老撾萬象鉀鹽礦油墊熱溶開采工藝研究

陳善武

(中國水電礦業(yè)(老撾)鉀鹽有限公司,重慶 404001)

老撾萬象鉀鹽礦油墊熱溶開采工藝研究

陳善武

(中國水電礦業(yè)(老撾)鉀鹽有限公司,重慶 404001)

老撾塔貢鉀鎂鹽礦區(qū)位于老撾萬象市北東萬象平原北東賽塔尼縣境內(nèi),海源陸相為主的蒸發(fā)巖類沉積礦床。以光鹵石為主,其次為鉀石鹽型礦石。平均品位:KCl 14.48%,MgCl222.47%,NaCl 31.11%,H2O 25.18%,水不溶物1.37%。礦層平緩且穩(wěn)定,分布連續(xù),礦體頂板為泥巖和鹽巖,間接頂板為大厚度鹽巖。上述地質(zhì)條件適用于鉆井水溶開采。

鉀鎂鹽礦 鉆井水溶 雙井油墊熱溶 溶解階段

1 礦體地質(zhì)特征

老撾塔貢鉀鎂鹽礦區(qū)位于老撾萬象市北東萬象平原北東賽塔尼縣境內(nèi)，地屬老撾萬象平原，萬象平原屬于泰國沙空那空平原北西的一部分，沙空那空平原屬于東印支板塊的呵叻盆地，屬中生代拗陷盆地，海源陸相為主的蒸發(fā)巖類沉積礦床。

塔貢礦區(qū)地形平坦，海拔160～190m，總體地勢北高南低。鉀鎂鹽礦賦存于塔貢向斜核部、古近系塔貢組下段下亞段中，呈層狀產(chǎn)出，寬緩平透鏡體狀，連續(xù)性較好，礦體傾角5-11°，局部20°；塔貢鉀鹽礦以光鹵石為主，其次為鉀石鹽型礦石。礦石礦物成分主要為光鹵石(90%)，次為石鹽、硬石膏、石膏、鐵泥質(zhì)、鉀石、白硼鈣石等。礦石中的主要化學(xué)成分為：NaCl KCl CaCl2MgCl2CaSO4和水不溶物；平均品位：KCl 14．48%，MgCl222．47%，NaCl 31．11%，H2O 25．18%，水不溶物1．37%。光鹵石礦石、溢晶石光鹵石礦石、水氯鎂石光鹵石礦石、鉀石鹽礦石、含光鹵石鉀石鹽礦石、光鹵石鉀石鹽礦石，其中以光鹵石礦石為主；礦石結(jié)構(gòu)：全晶質(zhì)、它形、半自形、自形粒狀結(jié)構(gòu)、不等粒結(jié)構(gòu)、偶見交代殘余結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造：塊狀構(gòu)造、層狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造。

2 鉆井水溶開采的選擇

(1)地質(zhì)條件：從老撾萬象鉀鹽礦地質(zhì)條件分析，該礦KCl品位較高，平均14．48%，(揭露獲取均含不等厚不同品位的溢晶石、水氯鎂石)礦層厚，平均56．92m，分布面積大，礦體埋藏較淺，礦體相對封閉，礦層呈層狀、似層狀、產(chǎn)狀平緩且穩(wěn)定，礦層分布連續(xù)，礦體頂板為泥巖和鹽巖，間接頂板為大厚度鹽巖。上述地質(zhì)條件適用于鉆井水溶開采方法。

(2)可行性評價：對固采方案與溶采方案(包括相應(yīng)的加工工藝和公用輔助設(shè)施方案)進(jìn)行了詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，由于溶采方案存在如下優(yōu)點(diǎn)①采礦人員少，勞動強(qiáng)度低，工作環(huán)境安全；②回收率較高，資源利用率高，礦山服務(wù)年限長；③循環(huán)生產(chǎn)、環(huán)境污染少；④投資低，綜合經(jīng)濟(jì)效益好等等。

