察尔汗盐湖深部卤水开采技术应用研究.pdf

收稿日期：2023-11-20作者简介：金青明（1989），女，青海格尔木人，本科，工程师，主要从事盐湖资源开采及应用技术研究。联系方式：18097499071，察尔汗盐湖深部卤水开采技术应用研究金青明（青海盐湖工业股份有限公司,青海 格尔木816000）摘要：察尔汗盐湖是一个以钾盐为主，伴生有镁、钠、锂、硼、碘等多种矿产的大型综合性盐类矿床，其深部卤水资源是盐湖开采企业当前及未来开采的重要目标，也是建设世界级盐湖产业基地的根本资源保障。为更好实现深部卤水规模化、工程化、可持续性开采，各单位不断创新卤水开采技术，尤其是在井采工艺技术方面，进行了大量的探索实验。文章通过对不同区域采卤井采卤数据分析比对，研究了实现稳定、持续、大流量采卤目标的工艺技术。关键词：深部卤水；采卤井；井采中图分类号：TS322；TD871+.1文献标识码：A文章编号：2096-3408（2024）05-0021-03Research on the Application of Deep Brine MiningTechnology in Chaerhan Salt LakeJIN Qingming（Qinghai Salt Lake Industry Co.，Ltd.，Golmud 816000，China）Abstract：Chaerhan Salt Lake is a large-scale comprehensive salt deposit mainly composedof potassium salts，accompanied by various minerals such as magnesium，sodium，lithium，boron，iodine，etc.Its deep brine resources are an important goal for salt lake mining enterprises in the current and future，and also the fundamental resource guarantee for building a world-class salt lake industry base.In order to better achieve large-scale，engineering，and sustainable extraction of deepbrine，various units continuously innovate brine extraction technologies，especially in the field ofwell extraction technology，and have implemented a large number of exploratory experiments.Thearticle analyzed and compared the data of Butted-Wells in different regions，and studied the process technology for achieving stable，sustainable，and high flow brine extraction goals.Key words：Deep brine；Butted-Wells；Well mining察尔汗盐湖是一个以钾盐为主，伴生有镁、钠、锂、硼、碘等多种矿产的大型综合性盐类矿床，其研究开发工作最早始于20世纪50年代，多年来一直以固、液体钾矿资源作为直接开采对象，目前已形成500万t/a钾肥产能的配套采输卤系统、盐田系统及加工装置。由于多年的持续疏干开采，矿层上部盐层中的孔隙大、富水性强的潜卤水矿逐渐枯竭，因此，探索实施了固液转化来缓解卤水矿供给问题。经研究探索，采区内深部卤水相对潜卤水层埋深大、孔隙度低、渗透系数小、富水性差，但厚度远大于潜卤水层，资源量往往是潜卤水的数倍。因此，有效实现深部卤水规模化、工程化、可持续性开采，形成一套完整的深部卤水开采技术和工艺体系是当前急需解决的问题。1井身结构设计关键参数选择滤水结构和进水部分是采卤井最重要的组成部分，一般由滤水管和围填于井壁与滤水管外壁之间环状空隙的滤料组成。