盐矿水平对接井设计与施工的几个关键问题研究

刘 阳 刘松源 王永举

(河南省地矿局第五地质勘查院，河南 郑州 450000)

0 引言

盐矿水平对接井开采技术，是指在盐矿水溶开采工程中科学应用定向钻井方法，而形成的一种全新技术。经过20多年的发展，这项技术获得广泛的应用，虽然取得一些成绩，但还是出现一些问题。笔者通过调查研究近十年的盐矿山资料，认为必须有效结合水平对接井技术和开采盐矿实际需求，开展深入分析，从而体现最大优势，为开采盐矿提供更好服务。

1 对接井组设计

1.1 井距

盐矿水平对接井井底位移不断增加也使对接井的井距有效增加，通常井距为250 m，很多矿山延伸至300 m之上，湖南某矿山的井距已经达到700 m。

可以从以下方面确定井距：1)钻井技术自身要求：a.由直井段下端明确曲率造斜，满足水平段需要的井斜角要求，产生对应水平位移，基本上地面两井距离大于这个水平位移。b.两井的竖直段不能保证完全铅直，井斜角允许存在一定误差，在井底水平面产生的一定位移范围，随着钻井深度的增加相应位移也更大。这是井距设计需要重视的问题；2)溶腔发展规律带来的影响：在设定水平对接井开采范围时，通常简单处理为两个卤井起熔点连线作为基准线中部的跑道形式。事实上，井内引入淡水，主要围绕溶解起熔点周围及其上端盐矿层，产生拥有一定浓度的卤水易受重力分异的影响，卤水下端更深，通常卤水进入水平井段通道之后浓度升高，降低溶蚀功能。在通道内持续流动的卤水，不断提高浓度，一段时间以后自然形成饱和。在通道中为了获得很好的采矿溶蚀效果，充分开采矿床，必须严格控制井距，提高井组中部矿块开采效率。盐矿床的钻井水溶，其中岩层厚度、品位、顶板强度等决定了自然溶蚀半径；3)可采出矿量和卤井寿命：不同井距对矿量的控制也不同，而矿量密切关系着矿层厚度，设置井距时需要注意资源量和卤井寿命的匹配程度。

1.2 井组溶腔的轴线方向

井组轴线方向是指两井起熔点之间连线方位和矿床产状的联系。要想对定向钻井施工难度有效降低，需在倾向线最上方设置定向井，在最下倾向方设置直井。如此设计应用在平缓的矿层产状盐矿不会有任何问题，可是在较陡矿层产状的盐矿中应用会产生一些问题：1)在下倾通道中堆积矿渣，形成堵塞，尤其是卤水矿渣安息角小于盐层倾角时堵塞情况更加严重。比如甘肃某矿岩层倾角超过600，堵塞事故出现在多个井组，产生事故的关键因素是井身结构和布井方向。2)卤水发生显著的重力分异问题，直径倾斜下方拥有更高浓度的卤水，其在生产中广受欢迎，定向井倾斜上方不断注水，却并不出卤。两端溶腔体现出失衡发展特点，出卤井周围不完全开采势必产生浪费，注水井周围过度开采容易损害地质。

沿着较小倾角的假倾方向对较大矿层倾角进行布井，严控倾角1 015°。相对适合，水平段井形成一定斜角。布井选择较小倾角，可以有效解决堵塞和开采失衡问题。此外由于盐矿体现出的上溶特点，在上倾方向水平通道侧翼持续涌入溶蚀，获得较好的采矿效果。诚然，也需要对横向发展的溶腔积极控制，防止地面产生沉降问题。

