老挝万象钾盐矿油垫热溶开采工艺研究

【摘 要】 老挝塔贡钾镁盐矿区位于老挝万象市北东万象平原北东赛塔尼县境内，海源陆相为主的蒸发岩类沉积矿床。以光卤石为主，其次为钾石盐型矿石。平均品位：KCl 14.48%，MgCl2 22.47%，NaCl 31.11%，H2O 25.18%，水不溶物1.37%。矿层平缓且稳定，分布连续，矿体顶板为泥岩和盐岩，间接顶板为大厚度盐岩。上述地质条件适用于钻井水溶开采。

【关键词】 钾镁盐矿 钻井水溶 双井油垫热溶 溶解阶段

1 矿体地质特征

老挝塔贡钾镁盐矿区位于老挝万象市北东万象平原北东赛塔尼县境内，地属老挝万象平原，万象平原属于泰国沙空那空平原北西的一部分，沙空那空平原属于东印支板块的呵叻盆地，属中生代拗陷盆地，海源陆相为主的蒸发岩类沉积矿床。

塔贡矿区地形平坦，海拔160～190m，总体地势北高南低。钾镁盐矿赋存于塔贡向斜核部、古近系塔贡组下段下亚段中，呈层状产出，宽缓平透镜体状，连续性较好，矿体倾角5-11°，局部20°；塔贡钾盐矿以光卤石为主，其次为钾石盐型矿石。矿石矿物成分主要为光卤石（90%），次为石盐、硬石膏、石膏、铁泥质、钾石、白硼钙石等。矿石中的主要化学成分为：NaCl KCl CaCl2 MgCl2 CaSO4和水不溶物；平均品位：KCl 14.48%，MgCl2 22.47%，NaCl 31.11%，H2O 25.18%，水不溶物1.37%。光卤石矿石、溢晶石光卤石矿石、水氯镁石光卤石矿石、钾石盐矿石、含光卤石钾石盐矿石、光卤石钾石盐矿石，其中以光卤石矿石为主；矿石结构：全晶质、它形、半自形、自形粒状结构、不等粒结构、偶见交代残余结构。矿石构造：块状构造、层状构造、条带状构造、脉状构造。

2 钻井水溶开采的选择

（1）地质条件：从老挝万象钾盐矿地质条件分析，该矿KCl品位较高，平均14.48%，（揭露获取均含不等厚不同品位的溢晶石、水氯镁石）矿层厚，平均56.92m，分布面积大，矿体埋藏较浅，矿体相对封闭，矿层呈层状、似层状、产状平缓且稳定，矿层分布连续，矿体顶板为泥岩和盐岩，间接顶板为大厚度盐岩。上述地质条件适用于钻井水溶开采方法。

（2）可行性评价：对固采方案与溶采方案（包括相应的加工工艺和公用辅助设施方案）进行了详细的技术经济比较，由于溶采方案存在如下优点①采矿人员少，劳动强度低，工作环境安全；②回收率较高，资源利用率高，矿山服务年限长；③循环生产、环境污染少；④投资低，综合经济效益好等等。

综合考虑钻井水溶法在技术的先进性、经济上合理性以及生产上的安全可靠性，特别是对环境的破坏性诸多方面均优于固采。因此开采老挝钾镁盐最理解的方法是钻井水溶开采法。从塔贡向斜核部开始，自下而上分层开采。

3 油垫双井热溶浸选择性生产工艺

3.1 钻井水溶法：分为单井对流法，双井对流法，多井对流法

单井对流法在开采过程中易过早暴露顶板而垮塌，并造成井管的弯曲和折断，使得生产井安全生产期短，产量小，卤水浓度低，回收率低，修井费用高，矿床所在地表不允许变形破坏，上覆含水层不能被污染，所以也不宜采用单井对流法；多井对流法，对上履地层承压性、致密性有要求，结合本矿区矿层埋深浅、上无厚大致密性岩石，根据力学性质，不宜选用多井对流生产。所以本矿区开采选用双井对流生产法。

