地浸采鈾可更換式過濾器提升工具的改進(jìn)

口文杰，曹俊鵬，唐學(xué)濤，李 妍，周源江

(中核通遼鈾業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

鉆孔質(zhì)量好壞決定著浸出劑能否與礦層中的鈾礦物發(fā)生充分反應(yīng)，在地浸采鈾中有著重要的地位。在中國砂巖型鈾資源開采初期，地浸鉆孔主要采用填礫式鉆孔結(jié)構(gòu)[1]。通過對鉆孔結(jié)構(gòu)和施工工藝的探索，目前中國地浸鉆孔廣泛采用擴(kuò)孔式鉆孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可降低施工成本、提高成井質(zhì)量[2]。

在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，當(dāng)擴(kuò)孔式鉆孔的水量下降到一定程度時(shí)，常利用掛鉤式工具將鉆孔內(nèi)的可更換過濾器逆向提升，并對鉆孔進(jìn)行洗井和更換過濾器。在提升過程中，存在部分過濾器上端引管受力后發(fā)生變形、與過濾器分離等現(xiàn)象，導(dǎo)致過濾器無法提升。為提高過濾器提升成功率，進(jìn)行了過濾器提升工具設(shè)計(jì)和研究。

1 擴(kuò)孔式鉆孔結(jié)構(gòu)

擴(kuò)孔式鉆孔采用“一徑到底”的鉆進(jìn)方式，鉆孔性能指標(biāo)符合地浸開采的特殊需要，具有防砂、過濾器可更換等特點(diǎn)；并簡化了施工工序，達(dá)到了鉆孔施工“提質(zhì)、增效、降耗”的目的[3]，擴(kuò)孔式鉆孔結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 可更換式過濾器結(jié)構(gòu)

可更換式過濾器的結(jié)構(gòu)自下而上依次為沉砂管、陶粒過濾器、固定裝置、提升裝置(以下簡稱引管)，各部分之間采用絲扣連接。可更換式過濾器具有透水性好、防砂性強(qiáng)、可更換、成本低、易于施工的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 擴(kuò)孔式鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of expanded hole drilling structure

圖2 可更換式過濾器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of replaceable filter

表1 可更換式過濾器主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of replaceable filter

1.2 提升裝置(引管)結(jié)構(gòu)

引管是在管上端設(shè)置了“L”型卡扣的碳鋼管或UPVC管，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要技術(shù)參數(shù)見表2。

圖3 引管“L”型卡扣結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Structure diagram of “L”type snap of lead pipe

表2 引管主要技術(shù)參數(shù)Table 2 Main technical parameters of lead pipe

2 常規(guī)掛鉤式過濾器提升工具

2.1 掛鉤式提升工具

掛鉤式提升工具是可更換式過濾器提升最常用的工具[4]。該提升工具主要通過引管上端的“L”型卡扣實(shí)現(xiàn)過濾器提升。掛鉤式工具對于井內(nèi)引管與過濾器連接完好且引管上端的“L”型卡扣未出現(xiàn)變形的鉆孔過濾器提升，具有較好的提升效果。

掛鉤式提升工具是在鉆桿“接手”上加工2個(gè)夾角為180°的掛鉤，利用掛鉤將引管的“L”型卡扣掛牢，即可通過鉆桿對過濾器實(shí)現(xiàn)下放和提升操作。掛鉤式提升工具結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要技術(shù)參數(shù)見表3。

圖4 掛鉤式提升工具示意圖Fig.4 Schematic diagram of hook lifting tool

表3 掛鉤式提升工具主要技術(shù)參數(shù)Table 3 Main technical parameters of hook lifting tool

2.2 掛鉤式工具提升方法及存在的問題

掛鉤式提升工具的使用方法：將已連接提升工具的鉆桿下放至引管內(nèi)部；使用管鉗轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，使掛鉤進(jìn)入“L”型卡扣右側(cè)；然后緩慢提升鉆桿，將可更換式過濾器提升至井口。該提升工具具有制作簡單、提升成功率高等優(yōu)點(diǎn)。

在使用過程中，發(fā)現(xiàn)掛鉤式提升工具存在以下問題：1)掛鉤式工具在受力較大時(shí)，容易使引管“L”卡扣變形，導(dǎo)致掛鉤與“L”型卡扣脫落，無法繼續(xù)提升；2)個(gè)別鉆孔由于引管與過濾器絲扣處連接不緊固，在提升受力時(shí)容易脫扣，導(dǎo)致引管與過濾器分離，無法進(jìn)行提升；3)部分鉆孔過濾器上端引管為UPVC材質(zhì)，在受力較大時(shí)引管易出現(xiàn)破損斷裂現(xiàn)象，無法繼續(xù)提升。

3 過濾器提升工具的改進(jìn)

針對部分過濾器上端引管受力后發(fā)生變形、破損斷裂、與過濾器分離導(dǎo)致常規(guī)掛鉤式工具無法成功提升過濾器的問題[5]，設(shè)計(jì)了套筒式、公錐式、倒刺式過濾器提升工具。

3.1 套筒式提升工具

針對掛鉤式工具受力較大容易使引管“L”卡扣變形的問題，對掛鉤式工具進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了套筒式提升工具。該工具是在鉆桿下端焊接一個(gè)口徑大于引管外徑的套筒[6]，在套筒開口端內(nèi)部沿套筒直徑方向焊接一根橫桿，利用橫桿將引管的“L”型卡扣掛牢，即可通過鉆桿對過濾器實(shí)現(xiàn)下放和提升操作，掛鉤式提升工具結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要技術(shù)參數(shù)見表4。

