土耳其卡赞碱矿对接井水溶开采技术创新综述.pdf

第４ ７卷第８期 ２ ０ ２ ０年８月 探矿工程 岩土钻掘工程 E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n gR o c k修回日期 ２ ０ ２ ０－０ ７－０ ９ D O I１ ０．１ ２ １ ４ ３/ j ． t k g c ．２ ０ ２ ０．０ ８．０ ０ ４ 基金项目 中国地质调查局地质调查项目“ 土耳其卡赞 贝帕扎里天然碱矿探采方法技术合作” 编号D D ２ ０ １ ９ ０ ９ ０ ６ ０ ２ 作者简介 刘汪威, 男, 汉族,１ ９ ８ ２年生, 高级工程师, 地质工程专业, 主要从事受控定向钻进连通井相关科研与设计工作, 河北省廊坊市金光道 ７ ７号,l i u w w ８ ８＠q q ．c o m. 引用格式 刘汪威, 涂运中, 刘海翔, 等．土耳其卡赞碱矿对接井水溶开采技术创新综述[J]．探矿工程 岩土钻掘工程 ,２ ０ ２ ０,４ ７８ １ ４－２ ３． L I U W a n g w e i,TUY u n z h o n g,L I UH a i x i a n g,e t a l ． R e v i e wo n i n n o v a t i v e t e c h n i q u e s f o r s o l u t i o nm i n i n gw i t h i n t e r s e c t e dw e l l s e t s a t K a z a nT r o n aM i n e i nT u r k e y[J]． E x p l o r a t i o nE n g i n e e r i n gR o c k 水溶开采; 对接井; 定向钻探技术; 水平分支井; 三维地质模型; 防斜措施; 井底钻具组合; 钻井轨 迹控制; 技术创新; 土耳其卡赞碱矿 中图分类号P ６ ３ ４． ７;T D ８ ７ 文献标识码A 文章编号１ ６ ７ ２－７ ４ ２ ８２ ０ ２ ００ ８－０ ０ １ ４－１ ０ R e v i e wo ni n n o v a t i v e t e c h n i q u e s f o r s o l u t i o nm i n i n gw i t h i n t e r s e c t e dw e l l s e t sa tK a z a nT r o n aM i n e i nT u r k e y L I U W a n g w e i,TUY u n z h o n g,L I U H a i x i a n g,Z HANGX i n g a n g,L I NX i u k u o I n s t i t u t eo fE x p l o r a t i o nT e c h n i q u e s,C A G S,L a n g f a n gH e b e i０ ６ ５ ０ ０ ０,C h i n a A b s t r a c tS o l u t i o nm i n i n go fK a z a nT r o n aM i n e i nT u r k y i s r e a l i z e db y t h e i n t e r s e c t e dw e l l s e t,w h i c h i s f o r m e db y d r i l l i n go fo n eh o r i z o n t a lw e l l t oi n t e r s e c to n eo rm o r ev e r t i c a lw e l l sw i t hh e l po ft h eh i g ha c c u r a c yt a r g e t Ｇ h i t t i n g g u i d a n c es y s t e m． O nt h eb a s i so f t h ep r e v i o u s l o n g Ｇ t e r me x p e r i e n c e,t h ee x i s t i n gd r i l l