通遼某鈾礦區(qū)地浸工藝孔鉆探施工質(zhì)量保障措施

宗緒永，李柏軍

（核工業(yè)二四〇研究所，遼寧 沈陽 110032）

0 引言

地浸鉆孔施工工藝是地浸采鈾的關(guān)鍵技術(shù)之一，其質(zhì)量的好壞，不僅直接影響到井場(chǎng)的抽注平衡、溶浸范圍和溶浸死角，也關(guān)系到鉆孔的服務(wù)年限，從而影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。決定地浸工藝鉆孔質(zhì)量的因素很多，從地浸工藝鉆孔施工技術(shù)管理的角度來看，鉆孔施工設(shè)計(jì)、孔斜偏離、生產(chǎn)套管接頭密封、鉆孔封孔以及洗孔等方面尤為重要。只有真正規(guī)范了其施工方法、技術(shù)要求和保證質(zhì)量的措施，才能使施工單位和監(jiān)理單位有據(jù)可依。

1 礦區(qū)地浸工藝孔驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

礦區(qū)地浸工藝孔主要質(zhì)量指標(biāo)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，施工中須嚴(yán)格保證鉆孔質(zhì)量滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2

質(zhì)量保障措施

為保障工藝孔質(zhì)量滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，這里介紹了裸孔施工、成井主要環(huán)節(jié)兩方面的質(zhì)量保障措施。

2.1 裸孔施工

施工區(qū)主要鉆遇的巖性為泥巖、砂巖、砂礫巖，主要矛盾集中在防斜、除砂和保證測(cè)井工作順利進(jìn)行。

1）鉆孔防斜措施

為了生產(chǎn)套管的順利下放，開采工藝孔采用直孔設(shè)計(jì)，施工時(shí)孔斜程度將直接影響見礦點(diǎn)之間相對(duì)距離和溶浸液的運(yùn)移距離。采取如下幾項(xiàng)防斜措施：

①使用Φ70鉆鋌加重鉆具；

表1礦區(qū)地浸工藝孔質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

②鉆頭使用導(dǎo)向性較好的牙輪鉆頭；

③鉆具開孔時(shí)鉆具安裝中心線重合、校正鉆機(jī)立軸等。

④采用合理的鉆進(jìn)方法和操作方法，換層時(shí)用輕壓慢轉(zhuǎn)的小規(guī)程鉆進(jìn)。

2）泥漿的性能和維護(hù)

為保證鉆孔出水量、減小沉沙高度、測(cè)井工作順利進(jìn)行，對(duì)泥漿的性能和維護(hù)提出如下要求：

①在擴(kuò)孔施工達(dá)到礦層深度時(shí)，為使孔內(nèi)液柱壓力與礦層壓力平衡，須用新鮮稀泥漿沖孔換漿。同時(shí)為了不污染礦層和防止在礦層部位形成較厚的泥皮而增加洗井難度，攪拌新泥漿時(shí)嚴(yán)禁加入纖維素、腐植酸鉀等泥漿化學(xué)處理劑，泥漿稀釋程度根據(jù)地層穩(wěn)定狀況而定，比重1.10～1.15g／cm3左右。該礦層段可適當(dāng)加快進(jìn)尺速度，減小對(duì)周圍含礦含水層的滲透性的影響。

②施工區(qū)產(chǎn)生的巖粉較多，各班勤撈砂，及時(shí)清理循環(huán)系統(tǒng)中的沉淀巖粉。

③該施工區(qū)泥巖縮徑較為嚴(yán)重，為保障測(cè)井探棒順利下放，各班勤提鉆，以修復(fù)孔壁和查看鉆頭磨損情況，同時(shí)保證測(cè)井前沖孔換漿循環(huán)徹底，穩(wěn)定地層泥漿比重不高于1.15g／cm3

2.2 成井主要環(huán)節(jié)

1）沖孔換漿

為了下管工作的順利進(jìn)行，要將孔內(nèi)泥漿盡可能得置換成低密度泥漿，換漿時(shí)所用的泥漿粘度要?。?8s左右），膠體率要高，含砂量要小。將鉆具下到距孔底一定深度后泵入稀泥漿，以清除孔底堆積巖粉和泥砂，然后逐漸上提鉆具直至將孔內(nèi)巖粉清除干凈。在孔口返出的泥漿粘度降至18～20s，含砂量降至4%以下，密度調(diào)至1.06～1.10g／cm3時(shí)為止。

2）下管

UPVC要正確安裝，采用生料帶密封、接箍連接，嚴(yán)防“跑管”、UPVC管漏氣、過濾器位置偏差不符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等事故的發(fā)生。投礫管要根據(jù)花管長(zhǎng)度配備足夠數(shù)量的閥門，在上下提升投礫管時(shí)，注意保護(hù)閥門和泵壓表。

