稀鹽酸解堵工藝及其在提高注液井流量中的應(yīng)用

原 淵，江國平，鄧錦勛，程 威，趙海軍，王如意

(1.中核通遼鈾業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149；3.中核內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011)

0 引 言

我國已發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦床滲透性普遍偏低，礦層滲透性小于0.5 m/d的砂巖型鈾礦床占70%以上[1]。因此，我國地浸礦山普遍呈現(xiàn)出生產(chǎn)井抽注液能力差、生產(chǎn)能力低、浸出周期長等特點。生產(chǎn)過程中隨著浸出劑注入礦層，容易引起氣體堵塞、化學(xué)堵塞和機械堵塞，降低生產(chǎn)井的抽注液能力。如何保持礦層滲透性，提升生產(chǎn)井的抽注液能力，是必須長期面對和解決的關(guān)鍵問題。

1 礦床基本情況

某砂巖型鈾礦床，礦體呈北東-南西向帶狀展布，以板狀、似層狀為主，受直羅組下段砂體及綠色古層間氧化帶控制[2]。含礦含水層下伏于直羅組上段含水層之下，賦存的地下水為承壓水，地下水位埋深109.45～153.41 m，承壓水頭為169.55～252.46 m。單井涌水量為83.64～123.18 m3/d，含礦含水層滲透系數(shù)為0.55～0.63 m/d，導(dǎo)水系數(shù)17.34～72.55 m2/d。含礦含水層隔水頂板為穩(wěn)定連續(xù)展布的泥巖或泥質(zhì)粉砂巖。

2 礦石主要成分

地質(zhì)報告顯示：礦石中的碎屑物以石英為主，平均含量64.92%；其次為長石，平均含量28.62%。碳酸鹽含量較高，礦石中CO2含量0.13%～12.09%，平均含量為2.67%；同時礦石中夾雜著較多的鈣質(zhì)砂巖，鈣質(zhì)砂巖中CO2含量6.35%～18.22%，平均含量為10.22%。

黏土礦物主要以雜基形存在，以蒙脫石、高嶺石為主，伊利石和綠泥石次之，多呈彎曲片狀或碎片狀集合體分布于碎屑顆粒之間。試驗礦樣的化學(xué)分析結(jié)果和X射線衍射分析結(jié)果見表1和表2。

表1 試驗礦樣化學(xué)組成分分析

表2 試驗礦樣X射線衍射分析結(jié)果

從表2可以看出，礦石碳酸鹽含量高，方解石與白云石含量達(dá)到約8.0%。黏土礦物含量較高，達(dá)到約18.38%。黏土礦物占較大比例的蒙脫石等礦物，在浸出過程中，有可能發(fā)生水化膨脹和分散運移，形成化學(xué)堵塞。

3 現(xiàn)場試驗簡介

注液井采用填礫式結(jié)構(gòu)，一徑到底，套管規(guī)格為Φ104 mm×12 mm，過濾器長度在4.0～9.0 m之間，平均為5.48 m。過濾器長度基本與礦層一致，減少外來地下水的稀釋。初始運行水量在1.77～3.64 m3/h之間，單孔平均注液量約2.62 m3/h。試驗進行3個月后，部分注液井的注液量由3.50 m3/h左右逐步下降至2.00 m3/h以下，單孔平均注液量降低至1.76 m3/h。

由于試驗塊段礦石中碳酸鹽含量(以CO2計)平均含量為2.67%，礦石中夾雜的鈣質(zhì)砂巖碳酸鹽含量(以CO2計)更高，達(dá)到10.22%。采用CO2+O2浸出工藝時，CO2難以將碳酸鹽膠結(jié)物全部溶解，同時礦層泥質(zhì)膠結(jié)物多，有可能造成礦層堵塞，從而導(dǎo)致鉆孔注液量的下降。

