对水力压裂法开采岩盐矿的几点认识.pdf

1 9 9 1 年 第 1 期 油 } j b 化工 4 9 对水力压裂法开采岩盐矿的几点认识 确陈奎 湖北省化工厂盐广 一 ■ 云 应 漶 瞌 采用木l力压裂浅开果 建 下 岩 盐赍薯已有2 o 年曲岳史，在广大采矿工作者的共辅务力下长喊 们对 开采 技术 有 丁一 十 钮步 认识 ．培者 撬 隶力压 裂按适甩案 件 、对 盐井工 程 的要 艰 、压囊奠工 撮怍 、一束生 产囊前t 薯 、 开 采技 术 条件 等 同题 诫一些 十看 j 击． 自从 第一对井 组于1 9 7 0 年 8月2 5 日在 云 应 地区压 裂成功刘现在 ，已有整整2 0 年的历 史 了． 水力压 裂法的试验 成功 ，迅速被云应 地 区各家盐厂所 采用 ，取得 了极大 的经济效 益，使 云应地 区的盐产 量 由原来 旱采年产 几 万吨 发展 到 目前l 3 0 万吨 的生产 能力 云应地区各家盐 厂约 有1 5 0 iE i 盐井 采 用 水 力压 裂法 现在其 他省市一些 采区对压裂 法这一技术 也表现 了极 大 的兴趣 ，成功 的例 子也不少．各 采区根据 各 自的地质构 造情 况 在采用这 一拄术 时进 行 了不少 的 新． 例如 在 1 4 6 0 米的深部进行压裂、扩 槽、 水 溶 采 卤，并 采用 了水 力喷砂射孔工艺 先对 出卤 井进行压裂 以起诱导作用等等，这些无疑 是 对云应地 区水力压 裂法 的一个发展。 云应地 区在 采用水力压裂 法开 采地下岩 盐 资源 的过程 中，有成功 的喜 悦．也有失败 的教t 埘 ，通过2 0 年 的生产宴 践，使 霸们对这 一 技 术有 了一个 初 步的认识 ． - ’水力压爱涪适用条件 云 应 地 区采 用 压 裂 法 技 术 取得 了 全 面 的 成功 这 与该地 区的地质构造条件 是分不开 处 ，大盖连接处等 喷出黄磷蒸汽 ，遇到空 气着火，又避_ 。 步促使釜 内温度升高，压力 突然增大而爆炸。酸洗锅内的温度为什么会 急 剧升高昵 势析可能 有 下 几 个 原 因 1操作不当，使夹套中蒸汽压过高，致 使温度失控； 2磷中带水进八酸洗锅， 与浓硫酸剧烈反应放热，使温度迅速上升； 鳞 中杂质太 多 ，与硫酸剧烈反应放热 ； 3 酸洗锅密封 不产 ，有 空气 渗入 ，使釜 内磷蒸 汽 着火。 另外 ，当釜 内温度较高 ，磷薰 汽较 多耐 ，敞 硫酸可能 会和磷蒸汽发 生氧化还原 反应 ，丽大量放热 5 S OI Pj 一 _ P O5 5 S 0 2 Q 总之 ，黄磷用l裱 硫酸进行 批量精制 ，安 全上 存在一些问题 ，决不能轻视 但是 ，针 对 可 能产 生爆 炸的原 因 温度过高 ，而采 取可靠 而有效的安全措施 ，工业生产还是可 行 的。 这种安全工艺和详细技术 ，在 国 内已 有厂家在 工业生产 上应用。 此外 ，为了防止酸洗批量 法可能发生的 爆炸 ，国外有厂家进行了连 续精 制i 艺试 验 [ I o ，这种 方法 中 酸 冼 容 器 体 积较 小 ，接触时 间根短 ，这 样安全上更有保障 ， 可靠性 大．但逮 一方法的缺点是硫 酸碓 以囱 收 ，酸 耗量 较高 ，废 酸水 污染 严重． ●膏盘 ■ [1]U． S ． P． 4 4 6 2 9 7 3I g 8 3 [2]Ge r ． e B s t DD 2 3 6 9 1 ii 0 8 5 3 ]C． A．7 4 i l 3 8 4 , t 】U． S． S． R．3 0 8 7 6 31 I i [5】】 P．T 4 0 6 B 口 Ii g 7 4 【 6]Ge t ．e a s t DD 7 6 4 8 2I 9 7 0 】Ge t ． Of f e n．2 d 3 5 4 3 21 g 7 0 【8Ge t ．e B s t DD 2 2 0 0 1 2I 口 B 口 [ 9 ]Ge f ， Of f e n，i g 3 g 3 g t 1 g 7 O 1 0 B dt ．1 2 2 4 2 7 2I 口 T I [ I 1 ]Fr ．