新疆某鈾礦床含礦含水層采鈾套管切割技術(shù)研究

賈生來，王 琳，劉忠存

（核工業(yè)二四三大隊(duì)，內(nèi)蒙古赤峰 024000）

隨著地浸鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，切割式內(nèi)置過濾器鉆孔代替填礫式環(huán)型骨架結(jié)構(gòu)鉆孔成為地浸鉆孔的主要形式。切割技術(shù)2020年在新疆某鈾礦床進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用，該礦床施工鉆孔深度為440～460m，使用設(shè)備為SPC水源鉆機(jī)及NBB260泥漿泵，使用?60mm鉆桿連接切割刀具完成切割工作，普通切割技術(shù)在切割過程中鉆桿柱與井管頻繁碰撞，導(dǎo)致井管發(fā)生多處漏點(diǎn)及局部破損，切割速度為0.5m/h，切割效率低。針對(duì)上述問題，采用了螺桿鉆具與轉(zhuǎn)盤結(jié)合的切割技術(shù)，并且使用了自主設(shè)計(jì)的水壓式單翼偏心切割刀具，通過使用螺桿鉆具，大幅度減少了鉆桿柱在井管內(nèi)的回轉(zhuǎn)速度，保證了井管完整性，采用水壓式單翼偏心切割刀具提高了切割效率，解決了普通切割技術(shù)帶來的問題。

1 工藝現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 切割技術(shù)現(xiàn)狀

目前在地浸工藝鉆孔中，切割技術(shù)主要用于地浸工藝孔成井。其工藝流程基本為：將切割刀具與鉆機(jī)通過鉆桿柱直接連接，利用泥漿泵的泵壓將切割刀具刀片打開，再利用鉆機(jī)回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)切割刀具回轉(zhuǎn)，從而達(dá)到切割的目的。

1.2 普通切割方法中存在的問題

1.2.1 對(duì)井管完整性的影響

普通切割技術(shù)由鉆桿柱回轉(zhuǎn)帶動(dòng)切割刀具回轉(zhuǎn)進(jìn)行切割，在切割過程中由于鉆機(jī)與切割刀具之間的扭矩差較大，導(dǎo)致鉆桿柱在回轉(zhuǎn)過程中井管壁發(fā)生頻繁的碰撞，當(dāng)施工鉆孔較深時(shí)，該現(xiàn)象更加劇烈，發(fā)生碰撞后，易出現(xiàn)較多漏點(diǎn)或損壞，而井管完整性作為鉆孔質(zhì)量驗(yàn)收的保證項(xiàng)目，漏點(diǎn)較多或出現(xiàn)破損時(shí)鉆孔無法正常驗(yàn)收。

1.2.2 切割速度慢

普通切割方法中所用切割刀具刀片很難根據(jù)切割范圍合理選擇切削刃，只是單一的硬質(zhì)合金或復(fù)合片，當(dāng)切削刃為硬質(zhì)合金，含礦含水層局部擴(kuò)孔時(shí)切削刃磨損嚴(yán)重，需要頻繁更換切割刀片，增加輔助時(shí)間；當(dāng)切削刃為復(fù)合片時(shí)，切割UPVC套管效果不明顯。施工效果表明，切割速度為0.5m/h，切割速度低，效率不高。

2 鉆孔結(jié)構(gòu)及工藝優(yōu)化

2.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

采用?215mm一徑到底的鉆孔結(jié)構(gòu)（圖1）。利用?215mm牙輪鉆頭鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)層位，全孔安裝?152mm×12.88mmUPVC套管，下完UPVC管后逆向注漿固井，待水泥漿完全固化后（15d左右）利用切割刀具對(duì)含礦含水層段采鈾套管進(jìn)行切割，并對(duì)含礦層進(jìn)行局部擴(kuò)孔。最后下入?89mm316L不銹鋼材質(zhì)內(nèi)置過濾器。

圖1 鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 水壓式單翼偏心切割刀具設(shè)計(jì)