i n gt e c h n i q u e sa n dg e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f t h em i n e,as e r i e so f i n n o v a t i v ed r i l l i n gt e c h n i q u e sh a v eb e e nd e v e l o p e df o rt h ep u r p o s eo fb e t t e r e x p l o i t i n gt h em i n e,i n c l u d i n gt h es t r a t a Ｇ s p e c i f i cd r i l l i n gt e c h n i q u e s,t h e３ Dg e o l o g i c a lm o d e lf o rt h em i n e,t h e d e s i g na n da p p l i c a t i o no f i n t e r s e c t e dw e l l sw i t hh o r i z o n t a l b r a n c h e s,t h eo p t i m i z a t i o no f t h eh o r i z o n t a lw e l l t r a j e c t o r y d e s i g n,t h es e t t i n gu po ft h es t a n d a r dg e o p h y s i c a ll o g g i n gr e s p o n s ec u r v e sf o rt h eo r ea n dn o n Ｇ o r el e d g e s,t h e d e v i a t i o nc o n t r o lm e t h o d sb a s e do n t h e s t u d yo nt h e f o r m a t i o nd e f l e c t i n gm e c h a n i s m,p r o p e r c o m b i n a t i o no f v a r i o u s B HA s,t h et e c h n i q u et oi m p r o v ec o n t r o lo ft h eh o r i z o n t a ld r i l l i n gt r a j e c t o r y,e t c ． Al o to fb e n e f i t sh a v eb e e n a c h i e v e db yt h ea p p l i c a t i o no f t h e s et e c h n i q u e s,s u c ha st h e i m p r o v e m e n to f t h ep l a n n e dp r o d u c t i v i t yo f t h em i n e, r e d u c e dw e l lc o n s t r u c t i o nc o s t,e n h a n c e dr e c o v e r yo ft h et r o n ar e s o u r c e s,d e c r e a s e dc o n s t r u c t i o np e r i o d,r a i s e d d r i l l i n ge f f i c i e n c y,a n dm i n i m u mi m p a c t o ne n v i r o n m e n t ． T h e i n n o v a t i v e t e c h n i q u e s c a nb e r e f e r r e da s ag u i d e f o r t h e p l a n n i n go f t r o n ao ro t h e rs o l u b l em i n e s,a n df o r t h ec o n s t r u c t