地下鹵水采輸用于氯堿生產的探討

李 武，西文楓，延曉強，于海軍

（東營華泰化工集團有限公司，山東 東營 257091）

中國鹽化工產業的不斷發展壯大，極大地刺激了原鹽生產，給原鹽下游市場發展帶來了無限商機；隨著國內、國際的環境形勢和氣候的變化，兩堿生產依仗最大的海鹽產能逐年降低，致使工業用鹽價格不斷攀升，鹽化工生產企業的發展受到影響，開發利用地下優質鹽鹵資源，實現鹵水采輸有利于鹽化工企業降低成本、緩解原鹽供需矛盾。山東地區的兩堿生產在中國鹽化工業發展中具有舉足輕重的地位，為了解決原料供應的市場瓶頸，促進地區經濟和社會發展，實施對東營地區地下巖鹽資源的綜合開發利用，替代供應日趨緊張的原鹽，不但可以保證兩堿生產原料需求，而且可大大降低生產成本，提高競爭力。

經過對該地區鉆探施工，通過取芯和電測解釋，證實在3 764.75～3 983.87 m 井段賦存有33個鹽層，純鹽層累計厚度約一百一十四米，礦石中的氯化鈉的品位為90%左右，屬工業Ⅰ級品。由此，說明該礦區巖鹽資源豐富，含鹽段長，鹽層累計厚度大，礦石中氯化鈉的品位較高，在使用水平對接井組的采鹵工藝條件下，能產出高濃度的鹵水，完全滿足氯堿、純堿生產對原料（鹵水）的質量要求。

1 鹽鹵探井取芯和電測結果分析

1.1 取芯鹽組情況分析

鹽鹵探井在3 760 m 處遇巖鹽層，由3 766.71 m開始取芯至3 994.00 m，取芯總進尺214.03 m，巖鹽取芯累計厚度為97.77 m。

（1）1鹽組

根據礦區施鉆的鹽探1井、鹽探2井取芯資料及綜合電測資料，結合鄰區的豐深2井地質資料綜合分析，1鹽組純鹽層有三四層，單層厚度最薄為0.625 m，最厚為7.25 m，夾石層厚度為0.375～4.130 m，累計純鹽層厚度3.500～19.375 m，平均厚度為12.75 m。巖性為灰白色巖鹽夾深灰色泥巖，鹽層中局部含硬石膏條帶、斑塊、斑點及泥質物，巖鹽以中晶結構為主，細、粗晶結構次之，呈透明-半透明狀，半自形晶為主，它形晶次之。NaCl 質量分數為94.72%～98.84%，平均為98.18%，屬一級工業品位。

（2）2鹽組

礦區內2鹽組純鹽層有三四層，單層純巖鹽厚度最薄為0.5 m，最厚為15.5 m，夾石層厚度為0.50～5.37 m，累計純鹽層厚度為9.000～18.625 m，平均厚度為14.75 m。巖性為灰白色巖鹽夾深灰色泥巖，巖鹽以中晶結構為主，細、粗晶結構次之，呈透明-半透明狀，半自形晶為主，它形晶次之，鹽層中局部含硬石膏條帶、斑塊、斑點及泥質物。NaCl 質量分數為93.65%～98.84%，平均為97.33%，屬一級工業品位。

（3）3鹽組

礦區內3鹽組純鹽層共3層，單層純鹽厚度最薄為1.00 m，最厚7.63 m，夾石層厚度0.25～1.50 m，累計純鹽層厚度11.13～22.00 m，平均厚度為15.13 m。巖性為灰白色巖鹽夾深灰色泥巖，鹽層中局部含硬石膏條帶、斑塊、斑點及泥質物，巖鹽以中晶結構為主，細、粗晶結構次之，呈透明-半透明狀，半自形晶為主，它形晶次之。NaCl 含量為90.810%～98.544%，平均為96.194%，屬一級工業品位。

（4）4鹽組

礦區內4鹽組純鹽層有四五層，單層純巖鹽厚度最薄為0.75 m，最厚為16.25 m，夾石層厚度0.625～1.880 m，累計純鹽層厚度為15.75～20.25 m，平均厚度為18.04 m。巖性為灰白色巖鹽夾深灰色泥巖，巖鹽以中晶結構為主，細、粗晶結構次之，呈透明-半透明狀，半自形晶為主，它形晶次之，鹽層中局部含硬石膏條帶、斑塊、斑點及泥質物。NaCl 質量分數89.487%～98.971%，平均為96.162%，屬Ⅰ級工業品位。

