CN110617861B - 一种利用标志性溶液检测岩盐溶腔体积的方法 - Google Patents

一种利用标志性溶液检测岩盐溶腔体积的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用标志性溶液检测岩盐溶腔体积的方法，具体是在岩盐矿区，利用CaCl2水溶液注井、溶采岩盐矿床，通过监测卤水中Na2SO4的含量变化，完成盐井溶腔体积的全面检测；其检测原理是：CaCl2水溶液中的CaCl2会与卤水中的Na2SO4发生化学反应，其反应方程式为：CaCl2+Na2SO4+2H2O＝CaSO4·2H2O↓+2NaCl，使得溶腔内卤水的Na2SO4含量逐渐降低直至消失，根据化学平衡计算，最终得出盐井溶腔的体积大小。本发明适用于各种类型盐井溶腔的体积检测，尤其适用于连通盐井溶腔的体积检测。本发明解决了腔底固体颗粒之间孔隙体积无法检测的难题，实现了盐井溶腔地下空间体积的全面检测。

Description

一种利用标志性溶液检测岩盐溶腔体积的方法
技术领域
本发明涉及一种利用标志性溶液检测岩盐溶腔体积的方法，属于采盐溶腔体积检测领域。本发明实现盐井溶腔地下空间体积的全面检测。
背景技术
岩盐资源开采是利用水溶采矿的原理，即向地下岩盐矿床注入淡水或淡盐水而采出卤水，同时地下形成一定体积的溶腔。由于岩盐矿床含有一定量的不溶物或难溶物，随着水溶采矿的不断进行，不溶物或难溶物以固体颗粒形式堆积在溶腔底部，固体颗粒之间存在大量孔隙，孔隙内充满了卤水。因此，盐井溶腔包括两部分：(1)堆积面以上的净溶腔，该部分溶腔体积存在于腔底不溶物堆积体以上，基本不含不溶物质；(2)固体颗粒之间的孔隙溶腔，该部分溶腔体积是腔底固体颗粒之间的孔隙体积。
目前，在盐井溶腔检测方面，常用的技术为“声纳测量技术”，在国外该技术已有30多年的历史，目前已经发展到较高的水平。其工作原理为：沿盐井井筒下放声纳测量井下仪器(声纳探头)，井下仪器出套管鞋后进入盐井溶腔，在某一深度水平面上向溶腔腔壁发射声脉冲，检测回波信号，得到某一深度上的腔体水平测量距离；改变测量深度，则可获得不同深度上的盐井溶腔水平测量距离；再对盐井溶腔顶部、底部和异常部分进行倾斜测量，可得到不同倾斜角度下的测量距离；两种原始测量数据经计算机系统软件处理后，最终可得到不同深度的腔体水平图像及整个腔体的三维图像和体积。
声纳测量技术虽然可以获得高质量的结果和可靠信息，但只能获得腔底堆积面以上的净溶腔体积，却无法检测到腔底固体颗粒之间的孔隙体积。另外，在利用声纳测量技术时，需要通过盐井井筒，将声纳测量仪器下入溶腔中，这就对盐井井筒提出很高的要求。对于一些井筒条件比较复杂的盐井，声纳测量仪器无法通过井筒进入溶腔，这样就无法利用声纳测量技术检测盐井溶腔的体积。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种利用标志性溶液检测岩盐溶腔体积的方法，该方法包括以下步骤：
(1)在岩盐矿区，选定1个待测溶腔；
(2)以“淡水”作为水溶开采的介质，水溶开采井矿盐；
(3)通过化学分析方法，检测并记录溶腔中采出卤水的Na2SO4、NaCl浓度，此卤水作为标准卤水；
(4)待标准卤水中Na2SO4、NaCl的浓度稳定后，将水溶开采的介质改为CaCl2水溶液，将CaCl2水溶液注入待测溶腔内，继续开采井矿盐，并记录水溶液的CaCl2浓度；
(5)通过例如化学分析方法，监测并记录采出卤水中的Na2SO4、NaCl含量，待卤水成分中Na2SO4消失时，记录下CaCl2水溶液的累计注入体积、注CaCl2水溶液后累计采出的Na2SO4总质量；
(6)根据卤水中Na2SO4消失时，CaCl2水溶液的CaCl2浓度、CaCl2水溶液累计注入体积、注CaCl2水溶液后累计采出的Na2SO4总质量，根据化学平衡计算得出“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”和“注CaCl2水溶液之后的溶腔体积”。
进一步地，在步骤(2)中，由于盐矿中往往伴生有Na2SO4，以淡水为介质水溶开采井矿盐时，采出卤水中除含有NaCl以外，还含有一定量的Na2SO4，例如，对于“硫酸钠型井矿盐”淡水开采的卤水成分是：NaCl含量一般在250－320g/L，Na2SO4含量一般在12－30g/L；对于“硫酸钙型井矿盐”淡水开采的卤水成分是：NaCl含量一般在250－330g/L，Na2SO4含量一般在0.5－10g/L。