圖5 套筒式提升工具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structure schematic of sleeve lifting tool

表4 套筒式提升工具主要技術(shù)參數(shù)Table 4 Main technical parameters of sleeve lifting tool

套筒式提升工具的使用方法：將已連接提升工具的鉆桿下放至引管處，使用套筒對引管進(jìn)行包裹；使用管鉗轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，將橫桿旋轉(zhuǎn)進(jìn)入“L”型卡扣；然后緩慢提升鉆桿，將可更換式過濾器提升至井口[7]。

該工具通過套筒對引管包裹，對“L”型卡扣起到了保護(hù)作用，有利于減小其變形程度，防止過濾器脫落。同時(shí)，由于套筒內(nèi)徑大于引管外徑，因此該工具也可用于“L”型卡扣已變形過濾器的二次提升。

3.2 公錐式提升工具

針對引管與過濾器脫扣分離后無法提升的問題，設(shè)計(jì)了公錐式提升工具。該工具是在鉆桿底端焊接1個(gè)導(dǎo)正卷筒，卷筒內(nèi)部制作1個(gè)公錐[8]，利用造扣的方式實(shí)現(xiàn)井內(nèi)過濾器的提升，公錐式提升工具如圖6所示，主要技術(shù)參數(shù)見表5。

圖6 公錐式提升工具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Schematic diagram of taper tap lifting tool

表5 公錐式提升工具主要技術(shù)參數(shù)Table 5 Main technical parameters of taper tap lifting tool

公錐式提升工具的使用方法：將已連接提升工具的鉆桿下放至過濾器上端，晃動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，利用卷筒導(dǎo)正，使過濾器進(jìn)入卷筒內(nèi)；使用管鉗順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，當(dāng)有吃扣跡象時(shí)，則繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿[9]，對碳鋼管進(jìn)行造扣；造扣成功后，緩慢提升鉆桿，將過濾器提升至井口。

該工具利用公錐對過濾器碳鋼管進(jìn)行造扣，起到連接作用，實(shí)現(xiàn)對過濾器的提升，有效解決了引管脫扣后過濾器無法提升的問題，同時(shí)該工具也可實(shí)現(xiàn)對部分井內(nèi)斷裂鉆桿的打撈。

3.3 倒刺式提升工具

針對UPVC材質(zhì)引管破損斷裂后過濾器無法提升的問題，設(shè)計(jì)了倒刺式提升工具。該工具是在鉆桿“接手”上制作2個(gè)夾角為180°、可活動(dòng)的倒刺[10]。由于過濾器碳鋼管直徑與接箍直徑不同，因此倒刺在不同位置的張開角度不同。接箍直徑大于碳鋼管直徑，連接處內(nèi)部成“凹槽”狀，提升時(shí)倒刺會(huì)鉤住“凹槽”[11]，懸掛住過濾器，從而實(shí)現(xiàn)過濾器的提升。倒刺式提升工具結(jié)構(gòu)如圖7所示，主要技術(shù)參數(shù)見表6。

圖7 倒刺式提升工具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.7 Structure diagram of barb lifting tool

表6 倒刺式提升工具主要技術(shù)參數(shù)Table 6 Main technical parameters of barb lifting tool

倒刺式提升工具的使用方法：將連接提升工具的鉆桿下放至斷裂的引管處，晃動(dòng)鉆桿使其進(jìn)入引管；繼續(xù)下放使倒刺進(jìn)入過濾器內(nèi)襯碳鋼管中，短距離提升和下放鉆桿，直至倒刺鉤住“凹槽”，懸掛住過濾器；然后緩慢提升鉆桿，將過濾器提升至井口。

該工具利用倒刺穿過引管，懸掛過濾器內(nèi)部“凹槽”，實(shí)現(xiàn)對過濾器的提升，有效解決了引管破損斷裂后過濾器無法提升的問題[12]。

4 現(xiàn)場應(yīng)用效果

某地浸采鈾礦山使用擴(kuò)孔式鉆孔結(jié)構(gòu)，在長期使用過程中，部分鉆孔出現(xiàn)水量下降的情況，為了提升水量、穩(wěn)定產(chǎn)能，對該部分鉆孔可更換式過濾器進(jìn)行提升后開展洗井工作。

首次提升可更換式過濾器時(shí)，選擇掛鉤/套筒式提升工具；當(dāng)首次提升失敗后，使用公錐/倒刺式提升工具進(jìn)行二次提升。以上提升工具的綜合應(yīng)用，確保了過濾器提升成功率100%。各提升工具的現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表7。

表7 各提升工具提升過濾器數(shù)量Table 7 The number of filters lifted by each lifting tool

5 結(jié)論

對于擴(kuò)孔式鉆孔結(jié)構(gòu)中可更換過濾器的提升，可以優(yōu)先采用掛鉤式提升工具，該工具制作簡單且提升成功率高。對于提升過程中“L”型卡扣變形的問題，可以采用套筒式提升工具，該工具能夠?qū)Α癓”型卡扣起到保護(hù)作用。

若出現(xiàn)引管與過濾器脫扣分離的情況，可采用公錐式提升工具對過濾器二次提升。若首次提升時(shí)UPVC材質(zhì)引管在受力后破損斷裂，可采用倒刺式提升工具對過濾器二次提升。

通過不同提升工具的選擇或組合使用，可更換式過濾器提升成功率達(dá)100%。設(shè)計(jì)的提升工具在地浸采鈾礦山擴(kuò)孔式鉆孔結(jié)構(gòu)中具有很好的推廣應(yīng)用前景。