礦層段切割主要包括兩部分，即含礦含水層段套管切割及含礦含水層局部擴(kuò)孔，為減少切割過程中鉆具與套管的碰撞和摩擦，保證井管質(zhì)量，嘗試使用了螺桿鉆具與轉(zhuǎn)盤相結(jié)合的切割方式，切割刀具采用自主設(shè)計(jì)的水壓式單翼偏心切割刀具，如圖2所示。刀架直徑為114mm,最大切割厚度可達(dá)30mm，地層局部擴(kuò)孔直徑為315mm。

圖2 水壓式單翼偏心切割刀具設(shè)計(jì)圖

2.3 切割刀片設(shè)計(jì)

根據(jù)切割刀具工作原理及含礦含水層采鈾套管切割及含礦含水層局部擴(kuò)孔的先后順序，切割刀片切削刃由兩部分組成，如圖3所示，切割刀片頭部和尾部切削刃使用合金片用于切割套管，中部切削刃使用復(fù)合片用于地層局部擴(kuò)孔。

圖3 刀片成果圖

3 主要設(shè)備參數(shù)

本次切割使用鉆機(jī)為SPC-800水源鉆機(jī)，有效鉆深為800m；泥漿泵為NBB260/7型泥漿泵，最大泵量為260L/min，最大壓力為7～10MPa，額定功率為45kW；使用的螺桿鉆具型號(hào)為7LZ105C×7.0-Ⅰ，螺桿規(guī)格為105mm，轉(zhuǎn)子頭數(shù)為7∶8，轉(zhuǎn)子水眼壓降為7.0MPa；鉆桿柱使用?60mm鉆桿。

4 螺桿鉆具與切割刀具現(xiàn)場(chǎng)可行性調(diào)試

為了進(jìn)一步測(cè)試泥漿泵的水流在帶動(dòng)螺桿鉆具進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)打開切割刀具。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行可行性調(diào)試。

將螺桿鉆具與切割刀具通過高壓膠管連接至泥漿泵，開泵后調(diào)節(jié)泵量，當(dāng)泵量為167L/min（4檔）時(shí)，切割刀具順利打開，并且螺桿鉆具帶動(dòng)刀具進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為60r/min，泵壓為2MPa;當(dāng)泵量為260L/min（5檔）時(shí)，轉(zhuǎn)速為70r/min，泵壓為3MPa；考慮到在施工過程中，泵量及泵壓的損耗，選擇使用260L/min泵量既能打開切割刀具，又能螺桿鉆具正常工作。滿足切割要求。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

截止目前，在#16-1采區(qū)共10個(gè)鉆孔使用了轉(zhuǎn)盤螺桿鉆具進(jìn)行切割。切割使用無固相沖洗液，由清水和纖維素組成，當(dāng)泵量為260L/min，壓力為4MPa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為22r/min,鉆進(jìn)壓力為4kN時(shí)，順利完成對(duì)套管及水泥環(huán)、地層的切割，切割速度約為1m/h。成孔后進(jìn)行物探測(cè)井，井管完整性較好，未出現(xiàn)井管破損現(xiàn)象，個(gè)別鉆孔出現(xiàn)極少漏點(diǎn)，滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

10個(gè)鉆孔中2個(gè)鉆孔井管存在漏點(diǎn)，漏點(diǎn)最多為3個(gè)，滿足不超過3個(gè)漏點(diǎn)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；各鉆孔抽液量均高于該采區(qū)相應(yīng)單元的平均抽液量；切割速度為1m/h，較普通切割提升了50%。切割鉆孔實(shí)際指標(biāo)見表1。

6 結(jié)論

（1）水壓式單翼偏心切割刀具局部擴(kuò)孔直徑為315mm，將礦層段全部打開，提高了鉆孔抽液量。

（2）通過使用轉(zhuǎn)盤螺桿鉆具切割技術(shù)，在礦層段切割時(shí)減少了對(duì)井管的碰撞與摩擦，對(duì)保證井管質(zhì)量有顯著作用。

（3）采用硬質(zhì)合金和復(fù)合片組合的切割刀具，切割速度提高了50%。

（4）通過與普通切割技術(shù)相比，轉(zhuǎn)盤螺桿鉆具切割技術(shù)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)推廣使用。