2 0 5 7 5 3 61 郫4 [ 1 3 Ge r ， Of f e n ．2 I 3 5 5 4 9I 口 T 3 [ 1 4 U． S ． S， R．5 4 9 4 2 0I 酊 T [ I 5 ]C ． A ． 1 0 7 4 2 5 0 7 [ 1 0 Br l t ．t 2 0 5 3 0 01 9 7 0 [ 1 T U， S， S， R．4 8 0 0 4 3I g 7 5 [ 1 8 ]U． S． S． R． 0 柏 e1 9 5 0 [ I 们 U． S． P．4 2 9 9 8 0 1 9 8 0 2 o 3 C． A．7 0 ，4 3 4 4 1 1 g 7 [ 2 1 U． S． P． 。 { } 拓 4 6 Tf“t t 维普资讯 5 0 湖 北化 工 1 9 9 1 年 第 1期 的 。 1 ． 构造条件 云应 盐 盆 地 属 构 造 断 陷 盆 地 ，面 积 1 8 8 k m。 ，其 中分布有五条次一 级的断 层 构 造， 局豁见有裙 曲． 开采规程 明确规定 ， 在断 层 线两l侧5 0 0 米 范围 内不 作为 采区勘探 范围 ， 所 以从 已采动的各采区来 看，在 地质勘探 和 盐井施工 中没有发现断层构 造。矿体赋存于 单斜构造 中，倾角平缓，一般为3 7 。从 所获岩芯来看，也未发现节理裂隙或破碎现 象．成岩时生成的裂 隙为纤维 状岩 盐 所 充 填。 、 众所恩知 ，在 采区 内或在需 要压裂 的井 组附近，如存在构造破碎带 要 取得压裂 的 成功几乎是不可能的。此 外，节理裂 隙的存 在，往往具有方向性，同样也会造成压裂的 失 效。 2． 地 层 情 况 本 地区盐群 多由薄层 恍岩 盐岩 与钙芒硝 岩、泥岩，硬 石膏 岩呈 互层 组成 ， 层 理 发 育。盐群在水平方向延伸比较稳定，主要工 业 盐群延伸 1 O 多公里 均可 进行 对 比，地层 稳 定便 于岩芯对 比 避免造成不在 同一层位进 行压 裂 的失误。其次 开采层 中夹 层 的 存 在 ，形 成焱多 的应力 相对 薄弱 的层 面，有利 于压裂裂 隙沿层面发 育，使压裂后形成 的裂 隙与回卤井连通的机 率增加． 同时，夹层 的 存 在，尤其在压裂 阶段 ，可 以防止 注八井 下 的高压水 过早地抵 迭顶 板，此 时如果顶板强 度不够，往往上窜顶板遗 成压裂 的失 败。 压裂时产生 的裂 隙受 岩体应力控制，其 中岩石 非均质性是很重要 的因素 哪 里 薄 弱 ，裂 隙就 向哪个方 向延伸。 一个 采区里， 在一定范围内有一个裂 隙选 向性问题 ，岩芯 定向取芯是 了解裂 隙扩展方 向的依据 加强 对 岩芯的研究。无疑可 以提高压裂 的 成 功 率。 3 ． 目的开采层 的直接顶底板物 理力学性 质 本区开采层 的顶底 板多为泥质 硬 石 膏 岩 少数为泥质钙芒硝 岩和 硬石膏质 泥岩。 硬 石膏 岩致 密坚硬，隔水性好，不 易水 解， 抗压 强度为3 6 ． O 一 7 6 ． 8 MP a ， 而岩盐岩 的 抗 压强度为1 ． 5 2 0 ． O MP a ，顶底 板 抗压 强 度，尤其 是顶 板的抗压 强度 高于岩盐 岩， 是 水 力压 裂法取得成功 的保证． 4． 开采层 埋藏深度适 中 云应地区共 有8 1 个盐群，划为 1 3 个 开采 层 ，埋深 范围为2 1 3 9 9 7 米 ，而主要开采屡 埋 藏范围在4 0 0 -- 6 0 0 米 ，这 也是 目前开采区 的主要 开采范 围。这样 的埋深范 围对压裂法 工艺是 有利 的，无论是对 地下水 的保护，防 止地面沉降、压裂和生产设备选用 、建井时 间以及压裂 成功 率都提供 了有利条件。 、对盐 并工程的耍求 盐井工程 是水 溶采矿的主要开拓 工程 ， 盐井工 程质量对压裂 能否成功 以及盐井使用 寿命关 系极大 ，这方 面我们有着深 刻 的 教 训。对盐 井工程质量 的要求 ，例如 井 筒 质 量、 井管材质及 安装、 固井试压 等 问题有关 文章 已有论述 ，这 里不 作重复。从压 裂工 艺 对盐井工程 的要求，应 注意如 下几个 方面 ； 1 ． 