滤水结构的优劣直接关系采卤井能否正常使用及其使用寿命。盐湖采卤井滤水结构需结合采区矿层特点，设计时着重考虑盐科学与化工Journal of Salt Science and Chemical Industry第53卷第5期2024年5月21盐科学与化工第53卷第5期2024年5月防砂、防塌、防结盐等关键因素，从而有效拦截含水层中的泥沙颗粒，防止发生涌砂和井壁坍塌，同时亦可实现含水层中的水以最小的阻力流入井管内，得到最大的涌水量。因此，合适的过滤器、过滤器长度和有效孔隙率是获得最大涌水量、阻止涌砂和延长井寿命的关键。为更好解决现有采卤技术存在的井口塌陷、井管变形、泥砂淤积、井壁坍塌等问题，文章研究了一种双滤水管井身结构。通过利用镁基胶凝材料固结粉砂沉积、管材选型、填砾、洗井、抽水试验等工艺的创新，形成良好的过滤层，有效控制井内涌砂，预埋淡水管，破除井壁结盐，提升采卤井质量，实现稳定供卤。其关键点是：（1）以地表浅部湖相碎屑沉积层底界线为界，井中心位置周围用镁基胶凝剂加固顶部粉砂质粘土层，形成胶结层；（2）全井段设置双层钢制井管；（3）整个卤水开采段（包括砂层）设置双层滤水管，非开采段为实管，末端设置沉砂管，井管底部密封；（4）全井段井管环状孔隙间填充砾石；（5）填砾石前，预埋冲洗井壁结盐的“淡水管”，长度根据各含水层底板确定，并设返流管，防止井底淤积；（6）采卤井运行时，及时补砾，填补溶蚀腔，防止井壁坍塌。盐湖上常见过滤器有缠丝、桥式、条式滤水管。可根据卤水的易结盐性，结合防砂、防结盐、透水率的实际需求选择最佳技术指标，从而设计井身结构。2滤水管设计此设计主要是确定滤水管的类型、孔眼尺寸、排列方式、开孔率等。开孔率是滤水管的重要参数，开孔率过小会影响滤水效果，过大则削弱管材的抗压强度。察尔汗盐湖前期的采卤井普遍出现井口塌陷、井管变形、泥砂淤积、井壁坍塌等问题，均与盐湖表层和盐层间多层粉砂夹层地层组成有关，成井后砂随着卤水不断抽取，回流井体，细碎屑层不断缩径，在细碎屑层发育部位堵塞、塌井、淤死，使采卤井无法正常采卤。鉴于以上问题，外壁管的选择首要考虑抗压强度，以开孔率不宜过大为原则。参考 水文地质手册，外壁管选择可用作支撑骨架的圆孔过滤管。圆孔过滤器开孔率按 水文地质手册 中推荐公式计算，其开孔率为5%。P=d d n40D（1）式中：P为圆孔过滤器开孔率，单位%；D为过滤器外径，单位 mm；d为滤孔直径，单位 mm；n为1 m长过滤器上滤水孔数量，单位 个。滤水管既是支撑滤料的骨架，又是滤水拦砂的第三道防线，滤水孔眼形状、开孔尺寸视含水层粒径级配合管材力学强度指标而定。滤水管开孔率设定为 9%、11%、15%、20%四个等级，但实际加工后发现20%开孔率设定太大，滤水管力学强度明显变低。考虑后期采卤井成井质量，滤水管开孔率调整为 9%、11%、15%三个等级。3滤料设计围填滤料是增大过滤器及其周围有效开孔率，减小地下水流入过滤器的阻力，增大采卤井出水量，防止涌砂，延长采卤井使用寿命的重要措施。围填滤料的质量取决于滤料的质量和填砾方法。此次试验，选择质地坚硬、级配均匀、浑圆度好的滤料，研究不同粒径、填砾组合对出水量的影响。在井口上部，埋覆中细砂，观测排水口水样中含砂量，评价滤水结构防砂性能。4抽水试验设计抽水试验为大降深、稳定流抽水试验，按以下要求进行：三组试验装置含水层厚度均为2 m左右；所有试验静止水位都从地面起算；降深在井管中水深1/3以下；当井中和测压管水位均稳定不变或水位波动不超过 5 cm 时则视为抽水稳定；流量用水表观测，时间用秒表测记，流量波动值不超过正常流量的 5%时，视为稳定。抽水试验结束前取水样，观测水中含砂量，观测滤料、滤水管的孔道及外壁堵塞、结盐情况。4.1不同开孔率对出水量的影响三组试验装置填砾滤料为内层小砾石，外层填大砾石时，开孔率不同的三种条形滤水管的单位涌水量见表1。由表1可以看出，井的涌水量随着滤水管开孔率的增大而增大，水跃值会随着滤水管开孔率的开孔率/%涌水量Q/（m3/d）降深/（m）单位涌水量/（m3/dm）945.150.44102.851159.040.57102.671560.910.9365.14表1抽水试验数据统计表Tab.1Statistical table of pumping test data22金青明：察尔汗盐湖深部卤水开采技术应用研究增大而减小。