3.2 油垫水溶开采

在开采过程中，控制性向井水注柴油，让柴油把溶液与顶板隔离，形成隔离层，避免溶液上溶，过早暴露顶板，同时控制溶腔范围，确保安全矿柱的大小，人为控制自下而上对矿层进行控制溶采的方式为油垫水溶开采。油垫水溶开采优势：防止因溶腔顶板暴露面积过大而造成垮塌，矿产资源的回收率高。其连通后，采出的卤水浓度高，产量大。

3.3 配制溶浸液

确定了开采工艺为连通井油垫溶解开采法后，而溶解开采对象为KCl，但矿石中KCl的平均品位仅为14.48%，其余为易溶解的NaCl和MgCl2。为了减少杂质矿物的采出量，简化后续加工工艺，消除废液和废料对生态环境构成的污染，最大限度地采出KCl，必须对溶浸液按温度、成分实时进行配制。

3.4 配备生产管柱

借鉴国内外成熟经验，本矿区钻井采用后期完井方式。根据光卤石矿层地质情况来确定技术套管的精确下入深度，N80型Φ244.48×11.05技术套管鞋的位置原则上下在光卤石层的顶板以下矿层内2m。

根据建槽要求，生产套管，配套安装井下液位计；原则上在光卤石矿层底板以上1m左右下设Φ168.28*10.59；生产管下管口以下 7.5m，为Φ114.30*7.37；中心管管口位置，保证7.5m的两口距，中心管下管口配0.6m的花管。（三管油垫示意图如图1所示。）

4 生产阶段

根据本矿区钾镁盐矿特殊性、水溶开采特点和溶腔发展要求，生产阶段划分为建腔期、建槽期、扩槽期、上切生产期、封井回填期等五个阶段。

4.1 建槽期

此阶段主要目的：携带钻井岩屑，形成残留不溶物堆积空间。通过注入工业淡水，利用水的紊流状态，建好规则底槽。建腔期注油勤注油、过量注油原则，建腔完成，集中收油，并计量。

4.1.1 建槽示意图如图2

4.1.2 建槽参数

建腔参数如表1。

4.2 建腔期

4.2.1 建腔期示意图如图3

考虑溶腔的发展情况和稳定性需要，并保持一定的油垫效果，按照不同的注水量与注水方式设计。

4.2.2 建腔期的参数

建腔期的参数如表2。

建腔半径25m、含光卤石石盐层以及光卤石质石盐层，品位不等，并伴有不溶物，由于建槽初期溶腔体积较小，而且存在有注水量不稳定、停井频繁、以及夹层等因素影响，卤水浓度短期内很难达到饱和，因此建成半径达30m的溶腔所需要总的建槽时间取150-160天。

4.3 扩腔期

扩腔生产期，可将原冷注剂改为热注剂，并根据井下卤水实际成分含量，结合相图，配剂热注剂，逐步提升井下溶腔温度。

4.3.1 扩腔期示意图如图4

4.3.2 生产参数

生产的参数如表3。

4.4 生产上切期

生产上切期生产卤水才算是真正的加工卤水，产量大、卤水质量稳定，每次上切厚度根据矿层厚度及矿石品位、开采要求作适当分段。每井都会不同，一般厚控制在5-10m为适。

4.4.1 上切期示意图如图5

4.4.2 上切期参数

上切期参数如表4。

双井生产，产量：30--40m3/h，采用双井交替注水。 生产期注油量逐步添加，总量控制在大约230-250方。

4.5 回填封井

钻井专业技术、此处不作工艺介绍（略）。

5 实施效果

从2012年12月16日起，矿区GF51/52、GG61/62、GH51/GH52、GH61/62等4对井组相继投入生产运行，按照上述阶段性控制，截止2014年6月16日，全部进入上切生产，卤水成分符合设计指标，井下控制安全。值得注意的是，钻井油垫热溶开采存在如下控制难点：第一注油退油频繁，上切阶段又会出现大量退油及注油工作和建槽阶段每天注油两三次，过量注油，也会形成收油工作，劳动强度大，油耗损失、环保风险；第二：生产调节复杂，每口井不同阶段产生的卤水要分开存储，一个阶段的卤水可作用另一阶段的注剂，随时可排，随时可用，增加一定容量的卤水池和管线及设备。第三：热溶开采，管线结晶堵管事故频繁，本身的温降，不同温度溶剂的倒换使用，以及停产检修期，都是特别容易出现堵管。

参考文献：

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