下管采用懸吊法，根據(jù)設(shè)計(jì)下管位置深度，依次下入配置好的沉砂管、過濾器、套管，過濾管上下各焊接一個(gè)扶正器。下放井管采用異徑接手、夾板和鉆機(jī)升降機(jī)作業(yè)。由于UPVC強(qiáng)度較低，擰接井管時(shí)要用力均勻，不能過大。下放井管要平穩(wěn)，嚴(yán)禁猛墩和急剎車。為防止孔內(nèi)沉砂影響井管安裝位置，鉆孔深度應(yīng)大于孔內(nèi)井管長(zhǎng)度1～2m。井管下完后，要用升降機(jī)將管柱吊直，并在孔口將其扶正、固定。頂端安裝管口封閉頭，封閉頭上帶有壓力表和球閥。

UPVC井管下完后，從井管與井壁間隙間下入Φ42投礫管，投礫管底端超出過濾器底端3m左右。

3）沖孔

內(nèi)沖：將泥漿泵高壓膠管與悶頭相連，開啟泥漿泵以80L／min左右的泵量進(jìn)行置換井管內(nèi)泥漿，同時(shí)清洗過濾器縫隙內(nèi)的泥砂，直到到管口封閉頭壓力表壓力值不再升高為止。Φ215孔徑內(nèi)沖時(shí)間約30分鐘，Φ311孔徑內(nèi)沖時(shí)間約45min。

外沖：關(guān)閉悶頭閥門，將高壓膠管通過水接頭與投礫管連接，泥漿泵以100L／min的泵量左右沖孔，Φ215孔徑外沖至0.2MPa，Φ311孔徑外沖至0.1～0.15MPa。

在地層穩(wěn)定的情況下，泥漿稀釋到“不掛手”為止。

4）投礫

使投礫工作有序進(jìn)行，由機(jī)長(zhǎng)安排人員在開關(guān)泥漿泵崗位、排污崗位、泵送清水崗位、投礫崗位、填裝礫料崗位等。投礫工作開始后施工人員積極配合技術(shù)負(fù)責(zé)與機(jī)長(zhǎng)的調(diào)度，投礫工作遵循如下原則：

①礫料清洗合格，投礫前礫料在合適的位置用清水清洗，清洗掉摻雜在礫料當(dāng)中的粉塵。

②泥漿泵開啟后方可開啟投礫泵，嚴(yán)禁投礫泵無水運(yùn)行。

③ 待孔口返漿，流量穩(wěn)定后投礫。

④由于孔內(nèi)泵壓較大，投礫開始緩慢向漏斗中加礫料，根據(jù)明管中礫料運(yùn)移速度改變加料速度。開始投礫過快容易出現(xiàn)明管堵塞，可從明管與水接頭連接處擰卸開，然后開泵將堵塞的礫料沖出。

⑤ 可通過明管中礫料運(yùn)移速度判斷是否憋泵，礫料上下小范圍內(nèi)晃動(dòng)、同時(shí)漏斗返水、孔口返漿流量明顯減少時(shí)已經(jīng)憋泵，班長(zhǎng)立即向上提拉投礫管，每次提拉0.5m，直至憋泵解除為止。

⑥隨著投礫的進(jìn)行，孔底壓力逐漸減小，投礫泵泵送的壓力與孔底壓力差值逐漸減小，泵送礫料的速度會(huì)加快，可適量加大礫料添加速度。

⑦ 出現(xiàn)投礫管堵塞時(shí)可嘗試用泥漿泵與投礫管直接相連，高壓將堵塞位置沖開，仍未成功應(yīng)快速提取投礫管查找堵塞位置。

⑧在投礫高度將要達(dá)到設(shè)計(jì)高度時(shí)，須停止投放礫料，拉起投礫管后緩慢下放試探礫面位置，粗粒界面可開泵沖5～8分鐘后待管內(nèi)及低端礫料下沉后試探礫面位置，細(xì)礫料礫面位置可停泵5～8分鐘后試探。礫面位置可酌情高出設(shè)計(jì)礫面位置2m左右。

⑨填礫用量采用如下公式進(jìn)行計(jì)算，填礫過程中要隨時(shí)測(cè)量填礫深度，確保填礫位置（深度、厚度）正確可靠。

式中：Q——需要礫料數(shù)量（m3）；

D——井徑（m）；

d——濾水管外徑（m）；

L——填礫井段長(zhǎng)度（m）；

K——超徑系數(shù)，一般在1.1～1.5之間。

準(zhǔn)確計(jì)算好理論投礫量，實(shí)際投礫量與理論投礫量差值不超過理論投礫量的20%。

5）注水泥漿

投注細(xì)礫料時(shí)由機(jī)長(zhǎng)組織人員提前攪拌泥漿，為防止出現(xiàn)泥沙混填，待投礫工作完成后立即注水泥漿。

①注水泥漿時(shí)投礫管下端距細(xì)礫面2～4m；

②Φ215孔徑須先攪拌三罐水灰比為0.6的濃水泥漿，Φ311孔徑須攪拌五罐濃泥漿，再注入水灰比不大于1的稀水泥漿；

③注入濃水泥漿泵量不大于50L／min，完成后提拉投礫管，投礫管底端不得脫離水泥漿界面；

④注入稀水泥漿時(shí)可適當(dāng)加大泵量，泵量不大于96L／min，注漿過程中注漿管下端不能脫離水泥漿面，根據(jù)注入情況提取投礫管，孔深100m以上嚴(yán)禁提取投礫管。

