寧夏固原硝口-上店子鹽礦區(qū)井堵原因分析

魏長青

（江蘇煤炭地質(zhì)局江蘇長江地質(zhì)勘查院，江蘇常州 213017）

·鉆探·物探·

寧夏固原硝口-上店子鹽礦區(qū)井堵原因分析

魏長青

（江蘇煤炭地質(zhì)局江蘇長江地質(zhì)勘查院，江蘇常州 213017）

固原硝口—上店子鹽礦區(qū)在2015年1月先后竣工8對井組，由于鹽化工設(shè)備進行調(diào)試和供電原因，采鹵工作時常間斷，至7月份所有井組均出現(xiàn)不同程度的井堵問題。在分析區(qū)內(nèi)地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，對礦區(qū)內(nèi)井組的布置、結(jié)構(gòu)、對接方式及生產(chǎn)運行情況進行了研究，制定了解堵方案及施工步驟。通過解堵施工過程的實踐，基本掌握了礦區(qū)井堵產(chǎn)生的原因，認(rèn)為突然斷電后未及時關(guān)閉注水閥門，直井套管內(nèi)的淡水和斜井套管內(nèi)的飽和鹵水產(chǎn)生壓力差，將通道里大量的不溶物壓至直井套管下部，是導(dǎo)致井堵形成的直接原因，大量不溶物存在和采鹵工藝不合理是導(dǎo)致井堵形成的間接原因。

鹽礦；構(gòu)造復(fù)雜；地層破碎；井組對接；井堵；原因分析

1 礦區(qū)地質(zhì)

（1）地層。礦區(qū)出露地層為白堊系下統(tǒng)六盤山群馬東山組、乃家河組；古近系清水營組；第四系上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。

（2）構(gòu)造。礦區(qū)位于六盤山的北端，地處硝口—上店子中新生代斷陷盆地之葉家河—硝口大斷層?xùn)|北邊緣。根據(jù)地震和鉆探資料分析，礦區(qū)含鹽層總體形態(tài)為一走向北西、傾向北東的單斜構(gòu)造；在其外圍發(fā)育有褶曲及斷裂構(gòu)造，均以北西向為主（圖1）。

（3）含礦層位[1]。礦區(qū)含鹽巖系為白堊系下統(tǒng)六盤山群乃家河組上段，厚度227.37～958.81 m，平均厚度為524.50 m。工業(yè)鹽層較多、厚度變化較大，含鹽地層總體厚度由西南向北東逐漸增厚，埋藏深度也隨之加深；地層韻律旋廻較發(fā)育，單一鹽層多呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出；鹽礦層傾角較大，傾角一般為30°～40°，局部受構(gòu)造影響，傾角更大。

（4）工程地質(zhì)特征[1]。礦區(qū)內(nèi)礦體埋藏于乃家河上段，頂板分布厚度大，相對較穩(wěn)定，但用對接井或單井水溶開采各鹽群時頂板穩(wěn)定性差，且礦體頂板以上為厚度較大的古近系泥巖和第四系松散層所覆蓋，均屬于軟巖石，工程地質(zhì)條件差，在水采過程中頂板、礦層及夾層將會出現(xiàn)軟化、溶解現(xiàn)象，改變和降低原有的物理力學(xué)性能，極易引發(fā)頂板巖層的重力失衡，產(chǎn)生垮塌或變形等地質(zhì)狀況。

2 礦區(qū)內(nèi)井組生產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1 井組布置、結(jié)構(gòu)及軌跡

2014年在礦區(qū)內(nèi)布置了8對對接井組，井組延地層走向布置。直井采用二開結(jié)構(gòu)，定向水平井采用三開結(jié)構(gòu)。

圖1 Ⅳ井鹽群厚度變化及構(gòu)造特征Figure 1 Thickness variation and structural features in well group IV

2.1.1 直井井身結(jié)構(gòu)

一開采用φ311 mm鉆頭鉆進至井深為211 m，測井，然后下入J55φ245 mm×8.94 mm×210 m表層套管后固井。

二開采用φ216 mm鉆頭鉆進至設(shè)計井深，測井，根據(jù)測井資料確定套管下入深度，然后下入N80φ 177.8 mm×9.19 mm至目的深度，然后固井。

2.1.2 定向水平井結(jié)構(gòu)

一開和直井相同。二開采用φ216 mm鉆頭鉆進至設(shè)計直井段井深（A點即造斜點），然后開始第一次造斜至設(shè)計深度（B點即頂角60°），測井，下入N80φ177.8 mm×9.19 mm至目的深度，然后固井。

三開采用φ152 mm鉆頭鉆進至目標(biāo)井溶腔（C點）完鉆。

井組軌跡如圖2所示。

2.1.3 井組對接方式

本礦區(qū)布置的8對井組采用兩種方式進行對接，J5－J6井組采用常規(guī)直井建腔斜井定向?qū)?；其?對井組直井不建腔，采用點對點強磁對接技術(shù)。

