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1、地浸采铀工艺钻孔施工与成建井技术现状及改进建议李博;刘晓阳;胡柏石;秦昊【摘 要】地浸法采铀是铀矿开采的重要方法,地浸工艺钻孔作为溶浸液进入与抽出矿层的通道,在地浸采铀工艺过程中发挥着重要作用.文章介绍了国内地浸采铀工艺钻孔施工与成建井技术现状,针对存在问题,对钻探设备、钻进工艺和成井工艺提出了改进建议.%In-situ leaching of uranium is an important method for uranium mining.As the passage of solu-tion injecting and pumping,wells are essential for th
2、e in-situ leaching of uranium.In this Paper,current development status of well-drilling and well-construction was introduced.Based on existing problems, suggestions for the improvement on drilling equipment,drilling method and well-construction method were proposed.【期刊名称】铀矿地质【年(卷),期】2023(033)004【总页数
3、】5 页(P252-256)【关键词】地浸采铀钻孔;施工与成建井技术;进呈现状;建议【作 者】李博;刘晓阳;胡柏石;秦昊【作者单位】核工业北京地质争论院,北京 100029;核工业北京地质争论院,北京100029;核工业北京化工冶金争论院,北京 101149;核工业北京化工冶金争论院,北京 101149【正文语种】中 文【中图分类】P634我国地浸采铀技术始于 20 世纪 70 年月，经过 40 多年进展，得到了飞速提升1。目前，地浸采铀已成为我国铀矿开采的重要方法，形成了一套以地浸铀资源评价、 溶浸剂配方和使用方法、地浸工艺钻孔构造与施工工艺、钻孔排列方式和钻孔间距 确实定、溶浸范围掌握、浸
4、出液处理工艺技术、地浸矿山环境保护等为主体的地浸 采铀技术体系2。地浸工艺钻孔作为溶浸液进入矿层、浸出液抽至地表的通道，是地浸采铀过程的咽喉。依据矿床地质特点，工艺钻孔呈肯定的井型井距布置，钻孔质量的优劣打算了肯定区域内的钻孔抽液浓度、抽液量的大小和矿产回收率的凹凸。但是作为地浸采铀技术的重要环节，地浸采铀钻孔施工从装备到工艺技术与国外兴旺国家相比还存在肯定差距。地浸采铀工艺钻孔按其功能划分有抽液孔、注液孔、观测孔 3 种类型，简称“地浸孔”3。抽液孔直径为 269 mm 、311 mm，安装 152 mm12 mm 及 104 mm12 mmUPVC 井管，井管承受管箍连接，填砾成井。2.1
5、 施工设备2.1.1 钻机目前国内砂岩型铀矿地浸采铀工艺钻孔施工钻机型号多样。以疆某地浸采铀施工现场为例，用于地浸工艺孔施工的钻机装备主要有 3 大类型：地质岩心钻机、水文水井钻机、小型石油钻机。装载形式有车载式(自行式和拖车式)、落地式。2.1.2 泥浆泵现场的主要泥浆泵型号较多，以 BW-250 小型泥浆泵居多，水井钻机和小型石油钻机配备 3NB-350 和 BW-1200 等大型泥浆泵。2.1.3 泥浆固控设备少数机组完整配备搅拌机和振动筛等设备，多数机组对泥浆制备和除砂设备配套不全。2.2 钻探工艺国内地浸采铀工艺钻孔的钻探工艺承受牙轮钻头或 PDC 钻头正循环钻进；各机台配备钻杆直径
6、为 60127 mm；泥浆选用低固相冲洗液，钻至含矿含水层需换用颖泥浆。地层：主要为泥岩、砂岩、砾岩，属于不稳定的简单地层。钻进施工中易消灭缩径、超径、坍塌、漏水、涌水现象，孔内事故多。钻孔深度：各个矿区的钻孔深度不等，总体来看，深度小于 800 m，疆地浸铀矿床深度多在 300600 m 之间，内蒙古地浸铀矿床深度在 300800 m 之间。钻孔口径：216 mm，269 mm，311 mm，全面钻进不取心。钻杆口径：60 mm 、73 mm、89 mm、114 mm、127 mm，配 159 mm 和178 mm 钻铤。钻头：三牙轮钻头，PDC 复合片钻头。泥浆：非矿层钻进时泥浆选用低固相
7、冲洗液，按 3%10%膨润土和 0.1%1%纤维素/堵漏剂配比；施工至含矿含水层，需对泥浆进展调整，按 3%10%的膨润土与 1%3%的植物胶配制颖泥浆进展钻进，快速通过含矿含水层。2.3 成建井工艺地浸采铀工艺钻孔成建井工序和水文水井成井流程相像，根本挨次均为下管、填砾、注浆、洗井和验收水量，地浸采铀工艺钻孔的成建井工艺对套管材质、连接方式、 填砾深度、固井水泥水灰比、测井参数和出水量等参数的要求更为严格。2.3.1 下管抽液孔套管和沉砂管用 152 mm12 mm UPVC 管材，过滤器用 160 mm15mm UPVC 管加工，外套环形骨架。注液钻孔的套管和沉砂管用 104 mm12 m