6）洗井

①活塞洗井

測(cè)井工作完成后下投礫管“拉活塞”，下管之前丈量活塞大小及安裝情況，活塞磨損嚴(yán)重時(shí)需更換活塞。利用升降機(jī)上下提拉活塞，同時(shí)開泵沖洗，泵量一般取80～100L／min。

活塞首先要下放到過濾器上段部位3～5m為一段，每段拉至少3回合，每回合拉15min左右，直至拉清為止，最后活塞下放到沉砂管內(nèi)沖洗。通過抽吸和沖洗作用，破壞泥皮疏通含水通道，并沖洗排凈管內(nèi)泥砂。

②空壓機(jī)洗井

空壓機(jī)主要根據(jù)孔深、孔徑所需風(fēng)量及風(fēng)壓來合理選擇?？諌簷C(jī)規(guī)格型式較多，選用時(shí)主要考慮其風(fēng)量和風(fēng)壓這兩個(gè)參數(shù)。風(fēng)量一般不低于10m3／min，風(fēng)壓主要根據(jù)井深來確定，孔深每增加100m，所需風(fēng)壓至少要增加1MPa。風(fēng)量不夠時(shí)可采用兩臺(tái)或多臺(tái)空壓機(jī)并聯(lián)。

洗井過程中，不準(zhǔn)將活塞下放到沉砂管中?；钊淳畷r(shí)間不得少于3小時(shí)。為了保證安全，空壓機(jī)洗井時(shí)施工人員要距離井口至少10m。

3 結(jié)論

1）地浸工藝鉆孔施工具有成井工藝復(fù)雜、施工質(zhì)量控制指標(biāo)多、成井孔徑大、沖洗液用量大、對(duì)設(shè)備扭矩要求高等特點(diǎn)，完善地浸鉆孔施工工藝和優(yōu)化施工設(shè)備級(jí)配對(duì)今后地浸采鈾鉆探施工具有重要意義。

2）當(dāng)前地浸鉆孔成井施工中，對(duì)礦層泥漿的比重控制很模糊，尤其在低滲透礦床開發(fā)中，合理的選用礦層泥漿性能，保持地層的天然滲透性，利于提高礦床涌水量。

3）泥漿的性能的選擇在成井過程中是很重要的因素。礦層段鉆進(jìn)、下管前沖孔以及投礫前的“內(nèi)沖”、“外沖”對(duì)泥漿性能都有一定要求。泡沫泥漿在地浸鉆孔施工中還未廣泛推廣，泡沫泥漿不僅能實(shí)現(xiàn)負(fù)壓鉆進(jìn)，適合易坍塌、埋鉆事故多發(fā)地層；還有助于減小對(duì)地層的擾動(dòng)性進(jìn)而提高礦床涌水量。

4）活塞洗井以及空壓機(jī)洗井的目的都是還原礦層的天然滲透性，徹底打開過濾器與礦層的水力聯(lián)系。優(yōu)化洗井工藝，提高施工效率的同時(shí)對(duì)鉆孔涌水量也有很大的影響。泡沫洗井技術(shù)還未被廣泛引用，其工藝簡(jiǎn)單易行，通過加入發(fā)泡劑調(diào)整乳狀混合物密度，并保持有足夠的風(fēng)量，使上升溶液形成良好的水包氣混合物，洗井效果顯著，泡沫洗井有很大的推廣空間。

5）我國(guó)在地浸鉆孔成井工藝還較落后。2000年起我國(guó)已著手逆向注漿的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，但到目前為止還未在生產(chǎn)中應(yīng)用。對(duì)于這項(xiàng)關(guān)鍵的鉆孔施工技術(shù)，需進(jìn)一步研究。同時(shí)逆向投礫技術(shù)、可更換式過濾器的引用、局部擴(kuò)孔技術(shù)等都未得到試驗(yàn)和拓廣，仍需摸索和研究。

［1］謝爾金科.地質(zhì)工藝鉆孔的鉆探和設(shè)備［M］.北京：地震出版社，1993.

［2］陳庭根，管志川.鉆井工程理論與技術(shù)［M］.北京：石油大學(xué)出版社，2000.

［3］王海峰，闕為民，鐘平汝，等.原地浸出采鈾技術(shù)與實(shí)踐［M］.北京：原子能出版社，1998.

［4］王海峰.地浸采鈾技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用中存在的問題［J］.鈾礦冶.2008（3）.

［5］李曉劍，姜巖，姚益軒，等.提高地浸采鈾鉆孔涌水量的技術(shù)措施及其應(yīng)用［J］.鈾礦冶.2010（2）.