1～4鹽組巖鹽化學組分情況見表1。

表1 鹽鹵探井1～4鹽組巖鹽化學組分統計表 %

1.2 巖鹽礦石質量特征

（1）巖鹽為灰白、淺灰、無色，棕色及無色，以中粗粒結構為主，少量巨晶，質較純，含少量雜質，主要為膏質、泥質、白云石、有機質等，大多是團塊、條帶、斑塊、斑點狀產出。無色巖鹽多數呈石榴子狀。含礫巖鹽的礫多為泥及硬石膏礫塊，分布無規律，局部礫呈條帶狀直立。

（2）巖鹽礦礦物組分主要為石鹽，次為硬石膏，少量為方解石、白云石、泥質及有機質等。

（3）巖鹽化學組分主要為NaCl，次為CaSO4，NaCl 質量分數為90%以上。

水溶分析后，平均溶解比例為90.162%，其中，NaCl 占無機鹽總量的99%以上，鹽品質較好。

1.3 巖鹽礦層頂板特征

根據礦區鹽探1、鹽探2井取芯資料及地球物理測井資料綜合分析，含鹽系巖鹽頂板為泥巖，以下為深灰色泥巖及灰黑色頁巖、油頁巖，直接頂板厚度為8.63～11.80 m，巖性為深灰色、褐灰色黑灰色泥巖及褐色、灰褐色、黃褐色、棕褐色泥巖。各鹽組頂板、底板均為深灰色、褐灰色、灰黑色、棕褐色泥巖。頂板巖性致密、穩定。

2 鹽鹵質量及建設定位

鹵水中NaCl 質量濃度≥280 g/L，質量濃度CaSO4≤5 g/L。工程能耗低，無三廢排放，屬于綠色環保型工程?？梢园凑諊鴥燃夹g經濟指標一流的巖鹽礦山進行開采建設。

3 采鹵工藝比選

國內埋藏較深的巖鹽礦床開采工藝一般為鉆井水溶開采工藝，可供選擇的主要開采方法有單井對流法、兩管油墊法和水平對接井連通采鹵工藝等。各開采方法都有相適用的礦床地質條件以及在技術和經濟方面的優缺點。

（1）單井對流法。適用于任何構造的鹽礦體，且井身結構簡單、采鹵管串結構簡單、升咸快、達產快、投資較少。其缺點是頂板暴露快、高產期短、井下事故較多、采收率低，不利于鹽礦資源的保護和長期經濟開采。故單井對流法僅用于巖鹽礦山開發初期建槽工作。

（2）兩管油墊法。具有能延緩頂板暴露時間、高咸高產期長、鹵井事故較少、鹵井生產服務時間長、回采率較高等優點。但同時存在升咸慢、建槽期長、原材料消耗大、投資較大等缺點。故兩管油墊法并非優選開采工藝，暫不予以考慮。

（3）水平對接井連通采鹵工藝。就是施工水平井直接與另一口直井鹽槽（或溶腔）連通，直接實現連通采鹵生產。其優點是，經過較短建槽期就能產出高咸鹵水；鹵井產能大幅提高，一對水平對接井的產能是一對直井產能的2～4倍；井下事故少，安全生產周期長，能大幅降低鹵井修治投入；鹵井服務年限長；回采率高，有利于保護資源。其缺點是建井工程投資稍大，工程投資相對較大，克服鹽層的塑性流動難度較大。

綜上所述，結合東營地區巖鹽礦床開采地質條件，沿鹽層走向顯示巖鹽礦層較穩定，厚度變化不大等條件，確定采鹵工藝為水平對接井連通采鹵工藝，該工藝是當前國內外最先進的采鹵技術，具有明顯的先進性和經濟性。

4 鉆井工程方案

4.1 鉆井工程概述

工程開采技術為使用水平對接井連通采鹵工藝，在1組水平對接井組中，首先，建成直井并下入中心管進行建槽，建成1個直徑6～10 m 的鹽槽，為施工水平對接井奠定基礎。在距直井約350 m 處施工1口水平對接井與直井的鹽槽中心對接，最終形成由1口直井、1口水平井構成的連通井組，其中，直井單井鉆深3 870 m；水平井單井鉆深4 145 m；探井單井鉆深3 995 m；取芯進尺約720 m 每對井產能為54萬m3/a 鹵水，以滿足水平對接井連通采鹵的要求。

4.2 工藝流程敘述

4.2.1 直井建槽工藝流程

淡水池淡水經建槽泵加壓后送至直井的井口裝置，沿直井中心管達井底，進入鹽槽溶鹽形成鹵水，鹵水直井環隙回鹵通道上升至地表，經回鹵管將高濃度鹵水送至鹵池，將低濃度鹵水送至淡水池入井參與再循環。

4.2.2 水平對接井連通采鹵工藝流程

取水站淡水經給水管道輸送至淡水池，淡水經采鹵泵加壓后，送至注水井井口裝置，沿直井注水通道達井底，進入水平段鹽槽溶鹽形成鹵水后沿水平井回鹵通道上升至地表，經回鹵管送至鹵池；鹵水用輸鹵泵和輸鹵管道輸送到氯堿廠儲鹵池。各出鹵井根據需要安裝降咸配水管，以滿足調節鹵水濃度的要求，工藝流程示意圖見圖1。