2 井身质量的要求

如河南省舞阳县孟寨黑龙庙村北设计的开采盐矿井，根据当地当时的施工情况，对直井的质量做出了如下具体要求：

1)直井段井身质量按该井井身质量要求执行，全角变化率以ESS电子多点测量井斜方位为依据，每30 m计算一点，连续三点以上不合格者，算全角变化率不合格。

2)斜井段实钻井眼保持顺滑的轨迹，尽可能与井眼轨迹接近，在靶区内设置水平段井眼轨迹，超越靶区一点即被视为不合格。

3)完钻后要求造斜点以下测ESS电子多点，全井井眼轨迹控制质量以ESS数据为考核依据。

4)完井后井队技术员(或工程师)必须将全井(每25 m一个点)的井斜角、全角变化率、井底水平位移、井径扩大率的数据齐全、准确地填写在井史上。

3 井下复杂情况预防及处理

3.1 井漏

1)钻表层可以适度提升钻井液粘度避免发生井漏现象。

2)达到易漏层段之前，提前做好预防工作，可以将堵漏剂、屏蔽暂堵剂等综合材料提前加入钻井液中，彻底杜绝井漏问题。

3)井径中的井段缺乏规则性，存在严重垮塌问题，开泵操作避免过猛，当单泵正常循环以后开启双泵。

4)钻井过程中可以利用几个立柱避免井漏问题，然后划眼到底，若不能彻底解决井漏问题可以向漏失层段加入堵漏剂进行堵漏处理，如漏失严重可直接打水泥堵漏，注意目的层段堵漏禁止采取水泥。

5)严控施工中钻井液密度，加重防止过于猛烈，防止发生压漏地层现象。

6)水平段钻进中应备足泥浆，并备足加重材料，以备井漏时能保持循环。

3.2 井塌

1)坚持搞好随起钻随灌浆工作，钻具起完井筒内必需灌满钻井液。

2)对钻井液密度与性能改变程度严控，同时掌握好失水，认真检查返出岩屑状况。

3)进入垮塌井段，对井下情况严密观察，积极维护钻井液，保证钻井液的稳定性能，防止出现较大波动，短期内钻井液密度变化应控制在0.02 g/cm3以下。只有不断加强钻井液的抑制作用，才能真正杜绝井眼掉块问题。

4)大排量循环，及时将掉块带出地面。

5)在易塌井段严禁立即下钻，防止较大抽吸压力引发井塌事故。

6)若井塌卡钻，能开泵则小排量开泵，然后缓慢增大排量，直至恢复正常循环，上下活动钻具解卡。

7)建立循环后可采用泡解卡剂、原油、柴油，泵入解卡剂，静止6 h～8 h，出现一些浸泡液，间断活动钻具解卡，无效则爆炸松扣套铣。

3.3 缩径和起下钻遏阻

1)大排量冲蚀掉疏松的假泥饼。

2)根据要求做好短程起下钻，对井壁稳定状况及时全面了解。

3)在遇阻井段认真划眼，同时维护井壁。

4)起钻之前保证钻井液的良好循环，起下钻受阻应当对钻具上下活动。

3.4 降低摩阻措施

1)钻井过程中提高钻井液润滑性能，准确计算下部钻具强度和井眼的相容性，整体研究钻柱疲劳效力，科学使用钻具组合及参数，尽量降低扭矩。

2)严格控制井眼不断变化的曲率，最大程度保证井眼的圆滑性，避免出现曲率的突变。

3.5 防键槽卡钻措施

1)应尽量减少起下钻次数，以降低钻柱拉磨井壁的程度。

2)一些井段曲率较大的经验，必须定期安排下入键槽破坏器。

3)每一次下钻阻卡部位都要仔细登记，根据测斜材料整体分析可能产生键槽的几率，提前处置。

4)尽量减少钻具组合的变换次数及钻柱的刚性。

5)若发生键槽卡钻，则应向下活动钻具，使随钻震击器向下震击，以震击解卡。

6)倒划眼上提钻具解卡。

3.6 防钻具事故

1)定期探伤操作钻具，避免井下操作采取损伤钻具。

2)严格计算钻柱摩阻与扭矩，并严格校验强度。

3)定期对钻具所在部位进行倒换。

4)严格执行操作流程，确保不溜钻。

5)钻进中注意泵压变化，发现泵压下降，地面查不出原因，立即提钻检查钻具。

4 结语

盐矿水平对接井开采应用的广泛性明显不符合其研究深度。因此，在具体应用中还出现一些问题，在钻井技术、资源应用等方面提升空间比较广阔，本文通过分析盐矿水平对接井的设计和施工，初步解决了开采过程中产生的部分问题。