一种封隔盐层的分层开采方法与流程

本发明涉及矿物开采领域，特别是指一种封隔盐层的分层开采方法。

背景技术：

岩盐层产于第三系始新统的灰色含盐系中，埋深500余米，含盐系之上，依次上复紫红色泥岩偶夹薄层砂岩，褐色和黄褐色网纹状粘土。含盐系由上下石膏层，即含硬石膏、钙芒硝的灰色泥岩偶夹泥灰岩和白云质泥岩等矿体组成，由于沉积旋回和沉积分异的缘故，矿体中以盐、钙芒硝，泥岩出现互层，并偶含硬石膏。因沉积环境动荡不定，成盐母液成分多变，形成极薄的多层盐层结构。

第一盐层成井时采取先天性的祼露，以便水溶采矿，由于钙芒硝、泥岩隔柱太厚，泥渣膨胀系数已远远超过1，因此，无法利用低位溶蚀腔作补偿空间开采第二岩盐层，因此需要重新建造补偿空间。由于在开采第一盐层时，通常用套管钢管柱和水泥环将第一盐层以上的盐层严密封隔，导致水无法进入，要想开采，必须创造水的通道，方能实行水溶采矿。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种开采多层极薄盐层的方法。

基于上述目的本发明提供的一种封隔盐层的分层开采方法，包括爆段定位和爆破施工两个阶段；

在爆段定位阶段，先用修井机下钻具，探明爆段井筒的完整性，将定位木塞送到指定位置，并牢固卡在井筒内，向井内投少量的毫米砂，然后将木塞上提，使木塞楔在井筒内，定位木塞固定好后，开泵洗井，将井筒管壁上的泥砂清除，排除井内的混浊液，将泥砂的沉淀物高度缩小；

在爆破施工阶段，探测内探井内木塞上部是否有泥秽填高，若有泥秽高度大于0.5m则注水清除泥秽，然后装药，按计算数量将导爆筒送到井筒内指定位置，检查药包的失重深度与盐层底板深度的吻合度，引爆药包，之后对 盐层经行液采。

进一步的，在所述将定位木塞送到指定位置过程中，木塞下入深度必须用经过鉴定合格钢尺进行多次严格丈量消除误差，确保爆位准确。

进一步的，所述将木塞送到指定位置为低于设定位置0.25米到0.35米。

进一步的，所述定位木塞为干木塞，通常为干杉木，利用干木塞吸水膨胀的特性，其膨胀值刚好弥补干木塞与套管壁的间隙或略大几丝，防止炸药漏失和上下液体串通。

进一步的，所述定位木塞完整无裂缝。

进一步的，在所述将导爆筒送到井筒内指定位置前，还包括按盐层厚度计算所需炸药量，确保预采集盐层全程裸露。

进一步的，所述导爆筒包括爆头、铸铁加重器和导爆索，所述导爆筒的尖端为圆锥形。

进一步的，所述液采分为建槽和回采两个阶段，建槽用恒定管位，大注量、低溶剂，大排量，正循环快速溶蚀运行工艺；回采用反循环运行。

进一步的，在爆破装药阶段，在药包头上增加集能环。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种封隔盐层的分层开采方法，包括爆段定位和爆破施工两个阶段。由于利用定位木塞对导爆筒准确定位，且利用定位木塞吸水膨胀的密封性将预采盐层和已采盐层隔离，防止炸药漏入下部溶腔和爆破段位的液体对下层盐层的污染。同时在定位木塞固定好后，开泵洗井，将井筒管壁上的泥砂清除，排除井内的混浊液，将泥砂的沉淀物高度缩小到最小程度，提高了爆位的精度。由于向井筒内下药前，按盐层厚度计算所需炸药量，在不影响其他盐层开采的前提下，实现了预采盐层的全程裸露。

附图说明

图1为本发明封隔盐层爆破裸露分层开采方法的一种实施例的流程图；

图2为利用本发明封隔盐层爆破裸露分层开采方法开采的盐井的结构示意图；

图3为利用本发明的方法开采的盐井井筒内定位木塞和欲露盐层的对应关系示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，为本发明封隔盐层爆破裸露分层开采方法的一种实施例的流程图。本法明提出的一种封隔盐层的分层开采方法包括两个阶段，第一阶段为爆段定位阶段，包括如下步骤：