因此，在保证滤水管管壁强度足够的前提下，可适当增大开孔率。尽管有上述结论，但涌水量和开孔率的增大不是一直成正比，在 9%11%的开孔率范围内，有增大趋势；但11%15%的开孔率范围内，涌水量几乎没有变化。单位涌水量变化趋势和涌水量的变化基本一致，9%11%的开孔率范围内，单位涌水量变化不大，但11%15%的开孔率范围内，单位涌水量由大变小。这一结果说明，随着开孔率的增大，含水层中的水流出现紊流或混合流态，影响出水量，加大了抽水降深，从而导致单位降深出水量减少。含水介质的渗透系数采用潜水完整井的裘布依公式求得，即：K=0.73Q（lgR-lgr0）2H-S（2）式中：Q为涌水量；H为含水层厚度；R为供水半径；S为抽水降深；r0为井半径。不同开孔率时计算的含水层渗透系数见表2。由表2可知，在同一含水介质中，随着滤水管开孔率的增大，渗透系数有增大的趋势，和涌水量、单位涌水量的变化趋势一致，渗透系数和开孔率的增大不是一直成正比，9%11%的开孔率范围内增大趋势明显高于11%15%的开孔率范围。试验表明，滤水管的开孔率取 10%12%即可满足出水量的要求，无需强调过高的开孔率。4.2不同粒径填砾对出水量的影响15%开孔率条形滤水管试验装置两层填砾滤料都为大砾石时，试验数据见表3。由表3可知，在相同开孔率下，出水量随着滤料粒径的增大而增大，而进水流速减小，水流没有出现明显的紊流或混合流态，所以抽水降深相应减小。在相同开孔率下，渗透系数随着滤料粒径的增大而增大，但增加量不大。4.3不同滤水管性能对比将第一组试验中11%条形滤水管换成缠丝滤水管，对比相同开孔率、相同填砾下的不同滤水管透水性能对比，试验数据见表4。由表4可知，缠丝滤水管利于阻砂入井，但对进水产生阻碍，减少出水量。降深基本相同的情况下，缠丝滤水管单位涌水量、渗透系数明显降低。另外，新型采卤井两层填砾，对地层中砂层也有很好过滤效果，制作滤水管时，尽量以不缠丝为好。4.4结盐问题抽水试验结束后，观察不同填砾表面结盐情况。抽水试验装置运行8 h后，内层小砾石有明显结盐，但外层大砾石没发现结盐。分析原因可能与进水流速有关，卤水结盐除了NaCl超饱和，另外一个条件就是卤水流速达到结盐临界值，含水介质颗粒越粗，进水流速越低。5结论通过试验，可以得出盐湖采卤井可采用的技术方案。1）采卤井设计首要考虑防砂、防塌、防结盐的问题，滤水器的类型以填砾类为宜。2）骨架管选用首要考虑抗压强度，以开孔率不宜过大为原则，适宜开孔率为 5%。为防止卤水对管壁的腐蚀，井壁管材需加厚，外滤水管宜选用10 mm厚钢管，内滤水管管厚需达8 mm，为保证出水量，采卤井直径超过1 m。3）滤水器既是支撑滤料的骨架，又是滤水拦砂的第三道防线，宜制作成条形式滤水器，条孔水平分布，开孔率可取 11%12%。4）滤料粒径最好为大砾石。表2不同开孔率渗透系数统计表Tab.2Statistical table of permeability coefficients with differentporosities开孔率/%渗透系数K/（m/d）92.08112.84153.28表3不同填砾抽水试验数据表Tab.3Data table for different gravel filling and pumping tests填砾组合开孔率/%涌水量Q/（m3/d）降深/（m）单位涌水量/（m3/dm）渗透系数K/（m/d）双层大砾石1567.70.66102.573.34外层大砾石+内层小砾石1560.90.9364.143.28滤水管填砾组合开孔率/%涌水量Q/（m3/d）降深/（m）单位涌水量/（m3/dm）渗透系数K/（m/d）条形外层大砾石+内层小砾石1159.040.575102.672.84缠丝外层大砾石+内层小砾石1145.850.59577.052.22表4不同滤水管抽水试验数据统计表Tab.4Statistical table of pumping test data for different filter pipes23参考文献1韩光，潘彤，马宗德，等.柴达木盆地别勒滩杂卤石矿床特征及其沉积环境研究 J.矿床地质，2023，42（4）：811-827.2李文学，张凡凯，于咏梅，等.罗布泊盐湖承压卤水开采新技术及可采性研究 J.