2.2 采鹵生產(chǎn)情況

2014年5月鉆井設(shè)備相繼進場施工，2015年1月共竣工8對井組。我院施工3對井組，其他兩家單位施工5對井組，同年2月開始進行試生產(chǎn)。由于鹽化工設(shè)備進行調(diào)試和供電原因，采鹵工作時常間斷，到5月份就陸續(xù)出現(xiàn)井組井堵現(xiàn)象，至7月份所有井組均出現(xiàn)井堵。每個井組采鹵量大致在2～7萬m3，估算溶腔跨度大致在20 m左右。

圖2 井組對接垂直剖面Figure 2 Vertical section of well group linkup

3 解堵方案及實施步驟

解堵采用了以下步驟[2-4]：先采用泥漿泵從斜井壓鹵水解堵；若無法解堵，則采用鉆具從直井透井解堵；若再無法解堵，則從斜井透井或重新定向連通。

通過施工發(fā)現(xiàn)，從斜井采用泵壓無法解堵。只有采用鉆具從直井透井解堵。下鉆具發(fā)現(xiàn)直井套管下部100多米遇阻，進行循環(huán)沖洗直至沖出套管口下10 m，沖洗幾天后再從斜井壓鹵水把水平井段的不溶物向直井套管口推趕，再次沖洗直至整個井組的不溶物干凈且采鹵壓力正常。所有井均采用此方法進行解堵疏通。

4 解堵過程及井堵原因分析

下面以J15－J16井組為例進行說明。

4.1 解堵過程

按上述解堵方案組織施工，第一步壓井壓不通，第二步安裝鉆機進行透井解堵。從直井J15井下鉆，鉆具下至1 366 m（套管深度1473.80 m）遇阻，開始沖掃井，一直沖至出套管10 m。沖洗12 d上返十幾噸泥質(zhì)物質(zhì)，沖洗第13 d時J15井失返，J16井返出4～5 m3鹵水，解堵初步成功。后從J16井壓鹵水5～6 m3，壓力上升到10 MPa，再從J15井下鉆具透井，鉆具下到距套管底口55 m處遇阻，沖洗至出套管，上返5 m3多泥質(zhì)物質(zhì)；再從J16井壓鹵水5～6 m3，壓力上升到10 MPa，再從J15井下鉆具透井，鉆具下到距套管底口65 m處遇阻，沖洗至出套管，上返近10 m3泥質(zhì)物質(zhì)；再從J16井壓鹵水7～8 m3，壓力上升到10 MPa，再從J15井下鉆具透井，鉆具下到距套管底口72 m處遇阻，沖洗至出套管，上返近10 m3泥質(zhì)物質(zhì)；重復(fù)上述步驟四五次，歷時41 d，壓力4.9 MPa，流量50 m3，壓力流量正常。

正常循環(huán)5 d停泵，拆卸鉆具后接礦方輸鹵管線，循環(huán)1 d后又發(fā)生了井堵。再次從J16井安裝鉆機透井，鉆具下至1 400 m處遇阻，沖掃井至出套管底口2 m，上返大量的泥質(zhì)物質(zhì)，提起20 m再下又遇阻，接著沖掃井至套管底口2 m，上返大量泥質(zhì)物質(zhì)，反復(fù)重復(fù)這樣工作12 d后，基本沒有上返物質(zhì)了，從J15井壓鹵水，壓力從小到大，流量也隨著增加，最后壓力4.4 MPa，流量52 m3。循環(huán)8 d正常，至今生產(chǎn)正常。

4.2 井堵原因分析

4.2.1 直接原因

主要是突然斷電后未及時關(guān)閉注水閥門，直井套管內(nèi)的淡水和斜井套管內(nèi)的飽和鹵水產(chǎn)生壓力差，將通道里大量的不溶物壓至直井套管下部，從而導(dǎo)致井堵。

4.2.2 間接原因

主要是大量不溶物存在和采鹵工藝不合理。

（1）大量不溶物質(zhì)產(chǎn)生主要有三大原因[5-6]：①來自頂板垮塌、局部泥質(zhì)含量高和穿越厚度較薄的泥質(zhì)夾層所致。由于本礦區(qū)受構(gòu)造影響較大，地層受擠壓現(xiàn)象嚴(yán)重，頂板穩(wěn)定性差，頂板或泥巖層遇水和壓力變化時極易垮塌，形成大量水不溶物；②首采層或?qū)幽康膶泳鶠槲锾綔y井所確定的，沒有進行直觀取心工作，對鹽層的不溶物質(zhì)的含量不能進行量化，通過已往取心化驗資料分析，物性很難確定鹽層的不溶物質(zhì)的賦存情況；③鹽礦區(qū)勘探程度低，地質(zhì)條件不清楚，鹽層對比困難，礦區(qū)內(nèi)次生構(gòu)造沒查明，現(xiàn)有地質(zhì)資料進行長距離（J15-J16井組水平距離約400多米，其它井組水平距離約200多米）對接井組施工易造成穿越泥巖夾矸或夾層，從而產(chǎn)生大量不溶物。

