地下鹵水采輸用于氯堿生產(chǎn)的探討

李 武，西文楓，延曉強(qiáng)，于海軍

（東營(yíng)華泰化工集團(tuán)有限公司，山東 東營(yíng) 257091）

中國(guó)鹽化工產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展壯大，極大地刺激了原鹽生產(chǎn)，給原鹽下游市場(chǎng)發(fā)展帶來(lái)了無(wú)限商機(jī)；隨著國(guó)內(nèi)、國(guó)際的環(huán)境形勢(shì)和氣候的變化，兩堿生產(chǎn)依仗最大的海鹽產(chǎn)能逐年降低，致使工業(yè)用鹽價(jià)格不斷攀升，鹽化工生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展受到影響，開(kāi)發(fā)利用地下優(yōu)質(zhì)鹽鹵資源，實(shí)現(xiàn)鹵水采輸有利于鹽化工企業(yè)降低成本、緩解原鹽供需矛盾。山東地區(qū)的兩堿生產(chǎn)在中國(guó)鹽化工業(yè)發(fā)展中具有舉足輕重的地位，為了解決原料供應(yīng)的市場(chǎng)瓶頸，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，實(shí)施對(duì)東營(yíng)地區(qū)地下巖鹽資源的綜合開(kāi)發(fā)利用，替代供應(yīng)日趨緊張的原鹽，不但可以保證兩堿生產(chǎn)原料需求，而且可大大降低生產(chǎn)成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力。

經(jīng)過(guò)對(duì)該地區(qū)鉆探施工，通過(guò)取芯和電測(cè)解釋?zhuān)C實(shí)在3 764.75～3 983.87 m 井段賦存有33個(gè)鹽層，純鹽層累計(jì)厚度約一百一十四米，礦石中的氯化鈉的品位為90%左右，屬工業(yè)Ⅰ級(jí)品。由此，說(shuō)明該礦區(qū)巖鹽資源豐富，含鹽段長(zhǎng)，鹽層累計(jì)厚度大，礦石中氯化鈉的品位較高，在使用水平對(duì)接井組的采鹵工藝條件下，能產(chǎn)出高濃度的鹵水，完全滿(mǎn)足氯堿、純堿生產(chǎn)對(duì)原料（鹵水）的質(zhì)量要求。

1 鹽鹵探井取芯和電測(cè)結(jié)果分析

1.1 取芯鹽組情況分析

鹽鹵探井在3 760 m 處遇巖鹽層，由3 766.71 m開(kāi)始取芯至3 994.00 m，取芯總進(jìn)尺214.03 m，巖鹽取芯累計(jì)厚度為97.77 m。

（1）1鹽組

根據(jù)礦區(qū)施鉆的鹽探1井、鹽探2井取芯資料及綜合電測(cè)資料，結(jié)合鄰區(qū)的豐深2井地質(zhì)資料綜合分析，1鹽組純鹽層有三四層，單層厚度最薄為0.625 m，最厚為7.25 m，夾石層厚度為0.375～4.130 m，累計(jì)純鹽層厚度3.500～19.375 m，平均厚度為12.75 m。巖性為灰白色巖鹽夾深灰色泥巖，鹽層中局部含硬石膏條帶、斑塊、斑點(diǎn)及泥質(zhì)物，巖鹽以中晶結(jié)構(gòu)為主，細(xì)、粗晶結(jié)構(gòu)次之，呈透明-半透明狀，半自形晶為主，它形晶次之。NaCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94.72%～98.84%，平均為98.18%，屬一級(jí)工業(yè)品位。

（2）2鹽組

礦區(qū)內(nèi)2鹽組純鹽層有三四層，單層純巖鹽厚度最薄為0.5 m，最厚為15.5 m，夾石層厚度為0.50～5.37 m，累計(jì)純鹽層厚度為9.000～18.625 m，平均厚度為14.75 m。巖性為灰白色巖鹽夾深灰色泥巖，巖鹽以中晶結(jié)構(gòu)為主，細(xì)、粗晶結(jié)構(gòu)次之，呈透明-半透明狀，半自形晶為主，它形晶次之，鹽層中局部含硬石膏條帶、斑塊、斑點(diǎn)及泥質(zhì)物。NaCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93.65%～98.84%，平均為97.33%，屬一級(jí)工業(yè)品位。