i o no f i n t e r s e c t e dw e l l s e t s ． K e yw o r d st r o n am i n e;s o l u t i o n m i n i n g;i n t e r s e c t e dw e l ls e t;d i r e c t i o n a ld r i l l i n gt e c h n o l o g y;h o r i z o n t a lb r a n c h w e l l;３ Dg e o l o g i c a lm o d e l l i n g;d e v i a t i o nc o n t r o lm e t h o d;B HA;d r i l l i n gt r a j e c t o r yc o n t r o l;i n n o v a t i v et e c h n i q u e s; K a z a nT r o n aM i n e i nT u r k e y ０ 引言 目前天然碱矿的开采主要采用钻井水溶采矿的 方法.该方法利用天然碱矿床易溶于水的特点, 通 过钻井注入淡水, 溶解地下矿床中的有益组分, 成为 溶液返出地面, 通过管道输送到工厂进行加工[ １－２]. 定向钻井技术在布置井位时可避开地表不利地 形开采其地下矿产.水溶采矿法具有节约土地资 源、 环境破坏小、 开采成本低、 设备和工艺简单、 劳动 条件好等优点, 特别适用于埋藏较深、 厚度较薄或品 位较低的可溶性固体矿产, 已在国内外一系列工程 项目中得到了成功应用[ ３－５]. 土耳其卡赞K a z a n 碱矿主要采用的是１口水 平定向对接井利用高精度中靶技术与２口垂直井在 碱层中对接后进行水溶开采的方法.通过长期大量 的钻井工作, 在已有的钻井技术与地质条件基础上, 应用了多种水溶采矿创新技术措施. １ 矿山概况 土耳其卡赞碱矿位于首都安卡拉市西北３ ５ k m, 矿床南北长４ 􀆱 ５k m, 东西宽３ 􀆱 ７k m, 面积约 ９ 􀆱 ８k m ２.矿区内地质条件复杂, 地层具有较强的 自然致斜特性.矿区地下水丰富, 钻井过程中容易 发生涌水. 矿区内从地表到目的层有新近纪和始新世２个 沉积年代的地层, 其中新近系地层可分为河流碎屑 岩和湖相碎屑岩.始新统地层可划分为A k p i n a r、 S a r i k a y a、F e t h i y e、A s m a l i d e r e与I n c i r l i k地层.天 然碱矿矿体赋存于始新统下层的I n c i r l i k地层中, 埋深在６ ０ ０７ ０ ０m, 含矿段厚度为６ ０１ ０ ０m, 从 上至下分布有B e d １ ０,B e dY,B e dX,B e d ９B e d １等 １ ２个碱层, 每层厚度０ 􀆱 ５２ ０m不等, 可采资源量 丰富, 具有极大的开发利用价值.其中, 碱层平均厚 度最大的为B e d ３碱层, 厚度为１ ０２ ５m, 为水溶开 采的首采层. 该碱矿已成功完成试采、 一、 二、 三期钻井项目, 合计约１ ０ ０余组天然碱对接井, 目前正在实施四期 钻井项目[ ６－１ １].该项目在已有的钻井技术与地质 条件基础上, 通过长期大量的钻井工作, 积累了丰富 经验, 应用了一系列天然碱对接井水溶采矿技术创 新措施. ２ 三维地质模型创新措施 ２．１ 三维地质模型的建立 早期设计主要是通过二点一线连接, 不能真实反 映多层天然碱矿层顶底板变化规律, 容易产生丢矿、 穿顶底板等事故, 通过在矿区布局适当的勘探井和勘 探生产两用井, 利用新获得的地质勘探数据, 补充矿 区现有地质勘探数据库, 建立起矿区地质数据库. 利用现代计算机技术, 采用有效筛选法, 在大量 钻井的地质资料基础上, 通过分析研究矿区现有地 质资料快速筛选出有用资料, 合理布局地质勘探井, 建立起矿区各种三维地质模型[ １ ２]. ２．１．１ 水文地质模型 通过历史水文数据及含水层参数, 查明地表水 和地下水资源的特征, 矿山与地下水之间的联系, 为 矿井设计提供解决方案.