井管 下的部位 注承井 的井 管下在开 采层 的下部，如下 部有夹层 存在 ，可 下在夹层 下部。 回卤井井 管下在开采层 上部，这样有利于压裂和资源 充分开采，也 符台 水力学原理。 2 ． 井 管管径 井 管管径不宜太小， 以 1 4 0 mm为宜． 现在有些采区井组 回采率远没有达到设计能 力， 而井管 已发生穿漏 井管适 当大一些可 以加大采卤量。但井 管选择过大就 会给施工 带来圃难 卤水浓度往往不能保证。 3 ． 固井质量要保证 ， 如 固井质量差，在压裂 阶段 高压 水有可 能沿水泥环间隙上窜，产生。 串槽 ，甚至 上窜地面或 含水层造成压裂失 败。 此外 ， 良 好的水泥环可 以防止井 管穿 漏的卤水过 早地 与含水层或地面沟通。 4 ． 完 井前要充 分冲孔 维普资讯 g 91 丰 第 l期 湖 札化工 5 1 在扫完水记 塞后 ，应当充 分进 行冲洗 ， 使岩粉和水泥遗尽量带 出地面 ，否则产 生沉 淀， 堵死裸露并段， 就会人为地增大破碎压力 或者造成压裂失 败。某 采区1 9 9 0 年 9月在 对 井组进行压 裂时 ，压 力远远超 出其 他井组峰 值压 力，后进 行井 深检查，6 0 0 多米井 深 差 1 0 0 米不 到底，分析原 因对发现，扫完 水 泥 塞后 冲洗返上来 的冲洗 液基本上是可 以的， 但由于泵抽力太小，大量水泥渣碎块仍留在 孔 内． 因此在压裂前应对 井深进行 检查，尤 其是对完 井多年 的盐井进行压裂 时 更 要 注 意，因为此时的沉积物巳开始凝结。 三、压曩冀工撮作 要取 得压裂成功 ，除 了有一个适合 于压 裂法的地质拘造条件和质量完好 的盐井工程 之外 还必须有 一套合理的压裂施工 操作 方 法，否则将会带来工作上 经 济上 不应 有的 损失． 1 ． 充分做 好压裂前 的准备工作． 压裂 前应对设 备 管线 以及水 电供应进 行认真检查， 保证 施工安 全，消除漏点，使 压 裂工作顺利进行． 2 ． 分析 蜂 值 压 力。 峰值 压力 过高或 过低 都是不正 常的。峰 值压力过低，往往会形成不理想通道．在老 采 区有可能与其他井组 的溶腔连 通，在新 采 区有可 能与尚未 查明的断层 构造带或裂 隙沟 通．地面管件有异物或井底有沉淀物都会引 起峰值压 力过高．应根据具体 情况进行分析 研 究， 以便 采取措施。 3 ． 分析 回卤井出 卤时间。 开压 后，回 卤井一般在2 4 小时 开 始 出 卤，如果不出 卤，庄对 峰值压 力及其 他因素 进行综 合分析研 究 切忌对 注水井 强 制 施 压 ． 4 ． 随 着压 力 的下 降，适 当加大 注水量。 5 ． 合理 选择反压 操作对机。 6 ． 尽量做剐压裂一扩槽工 作的连绩 性 。 总之，压 裂工 作牵涉面很广，要保证每 个环节不出现问题往往不容身，但必须清醒 地看到，如果某一环节出现差错，将会贻误 压裂成功 的机遇，给压 裂工作造 成不应有 的 困难 ， 。 四、 卤水生产栩 的技 术t曩工伟 井组经过压裂扩槽后，注水压 力降至采 卤泵能移工作，同时卤水质量也符合制盐要 求，此时井组就转正 常采卤生产 阶段 。为 了充分台理 开采 地下资源 ，使井组持续稳定 地进 行生产 ，应加 强井 场的技术 管理工 作。 1 ． 做好卤水让量工 作， 尤其是单井计量． 同时，对淡 卤水定期进行取样化验，以便 进行年末保有储量计算和井组回采 率 的 计 算。 2 ． 定期例换注水井回出菇井口，防止井 管 内外 结 晶。停 泵 前关 闭注水 井阀门，避免 产 生水 锤现象对井管 的冲击破 坏． 3 ． 对 采区 内或邻近采区 的水井定 期进 行 取样化 验 ，了解 水中Cl 一 含量变化． 4 ． 防止地面有害 成份如HH． 通过井 管 进入溶腔 ，设法 降低 注水水温． 。 5 ． 避免井组突然泄压，保护开 采 层 顶 扳。在生产过程中，注意观察卤水余压时间 和 卤水 浑浊情 况． 6 ． 采 厦建 立地 面沉降观 测站，并 定斯 进 行监 测。 