在石油工業(yè)中，酸化作為常見的礦層保護以及油田改造措施來使用，得到了比較廣泛的應(yīng)用[4-5]。結(jié)合地浸采鈾化學(xué)洗井工藝，常見的試劑主要包括HCl、H2SO4與HF等，優(yōu)先選擇鹽酸(HCl)作為解堵試劑。

經(jīng)初步研究，考慮采用稀鹽酸解堵的方法，提高礦層的滲透性，提高鉆孔的注液量。

4 稀鹽酸解堵主要原理

稀鹽酸解堵的反應(yīng)原理見式(1)和式(2)。

(1)

2UO2+O2+4H++4CaCO3→

2[UO2(CO3)2]2-+4Ca2++2H2O

(2)

5 礦石稀鹽酸增滲試驗

礦石稀鹽酸增滲試驗通過液測滲透率儀開展[6]。試驗過程中，進入巖芯樣品的溶液流速控制在0.5～1.0 mL/min，并且試驗過程中保持流速恒定；先通入30 PV(孔隙體積)的地層水，然后開始通入2 g/L稀鹽酸；當(dāng)注入鹽酸體積達(dá)到90 PV時，停止試驗。

根據(jù)試驗過程中礦石滲透率的變化情況，評價稀鹽酸增滲的效果，試驗結(jié)果見表3。

由表3可知，注酸后礦石的滲透率開始不斷增加。試驗結(jié)束時，滲透率較基準(zhǔn)滲透率提高了128%。礦石滲透率上升的主要原因是，注入稀鹽酸后， 礦

表3 稀鹽酸處理過程礦石滲透率變化情況

石中碳酸鹽膠結(jié)物不斷溶解，增加了巖芯的喉道數(shù)量，同時擴大了喉道半徑[7]。試驗表明用稀鹽酸處理含有碳酸鹽膠結(jié)的礦石，可以達(dá)到改善其滲透率的目的。

6 稀鹽酸解堵工藝的實際應(yīng)用

為解決注液井堵塞引起的注液量下降的問題，決定使用稀鹽酸解堵工藝進行處理。針對注液量小于2 m3/h的注液井，在注液支管上設(shè)置三通。三通一端與注液支管相連，同時，三通另一端與計量泵相連。

稀鹽酸通過計量泵進入到注液支管內(nèi)，鹽酸加入速度和加入量由計量泵控制。注入的稀鹽酸隨浸出劑一起注入到礦層中，控制溶液的pH值為4.0～4.5。單孔注酸時間隨鉆孔運行情況發(fā)生變化，一般不小于24 h，平均單孔注入鹽酸量200～250 kg。注酸停止后，鉆孔正常注液運行。

從2014年5月24日開始，對syz-5、syz-6、syz-8、syz-9、syz-12與syz-14六個注液井使用稀鹽酸解堵工藝進行處理。處理前后注液井的注液量變化情況見圖1。

圖1 稀鹽酸解堵工藝使用前后注液井注液量變化情況

從圖1中可以看出，syz-5、syz-6、syz-8、syz-9、syz-12與syz-14注液井的注液量，分別較處理前的注液量，提高了117%、105%、104%、94%、55%和82%，總注液量增加了11.26 m3/h。稀酸解堵工藝對于提升注液井的注液能力具有明顯效果，部分注液井恢復(fù)至其初始注液量。

7 結(jié) 語

本次試驗利用鹽酸作為解堵劑，將稀鹽酸解堵工藝應(yīng)用于提升地浸試驗的注液井注液量。礦石稀鹽酸增滲試驗表明，注酸后巖芯的滲透率不斷增加，試驗結(jié)束時滲透率提高了128%。現(xiàn)場試驗的結(jié)果表明：經(jīng)過稀鹽酸解堵工藝處理的鉆孔，其注液量增加55%～117%。

綜上所述，稀鹽酸解堵工藝對于提升原地浸出采鈾注液井的注液量具有顯著效果，可以考慮推廣至以后的地浸采鈾試驗和生產(chǎn)中。