（3）3鹽組

礦區(qū)內(nèi)3鹽組純鹽層共3層，單層純鹽厚度最薄為1.00 m，最厚7.63 m，夾石層厚度0.25～1.50 m，累計(jì)純鹽層厚度11.13～22.00 m，平均厚度為15.13 m。巖性為灰白色巖鹽夾深灰色泥巖，鹽層中局部含硬石膏條帶、斑塊、斑點(diǎn)及泥質(zhì)物，巖鹽以中晶結(jié)構(gòu)為主，細(xì)、粗晶結(jié)構(gòu)次之，呈透明-半透明狀，半自形晶為主，它形晶次之。NaCl 含量為90.810%～98.544%，平均為96.194%，屬一級(jí)工業(yè)品位。

（4）4鹽組

礦區(qū)內(nèi)4鹽組純鹽層有四五層，單層純巖鹽厚度最薄為0.75 m，最厚為16.25 m，夾石層厚度0.625～1.880 m，累計(jì)純鹽層厚度為15.75～20.25 m，平均厚度為18.04 m。巖性為灰白色巖鹽夾深灰色泥巖，巖鹽以中晶結(jié)構(gòu)為主，細(xì)、粗晶結(jié)構(gòu)次之，呈透明-半透明狀，半自形晶為主，它形晶次之，鹽層中局部含硬石膏條帶、斑塊、斑點(diǎn)及泥質(zhì)物。NaCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)89.487%～98.971%，平均為96.162%，屬Ⅰ級(jí)工業(yè)品位。

1～4鹽組巖鹽化學(xué)組分情況見(jiàn)表1。

表1 鹽鹵探井1～4鹽組巖鹽化學(xué)組分統(tǒng)計(jì)表 %

1.2 巖鹽礦石質(zhì)量特征

（1）巖鹽為灰白、淺灰、無(wú)色，棕色及無(wú)色，以中粗粒結(jié)構(gòu)為主，少量巨晶，質(zhì)較純，含少量雜質(zhì)，主要為膏質(zhì)、泥質(zhì)、白云石、有機(jī)質(zhì)等，大多是團(tuán)塊、條帶、斑塊、斑點(diǎn)狀產(chǎn)出。無(wú)色巖鹽多數(shù)呈石榴子狀。含礫巖鹽的礫多為泥及硬石膏礫塊，分布無(wú)規(guī)律，局部礫呈條帶狀直立。

（2）巖鹽礦礦物組分主要為石鹽，次為硬石膏，少量為方解石、白云石、泥質(zhì)及有機(jī)質(zhì)等。

（3）巖鹽化學(xué)組分主要為NaCl，次為CaSO4，NaCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%以上。

水溶分析后，平均溶解比例為90.162%，其中，NaCl 占無(wú)機(jī)鹽總量的99%以上，鹽品質(zhì)較好。

1.3 巖鹽礦層頂板特征

根據(jù)礦區(qū)鹽探1、鹽探2井取芯資料及地球物理測(cè)井資料綜合分析，含鹽系巖鹽頂板為泥巖，以下為深灰色泥巖及灰黑色頁(yè)巖、油頁(yè)巖，直接頂板厚度為8.63～11.80 m，巖性為深灰色、褐灰色黑灰色泥巖及褐色、灰褐色、黃褐色、棕褐色泥巖。各鹽組頂板、底板均為深灰色、褐灰色、灰黑色、棕褐色泥巖。頂板巖性致密、穩(wěn)定。

2 鹽鹵質(zhì)量及建設(shè)定位

鹵水中NaCl 質(zhì)量濃度≥280 g/L，質(zhì)量濃度CaSO4≤5 g/L。工程能耗低，無(wú)三廢排放，屬于綠色環(huán)保型工程。可以按照國(guó)內(nèi)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一流的巖鹽礦山進(jìn)行開(kāi)采建設(shè)。

3 采鹵工藝比選

國(guó)內(nèi)埋藏較深的巖鹽礦床開(kāi)采工藝一般為鉆井水溶開(kāi)采工藝，可供選擇的主要開(kāi)采方法有單井對(duì)流法、兩管油墊法和水平對(duì)接井連通采鹵工藝等。各開(kāi)采方法都有相適用的礦床地質(zhì)條件以及在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）單井對(duì)流法。適用于任何構(gòu)造的鹽礦體，且井身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、采鹵管串結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、升咸快、達(dá)產(chǎn)快、投資較少。其缺點(diǎn)是頂板暴露快、高產(chǎn)期短、井下事故較多、采收率低，不利于鹽礦資源的保護(hù)和長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)開(kāi)采。故單井對(duì)流法僅用于巖鹽礦山開(kāi)發(fā)初期建槽工作。

（2）兩管油墊法。具有能延緩頂板暴露時(shí)間、高咸高產(chǎn)期長(zhǎng)、鹵井事故較少、鹵井生產(chǎn)服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)、回采率較高等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)存在升咸慢、建槽期長(zhǎng)、原材料消耗大、投資較大等缺點(diǎn)。故兩管油墊法并非優(yōu)選開(kāi)采工藝，暫不予以考慮。