该矿区含有３个独立地下 含水层, 从上至下, 分为浅层弱含水层、 中部含水层、 深部含水层, 矿区水文地质模型见图１. ,QFLUOLN M“5 .. G “ “ G “ L“ G “  HWKL\H 图１ 卡赞碱矿水文地质模型 F i g ．１ H y d r o g e o l o g i c a lm o d e l o fK a z a nT r o n aM i n e 该矿区内深部含水层系统主要沿西侧脊突带进 行补给, 地下水流向为东西向, 有一个向上的地下水 梯度, 对中、 浅层含水层进行降梯度回灌.与深部含 水层系统相似, 中部含水层的渗流方向为东西向, 也 有一个向上的地下水梯度和充电浅系统. ２．１．２ 断层分布模型 通过三维地震勘探结果, 解析出主断层、 次生断 层、 褶皱、 破碎带等分布数据, 并对影响主矿层B e d ３ 碱层的断层活动进行解释与分析, 建立起断层分布 模型. 该模型对矿山开采的井网布置至关重要.在井 位布置中, 应尽量避开已知断层, 可降低对溶采通道 的影响, 能避免出现生产溶剂注入钻井时, 渗入断层 裂隙、 破碎带或深部地层中而无法返出的情况. ２．１．３ 主矿层地质模型 模型建立的范围及各参数如下 １Y坐 标 范 围 值 东 西 方 向 为４ ５ ５ ０ ０ ０ ４ ６ ４ ０ ０ ０m; ２X坐标范围值 南北方向 为４ ４ ３ ９ ０ ０ ０ ５１ 第４ ７卷第８期 刘汪威等 土耳其卡赞碱矿对接井水溶开采技术创新综述 ４ ４ ４ ６ ０ ０ ０m; ３ 网度大小５m５m; ４ 建模计算方法 最小曲率法; ５ 建模计算参与数据 地层数据、 矿层数据、 含 水层数据、 断层分布数据. ２．２ 三维地质模型的应用 ２．２．１ 有助于钻井轨迹设计 [１ ３－１ ７] 未掌握地质建模方法前, 只能按甲方设计进行 钻井作业.在地质复杂区域, 由于甲方设计变更不 及时, 导致盲目钻进、 反复找矿、 堵井后复打等一系 列问题, 增加了大量的工作量.采用地质建模方法 后, 可及时更新地层数据, 钻井施工前进行钻井轨迹 的更新设计, 指导后续的钻井工作, 能减少不必要的 工作量, 钻井结构设计见图２.   P 1 P F4e  Z P ２ 矿层等厚线图 反映矿层厚度变化, 矿层分 布面积和边界矿层范围, 并提供基础的井位布置, 可 避免在薄矿层附近布置井位; ３ 碱矿石品位分布图 通过对钻井的岩心分 析, 说明矿石的化学成分在空间上的变化, 可以避免 在品位低或含盐量高的区域布置井位; ４ 含水层等深线图 通过勘探井和水文地质井 的分析, 说明含水层位置的变化, 有利于为每口钻井 设计出合理的套管深度; ５ 断层分布图 通过三维地震勘探结果, 说明 主断层、 次生断层、 褶皱、 破碎带等分布情况, 有利于 避开断层布置井位. ３．２ 多井组分支井溶采方案 [１ ８] 该碱矿的开采中, 设计出一种多井组分支井溶 采方案, 采用一口水平井分支对接４口垂直井 见图 ５ .该方案采用了水平分支井的特点, 取得了较好 的效果. “ “ ２ 大大降低了施工成本; ３ 提高了矿层的回采率; ４ 减少了施工工期; ５ 降低劳动强度 减少搬家次数 ; ６ 减少了施工场地, 降低对环境的破坏. ３．３ 对接井分层同时开采方案 探索出对接井分层同时开采方案, 可以在开采 B e d ３碱层的同时, 实现对B e d ２碱层的开采, 以提高 矿山的资源利用率. 在原设计井组中, 水平井H ０ ０ １连通B e d ３碱层 ７１ 第４ ７卷第８期 刘汪威等 土耳其卡赞碱矿对接井水溶开采技术创新综述 之后, 采用分支侧钻的方式开采B e d ２碱层.水平 井组所采用的参数与原设计基本一致, 水平井造斜 距离２ ０ ０m, 两垂直井距离在７ ５１ ０ ０m, 开采B e d ２ 的分支点距离V ０ ０ １ A垂直井为７ ０８ ０ m, 见图 ６ [１ ８].该方案达到了提高回采率的效果, 且具有钻 井工作量少、 工期较短及投资费用较低的优点.  “F “ “ HG*A7 HG  HG   HG_ HG*A7  HGFF HGFF76 7L 1-aP 76 7L 1-_P 99   “F “ “ HG*A7 HG  HG   HG_ HG*A7  HGFF HGFF76 7L 1-_P 76 7L 1-_P 图６ 井组分层同时开采示意 F i g ．