岩盐水溶特性的试验研究

　　岩盐水溶采矿是一门综合性、多学科的工程应用技术。四川自贡地区的岩盐采卤在古代曾有辉煌的历史。但长期以来,对岩盐水溶特性的研究和认识处于局部的定性阶段,系统的试验研究还是国内的一个空白领域。我国岩盐资源丰富,储量大,但又具有埋藏较的单一薄盐层的特点。为了提高盐井的卤水产量和延长其安全生产期,给开采工艺参数的设计与控制提供依据,实现对水溶特性的研究从定性到定量的转变,必须开展系统的试验研究。

　　历时一年半的系列模拟试验,分为两个阶段。第一阶段对不同形状和尺寸的14件岩盐试件进行溶解特性试验;第二阶段对单井、双井、油垫保护、梯段提升的各种工况进行了系列的模型试验。根据相似原理,进行模型设计,完成了两个单井小模型、四个双井连通大模型的试验。其中速度场的分布采用激光多普勒测速仪(LDA)来确定,浓度场的分布在取样后采用银盐滴定的方法确定。

　　1　研究对象

　　四川自贡长山盐矿303和304“八五”项目攻关井组的两井相距108米,埋深1260米,盐层厚度仅20米,为T213-2地层,NaCl的含量高于95%,盐层倾角3°~7°。两井的钻井工程完成后,下入管串。每井由三管套装,其中心管管径2·5″,环隙管管径5″,注油管管径7″。

　　在建槽期,中心管距盐层底板2米,采用正循环方式(即中心管注入淡水,由环隙腔出卤)生产,其注淡口与出卤口的距离为2米,采用油垫层(经注油管注入柴油)保护顶部,避免上溶,促使侧向溶解。两井建槽完成后,自然溶通,然后抽掉中心管。使一井注淡,一井出卤,此时溶腔不断扩大,需继续注入柴油保护顶部。进入生产期后,分四个梯段提升管串,每梯段提升4米。控制每梯段的溶腔直径使其下大上小,以保证溶腔形状为一结构稳定的拱形溶腔,达到延长生产安全期的目的。井组生产示意图如图1所示。

　　2　模型设计原理

　　2·1　变态模型

　　由于工程实际的径向尺度比垂向尺度大很多倍,因而模型设计中要考虑水平方向和垂直比尺不同的变态模型,得出有较大水深和较陡盐壁的二维断面,便于量测。根据分析,在本试验中采用变态模型是可行的。我们取

　　水平比尺

　　垂向比尺

　　变态率

　　式中脚标n指实物,m指模型,h代表水平,v代表垂向。根据相似原理,本模型试验主要应保证满足重力相似准则,即弗劳德数相等,由此来进行相应的工程换算。即

　　式中,V为卤水流速,g为重力加速度,L为几何尺寸。

　　考虑到模型的垂向变态率,由重力相似条件导出流速比尺为

　　取重力加速度为常数,于是