（3）水平對(duì)接井連通采鹵工藝。就是施工水平井直接與另一口直井鹽槽（或溶腔）連通，直接實(shí)現(xiàn)連通采鹵生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是，經(jīng)過(guò)較短建槽期就能產(chǎn)出高咸鹵水；鹵井產(chǎn)能大幅提高，一對(duì)水平對(duì)接井的產(chǎn)能是一對(duì)直井產(chǎn)能的2～4倍；井下事故少，安全生產(chǎn)周期長(zhǎng)，能大幅降低鹵井修治投入；鹵井服務(wù)年限長(zhǎng)；回采率高，有利于保護(hù)資源。其缺點(diǎn)是建井工程投資稍大，工程投資相對(duì)較大，克服鹽層的塑性流動(dòng)難度較大。

綜上所述，結(jié)合東營(yíng)地區(qū)巖鹽礦床開(kāi)采地質(zhì)條件，沿鹽層走向顯示巖鹽礦層較穩(wěn)定，厚度變化不大等條件，確定采鹵工藝為水平對(duì)接井連通采鹵工藝，該工藝是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的采鹵技術(shù)，具有明顯的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。

4 鉆井工程方案

4.1 鉆井工程概述

工程開(kāi)采技術(shù)為使用水平對(duì)接井連通采鹵工藝，在1組水平對(duì)接井組中，首先，建成直井并下入中心管進(jìn)行建槽，建成1個(gè)直徑6～10 m 的鹽槽，為施工水平對(duì)接井奠定基礎(chǔ)。在距直井約350 m 處施工1口水平對(duì)接井與直井的鹽槽中心對(duì)接，最終形成由1口直井、1口水平井構(gòu)成的連通井組，其中，直井單井鉆深3 870 m；水平井單井鉆深4 145 m；探井單井鉆深3 995 m；取芯進(jìn)尺約720 m 每對(duì)井產(chǎn)能為54萬(wàn)m3/a 鹵水，以滿(mǎn)足水平對(duì)接井連通采鹵的要求。

4.2 工藝流程敘述

4.2.1 直井建槽工藝流程

淡水池淡水經(jīng)建槽泵加壓后送至直井的井口裝置，沿直井中心管達(dá)井底，進(jìn)入鹽槽溶鹽形成鹵水，鹵水直井環(huán)隙回鹵通道上升至地表，經(jīng)回鹵管將高濃度鹵水送至鹵池，將低濃度鹵水送至淡水池入井參與再循環(huán)。

4.2.2 水平對(duì)接井連通采鹵工藝流程

取水站淡水經(jīng)給水管道輸送至淡水池，淡水經(jīng)采鹵泵加壓后，送至注水井井口裝置，沿直井注水通道達(dá)井底，進(jìn)入水平段鹽槽溶鹽形成鹵水后沿水平井回鹵通道上升至地表，經(jīng)回鹵管送至鹵池；鹵水用輸鹵泵和輸鹵管道輸送到氯堿廠儲(chǔ)鹵池。各出鹵井根據(jù)需要安裝降咸配水管，以滿(mǎn)足調(diào)節(jié)鹵水濃度的要求，工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

5 工程建設(shè)條件

（1）市場(chǎng)條件。

工程屬于地下鹽鹵礦山，產(chǎn)品為鹵水，產(chǎn)品目標(biāo)市場(chǎng)現(xiàn)主要為東營(yíng)、濰坊、濱州、淄博等地的氯堿生產(chǎn)企業(yè)和純堿生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品市場(chǎng)條件好，應(yīng)用前景光明。

圖1 水平對(duì)接井連通采鹵工藝流程示意圖

（2）資源條件。

工程涉及到的資源主要有巖鹽資源和水資源。

a.巖鹽資源：根據(jù)《東營(yíng)地區(qū)鹽巖地震地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)》、《東營(yíng)地區(qū)沙四段鹽巖地質(zhì)綜合研究》以及探井的實(shí)鉆取芯資料和電測(cè)解釋資料，7.5 km2勘探區(qū)內(nèi)礦石量折合NaCl 量約為六億噸，礦石中NaCl 平均品位為90%。首采區(qū)3.5 km2范圍內(nèi)礦石量折合NaCl 量約為二億六千五百萬(wàn)噸。證實(shí)該地區(qū)巖鹽資源條件較好，可靠程度較高。

b.水資源：礦區(qū)瀕臨以黃河水為水源的水庫(kù)，水資源條件好。

（3）技術(shù)條件。

采用當(dāng)前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的水平對(duì)接井組連通采鹵工藝技術(shù)，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)完善，該技術(shù)自上世紀(jì)90年代初研發(fā)應(yīng)用至今，已非常成熟、可靠。