5 工程建設條件

（1）市場條件。

工程屬于地下鹽鹵礦山，產品為鹵水，產品目標市場現主要為東營、濰坊、濱州、淄博等地的氯堿生產企業和純堿生產企業，產品市場條件好，應用前景光明。

圖1 水平對接井連通采鹵工藝流程示意圖

（2）資源條件。

工程涉及到的資源主要有巖鹽資源和水資源。

a.巖鹽資源：根據《東營地區鹽巖地震地質綜合評價》、《東營地區沙四段鹽巖地質綜合研究》以及探井的實鉆取芯資料和電測解釋資料，7.5 km2勘探區內礦石量折合NaCl 量約為六億噸，礦石中NaCl 平均品位為90%。首采區3.5 km2范圍內礦石量折合NaCl 量約為二億六千五百萬噸。證實該地區巖鹽資源條件較好，可靠程度較高。

b.水資源：礦區瀕臨以黃河水為水源的水庫，水資源條件好。

（3）技術條件。

采用當前國內外最先進的水平對接井組連通采鹵工藝技術，經過不斷改進完善，該技術自上世紀90年代初研發應用至今，已非常成熟、可靠。

（4）環境條件。

原鹽和鹵水是鹽化工企業的重要原料，原料供給保障程度影響著鹽化工企業能否可持續發展。該地區鹽化工業發展較快，海鹽市場大幅波動，原料供給與需求矛盾日益突出。

由于礦區屬于平原地區，在極端氣候條件下，不會對生產運行產生影響，不會發生地質災害。

（5）施工條件。

構造巖鹽層埋深大于3 600 m，巖鹽礦層直接頂、底板為20～30 m 和10～15 m 厚的硬石膏巖，為可塑性地層，巖性致密，為非透水層，隔水性良好，若有斷層通過，可塑性的硬石膏巖也會使斷層迅速“愈合”，因此，巖鹽保存完整，未遭地下水破壞，且巖鹽易溶于水，完全適宜水溶開采。

6 鹵水輸送管道比選

6.1 輸鹵管道材質選擇

由于輸鹵管線一般為遠程輸送，輸鹵壓力為3.5～4.0 MPa，結合輸送介質（鹵水）條件，可用于輸送鹵水的管材主要有鋼管、玻璃鋼管等。

玻璃鋼管主要優點是，可埋地敷設而不需永久性占地，不需防腐處理，內壁光滑、阻力?。é恕?.001 29、為鋼管的1/10），輸送流量大而穩定，抗壓強度較高，維護工作量較小，使用壽命較長，運行能耗較低。主要缺點是，易受到人為損壞，玻璃鋼管道安裝難度很大。

鋼管主要優點是，可埋地敷設而不需永久性占地（也可明設），強度高而不易受到人為損壞，抗壓強度較高，技術成熟而使用較普遍，維護較簡單，輸送流量能滿足要求。主要缺點是，內外壁均需作防腐處理，增加了管道安裝費用，防腐后內壁阻力大，會造成運行能耗偏高。

綜合比較，玻璃鋼管道容易受到人為損壞且安裝難度大，建議暫不考慮，推薦選用鋼管（鋼板直縫卷管）作為輸鹵管道。

6.2 輸鹵管道敷設方式

輸鹵管道敷設需考慮沿線的地理環境條件，盡量選擇無高差地形。輸鹵管道采用埋地敷設方式，埋在防凍土層以下，管頂埋深0.8～1.0 m。

7 經濟分析

目前，原鹽（指海鹽）每噸售價為280～300元，規模為10萬t/a 燒堿廠，年需要原鹽15.4萬t，原料成本為4 312萬～4 620萬元。

地下鹽鹵礦開采工程綜合生產成本為84元/m3，規模為10萬t/a燒堿廠年需要采輸鹵水20萬m3，原料成本為1 680萬元，低于使用海鹽成本2 632萬～2 940萬元。

8 結論

經對沙四段第一膏鹽層進行勘探，巖鹽埋深3 757.63～3 994.00 m，開采垂深近四千米的巖鹽礦屬國內首創；巖鹽礦累計厚度20.50～172.50 m，一般在六十米左右，鹽層層數較多，層厚為0.50～16.25 m，含鹽層平面分布近橢圓形，巖鹽呈層狀產出，與地層產狀一致。礦石類型主要為灰白色巖鹽，以團塊、條帶狀、斑塊狀、斑點狀為主，NaCl 質量分數平均為89.50%～98.97%，屬Ⅰ級品，非常適合用于氯堿和純堿生產原料用鹽。