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295g/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。
具体实施方式
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,卤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1-2m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10h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:Φ177.8×1035.33m
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,Φ35mm×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0.03℃/m,地面温度为25℃,则该井溶腔温度为:
T=25+1000×0.03=55℃
该井产卤温度为38℃,即该井卤水从井下产出地面的温差为:
ΔT=55-38=17℃
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℃时,NaCL在水中的饱和含量为331.94g/L;38℃时,NaCL在水中的饱和含量为316.38g/L。用测井车实测1000m处中心管内卤水温度为54℃,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2.17×103 kg/m3,即每小时在中心管内析出NaCL晶体体积为:
V=651÷(2.17×103 )=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1000m处油管内卤水温度为54℃,浓度为329.4g/L;井口温度为38℃,卤水浓度为316.38g/L;出卤量为40m3/h。
3.2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Φ10mm。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260g/L。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:
已知中心管内径为115,则射孔直径为84.51mm,射孔径为Φ10的子弹需8~9发,即可保征出卤浓度为300 g/L左右。
3.3室内准备工作
①选择射孔装置和火工品
②对射孔装置和火工品进行检验
③组装射孔枪和起爆器
④检查装枪质量,正确使用火工品
3.4现场施工步骤
①射孔队到达井场后,按设计要求进行枪串连接,安装起爆器。
②连接下井工具。
③填写下枪示意图及施工单。
④监督作业队下电缆,直至电缆下到预定深度。
⑤进行深度定位、校深,根据油管表,计算出调整值,校订好射孔装置的位置。
⑥安装井口,引爆射孔枪,监督射孔枪发射情况。如图4所示,起爆器4引爆射孔枪5,射孔弹6从射孔枪5内射出,穿透中心管2,形成射孔3。
⑦实测井口盐溶液浓度,直至达到设计要求。
4、实施情况
4.1:2010年7月6日上午,下Φ86射孔枪(Φ10mm射孔弹8发)在井深1028.15—1029.15m(进盐层1~2m)段射孔。取出枪筒发现其外径膨胀最大为Φ43mm。装好井口试产,卤水浓度为317g/L。
4.2:2010年7月6日下午,下Φ86射孔枪(Φ10mm射孔弹12发)仍在井深1028.15—1029.15m(进盐层1~2m)段射孔。取出枪筒发现其外径膨胀最大为Φ48mm。装好井口试产,卤水浓度为312g/L。
4.3:2010年7月7日上午,下Φ86射孔枪(Φ10mm射孔弹8发)在井深1027.15—1028.15m(进盐层0~1m)段射孔。取出枪筒发现其外径膨胀最大为Φ52mm,装好井口试产,卤水浓度逐渐降至306g/L。
恢复生产后,该井卤水浓度稳定在305g/L左右,井腔压力稳定在3.0MPa的情况下,出卤流量稳定在52m3/h左右,消除了盐结晶堵管现象,本次射孔降咸完全达到了预期目的。
5、经济社会效益
5.1产量
139井实施射孔降咸后,卤水生产浓度控制在305 g/L左右,起下油管后的卤水浓度为295 g/L左右,按采卤量50 m3/h,每天生产24H,每年生产时间330天计算,每年可新增产卤折盐:
G=50×(3.05-2.95)÷10.36×24×330=0.38万吨
同时实施射孔降咸后,可节约修井时间30天左右,按采卤量50 m3/h,每天生产24h计算,可新增产卤折盐:
G=50×3.05÷10.36×24×30=1.06万吨
预计卤井修治频率为两年一次,即每年新增产能0.53万吨。
合计每年新增产能0.91万吨。
5.2产值
可实现年增加产值P产=35.82万元
5.3效益
以产值扣除电潜泵消耗,每年可实现利润P利=17.44万元
5.4节能
实施射孔降咸后,可有效提高卤水浓度10 g/L左右,从而减少卤水生产、输送及制盐成本(按四川久大制盐有限责任公司的卤水咸量影响制盐成本为0.52元/吨·g计算)。每年可节支
E=50×3.05÷10.36×24×330×10×0.52=60.62万元
5.5修井作业费
起下管柱的作业费用约60万元。每年节支作业费为30万元。合计单井经济效益为108.06万元/年。
5.6社会效益
此项工艺安全性高,经济性好,操作简单,便于推广使用。
本发明射孔降咸的中心思想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,将伸入岩盐溶腔内的中心管开射数个孔,改变井下出卤方式。参见图6,由于射孔位置距离溶腔底板14较远,卤水浓度也较低,因此该处的卤水为淡卤水。射孔之前,岩盐溶腔内饱和卤水直接通过中心管2生产出地面;射孔之后,如图6所示,岩盐溶腔内饱和卤水从筛孔8进入到筛管9,淡卤水经射孔3进入到中心管2内与从筛管9进入的饱和卤水混合,配水降咸,形成亚饱和卤水,该亚饱和卤水由中心管2返出至地面,有效防止了结晶,达到了射孔降咸的目的。
本发明的有益效果为:本发明不通过增加淡水的注入就能稀释管道内的过饱和卤水,使出卤浓度在适宜的浓度范围内,既不会因浓度过低增加生产成本,也解决了出卤浓度过高卤水结晶堵塞管道的问题,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。