綜合考慮鉆井水溶法在技術(shù)的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)上合理性以及生產(chǎn)上的安全可靠性，特別是對環(huán)境的破壞性諸多方面均優(yōu)于固采。因此開采老撾鉀鎂鹽最理解的方法是鉆井水溶開采法。從塔貢向斜核部開始，自下而上分層開采。

3 油墊雙井熱溶浸選擇性生產(chǎn)工藝

3.1 鉆井水溶法:分為單井對流法,雙井對流法,多井對流法

單井對流法在開采過程中易過早暴露頂板而垮塌，并造成井管的彎曲和折斷，使得生產(chǎn)井安全生產(chǎn)期短，產(chǎn)量小，鹵水濃度低，回收率低，修井費(fèi)用高，礦床所在地表不允許變形破壞，上覆含水層不能被污染，所以也不宜采用單井對流法；多井對流法，對上履地層承壓性、致密性有要求，結(jié)合本礦區(qū)礦層埋深淺、上無厚大致密性巖石，根據(jù)力學(xué)性質(zhì)，不宜選用多井對流生產(chǎn)。所以本礦區(qū)開采選用雙井對流生產(chǎn)法。

3.2 油墊水溶開采

在開采過程中，控制性向井水注柴油，讓柴油把溶液與頂板隔離，形成隔離層，避免溶液上溶，過早暴露頂板，同時控制溶腔范圍，確保安全礦柱的大小，人為控制自下而上對礦層進(jìn)行控制溶采的方式為油墊水溶開采。油墊水溶開采優(yōu)勢：防止因溶腔頂板暴露面積過大而造成垮塌，礦產(chǎn)資源的回收率高。其連通后，采出的鹵水濃度高，產(chǎn)量大。

3.3 配制溶浸液

確定了開采工藝為連通井油墊溶解開采法后，而溶解開采對象為KCl，但礦石中KCl的平均品位僅為14．48%，其余為易溶解的NaCl和MgCl2。為了減少雜質(zhì)礦物的采出量，簡化后續(xù)加工工藝，消除廢液和廢料對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成的污染，最大限度地采出KCl，必須對溶浸液按溫度、成分實(shí)時進(jìn)行配制。

3.4 配備生產(chǎn)管柱

借鑒國內(nèi)外成熟經(jīng)驗，本礦區(qū)鉆井采用后期完井方式。根據(jù)光鹵石礦層地質(zhì)情況來確定技術(shù)套管的精確下入深度，N80型Φ244．48×11．05技術(shù)套管鞋的位置原則上下在光鹵石層的頂板以下礦層內(nèi)2m。

根據(jù)建槽要求，生產(chǎn)套管，配套安裝井下液位計；原則上在光鹵石礦層底板以上1m左右下設(shè)Φ168．28*10．59；生產(chǎn)管下管口以下7．5m，為Φ114．30*7．37；中心管管口位置，保證7．5m的兩口距，中心管下管口配0．6m的花管。(三管油墊示意圖如圖1所示。)

4 生產(chǎn)階段

根據(jù)本礦區(qū)鉀鎂鹽礦特殊性、水溶開采特點(diǎn)和溶腔發(fā)展要求，生產(chǎn)階段劃分為建腔期、建槽期、擴(kuò)槽期、上切生產(chǎn)期、封井回填期等五個階段。

4.1 建槽期

此階段主要目的：攜帶鉆井巖屑，形成殘留不溶物堆積空間。通過注入工業(yè)淡水，利用水的紊流狀態(tài)，建好規(guī)則底槽。建腔期注油勤注油、過量注油原則，建腔完成，集中收油，并計量。

4.1.1 建槽示意圖如圖2

4.1.2 建槽參數(shù)

建腔參數(shù)如表1。

4.2 建腔期

4.2.1 建腔期示意圖如圖3

考慮溶腔的發(fā)展情況和穩(wěn)定性需要，并保持一定的油墊效果，按照不同的注水量與注水方式設(shè)計。

圖1 三管油墊示意

圖2 建槽示意圖

圖3 建腔期示意圖如圖

4.2.2 建腔期的參數(shù)

