地下卤水采输用于氯碱生产的探讨

李 武，西文枫，延晓强，于海军

（东营华泰化工集团有限公司，山东 东营 257091）

中国盐化工产业的不断发展壮大，极大地刺激了原盐生产，给原盐下游市场发展带来了无限商机；随着国内、国际的环境形势和气候的变化，两碱生产依仗最大的海盐产能逐年降低，致使工业用盐价格不断攀升，盐化工生产企业的发展受到影响，开发利用地下优质盐卤资源，实现卤水采输有利于盐化工企业降低成本、缓解原盐供需矛盾。山东地区的两碱生产在中国盐化工业发展中具有举足轻重的地位，为了解决原料供应的市场瓶颈，促进地区经济和社会发展，实施对东营地区地下岩盐资源的综合开发利用，替代供应日趋紧张的原盐，不但可以保证两碱生产原料需求，而且可大大降低生产成本，提高竞争力。

经过对该地区钻探施工，通过取芯和电测解释，证实在3 764.75～3 983.87 m 井段赋存有33个盐层，纯盐层累计厚度约一百一十四米，矿石中的氯化钠的品位为90%左右，属工业Ⅰ级品。由此，说明该矿区岩盐资源丰富，含盐段长，盐层累计厚度大，矿石中氯化钠的品位较高，在使用水平对接井组的采卤工艺条件下，能产出高浓度的卤水，完全满足氯碱、纯碱生产对原料（卤水）的质量要求。

1 盐卤探井取芯和电测结果分析

1.1 取芯盐组情况分析

盐卤探井在3 760 m 处遇岩盐层，由3 766.71 m开始取芯至3 994.00 m，取芯总进尺214.03 m，岩盐取芯累计厚度为97.77 m。

（1）1盐组

根据矿区施钻的盐探1井、盐探2井取芯资料及综合电测资料，结合邻区的丰深2井地质资料综合分析，1盐组纯盐层有三四层，单层厚度最薄为0.625 m，最厚为7.25 m，夹石层厚度为0.375～4.130 m，累计纯盐层厚度3.500～19.375 m，平均厚度为12.75 m。岩性为灰白色岩盐夹深灰色泥岩，盐层中局部含硬石膏条带、斑块、斑点及泥质物，岩盐以中晶结构为主，细、粗晶结构次之，呈透明-半透明状，半自形晶为主，它形晶次之。NaCl 质量分数为94.72%～98.84%，平均为98.18%，属一级工业品位。

（2）2盐组

矿区内2盐组纯盐层有三四层，单层纯岩盐厚度最薄为0.5 m，最厚为15.5 m，夹石层厚度为0.50～5.37 m，累计纯盐层厚度为9.000～18.625 m，平均厚度为14.75 m。岩性为灰白色岩盐夹深灰色泥岩，岩盐以中晶结构为主，细、粗晶结构次之，呈透明-半透明状，半自形晶为主，它形晶次之，盐层中局部含硬石膏条带、斑块、斑点及泥质物。NaCl 质量分数为93.65%～98.84%，平均为97.33%，属一级工业品位。

（3）3盐组

矿区内3盐组纯盐层共3层，单层纯盐厚度最薄为1.00 m，最厚7.63 m，夹石层厚度0.25～1.50 m，累计纯盐层厚度11.13～22.00 m，平均厚度为15.13 m。岩性为灰白色岩盐夹深灰色泥岩，盐层中局部含硬石膏条带、斑块、斑点及泥质物，岩盐以中晶结构为主，细、粗晶结构次之，呈透明-半透明状，半自形晶为主，它形晶次之。NaCl 含量为90.810%～98.544%，平均为96.194%，属一级工业品位。

（4）4盐组

矿区内4盐组纯盐层有四五层，单层纯岩盐厚度最薄为0.75 m，最厚为16.25 m，夹石层厚度0.625～1.880 m，累计纯盐层厚度为15.75～20.25 m，平均厚度为18.04 m。岩性为灰白色岩盐夹深灰色泥岩，岩盐以中晶结构为主，细、粗晶结构次之，呈透明-半透明状，半自形晶为主，它形晶次之，盐层中局部含硬石膏条带、斑块、斑点及泥质物。NaCl 质量分数89.487%～98.971%，平均为96.162%，属Ⅰ级工业品位。