步骤1011：探明爆段井筒的完整性。利用修井机下钻具，探明爆段井筒的完整性，保证盐井与爆破段位的管壁的完整性，使爆破结果更加准确，更好的达到预期的目的；

步骤1012：固定定位木塞。在确保爆段井筒完整性的前提下，用钻具将定位木塞送的指定位置，该位置通常为其最终位置之下0.3m左右，定位木塞为干木塞，通常选用干杉木，且定位木塞没有裂缝。在将定位木塞送到指定位置之后，向井内投少量的毫米砂，然后开动钻机低速上提木塞，使木塞成楔状牢固的，密封的楔在井筒内，此时定位木塞的顶面与预采盐层的顶面位于同一水平面。

步骤1013：洗井。开泵向盐井内注水，将井筒管壁上的泥砂清除，排除井内的混浊液，将泥砂的沉淀物高度缩小，到最小程度以提高放置炸药的位置的精度，进而提高爆位的精度。同时利用干杉木吸水膨胀的特性，其膨胀值刚好弥补干木塞与套管壁的间隙或略大几丝，防止炸药漏失和上下液体串通。

第二阶段为爆破施工阶段，包括如下步骤：

步骤1021：注水。探测内探井内木塞上部是否有泥秽填高，若有泥秽高度大于0.5m将影响盐层的裸露程度，故必须开泵注水清除泥秽，同时注水液封。

步骤1022：装药、引爆。按盐层厚度计算所需炸药量，确保全程裸露。按计算数量用钻机将整体药包送到井筒内指定位置，当整体药包失重，说明已到达井筒内木塞上，在检查到失重深度与盐层底板深度相吻合的情况下，连接电源，引爆导爆筒。导爆筒包括预先配制好的高能乳胶炸药，制造锥形里样熔铸起爆头和起炸药量1.5kg，并用硬塑料管制备人工补偿孔。为了爆破施工工作上的方便和提高爆破效应，往往把爆头，铸铁加重器依次装入人工 补偿机前端，补偿空位装导爆索。

步骤1023：液采。爆破完成后，预开采的被封隔的盐层已经裸露，且爆段附近的盐层已爆成碎块、粉沫。然后建槽回采。建槽用恒定管位，大注量、低溶剂，大排量，正循环快速溶蚀运行工艺。

具体地，对本发明的上述分层开采方法进一步进行具体描述。

在采盐过程中，通常由第一盐层开始采集，第一盐层成井时采取先天性的祼露，以便水溶采矿。第一盐层之上的盐层用无缝钢管和水泥封隔。盐井的井身结构为：地壳氧化带采用Φ219*9mm表层套管，地表至二盐层顶极Φ5米的地段，封隔盐层，钙芒硝层采用Φ139*9mm的套管，二盐层顶板二0.5米至第一盐层顶板0.5米的地段封隔钙芒硝层，盐层和泥岩采用无缝钢管Φ108*6mm的套管，两种规格和管串中间用变径接头连接，盐井结构如图2所示。图2为本发明一种实施例中开采的盐井结构示意图。

欲采与低位第一盐层的溶腔相距的第二岩盐层，因钙芒硝、泥岩隔柱太厚，泥渣膨胀系数已远远超过1，因此，无法利用低位溶蚀腔作补偿空间开采第二岩盐层，因此需要重新建造补偿空间。该层在开采第一盐层时被Φ108*6的套管钢管柱和水泥环严密封隔，水无法进入，要想开采，必须创造水的通道，方能实行水溶采矿。

井内爆破没有自由面，可以用平行直线掏槽爆破原理，人造自由面，井中有水可选择抗水炸药，爆破成功与否的关键在于炸药起爆时产生的炸轰能量是否可以摧毁固井的无缝钢管和水泥环。拟爆段固井钢管系YB235-70型，Φ108*6，DZ-75级无缝钢管，壁厚0.6cm内径(DB)9.6cm，屈服强度﹥3549.875*104pa，该管纵向断裂力为：9193.734*104pa；它的抗挤毁强度用萨尔基索夫公式计算，该管抗挤毁极破值为4443.442*104pa，再者无缝钢管的熔点在1500℃左右，采卤井深部爆破炸药可在井筒的约束条件下，爆破可选爆速变化于8000-8500m/s之间的炸药，如此高速的爆炸变化，炸药中的化学潜能迅速释放，密实的炸药瞬间转化为具有极高压力的灼热气体，温度可上升到4000℃以上，比拟炸钢管熔点高2.7倍，作用于井壁的压力可高达10132.5*105pa，比拟爆的刚管的抗挤毁破力大228倍，比拟爆钢管的纵向断裂力大110倍。从上所述抗水炸药在采卤井中爆炸产生的高温、高压，高速气体的能量是以破坏欲炸段的钢管和水泥环，因此，裸露薄盐层的方案以爆破切割为宜。

