通过上述步骤确定了目标点13后，在目标点13所在的地面进行钻井，结合钻井轨迹，大致钻井的位置是位于直井和斜井的中部位置，进行钻井操作，在中部技术套管14的位置进行钻井，钻井过程中记录钻井数据，为后期u型腔中部盐层的开采做准备。
[0051]
最终要钻通，使得中部技术套管14和盐腔底部水平段12贯通，判断钻通的方法是钻头突然下降，也就是“掉钻”，钻头会掉入到盐腔底部水平段12中，通过这种方法判断是否钻通。
[0052]
s500，请参阅图3，试运行成功后再固井，通过新井的中部技术套管14注入淡水或溶剂溶解盐矿，通过直井或斜井回收卤水。
[0053]
当中部技术套管14所在位置处的钻杆与盐腔底部水平段12贯通时，要进行试运行，确保固井后的盐矿可采，通过尚未撤出的钻杆注入淡水，观察老腔3中的直井5和斜井6 是否有卤水流出，当发现有卤水流出，这说明中部中心套管13与老腔3已经连通，同时也说明了u型腔中部盐层10具备可采性。
[0054]
试运行结束后，可以下入中部技术套管14，然后进行固井操作，不需要下放中心套管。
[0055]
通过新井的中部技术套管14注入淡水或溶剂溶解盐矿，通过斜井或者直井回收卤水，参见图4和图5，对本步骤进行说明：
[0056]
固井工作完成后，从中部技术套管14注入淡水或者溶解盐矿的溶剂，其中，注入的溶剂可以为溶解盐矿1的液体，例如淡水(或低浓度的盐化工废水，一般浓度不高于50g/l)；
[0057]
淡水溶解u型腔中部盐层10，形成溶解的新腔15，沉渣体11在溶解的新腔15的底部沉积，形成的底部卤水在注水余压的作用下，经过盐腔底部水平段12通过直井5或者斜井6排出。
[0058]
需要说明的是，在注水的过程中要注意定期改变注水方式，国内外常见的注水方式有：边缘注水、切割注水、面积注水和点状注水四种方式，要定期选择不同的注水方式，防止盐在中部技术套管14、斜井技术套管8、直井技术套管9出现结晶现象从而堵塞管柱，影响
淡水的注入和卤水的开采。
[0059]
进一步需要说明的是，可以通过以下任一一种方式进行卤水的收集：
[0060]
方式一，如果直井5被堵塞，从中部技术套管14注入淡水后，溶解的新腔15不断扩大，卤水通过盐腔底部水平段12经过老腔3，通过斜井6排出卤水至卤水处理厂，参见图 4。
[0061]
方式二，通过中部技术套管14注入淡水，新腔15扩大，产生卤水通过盐腔底部水平段12，经过老腔3，从直井5和斜井6排出卤水至卤水处理厂，参见图5。
[0062]
方式三，如果斜井6被堵塞，从中部技术套管14注入淡水后，溶解的新腔15不断扩大，卤水通过盐腔底部水平段12经过老腔3，通过直井5排出卤水至卤水处理厂。
[0063]
最终，u型腔中部盐层10基本溶解，溶解的新腔15也基本被沉渣体11充填，参见图6。需要说明的是，新形成的采空空间16的腔顶顶部形态，要保证其不能超过盐矿顶板 7，即含盐系地层，一般情况下距离盐矿顶板7三十米左右的距离就要停止开采。
[0064]
在技术效果上，上述的盐矿钻井水溶开采增产扩容的模式相比于传统的水平对接井开采模式，盐产量能够增加50％以上，溶腔体积同时也可以增加50％以上，最终u型腔中部盐层10基本被溶解，参见图6，该腔体也可以作为盐穴储气库的优良选址。
[0065]
不需要布设中心套管，有卤水流出，便可以进行固井，然后注水开采。
[0066]
注水过程中要定期改变注水方式，防止盐在管壁进行结晶，从而堵塞套管影响正常卤水开采。
[0067]
通过三种方式进行卤水的排出：直井5排出卤水，斜井6排出卤水，直井5和斜井6 共同排出卤水。
[0068]
最终形成的新腔的腔体顶部不能破坏含盐系地层，距离盐矿顶板7约30m就要停止注水开采。
[0069]
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。