五、压曩洼水薄采矿的井架技术囊件 众 所周知 水 溶采矿 与旱 采有 很 大 的 区别 。水溶采矿是依赖于水的溶解性 ，把地 下易溶矿物引 出 地 面 在采矿过程 中 ，人 对 地下开采情况无法 进行 直观 了解 。注入井 下 的水将 要按 照自身水力学规律 运动 ，难以 控制 ，这样 就给水 溶法 采矿开采 技术 条件 的 制订带来 了困难。我们在制 订开采技术 条件 时 ，主 要根据本 地区 以及其他省市水 溶采矿 的生产 实践 ，另外也 吸取 了煤矿的 一 些 经 验。 就 目前来 看 ，这些条件 是可行的，在 实 际工作 中能起到指导 生产 的作用。现 介绍如 下 1 ． 开采层 间距 犬于或等手2 0 米。 按水搭齐荣特点，合遣韵l升采阍畦鳘多 维普资讯 5 2 湖 北 化 工 1 9 9 1 年 第 l期 第 四代高效净水剂一 聚铁及其应用 ■质斌 宜 昌市化工 研究所 一 、溉谜 。 塞 盒煎 酸 j 搴 s 芦称 聚 铁， 是 继 朗 矾、 躐酸亚壤、 碱式氯化铝l之后的第四代高效 节能净水剂 龊外 观为棕红色的粘稠液体， _ _ ， 分子式为。C F e o H s o 。 。 一 詈 ]m ， 式 中n 2，m I O 。 l l 。 } _ - 一 聚铁是 _神蕲掣l高 效的君机高分子蔓 竖 剂 ，与常用的券粲剂 审矾 硫酸亚铁 碱 式氯化铝等 1 相比，有如下的特 性絮凝物 颗粒大 沉降速度快 ， 容易澄清；沉淀物脱水 性好，易于过藤 。对于出水的水质影 响小， 不产生铁离子 转移 腐蚀性 小 无 毒，p H 值 为 4 ml 0 时净承效果最佳。因而广泛用于 城乡 自来l水 的净化处理 ， 经过处理的 自来水 ． 完全符合饮用水标 准，安全无毒．它 还可用 于冶金、化工，食品．医药，印染、造纸等 行业 的多种工业废水及城市污水 ．污 泥的处 理．其中对高浓度悬浮物的废承，去豫率可 达9 0 呖以上 ， 对COD、BOD及色素的去除 ， 投药量 少，效率 高． 1 9 T B 年日本的日铁矿业公司取得了专利 权 ，8 a 年代初 ，该公司及大河 矿业 公司分射 建 起 了月产千吨 的聚 铁装置，并开始 了工业 规模的生产． 1 9 8 5 年 以后 我国也开始研 制． 近年来 ，宜 昌市化工研究所在有关单位 的协 助 下 ．研制 成功聚合硫酸铁 ，产 品 通 过 检 验 ，符台如下标准的要求 表 1 应保证相帮二个开采层 之间 ，在 一定 时间 内 限． 不 致于发生 串槽而破坏压裂条 ，导 致分层 3 ． 选定 最小安全开 采深度。 开采 皋取 薅_， 晕n开采层f田 距的确定，首 在采煤经验公式计算的基础上，适当根 先要解决开幕后形成的冒落带的最大高度闻 据各地水文地质条件、第四系和文峰塔组记 题。对 于这个问题 ，我 们 目前尚无 好 的 办 岩 的厚度 ，把本地 区划分为 五个区 ，最小 安 法 ，只 好借助于煤矿 开采 中计 鞲冒落带的 经 全开采深度在2 O 0 3 7 0 米范围 内。 验公式，虽然两者适用条件有一定的区别， 总之，制订开采技l术条件的依据就是采 但 至今 尚未暴露曲 很大的问题． 用 一定的工程 量 ，在保证 安 垒的前提 下，充 、2． 开采高度 不大于2 5 米。 分音理地 开采 地下资源。 采高是船分开 层的主要依据之一．采 不难看出，我们在考虑制订各开采技术 高越太采 空舯 自 由高度就大 顶板 冒落 和因 条件 指标 时 往往 被溶腔上 方岩层 的稳固程 岩移形 成的导 东裂隙带灼高度就越六 ，这不 度所左右。对 于溶腔 形态的特征 ，溶腔对 上 仅会给 分层开 采带 亲困难 ，而且有可能危 及 部岩层的破坏方式 以及破坏程度 等等 ，目前 地面安垒．此外，过大的采高可能造成整个 我们还无法作出确切的答复。因此，我们对 开采 层Na CI 品位的降低 ，影响卤水质量 。 开采技术条件制订 的合理 性不应过 多 地 苛 但 也不 能太小 ． 因为太 小 ，同掸 也不 能保证 求 。 卤水辱荤丽再将屡响盐井威采区的腮务年 参考文献喀 维普资讯