６ S c h e m a t i co f s i m u l t a n e o u sm i n i n go fm u l t i p l e t r o n a l a y e r sw i t ho n e i n t e r s e c t e dw e l l s e t ４ 定向轨迹控制创新措施 ４．１ 探索出矿区地层致斜特性 该矿山地质条件较为复杂, 图７为B e d ３碱层底 板等高线图.主要特征有地层倾角大, 达到了１ ０ １ ６ ; 其次是软硬互层, 深度０２ ０ ０m范围为以 N e o g e n e、A k p i n a r、S a r i k a y a地层为主的较软的粘 土岩、 泥岩与较硬的硬质泥灰岩互层, 深度２ ０ ０ ４ ０ ０m范围为F e t h i y e地层以硬质泥灰岩为主, 深度 ４ ０ ０m至矿层范围为A s m a l i d e r e地层以较软的棕 色泥岩为主.                              Q0P Y P X P 图７ B e d ３碱层底板等高线分布 F i g ．７ C o n t o u rm a po f t h e f l o o ro f t h eB e d ３t r o n a l a y e r 在钻井施工中, 由于地层软硬互层和倾角大, 导 致地层具有较强的自然致斜特性, 增加了钻井井斜 的控制难度.以V １ ０ ８ ２ A井为例, 一开完钻时, 电 测井结果显示, 钻孔最大井斜角达到了５ 􀆱 ２ , 孔底 偏移距离达到了１ ７ 􀆱 ６m.钻井技术合同中规定垂 直井在终孔时井斜必须控制在半径为６m的平面 靶圈范围内.因此, 该井斜结果导致只能采用水泥 填井, 重新分支进行一开纠斜的补救措施, 增加了工 期和重复工作量.若全部垂直井采用纠斜钻具施工 的方案, 需投入大量设备和人员, 增加施工成本. ４．２ 实施多种井斜控制措施 钻井施工中, 对钻具结构和钻井参数进行了研 究与实验对比, 主要实施了以下几种措施进行井斜 控制 １ 通过研究发现, 已完井的钻井偏斜方位均在 ３ ０ ０ ３ ３ ０ 区间内, 正好与地层倾斜方向相反, 即钻 井时钻头垂直于地层方向偏移.根据地层的这一自 然致斜特性, 在布置井位时, 不将其放置在设计靶点 处, 而是从设计靶点沿着１ ２ ０ １ ４ ０ 方向移动一定 的距离 需根据井场地形条件和设计钻井深度综合 考虑具体的偏移量 , 钻进时轨迹会由于地层的自然 致斜而偏向设计靶点. ２ 在最容易导致井斜的软硬地层交界位置, 进 行吊打的形式, 轻压钻进. ３ 司钻需严格控制钻进速度, 匀速钻进, 切勿 因出现软地层而提高钻速. ４ 在靠近钻头的位置, 增加一定数量的钻铤, 使整个钻具组合更好地保持垂直; 增大钻铤的尺寸, 以减小环空间隙, 起到扶正器的作用. 例如, 垂直井V １ ４ ８ １ B在钻井施工前, 将井口 位置相对于设计靶点往１ ３ ０ 方向挪动了１ ０ 􀆱 ２ ８m, ８１ 探矿工程 岩土钻掘工程 ２ ０ ２ ０年８月 通过调整钻具组合和钻井参数, 一开孔底偏移距离 降低到了５ 􀆱 ８ １m, 且偏移方向正对设计靶点位置, 后续二开钻进则无需采取任何纠斜措施即可顺利进 入靶圈范围内, 见图８.通过采取上述措施, 在钻井 施工中, 能大幅降低纠斜施工工作量、 减轻工作强 度、 提高施工效率、 缩短工期、 降低成本.                    “ AAM ２ 下钻前, 检查取心工具、 取心钻头, 及各部分 丝扣完好, 组装时必须上紧; ３ 上下钻台时, 采取必要保护措施包裹好钻 头, 防止碰坏钻头胎体; ４ 下钻时, 操作要平稳, 控制速度, 不得猛放、 猛刹, 严防顿钻; ５ 取心钻进前, 保持井眼通畅无阻, 无垮塌沉 屑, 井底无金属异物; ６ 取心钻进中, 要求送钻均匀、 平稳, 防止溜 钻, 钻压＜３ ０k N, 中途不得停泵、 提钻, 发现严重憋 钻或进尺突然变慢时, 应立即割心起钻; ７ 起钻时, 操作要平稳, 不得猛提、 猛拉, 不准 使用转盘卸扣; ８ 岩心从岩心管取出时应小心操作, 须清洗干 净, 然后置于岩心箱内; ９ 岩心入箱摆置必须保持其原来次序, 各回次 岩心由分隔挡板分开, 摆放时减小对岩心的破坏; １ ０ 经检查无误后, 对岩心进行编号, 在岩心和 岩心箱上作必要的标记, 岩心自然干燥后要密封. ６ 物探测井创新措施 通过矿区内取心钻井数据, 分别对岩屑录井、 岩 心录井结果与物探测井曲线解释结果进行对比研 究, 分别建立起非矿层段与矿层段的基准物探测井 响应曲线.