在利用本发明的方法开采盐层之前，利用爆破模拟试验检验具有高能特殊炸药对高强度无缝钢管的爆破效果。用工程钻机在地面占Φ197mm的浅孔14m，进入紫红色泥岩10m，终孔后用YB235-70型DZ-75级Φ127*10的无缝钢管下入井中，使管串位位于井中心，钢管和孔壁固岩用油井水泥固结，固井三天后进行扫孔试压，尔后下长1m的木塞于井底。炸破器材有：炸建高达8000余m/s的高能乳胶炸药、起炸头、电雷管、电缆、绞车、交流电源等，爆破对象：外径为127mm，壁厚为10mm的DZ-75级无缝钢管，壁厚比深井拟爆对象厚4mm，外径大19mm，故它的纵向断裂力，抗挤毁强度均比深井拟爆对象大，分别大1/2倍，1倍。若少量乳胶高能炸药能将它炸断，爆深井的拟对象就不成问题。

现场爆破试验：首先在井底木塞上装乳胶炸药0.8kg，然后下起炸药包0.2kg，起爆药包中装电雷管，未装药的井筒经注满水进行水封，炸药爆炸时，在爆轰波的作用下，井内水柱向上冲冲出井口约20余米，底木塞少量碎块同时冲出井口。

炸后用跟踪扩孔钻进的办法，钻除管外水泥环，将炸段上部套管从上正至下逐节返出，检察爆破效果。返出爆口上端套管，炸口附近严重变形，炸口套管成喇叭形向外张，直径180mm，比原直径大2/5，变形部位可分三段，即：变形段，撕裂段，爆破段，各段长度分别为30.5mm、135mm、44mm。爆破段长度是根据套管上爆口卷口的唯一残留片长度测得如图4所示。上述变形说明井中厚壁套管，装药部位已炸碎。而且，炸口上下两端变形形态基本对称。

在高能特殊炸药对高强度无缝钢管的爆破效果良好的前提下，本发明的方法包括爆段定位和爆破施工两个阶段。

作为本发明的一个实施例，在爆破定位阶段：首先用修井机下钻具，探明爆段井筒的完整性。若井筒完整方能下定位木塞。木塞做成纺锤圆柱形。完整无裂缝。用钻井时的同类钻具将它送到指定位置，并牢固卡在井筒内，木塞下入深度必须用经过鉴定合格钢尺进行多次严格丈量消除误差，确保爆位准确。施工时干木塞先送到低于设定位置0.3m左右，尔后向井内投少量的毫米砂，然后开动钻机低速上提木塞，使木塞成楔状牢固的，密封的楔在井筒内。它的牢固性以能承受全套钻具的安全为准。它的密封性是利用干杉木吸水膨胀的特性，其膨胀值刚好弥补干木塞与套管壁的间隙或略大几丝，防 止炸药漏失和上下液体串通。定位木塞固定好后，开泵洗井，将井筒管壁上的泥砂清除，排除井内的混浊液，将泥砂的沉淀物高度缩小，到最小程度以提高爆位的精度，这时井内的水浓度1-2°Be，井筒内定位木塞和欲露盐层的对应关系详见图3。图3为井筒内定位木塞和欲露盐层的对应关系示意图。