（2）采鹵工藝不合理[7]主要表現(xiàn)在以下5個方面：①建槽時間短，通道太小，注水量迅速增加，個別夾層或泥巖段通道較小，大量的不溶物極易在此段堵井；②在建腔初期正反循環(huán)注水時間、流量、壓力沒有正確控制，易在建腔初期造成井堵；③井內(nèi)壓力小，平衡不了地層壓力，導(dǎo)致頂板泥巖層垮塌，形成大量水不溶物，造成井堵；④沒有按照正常的采鹵工藝進行采鹵；⑤采鹵過程中沒有觀察各個井的壓力變化，并對壓力變化情況進行分析，及時采取相應(yīng)措施。

5 結(jié)論與建議

礦區(qū)造成井堵并不是某單一原因引起的，而是幾個原因共同作用的結(jié)果。造成井堵的條件是要有堵塞物、堵塞通道及推動力。盡量控制造成井堵的這幾個條件的形成，減少堵井機率。建議礦區(qū)在以后勘探過程中補做如下地質(zhì)工作：

（1）在有條件的地方進行三維地震工作，充分掌握礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造及鹽層整體賦存情況，對礦區(qū)的鹽礦層賦存規(guī)律及構(gòu)造情況進行分析，為今后井位布置提供技術(shù)支撐。

（2）在布置對接井時，直井在目的層段應(yīng)及時進行取心，斜井也要進行先導(dǎo)井取心后回填再進行定向?qū)邮┕ぃr樣進行化驗測試，充分了解目的層的地質(zhì)情況及鹽層賦存狀況，做好鹽層對比工作。

（3）盡量采用直井建腔斜井定向?qū)蛹夹g(shù)，使產(chǎn)生的不溶物質(zhì)有一個大的儲存地方。

建議在日常采鹵過程中應(yīng)采取以下措施[8]：

（1）控制好注采壓力，平衡好裸眼的地層壓力，減少頂板垮塌的機率和垮塌量；

（2）在正常采鹵過程中，盡量控制突然停電，若必須停電，停電前必須關(guān)閉注水閥門，控制好注水井內(nèi)的壓力，以防倒流。

（3）隨時注意注水壓力的變化情況，及時對異常情況進行分析處理。

[1]強泰，簡紹廣，褚小東.寧夏固原硝口地區(qū)巖鹽地質(zhì)特征及開采技術(shù)方法研究[J].中國井礦鹽，2012，43（255）：9-12.

[2]閆有韌，陳俊曉，等.水力壓裂法在定向井組生產(chǎn)事故處理中的應(yīng)用[J].中國井礦鹽，2008，39：26-27.

[3]李勇.鹽井修井流程及常見工具簡析[J].中國井礦鹽，2015，46（240）：16-18.

[4]王冰.淺談鹽井解堵措施的應(yīng)用及效果[J].中國井礦鹽，2013，44（231）：22-24.

[5]陳必權(quán).淺談水平連通鹵井堵塞的原因與處理[J].中國井礦鹽，2014，45（233）：18-19.

[6]劉文濤.淺談對井連通開采中鹽結(jié)晶堵管和砂堵成因及預(yù)防[J].中國井礦鹽，2011，6.

[7]李文魁，王佳.淺談鹵井事故原因及其預(yù)防和處理方法[J].中國井礦鹽，2008，39

[8]劉紅偉，等.水平定向連通井組堵井事故的預(yù)防探索[J].中國井礦鹽，2012，5.

Well Plugging Cause Analysis in Xiaokou—Shangdianzi Salt-mine Area,Guyuan,Ningxia

Wei Changqing
(Jiangsu Changjiang Geological Survey Institute,Jiangsu Bureau of Coal Geological Exploration,Changzhou,Jiangsu 213017)

In the Xiaokou—Shangdianzi salt-mine area,Guyuan,8 pairs of well have been completed successively during the January, 2015.Since the test run of salt chemical equipment and issues from power supply,the brine extraction process frequently interrupted, different extent well plugging issues have been happened in all well groups up to July.On the basis of geological situation analysis in the area,carried out studies on well group layout,configuration,linkup mode and production operation situation in the area have deter?mined plug removal scheme and operation procedure.Through practices of plug removal,basically grasped plugging causation in the salt-mine area,and considered that the immediate cause is from sudden power off and water valve not closed in time,pressure differ?ence produced between fresh water in vertical well casing and saturated brine in inclined well,thus caused large amount of insoluble matter pressed into vertical well casing bottom;the remote cause is from large amount of insoluble matter existing and unreasonable brine extraction process.

salt-mine;complex structure;crushed strata;well group linkup;well plugging;causation analysis

P634.8

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.03.13

1674-1803(2017)03-0062-03

魏長青（1974—），男，高級工程師，主要從事煤炭、巖鹽、地?zé)帷⒚簩託?、頁巖氣、石油等資源的地質(zhì)與勘探工作。

2016-10-08

責(zé)任編輯：樊小舟