下面以V １ ４ ０ １ A井为例, 简要说明其 对比情况. ６．１ 非矿层段 根据本项目岩屑、 岩心录井技术操作规程, 在一 开井段每钻进２m捞取一次岩屑样品, 二开井段至 开始取心前每钻进１ m捞取一次岩屑样品, 经清 洗、 晾干等标准流程后进行描述.钻至设计深度后, 下入通井管清除井壁上附着的岩屑后, 进行裸眼测 井.通过测井, 获得自然伽马、 电阻率、 自然电位和 侧向电阻率等测井曲线, 经过分析研究可发现有几 处明显的地层分界点, 岩屑录井与物探测井曲线解 释结果对比情况见表１. 通过对比依据地质录井判别的地质分界点和依 据物探测井曲线中判别的地层分界点, 可以发现两 者之间判层的结果, 深度上误差在５m以内, 具有 较好的相关性. ６．２ 矿层段 根据钻井设计, 在二开钻进至最上部碱层顶板 以上１ ５m时, 开始起钻更换取心钻具, 采取岩心样 品, 并按照技术规范, 清洗干净、 划红黑线, 并按要求 摆放在岩心盒内, 随后进行岩心录井.该取心井在 碱层段的平均岩心采取率在９ ６％以上, 符合技术合 同规定. 取心完成后, 起钻更换全面钻进钻具扩孔至 B e d ３碱层底板以下１ ５m处完钻.随后进行二开裸 眼物探测井, 并进行测井解释, 判断碱层分布情况, 见图９. ９１ 第４ ７卷第８期 刘汪威等 土耳其卡赞碱矿对接井水溶开采技术创新综述 表１ V １ ４ ０ １ A井非矿层段岩屑录井与物探测井对比 T a b l e１ C o m p a r i s o no f c u t t i n g s l o g g i n ga n dp h y s i c a l l o g g i n gr e s u l t s f o r t h en o n Ｇ t r o n a i n t e r v a l o fV １ ４ ０ １ A 序号地 层 岩 屑 录 井 结 果 深度范围/m主 要 岩 性 物 探 测 井 结 果 特征点/m特 性 描 述 １N e o g e n e０１ １ ０ 棕黄色泥岩、 绿色泥灰岩和白色凝灰岩 １ １ ３A P I值较大, 电阻率曲线有显著变化 ２A k p ı n a r１ １ ０２ ３ ２ 浅绿色粘土岩, 泥岩及少量泥灰岩 ２ ３ ０A P I值较低, 变化较小, 侧向电阻率明显降低 ３S a r ı k a y a２ ３ ２２ ５ ８ 浅棕色、 棕色粘土岩与泥岩互层 ２ ５ ７A P I值偏高, 电阻率曲线有明显拐点 ４F e t h i y e２ ５ ８４ ４ ２ 深绿色、 绿色、 棕绿色泥灰岩 ４ ４ ２A P I值明显升高, 电阻率曲线有一个交叉点 ５A s m a l ı d e r e４ ４ ２５ １ ０ 棕色白云质泥岩, 底部为碎屑岩楔 ５ １ ２A P I值有多处明显的低值, 电阻率明显偏高 ６I n c i r l i k５ １ ０ 顶部为油页岩、 白云质泥岩互层未钻穿该地层          P 3,  LQ J PP L 1 200 L L 1 200 L /  200  