进一步地，由于井矿盐矿床含有一定量的不溶物或难溶物，在开采井矿盐过程中，不溶物或难溶物以固体颗粒形式堆积在溶腔底部，从而在地下形成两部分溶腔，即堆积面以上的净溶腔、固体颗粒之间的孔隙溶腔，两部分溶腔均充满了卤水。
进一步地，在步骤(4)中，“CaCl2水溶液”中CaCl2的含量为20-200g/L，优选为50-150g/L。当水溶开采介质由“淡水”改为“CaCl2水溶液”时，在溶腔内，一方面，盐矿中伴生的Na2SO4继续溶解进入卤水；另一方面，CaCl2水溶液中的CaCl2与卤水中的Na2SO4发生化学反应，其反应方程式为：CaCl2+Na2SO4+2H2O＝CaSO4·2H2O↓+2NaCl，溶腔内卤水的Na2SO4含量逐渐降低直至消失。
进一步地，在步骤(6)中，“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”实际上为注CaCl2水溶液之前“溶腔内标准卤水的总体积”。注CaCl2水溶液之前“溶腔内标准卤水的总体积”等于“标准卤水中Na2SO4的总质量”除以“标准卤水中Na2SO4的浓度”，其计算公式为：
X＝(A+B)/C (1)
式中，X：“溶腔内标准卤水的总体积”，即“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”；
A：注CaCl2水溶液之后，从溶腔中采出的Na2SO4总质量；
B：注CaCl2水溶液之后，溶腔内中“参加反应的标准卤水中的Na2SO4质量”；
C：注淡水溶液时，溶腔采出的标准卤水中的Na2SO4浓度。
进一步地，“参加反应的标准卤水中的Na2SO4质量”等于“参加反应的Na2SO4总质量”减去“注入CaCl2水溶液后溶解盐矿进入卤水中的Na2SO4质量”；根据反应方程式：CaCl2+Na2SO4+2H2O＝CaSO4·2H2O↓+2NaCl，可知“参加反应的标准卤水中的Na2SO4质量”的计算公式为：
B＝(142GF)/111－GC (2)
式中，G：当卤水成分中Na2SO4消失时，累计注入的CaCl2水溶液的总体积；
F：CaCl2水溶液中的CaCl2浓度；
C：注淡水溶液时，溶腔采出的标准卤水中的Na2SO4浓度。
进一步地，在步骤(6)中，“注CaCl2水溶液之后的溶腔体积”等于“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”加上“注入CaCl2水溶液后新增的溶腔体积”减去“注入CaCl2水溶液后生成CaSO4·2H2O的体积”，其计算公式为：
Y＝X+I－J (3)
式中，Y：注CaCl2水溶液之后的溶腔体积；
X：注CaCl2水溶液之前的溶腔体积；
I：注入CaCl2水溶液后新增的溶腔体积；
J：注入CaCl2水溶液后生成CaSO4·2H2O的体积。
进一步地，“注入CaCl2水溶液后新增的溶腔体积”I等于“注入CaCl2水溶液后溶解NaCl形成的溶腔体积”加上“注入CaCl2水溶液后溶解Na2SO4形成的溶腔体积”，其计算公式为：
I＝GK/L+GC/M (4)
式中，G：当卤水成分中Na2SO4消失时，累计注入的CaCl2水溶液的总体积；
K：注淡水溶液时，溶腔采出的标准卤水中NaCl的含量；
C：注淡水溶液时，溶腔采出的标准卤水中的Na2SO4含量；
L：NaCl比重；
M：Na2SO4比重。
进一步地，根据方程式：CaCl2+Na2SO4+2H2O＝CaSO4·2H2O↓+2NaCl，可知“注入CaCl2水溶液后生成CaSO4·2H2O的体积”计算公式为：
J＝(172GF)/(111N) (5)
式中，G：当卤水成分中Na2SO4消失时，累计注入的CaCl2水溶液的总体积；
F：CaCl2水溶液中的CaCl2浓度；
N：CaSO4·2H2O比重。
进一步地，本发明适用于各种类型盐井溶腔的体积检测，尤其适用于连通盐井溶腔的体积检测。连通盐井包括：自然溶通，或者压裂连通，或者定向连通的2口或2口以上的盐井。相邻连通井溶腔的底部相互连通，存在一定的水力联系。当其中一口连通井溶腔注水时，其它连通井溶腔均可开采出卤水。