（4）環(huán)境條件。

原鹽和鹵水是鹽化工企業(yè)的重要原料，原料供給保障程度影響著鹽化工企業(yè)能否可持續(xù)發(fā)展。該地區(qū)鹽化工業(yè)發(fā)展較快，海鹽市場(chǎng)大幅波動(dòng)，原料供給與需求矛盾日益突出。

由于礦區(qū)屬于平原地區(qū)，在極端氣候條件下，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生影響，不會(huì)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

（5）施工條件。

構(gòu)造巖鹽層埋深大于3 600 m，巖鹽礦層直接頂、底板為20～30 m 和10～15 m 厚的硬石膏巖，為可塑性地層，巖性致密，為非透水層，隔水性良好，若有斷層通過(guò)，可塑性的硬石膏巖也會(huì)使斷層迅速“愈合”，因此，巖鹽保存完整，未遭地下水破壞，且?guī)r鹽易溶于水，完全適宜水溶開(kāi)采。

6 鹵水輸送管道比選

6.1 輸鹵管道材質(zhì)選擇

由于輸鹵管線一般為遠(yuǎn)程輸送，輸鹵壓力為3.5～4.0 MPa，結(jié)合輸送介質(zhì)（鹵水）條件，可用于輸送鹵水的管材主要有鋼管、玻璃鋼管等。

玻璃鋼管主要優(yōu)點(diǎn)是，可埋地敷設(shè)而不需永久性占地，不需防腐處理，內(nèi)壁光滑、阻力小（λ≈0.001 29、為鋼管的1/10），輸送流量大而穩(wěn)定，抗壓強(qiáng)度較高，維護(hù)工作量較小，使用壽命較長(zhǎng)，運(yùn)行能耗較低。主要缺點(diǎn)是，易受到人為損壞，玻璃鋼管道安裝難度很大。

鋼管主要優(yōu)點(diǎn)是，可埋地敷設(shè)而不需永久性占地（也可明設(shè)），強(qiáng)度高而不易受到人為損壞，抗壓強(qiáng)度較高，技術(shù)成熟而使用較普遍，維護(hù)較簡(jiǎn)單，輸送流量能滿(mǎn)足要求。主要缺點(diǎn)是，內(nèi)外壁均需作防腐處理，增加了管道安裝費(fèi)用，防腐后內(nèi)壁阻力大，會(huì)造成運(yùn)行能耗偏高。

綜合比較，玻璃鋼管道容易受到人為損壞且安裝難度大，建議暫不考慮，推薦選用鋼管（鋼板直縫卷管）作為輸鹵管道。

6.2 輸鹵管道敷設(shè)方式

輸鹵管道敷設(shè)需考慮沿線的地理環(huán)境條件，盡量選擇無(wú)高差地形。輸鹵管道采用埋地敷設(shè)方式，埋在防凍土層以下，管頂埋深0.8～1.0 m。

7 經(jīng)濟(jì)分析

目前，原鹽（指海鹽）每噸售價(jià)為280～300元，規(guī)模為10萬(wàn)t/a 燒堿廠，年需要原鹽15.4萬(wàn)t，原料成本為4 312萬(wàn)～4 620萬(wàn)元。

地下鹽鹵礦開(kāi)采工程綜合生產(chǎn)成本為84元/m3，規(guī)模為10萬(wàn)t/a燒堿廠年需要采輸鹵水20萬(wàn)m3，原料成本為1 680萬(wàn)元，低于使用海鹽成本2 632萬(wàn)～2 940萬(wàn)元。

8 結(jié)論

經(jīng)對(duì)沙四段第一膏鹽層進(jìn)行勘探，巖鹽埋深3 757.63～3 994.00 m，開(kāi)采垂深近四千米的巖鹽礦屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)；巖鹽礦累計(jì)厚度20.50～172.50 m，一般在六十米左右，鹽層層數(shù)較多，層厚為0.50～16.25 m，含鹽層平面分布近橢圓形，巖鹽呈層狀產(chǎn)出，與地層產(chǎn)狀一致。礦石類(lèi)型主要為灰白色巖鹽，以團(tuán)塊、條帶狀、斑塊狀、斑點(diǎn)狀為主，NaCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為89.50%～98.97%，屬Ⅰ級(jí)品，非常適合用于氯堿和純堿生產(chǎn)原料用鹽。