1～4盐组岩盐化学组分情况见表1。

表1 盐卤探井1～4盐组岩盐化学组分统计表 %

1.2 岩盐矿石质量特征

（1）岩盐为灰白、浅灰、无色，棕色及无色，以中粗粒结构为主，少量巨晶，质较纯，含少量杂质，主要为膏质、泥质、白云石、有机质等，大多是团块、条带、斑块、斑点状产出。无色岩盐多数呈石榴子状。含砾岩盐的砾多为泥及硬石膏砾块，分布无规律，局部砾呈条带状直立。

（2）岩盐矿矿物组分主要为石盐，次为硬石膏，少量为方解石、白云石、泥质及有机质等。

（3）岩盐化学组分主要为NaCl，次为CaSO4，NaCl 质量分数为90%以上。

水溶分析后，平均溶解比例为90.162%，其中，NaCl 占无机盐总量的99%以上，盐品质较好。

1.3 岩盐矿层顶板特征

根据矿区盐探1、盐探2井取芯资料及地球物理测井资料综合分析，含盐系岩盐顶板为泥岩，以下为深灰色泥岩及灰黑色页岩、油页岩，直接顶板厚度为8.63～11.80 m，岩性为深灰色、褐灰色黑灰色泥岩及褐色、灰褐色、黄褐色、棕褐色泥岩。各盐组顶板、底板均为深灰色、褐灰色、灰黑色、棕褐色泥岩。顶板岩性致密、稳定。

2 盐卤质量及建设定位

卤水中NaCl 质量浓度≥280 g/L，质量浓度CaSO4≤5 g/L。工程能耗低，无三废排放，属于绿色环保型工程。可以按照国内技术经济指标一流的岩盐矿山进行开采建设。

3 采卤工艺比选

国内埋藏较深的岩盐矿床开采工艺一般为钻井水溶开采工艺，可供选择的主要开采方法有单井对流法、两管油垫法和水平对接井连通采卤工艺等。各开采方法都有相适用的矿床地质条件以及在技术和经济方面的优缺点。

（1）单井对流法。适用于任何构造的盐矿体，且井身结构简单、采卤管串结构简单、升咸快、达产快、投资较少。其缺点是顶板暴露快、高产期短、井下事故较多、采收率低，不利于盐矿资源的保护和长期经济开采。故单井对流法仅用于岩盐矿山开发初期建槽工作。

（2）两管油垫法。具有能延缓顶板暴露时间、高咸高产期长、卤井事故较少、卤井生产服务时间长、回采率较高等优点。但同时存在升咸慢、建槽期长、原材料消耗大、投资较大等缺点。故两管油垫法并非优选开采工艺，暂不予以考虑。

（3）水平对接井连通采卤工艺。就是施工水平井直接与另一口直井盐槽（或溶腔）连通，直接实现连通采卤生产。其优点是，经过较短建槽期就能产出高咸卤水；卤井产能大幅提高，一对水平对接井的产能是一对直井产能的2～4倍；井下事故少，安全生产周期长，能大幅降低卤井修治投入；卤井服务年限长；回采率高，有利于保护资源。其缺点是建井工程投资稍大，工程投资相对较大，克服盐层的塑性流动难度较大。

综上所述，结合东营地区岩盐矿床开采地质条件，沿盐层走向显示岩盐矿层较稳定，厚度变化不大等条件，确定采卤工艺为水平对接井连通采卤工艺，该工艺是当前国内外最先进的采卤技术，具有明显的先进性和经济性。

4 钻井工程方案

4.1 钻井工程概述

工程开采技术为使用水平对接井连通采卤工艺，在1组水平对接井组中，首先，建成直井并下入中心管进行建槽，建成1个直径6～10 m 的盐槽，为施工水平对接井奠定基础。在距直井约350 m 处施工1口水平对接井与直井的盐槽中心对接，最终形成由1口直井、1口水平井构成的连通井组，其中，直井单井钻深3 870 m；水平井单井钻深4 145 m；探井单井钻深3 995 m；取芯进尺约720 m 每对井产能为54万m3/a 卤水，以满足水平对接井连通采卤的要求。

4.2 工艺流程叙述

4.2.1 直井建槽工艺流程

淡水池淡水经建槽泵加压后送至直井的井口装置，沿直井中心管达井底，进入盐槽溶盐形成卤水，卤水直井环隙回卤通道上升至地表，经回卤管将高浓度卤水送至卤池，将低浓度卤水送至淡水池入井参与再循环。

4.2.2 水平对接井连通采卤工艺流程

取水站淡水经给水管道输送至淡水池，淡水经采卤泵加压后，送至注水井井口装置，沿直井注水通道达井底，进入水平段盐槽溶盐形成卤水后沿水平井回卤通道上升至地表，经回卤管送至卤池；卤水用输卤泵和输卤管道输送到氯碱厂储卤池。各出卤井根据需要安装降咸配水管，以满足调节卤水浓度的要求，工艺流程示意图见图1。