 L 200               图９ V １ ４ ０ １ A井二开裸眼测井曲线 部分 F i g ．９ P a r t i a l o p e nh o l e l o gf o r t h e s e c o n dd r i l l i n gs e c t i o no fV １ ４ ０ １ A 对于碱层, 物探测井是以自然伽马和井径曲线 为主进行判断.一般而言, 碱层品位越高, 自然伽马 A P I值越低, 井径扩大率越大.而对于２个碱层之 间的夹层, 则具有较高的A P I值及较低的井径扩大 率.因此, 对于碱层, 主要以自然伽马和井径曲线为 主, 结合电阻率曲线进行判层. ０２ 探矿工程 岩土钻掘工程 ２ ０ ２ ０年８月 V １ ４ ０ １ A井在取得岩心录井和物探测井数据 并进行碱层判层后获得的结果见表２.在岩心采取 率较高的情况下, 地质录井与物探测井数据具有极好 的一致性, 对于主要碱层, 其深度差异在０ 􀆱 ５m以内. 表２ V １ ４ ０ １ A井碱层对比 T a b l e２ C o r r e l a t i o no f t r o n a l a y e r s a tV １ ４ ０ １ A 序号碱层 设 计 井深/m厚度/m 地 质 录 井 井深/m厚度/m 物 探 测 井 井深/m厚度/m １B e d ９ ２B e d ８ ３B e d ７ ４B e d ６ ６ ７ ２．３ ５７ ０ ９．７ ４３ ７．３ ９ ６ ８ ３．８ ７６ ８ ７．２ ２３．３ ５６ ８ ４．７ ０６ ８ ８．２ ０３．５ ０ ６ ９ ３．６ ０６ ９ ７．３ ５３．７ ５６ ９ ４．２ ０６ ９ ８．３ ０４．１ ０ ７ ０ １．１ ７７ ０ ３．６ ７２．５ ０７ ０ ２．１ ０７ ０ ４．７ ０２．６ ０ ７ １ ０．０ ８７ １ ２．１ ８２．１ ０７ １ １．０ ５７ １ ３．２ ０２．１ ５ ５B e d ５７ １ ５．７ ４７ １ ８．０ ８２．３ ４７ １ ８．８ ０７ ２ ２．０ ５３．２ ５７ １ ９．９ ５７ ２ ３．２ ０３．２ ５ ６B e d ４７ ２ ４．０ ５７ ２ ４．５ ７０．５ ２７ ２ ７．５ ５７ ２ ８．５ ５１．０ ０７ ２ ８．７ ０７ ２ ９．７ ０１．０ ０ ７B e d ３７ ２ ９．５ ０７ ４ ８．４ ９１ ８．９ ９７ ３ ２．９ ０７ ５ ３．３ ５２ ０．４ ５７ ３ ３．０ ０７ ５ ３．５ ５２ ０．５ ５ ８B e d ２７ ５ ７．７ ２７ ６ ２．２ ２４．５ ０７ ５ ８．９ ０７ ６ ３．２ ０４．３ ０ ９B e d １７ ６ ６．９ ８７ ６ ７．５ ８０．６ ０７ ６ ８．０ ０７ ６ ８．７ ００．７ ０ 综上所述, 通过岩屑、 岩心与物探测井的数据对 比可以发现, 二者在非矿段和矿段均具有非常好的 一致性.因此, 在此研究的基础上, 建立起该矿区基 准物探测井响应曲线, 从而在后期的施工作业过程 中, 可以逐步减少取心作业规模, 降低工人劳动强 度, 可以仅依靠物探测井就取得准确可靠的地质资 料, 同时也可为建立更准确的矿区地质模型提供依 据, 从而进一步优化矿区的开采方案. ７ 对接中靶技术创新措施 高精度定向钻井中靶导向系统是定向钻进对接 连通关键技术的至关重要仪器, 它的性能和中靶精 度关系着水平井对接连通时是否能成功.我所于 ２ ０ ０ ９年研制成功了具有自主知识产权的高精度磁 中靶引导系统, 打破了国外的技术垄断, 又于２ ０ １ ５ 年成功研究了高温磁中靶系统. 该研究项目通过科技成果转化, 形成了产业主 导品牌 “ 慧磁” 钻井中靶导向系统[ ２ ０－２ ７].该项 目中１ ０ ０余井组全部采用了自我研发的中靶系统, 在靶区半径仅有０ 􀆱 ３m、 矿层腔高只有１ 􀆱 ２m的条 件下, 定向水平对接井均实现一次对接成功的效果, 大大降低了整个项目的施工成本, 并促使了科研成 果的高效转化应用. ８ 钻井完井技术创新措施 在钻井施工中, 垂直井在生产套管固井候凝４ ８ h完成扫塞操作后, 需在目的矿层的裸眼井段进行 扩孔作业, 目的是提高水平井对接施工一次中靶的 成功率. 传统方法是采用扩孔钻头进行扩孔, 但扩孔钻 头在使用过程中易出现断裂现象, 甚至会出现一次 下井操作便报废的情况; 有时会出现扩孔钻头伸缩 臂无法张开, 导致扩孔效果不理想.这不仅提高了 钻井成本, 也增大了水平井的连通难度. 该矿区的天然碱矿层具有硬度低、 小夹层互层 多、 易溶解等特性.