在爆破施工阶段：爆破施工分爆前准备和现场爆破施工两个程序。爆前准备：爆前准备工作包括配制高能乳胶炸药，制造锥形里样熔铸起爆头，起炸药量1.5kg，用硬塑料管制备人工补偿孔，为了爆破施工工作上的方便和提高爆破效应，往往把爆头，铸铁加重器依次装入人工补偿机前端，补偿空位装导爆索，这个整体构成导爆筒，为了将导爆筒迅速插入井内炸药中，除内加加重以外，还特将头部做成圆锥形。现场爆破施工：现场爆破施工时，先用探测内探井内木塞上部是否有泥秽填高，若有泥秽高度大于0.5m将影响盐层的裸露程度，故必须开泵注水清除泥秽，然后装药。向井筒内下药前，必须按盐层厚度计算所需炸药量，确保全程裸露。按计算数量用钻机将整体药包送到井筒内指定位置，当整体药包失重，说明已到达井筒内木塞上，检查失重深度与盐层底板深度相吻合，则连接电源，引爆炸药。当高能炸药在井内爆炸瞬间出现高速冲击波，呈波陈面向前传播，当爆段内井筒受到4000℃高温，爆速高达8000余m/s的是有十万个大气压的高压，压力作用下爆段附近的区域被粉碎，形成粉沫，形成粉碎圈，钢管瞬间形成粉沫，颗粒0.5-1mm。随着钢管变成粉沫的同时，水泥环变成粉沫，粉碎圈外的岩盐处于巨大的切向应变和应力之中，当冲击波到达时，其切向压力开始为整，这时爆段上部的水位在这种高压的作用下，溅出井口，形成水柱，尔后，切向压力迅速又隆至负值即由压力变为拉力，爆段附近的拉力，甚至大到冲击波波前的压力，由于岩盐抗拉强度小于抗压强度，因而最初裂缝主要在拉力作用下产生，并最终形成明显的径向裂缝，在爆炸气体的作用下，初生的径向裂缝被扩大延伸，爆段附近的岩盐自由面发生变形各前移动，无疑当前方自由面向前移动时，压力即被解除，同时，在向自由面延伸的最初裂缝中增加于拉伸作用，原后发生岩盐的完全松动，岩盐层断裂，产生体积膨胀并向爆段前方抛出，爆段岩盐炸碎，在高温水的作用下又迅速溶解岩盐，变成波美20余度的卤水，这些卤水随着大量爆炸气体的释放，被举出井口。开始3-5分钟出黑色水接着出灰白色泡沫状的高浓度卤水。这说明被封隔的盐层已爆开裸露。爆硐高度大于装药段高度，爆后影响范围装药段上下各0.5m。井筒爆后 有两种情况，第一种：起爆头置于装药段下部起爆后，在爆轰冲击波的作用下木塞被摊着下行到达第一盐层的溶腔之中，因此，爆后无堆积物。第二种情况：起爆头装在爆段上部，药柱中无补偿空间或者彼小，爆轰冲击波对下木塞无影响，出现爆破堆，一般高出爆口2.5m左右。无论哪一种情况，爆后都需要用钻井机通孔，有爆堆者用旋转占冲孔排渣，开泵清水正循环运行，开始井内返出液波度仅1-3oBe，色呈黑色，随着扫孔进入增深和循环的延长，井内返出液浓度逐渐升至25oBe，运行一小时后，出现浓度逐渐下降，最后稳定在3oBe，当停泵运行10小时后，再运行井内返出液浓度又逐渐增至25oBe，运行一小时后，出现浓度逐渐下降，最后稳这一在3oBe，停泵运行10小时之后再运行，井内返出液浓度又上升到25oBe，然后又重复上述规律，井内卤水浓度经数小时静溶迅速达到25oBe，初步运行检验盐屋不仅已裸露，而且靠爆段附近的盐层已爆成碎块、粉沫，故溶蚀特快。

为了进一步全面检验盐层裸露情况，根据初步检验结果下中心管进行生产验证。

液采生产验证分建槽(采准)和回采两个阶段。

①建槽用恒定管位，大注量、低溶剂，大排量，正循环快速溶蚀运行工艺。经过6-7个月的运行，每口井采出NaCl 2816.9-42.86t，采出Na₂SO₄159.6-306.4t；卤水成分含NaCl(均值)78.95-109.81g/t，含Na₂SO₄(均值4.4)-7.73g/t，溶蚀高度2.67m-2.96m，溶蚀半径26.6-39.7m槽底角3°51′-6°21′，被封隔的盐层爆破裸露的溶蚀数据与新井成井时先天裸露的盐层溶蚀数据相近。详见表1

表1 建槽溶蚀参数对比表

②回采：回采期间用反循环运行，卤水质量好，参加了生产配采，采卤能力每小时5.11-9.16m³，回采三个月，采出卤水1375.15-15442.85m³，采出 NaCl3205-3776吨，采出Na₂SO₄ 255-282吨，卤水成分含NaCl 233.1-252.1g/t；含Na₂SO₄ 17-20g/t。

回采验证期，三口试验井的月采卤量逐渐呈曲线上升，采矿能力，威量上升规律与溶腔溶蚀面积的扩大对应成正比。

表2 回采期采出量与卤水型号统计表

作为本发明的另一个实施例，爆破时装药，在药包头上加了集能环，可以使套管爆后的卷口，毛尖刺得了克服，使爆口达到了光滑整齐，这样爆后扫孔下管等工作极为顺利打下了良好的基础。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。