5 工程建设条件

（1）市场条件。

工程属于地下盐卤矿山，产品为卤水，产品目标市场现主要为东营、潍坊、滨州、淄博等地的氯碱生产企业和纯碱生产企业，产品市场条件好，应用前景光明。

图1 水平对接井连通采卤工艺流程示意图

（2）资源条件。

工程涉及到的资源主要有岩盐资源和水资源。

a.岩盐资源：根据《东营地区盐岩地震地质综合评价》、《东营地区沙四段盐岩地质综合研究》以及探井的实钻取芯资料和电测解释资料，7.5 km2勘探区内矿石量折合NaCl 量约为六亿吨，矿石中NaCl 平均品位为90%。首采区3.5 km2范围内矿石量折合NaCl 量约为二亿六千五百万吨。证实该地区岩盐资源条件较好，可靠程度较高。

b.水资源：矿区濒临以黄河水为水源的水库，水资源条件好。

（3）技术条件。

采用当前国内外最先进的水平对接井组连通采卤工艺技术，经过不断改进完善，该技术自上世纪90年代初研发应用至今，已非常成熟、可靠。

（4）环境条件。

原盐和卤水是盐化工企业的重要原料，原料供给保障程度影响着盐化工企业能否可持续发展。该地区盐化工业发展较快，海盐市场大幅波动，原料供给与需求矛盾日益突出。

由于矿区属于平原地区，在极端气候条件下，不会对生产运行产生影响，不会发生地质灾害。

（5）施工条件。

构造岩盐层埋深大于3 600 m，岩盐矿层直接顶、底板为20～30 m 和10～15 m 厚的硬石膏岩，为可塑性地层，岩性致密，为非透水层，隔水性良好，若有断层通过，可塑性的硬石膏岩也会使断层迅速“愈合”，因此，岩盐保存完整，未遭地下水破坏，且岩盐易溶于水，完全适宜水溶开采。

6 卤水输送管道比选

6.1 输卤管道材质选择

由于输卤管线一般为远程输送，输卤压力为3.5～4.0 MPa，结合输送介质（卤水）条件，可用于输送卤水的管材主要有钢管、玻璃钢管等。

玻璃钢管主要优点是，可埋地敷设而不需永久性占地，不需防腐处理，内壁光滑、阻力小（λ≈0.001 29、为钢管的1/10），输送流量大而稳定，抗压强度较高，维护工作量较小，使用寿命较长，运行能耗较低。主要缺点是，易受到人为损坏，玻璃钢管道安装难度很大。

钢管主要优点是，可埋地敷设而不需永久性占地（也可明设），强度高而不易受到人为损坏，抗压强度较高，技术成熟而使用较普遍，维护较简单，输送流量能满足要求。主要缺点是，内外壁均需作防腐处理，增加了管道安装费用，防腐后内壁阻力大，会造成运行能耗偏高。

综合比较，玻璃钢管道容易受到人为损坏且安装难度大，建议暂不考虑，推荐选用钢管（钢板直缝卷管）作为输卤管道。

6.2 输卤管道敷设方式

输卤管道敷设需考虑沿线的地理环境条件，尽量选择无高差地形。输卤管道采用埋地敷设方式，埋在防冻土层以下，管顶埋深0.8～1.0 m。

7 经济分析

目前，原盐（指海盐）每吨售价为280～300元，规模为10万t/a 烧碱厂，年需要原盐15.4万t，原料成本为4 312万～4 620万元。

地下盐卤矿开采工程综合生产成本为84元/m3，规模为10万t/a烧碱厂年需要采输卤水20万m3，原料成本为1 680万元，低于使用海盐成本2 632万～2 940万元。

8 结论

经对沙四段第一膏盐层进行勘探，岩盐埋深3 757.63～3 994.00 m，开采垂深近四千米的岩盐矿属国内首创；岩盐矿累计厚度20.50～172.50 m，一般在六十米左右，盐层层数较多，层厚为0.50～16.25 m，含盐层平面分布近椭圆形，岩盐呈层状产出，与地层产状一致。矿石类型主要为灰白色岩盐，以团块、条带状、斑块状、斑点状为主，NaCl 质量分数平均为89.50%～98.97%，属Ⅰ级品，非常适合用于氯碱和纯碱生产原料用盐。