本发明所述的溶腔检测结果可以通过“注气排卤”方法进行验证。“注气排卤”方法的原理是：利用压缩机将气体(天然气、空气或氮气等)经注气管线压入溶腔中，由于受压力的作用，溶腔内的卤水则通过排卤管从地下溶腔排出至地面。该方法通过计量溶腔内排出卤水的体积，来获悉地下溶腔体积的大小。
本发明中所述“溶腔”、“腔体”指井矿盐水溶开采后所形成的采盐溶腔，与“盐腔”、“盐穴”、“井腔”互用。
除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。本文未详述的技术方法，均为本领域常用的技术方法。
本发明的优点在于：
(1)本发明不仅可以检测腔底堆积面以上的净溶腔体积，还可以检测腔底固体颗粒之间的孔隙溶腔体积，解决了传统方法无法检测孔隙溶腔体积的难题，实现了盐井溶腔体积的全面检测。
(2)对于一些井筒条件复杂的盐井，因检测仪器不能进入溶腔，导致溶腔体积无法检测；而本发明无需向溶腔内下入检测仪器，即可完成溶腔检测，解决了复杂盐井溶腔体积的检测难题。
附图说明
图1为利用标志性溶液检测盐井溶腔体积的方法示意图：图中以2口连通井为例进行说明。
其中，1为淡水或标志性溶液，2为卤水，3为注水管，4为排卤管，5为堆积面以上的净溶腔，6为堆积面以下的孔隙溶腔。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，以下结合实施例对本发明作进一步的详细阐述，但并非对本发明的限制，应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。凡依照本发明公开内容所作的任何本领域的等同替换，均属于本发明的保护范围。
实施例1
(1)在岩盐矿区，选定1个待测溶腔O；
(2)以“淡水”作为水溶开采的介质，注入溶腔O内水溶开采硫酸钙型井矿盐；
(3)通过化学分析方法，检测从溶腔O采出的卤水中NaCl浓度为312g/L、Na2SO4浓度为8g/L，此卤水作为“标准卤水”；
(4)淡水水溶开采183天后，标准卤水中Na2SO4、NaCl的浓度稳定，将水溶开采的介质改为“CaCl2水溶液”，CaCl2水溶液中CaCl2含量为98g/L，将CaCl2水溶液注入待测溶腔O内，继续开采井矿盐；
(5)通过化学分析方法，监测待测溶腔采出卤水的NaCl、Na2SO4含量，12天后卤水成分中Na2SO4含量消失，CaCl2水溶液的累计注入总量为43520m3；注CaCl2水溶液后累计采出的Na2SO4总质量165376g。
(6)通过本发明中的计算公式(1)～(5)得出待测溶腔的体积，其中：
“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”计算公式为：X＝(A+B)/C＝[A+(142GF)/111－GC]/C＝659161m3；
式中，X：“溶腔内标准卤水的总体积”，即“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”；
A：注CaCl2水溶液之后，从溶腔中采出的Na2SO4总质量165376g；
B：注CaCl2水溶液之后，溶腔内中“参加反应的标准卤水中的Na2SO4质量”；
C：注淡水溶液时，溶腔采出的标准卤水中的Na2SO4浓度8g/L。
F：CaCl2水溶液中的CaCl2浓度98g/L；
G：当卤水成分中Na2SO4消失时，累计注入的CaCl2水溶液的总体积43520m3。
“注CaCl2水溶液之后的溶腔体积”的计算公式为：Y＝X+I－J＝659161+(GK/L+GC/M)-(172GF)/(111N)＝662714m3；
式中，Y：注CaCl2水溶液之后的溶腔体积；
X：“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”659161m3；
I：注入CaCl2水溶液后新增的溶腔体积；
J：注入CaCl2水溶液后生成CaSO4·2H2O的体积；
C：注淡水溶液时，溶腔采出的标准卤水中的Na2SO4浓度8g/L。
F：CaCl2水溶液中的CaCl2浓度98g/L；
G：当卤水成分中Na2SO4消失时，累计注入的CaCl2水溶液的总体积43520m3；
K：注淡水溶液时，溶腔采出的标准卤水中NaCl的含量312g/L；
L：NaCl比重2.165g/cm3；
M：Na2SO4比重2.68g/cm3。