建腔期的參數(shù)如表2。

建腔半徑25m、含光鹵石石鹽層以及光鹵石質(zhì)石鹽層，品位不等，并伴有不溶物，由于建槽初期溶腔體積較小，而且存在有注水量不穩(wěn)定、停井頻繁、以及夾層等因素影響，鹵水濃度短期內(nèi)很難達(dá)到飽和，因此建成半徑達(dá)30m的溶腔所需要總的建槽時間取150-160天。

圖4 擴(kuò)腔期示意圖

圖5 上切期示意

4.3 擴(kuò)腔期

擴(kuò)腔生產(chǎn)期，可將原冷注劑改為熱注劑，并根據(jù)井下鹵水實(shí)際成分含量，結(jié)合相圖，配劑熱注劑，逐步提升井下溶腔溫度。

4.3.1 擴(kuò)腔期示意圖如圖4

4.3.2 生產(chǎn)參數(shù)

生產(chǎn)的參數(shù)如表3。

表1

表2

表3

表4

4.4 生產(chǎn)上切期

生產(chǎn)上切期生產(chǎn)鹵水才算是真正的加工鹵水，產(chǎn)量大、鹵水質(zhì)量穩(wěn)定，每次上切厚度根據(jù)礦層厚度及礦石品位、開采要求作適當(dāng)分段。每井都會不同，一般厚控制在5-10m為適。

4.4.1 上切期示意圖如圖5

4.4.2 上切期參數(shù)

上切期參數(shù)如表4。

雙井生產(chǎn)，產(chǎn)量：30--40m3/h，采用雙井交替注水。 生產(chǎn)期注油量逐步添加，總量控制在大約230-250方。

4.5 回填封井

鉆井專業(yè)技術(shù)、此處不作工藝介紹(略)。

5 實(shí)施效果

從2012年12月16日起，礦區(qū)GF51/52、GG61/62、GH51/GH52、GH61/62等4對井組相繼投入生產(chǎn)運(yùn)行，按照上述階段性控制，截止2014年6月16日，全部進(jìn)入上切生產(chǎn)，鹵水成分符合設(shè)計指標(biāo)，井下控制安全。值得注意的是，鉆井油墊熱溶開采存在如下控制難點(diǎn)：第一注油退油頻繁，上切階段又會出現(xiàn)大量退油及注油工作和建槽階段每天注油兩三次，過量注油，也會形成收油工作，勞動強(qiáng)度大，油耗損失、環(huán)保風(fēng)險；第二：生產(chǎn)調(diào)節(jié)復(fù)雜，每口井不同階段產(chǎn)生的鹵水要分開存儲，一個階段的鹵水可作用另一階段的注劑，隨時可排，隨時可用，增加一定容量的鹵水池和管線及設(shè)備。第三：熱溶開采，管線結(jié)晶堵管事故頻繁，本身的溫降，不同溫度溶劑的倒換使用，以及停產(chǎn)檢修期，都是特別容易出現(xiàn)堵管。

[1]王清明.鹽類礦床水溶開采[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社會,2003.

[2]蘇如海.芒硝單井油墊法注采工藝研究 [J].中國井礦鹽,2011,42(5)17-20.

[3]K-UTEC SALT TECHNOLOGIES production of fertiliser grade potash from resources of thangone deposit near vientiane/Laos process design and basic engineering final report

[4]VIENTIANE 120Kt/a POTASH PROJECT Sinohydro Mining (Lao).,Ltd.

Laos Tahgon potassium and magnesium salt area located in Vientiane, Laos Vientiane Plain City, North East, North East Saitany County,sea-based terrestrial evaporation source rocks sedimentary deposits. Mainly in carnallite, sylvite followed ores. Average grade: KCl 14.48%, MgCl222.47%,NaCl 31.11%, H2O 25.18%, 1.37% water insolubles. Seam flat and stable, continuous distribution, ore roof shale and rock salt, indirect roof large thickness of rock salt. The above conditions apply to the geological drilling solution mining.

Dissolved phase Double oil cushion fever dissolve drilling solution Ptassium and magnesium salt

陳善武(1969-),男,重慶開縣人,工程師,經(jīng)濟(jì)師,從事礦鹽開發(fā)研究工作。