地质学报，2021，95（7）：2 121-2 128.3李文学，张凡凯，盖晓宏，等.罗布泊罗北凹地液体钾盐矿（W2、W3、W4）承压卤水开采工艺探讨 J.盐湖研究，2021，29（3）：56-67.4王兴福 察尔汗盐湖卤水井采方案浅谈 J 化工矿山技术，1995，24（6）：57-584谢蓉，刘斌山，王罗海.察尔汗盐湖深部卤水开采关键参数研究J.盐科学与化工，2023，52（9）：14-17.（编辑：李海燕）收稿日期：2023-10-13基金项目：重庆市自然科学基金创新发展联合基金项目（CSTB2023NSCQ-LZX0117）作者简介：陈俊辰（1997），女，湖南常德人，硕士研究生，主要从事盐化工技术工作。通讯作者：朱海滨，15116141919包装温度对食盐结块的影响研究陈俊辰1，朱海滨2*，胡萍1，刘娇1，刘琰1，李鹏飞3（1.湖南省湘澧盐化有限责任公司，湖南 津市415400；2.雪天盐业集团股份有限公司，湖南 长沙410114；3.重庆湘渝盐化有限责任公司，重庆404000）摘要：食盐结块长期困扰着广大生产企业。食盐结块原因有多种，文章主要研究讨论了包装盐温对食盐结块的影响。研究表明，生产中包装时的盐温会影响食盐结块速度；在3070 范围内，包装温度越高食盐越容易结块。关键词：食盐；结块；包装温度中图分类号：TS369文献标识码：A文章编号：2096-3408（2024）05-0024-03Study on the Effect of Packaging Temperature on EdibleSalt CakingCHENJunchen1，ZHUHaibin2*，HUPing1，LIUJiao1，LIUYan1，LIPengfei3（1.Hunan Xiangli Salt Chemical Co.，Ltd.，Jinshi 415400，China；2.Snowsky SaltIndustry Group Co.，Ltd.，Changsha 410114，China；3.Chongqing Xiangyu SaltChemical Co.，Ltd.，Chongqing 404000，China）Abstract：Edible salt caking has been a troubling problem in many production enterprisesfor a long time.There are many reasons for edible salt caking.In this article，the effect of packagingtemperature on edible salt caking is discussed.The research showed that the temperature of salt during packaging in production will affect the edible salt caking speed.When the temperature aboveambient temperature，the higher the packaging temperature，the easier the edible salt caking.Key words：Edible salt；Caking；Packaging temperature1前言食盐在自然放置中，随着周围温湿度的不断变化，氯化钠晶体通过不断吸湿放湿，在表面发生溶解结晶现象形成盐桥，导致宏观上的结块。在生产和储存中，影响和加速食盐结块的原因有很多，包括自身因素和外界影响，如食盐纯度 1、粒度 2、压力、环境温湿度、抗结剂种类和剂量、包装物阻隔性、晶习 3 等。由于影响食盐结块的因素较多，食盐结块问题一直未得到很好解决，这不仅给生产企业造成了损失，也给消费者的使用带来麻烦。在新消费饮食观念引导下，消费者更为注重食品绿色健康属性，根据国家相关标准要求，绿色食品食用盐中不得检出亚铁氰化钾，因此多数生产企业开始使用柠檬酸铁铵代替或不添加抗结剂。然而柠檬酸铁铵的抗结性能弱于亚铁盐科学与化工Journal of Salt Science and Chemical Industry第53卷第5期2024年5月24