N：CaSO4·2H2O比重2.32g/cm3。
实施例2
(1)在岩盐矿区，选定1个待测溶腔P；
(2)以“淡水”作为水溶开采的介质，注入溶腔P内水溶开采硫酸钠型井矿盐；
(3)通过化学分析方法，检测从溶腔P采出的卤水中NaCl浓度为305g/L、Na2SO4浓度为14g/L，此卤水作为“标准卤水”；
(4)淡水水溶开采120天后，待标准卤水中Na2SO4、NaCl的浓度稳定后，将水溶开采的介质改为“CaCl2水溶液”，CaCl2水溶液中CaCl2含量为102g/L，将CaCl2水溶液注入待测溶腔P内，继续开采井矿盐；
(5)通过化学分析方法，监测待测溶腔采出卤水的NaCl、Na2SO4含量，13天后卤水成分中Na2SO4含量消失，CaCl2水溶液的累计注入总量为46867m3；注CaCl2水溶液后累计采出的Na2SO4总质量445237g。
(6)通过本发明中的计算公式(1)～(5)得出待测溶腔的体积，其中：
“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”计算公式为：X＝(A+B)/C＝[A+(142GF)/111－GC]/C＝421758m3；
式中，X：“溶腔内标准卤水的总体积”，即“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”；
A：注CaCl2水溶液之后，从溶腔中采出的Na2SO4总质量445237g；
B：注CaCl2水溶液之后，溶腔内中“参加反应的标准卤水中的Na2SO4质量”；
C：注淡水溶液时，溶腔采出的标准卤水中的Na2SO4浓度14g/L。
F：CaCl2水溶液中的CaCl2浓度102g/L；
G：当卤水成分中Na2SO4消失时，累计注入的CaCl2水溶液的总体积46867m3。
“注CaCl2水溶液之后的溶腔体积”计算公式为：Y＝X+I－J＝421758+(GK/L+GC/M)-(172GF)/(111N)＝425412m3；
式中，Y：注CaCl2水溶液之后的溶腔体积；
X：“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”421758m3；
I：注入CaCl2水溶液后新增的溶腔体积；
J：注入CaCl2水溶液后生成CaSO4·2H2O的体积；
C：注淡水溶液时，溶腔采出的标准卤水中的Na2SO4浓度14g/L。
F：CaCl2水溶液中的CaCl2浓度102g/L；
G：当卤水成分中Na2SO4消失时，累计注入的CaCl2水溶液的总体积46867m3；
K：注淡水溶液时，溶腔采出的标准卤水中NaCl的含量305g/L；
L：NaCl比重2.165g/cm3；
M：Na2SO4比重2.68g/cm3。
N：CaSO4·2H2O比重2.32g/cm3。

Claims (10)

1.一种利用标志性溶液检测岩盐溶腔体积的方法，包括以下步骤：
(1)在岩盐矿区，选定1个待测溶腔；
(2)以淡水作为水溶开采的介质，水溶开采井矿盐；
(3)通过化学分析方法，检测并记录溶腔中采出卤水的Na2SO4、NaCl浓度，此卤水作为标准卤水；
(4)待标准卤水中Na2SO4、NaCl的浓度稳定后，将水溶开采的介质改为CaCl2水溶液，将CaCl2水溶液注入待测溶腔内，继续开采井矿盐，并记录水溶液的CaCl2浓度；
(5)通过化学分析方法，继续监测并记录采出卤水中的Na2SO4、NaCl含量，待卤水成分中Na2SO4消失时，记录下CaCl2水溶液的累计注入体积、注CaCl2水溶液后累计采出的Na2SO4总质量；
(6)根据卤水中Na2SO4消失时，CaCl2水溶液的CaCl2含量、CaCl2水溶液累计注入体积、注CaCl2水溶液后累计采出的Na2SO4总质量，根据化学平衡计算得出“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”和“注CaCl2水溶液之后的溶腔体积”。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(2)中，由于盐矿中往往伴生有Na2SO4，以淡水为介质水溶开采井矿盐时，采出卤水中除含有NaCl以外，还含有一定量的Na2SO4。