创新性使用较大弯度的螺杆钻 具来代替扩孔钻头进行扩孔作业, 通过转盘驱动螺 杆钻具转动, 使钻头既自转、 又公转, 同时弯接头产 生偏心作用, 在目的矿层的裸眼井段来回滑动, 通过 钻头来回撞击井壁处矿层与泥浆循环溶解矿层的作 用, 在 １ ７ ７ 􀆱 ８mm８ 􀆱 ０ ５mm的生产套管中, 扩孔 段的直径达到了３ ０ ０mm左右, 取得了较好的扩孔 效果, 其扩孔示意图见图１ ０. 图１ ０ 螺杆钻具扩孔示意 F i g ．１ ０ S c h e m a t i co fu n d e r Ｇ r e a m i n gw i t hP DM １２ 第４ ７卷第８期 刘汪威等 土耳其卡赞碱矿对接井水溶开采技术创新综述 ９ 结论与建议 土耳其卡赞碱矿项目在已有的钻井技术与地质 条件基础上, 通过长期大量的钻井工作, 积累了丰富 经验, 应用了三维地质模型、 分支井、 井斜控制措施、 双管单动取心技术、 物探测井响应曲线、 钻井中靶导 向系统、 螺杆钻扩孔作业等多种钻井技术创新措施, 取得了较好的应用效果. １ 通过获得的相关地质勘探数据, 及时更新矿 区地质勘探数据库, 建立起水文、 断层、 矿层、 矿石品 位等三维地质模型, 可有效提高矿山的规划能力. ２ 通过及时更新三维地质模型, 推测周围矿层 赋存情况, 可优化钻井轨迹设计, 助力钻井设计变更 工作, 降低无矿井报废风险. ３ 设计多种形式的分支井溶采方案, 可有效控 制某一区域的矿产资源, 具有降低施工成本、 提高矿 层回采率、 缩短施工工期、 降低劳动强度、 减少施工 场地、 减少环境破坏等优点. ４ 矿区内地质条件复杂, 具有地层倾角大、 软 硬互层等特点, 通过探索矿区地层致斜特性, 对钻具 结构和钻井参数进行对比研究, 实施多种井斜控制 措施, 可大幅降低纠斜施工工作量, 减轻工作强度、 提高施工效率、 缩短工期、 降低成本. ５ 单管烧结取心技术易出现岩心采取率不稳 定的情况, 采取率不能达到合同技术规定, 通过设备 更新, 采用双管单动取心技术, 并对取心操作进行严 格规定, 岩心采取率可达到９ ５％以上. ６ 通过对矿区内岩屑录井、 岩心录井结果与物 探测井曲线解释结果进行对比研究, 可建立起非矿 层与矿层的基准物探测井响应曲线, 可大量减少取 心作业规模, 降低劳动强度, 能仅依靠物探测井结果 获得可靠的地层资料. ７ “ 慧磁” 钻井中靶导向系统, 是定向钻进对接 连通的关键设备.项目全面采用自我研发的中靶系 统, 既能降低施工成本, 又能促使科研成果的高效转 化应用. ８ 针对扩孔钻头易出故障的问题, 根据矿层硬 度低、 小夹层多、 易溶解等特性, 创新性使用大弯度 螺杆钻具进行扩孔作业, 取得了较好的扩孔效果. 水平井在水平段施工时, 经常出现托压现象, 导 致钻进速度降低, 造成进尺缓慢甚至加上整个钻具 的重力都无法钻进的问题.建议在项目后续实施中 加强对该问题的研究, 可以从更改钻具组合、 增加顶 驱装置、 复合钻进、 优化钻井轨迹等方面着手进行试 验研究. 参考文献 R e f e r e n c e s [１] 王清明．钻井水溶开采技术的发展与展望[J]．盐业史研究, ２ ０ ０ １１ ４ ０－４ ３． WAN GQ i n g m i n g ． D e v e l o p m e n ta n dp r o s p e c to fw e l l s o l u t i o n m i n i n gt e c h n o l o g y[J]． S a l tI n d u s t r yH i s t o r yR e s e a r c h,２ ０ ０ １ １ ４ ０－４ ３． [２] 洪常久．水平对接井技术在天然碱矿中的应用[J]．煤炭技术, ２ ０ ０ ８,２ ７６ １ ４ ２－１ ４ ３． HONGC h a n g j i u ． A p p l i c a t i o no f l e v e ld o c k i n gw e l l s i nn a t u r e a l k a l i n em i n e[J]． C o a lT e c h n o l o g y,２ ０ ０ ８,２ ７６ １ ４ ２－１ ４ ３． [３] 李友辉, 李立明．湖南澧县芒硝矿采卤井建井施工工艺[J]．探 矿工程 岩土钻掘工程 ,２ ０ ０ ７,３ ４１ １ ３ ０－３ ４． L