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在开采井矿盐过程中，不溶物或难溶物以固体颗粒形式堆积在溶腔底部，从而在地下形成两部分溶腔，即堆积面以上的净溶腔、固体颗粒之间的孔隙溶腔，两部分溶腔均充满卤水。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(4)中，CaCl2水溶液中CaCl2的含量为20-200g/L。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤(4)中，CaCl2水溶液中CaCl2的含量为50-150g/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(4)中，当水溶开采介质由淡水改为CaCl2水溶液时，在溶腔内，一方面，盐矿中伴生的Na2SO4继续溶解进入卤水；另一方面，CaCl2水溶液中的CaCl2与卤水中的Na2SO4发生化学反应，其反应方程式为：CaCl2+Na2SO4+2H2O＝CaSO4·2H2O↓+2NaCl，使得溶腔内卤水的Na2SO4含量逐渐降低直至消失。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(6)中，注CaCl2水溶液之前的溶腔体积为注CaCl2水溶液之前“溶腔内标准卤水的总体积”；
注CaCl2水溶液之前“溶腔内标准卤水的总体积”等于“溶腔内标准卤水中Na2SO4的总质量”除以“标准卤水中Na2SO4的浓度”，其计算公式为：X＝(A+B)/C，其中X表示溶腔内标准卤水的总体积；A表示注CaCl2水溶液之后，从溶腔中采出的Na2SO4总质量；B表示注CaCl2水溶液之后，溶腔内中“参加反应的标准卤水中的Na2SO4质量”；C表示标准卤水中的Na2SO4浓度；
其中，“参加反应的标准卤水中的Na2SO4质量”等于“参加反应的Na2SO4总质量”减去“注入CaCl2水溶液后溶解盐矿进入卤水中的Na2SO4质量”；根据反应方程式：CaCl2+Na2SO4+2H2O＝CaSO4·2H2O↓+2NaCl，得出“参加反应的标准卤水中的Na2SO4质量”的计算公式为：B＝(142GF)/111－GC，其中G表示当卤水成分中Na2SO4消失时，累计注入的CaCl2水溶液的总体积；F表示CaCl2水溶液中的CaCl2浓度；C表示标准卤水中的Na2SO4浓度。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，在步骤(6)中，“注CaCl2水溶液之后的溶腔体积”等于“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”加上“注入CaCl2水溶液后新增的溶腔体积”减去“注入CaCl2水溶液后生成CaSO4·2H2O的体积”，其计算公式为：Y＝X+I－J，其中Y表示“注CaCl2水溶液之后的溶腔体积”，X表示“注CaCl2水溶液之前的溶腔体积”，I表示注入CaCl2水溶液后新增的溶腔体积，J表示注入CaCl2水溶液后生成CaSO4·2H2O的体积。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，“注入CaCl2水溶液后新增的溶腔体积”I等于“注入CaCl2水溶液后溶解NaCl形成的溶腔体积”加上“注入CaCl2水溶液后溶解Na2SO4形成的溶腔体积”，其计算公式为：I＝GK/L+GC/M，其中G表示当卤水成分中Na2SO4消失时，累计注入的CaCl2水溶液的总体积；K表示标准卤水中的NaCl的含量；C表示标准卤水中的Na2SO4含量；L表示NaCl比重；M表示Na2SO4比重。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，根据方程式：CaCl2+Na2SO4+2H2O＝CaSO4·2H2O↓+2NaCl，得出“注入CaCl2水溶液后生成CaSO4·2H2O的体积”计算公式为：J＝(172GF)/(111N)，其中G表示当卤水成分中Na2SO4消失时，累计注入的CaCl2水溶液的总体积；F表示CaCl2水溶液中的CaCl2浓度；N表示CaSO4·2H2O比重。
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