8、m UPVC 管材，过滤器用 110 mm15 mm UPVC 管加工，外套环形骨架。套管与套管之间通过管箍丝扣连接，连接处缠裹生料带并涂抹 704 密封胶。2.3.2 填砾先用清水冲洗套管内外空间，将投砾泵接到直径 50 mm 投砾管上，往管外空间投清洗过的砾料。先投放粗粒砂至过滤器上端面，然后投放 22.5 m 深的直径为23 mm 的细砾料。2.3.3 注浆2.3.4 测井与洗井水泥固化肯定时间后，需进展测井和洗井。测井在洗井前要进展温度测井和伽玛- 伽玛密度测井，在完成洗井工作后，再进展电流、井斜测井。洗井过程一般可先用活塞洗井，再用空压机抽洗，洗井时间以返出孔口的水中无浑浊为宜，到达
9、水清砂净。2.3.5 钻孔水量验收洗井完成后进展钻孔水量验收，最低出水量不小于 6 m3/h。2.4 施工效率一口 400500 m 的地浸工艺钻孔成孔周期约为 1215 d，其中钻探施工时间为45 d，其余是下管、填砾、注浆、洗井成井时间。由于没有形成比较科学钻进工艺体系组合，所以，钻进效率较低、事故多、孔斜掌握差、泥浆和岩渣常常堵塞矿层渗透通道导致洗井效果差。虽然我国地浸采铀技术已经从试验争论向工业生产进展，但地浸采铀钻孔施工及成建井技术环节仍存在一些问题。1) 由于工艺钻孔深度的不断增大，钻探设备存在严峻的“小马拉大车”的现象。目前国内地浸采铀工艺钻孔施工深度主要在 300500 m 之
10、间，将来地浸孔施工深度将会到达 600800 m，钻孔直径为 215 mm、269 mm、311 mm，而国内地浸孔施工钻机仍主要承受高转速、低扭矩的 XY-5 型立轴式钻机，泥浆泵承受BW250 型系列，钻杆承受直径 60 mm 的一般钻杆；一些水井钻机和小型石油钻机的钻进力量足够，但钻进工艺、钻头使用和泥浆处理等多方面仍需进一步完善， 因此地浸工艺钻孔整体施工效率不高，孔内事故多发。2) 工艺钻孔偏斜严峻。影响地浸工艺钻孔偏斜的因素有很多，主要缘由有两点： 钻具级配不合理：立轴式岩心钻机普遍承受直径 60 mm 的钻杆钻进，而钻孔直径215 mm、269 mm、311 mm 的钻杆直径小，
11、环空间隙大，钻杆在孔内易扭曲， 造成井斜。工艺参数不合理：立轴式岩心钻机在施工时仍承受地表加压方式，造成井斜；高转速和小扭矩的参数协作不适合在大口径沉积岩地层应用；现场 BW- 250 型泥浆泵工作时使用流量为 150 L/min，以 215 mm 口径的注液孔为例，理论环空返速只有 0.075 m/s，远低于全面钻进要求的最低环空返速 0.50.8 m/s4，排渣不准时，孔底重复裂开，简洁造成井斜。3) 缺乏有效的钻孔修复手段。目前全部地浸工艺钻孔过滤器的建筑均承受与上部套管同时安装再填砾的方式形成。其弊端在于过滤器不能更换和上提清洗。生产过程中，因浸出或涌砂等问题，过滤器或过滤器四周矿层缝
12、隙堵塞，消灭抽水量偏小等状况时，解决的方式格外有限，只能对其进展洗孔，但效果并不是很好，因此过滤器的堵塞或损坏则等同于钻孔报废。4.1 地浸采铀钻孔钻探设备配套地浸采铀工艺钻孔承受成组施工，井距一般为 1525 m3，因此要求钻探施工设备机动性好，安装拆卸便利。同时，地浸孔口径大，地层以泥岩、砂岩为主，要求泥浆泵泵量足够大，并配备泥浆净化设备。针对采铀工艺钻孔的施工要求及特点， 笔者在中国核工业地质局铀矿生产科研工程“地浸采铀工艺钻孔施工与成建井工艺技术争论”报告中提出了适用于地浸采铀工艺孔施工特点的设备方案，整体配套方案包括转盘式水井钻机、钻塔、履带底盘以及其他附属设备。该设备方案适用深度为
13、 300500 m 的地浸采铀工艺钻孔施工。该套钻探设备具有以下特点：1) 钻塔可折叠，便利运输及稳定行走；2) 主机配置双滑车、双卷扬，解决主动钻杆放置，实现塔上无人操作；3) 双卷扬、双滑车，水龙头两端在滑道内滑行，加接钻杆时，可以把主动钻杆停挂在让位滑道内，让出孔口的位置，便利接卸钻杆；4) 液压动力钳机械拧卸钻杆减轻劳动强度，削减钻杆的磨损；5) 泥浆泵排量最高为 1200 L/min，满足大口径地浸工艺钻孔要求，有效排渣。4.2 快速钻进工艺技术4.2.1 液动冲击回转钻进技术液动冲击回转钻进就是把冲击式钻进与回转式钻进相结合的一种钻进方法。钻进中， 在给钻具以肯定的轴向压力和回转运
14、动的同时，液动冲击器给钻具以肯定频率的冲 击能量，在孔底则以冲击和回转切削共同作用裂开岩石进展钻进。液动冲击回转钻 进是以动载为主的碎岩方法，其特点打算了动载碎岩效率高。液动冲击回转钻进在 岩心钻探与石油钻井中的应用与试验证明白这一点。地浸采铀工艺孔钻进的岩层一 般为可钻性七级以下的沉积岩，宜承受低频高功构造的液动冲击器。4.2.2 气举反循环钻进技术目前，地浸工艺孔的钻进方法主要是承受正循环冲洗回转钻进。由于地浸都是在砂岩型矿床进展，其孔内地层状况也主要以砂岩、泥岩为主，钻进中排屑快慢直接影响着钻进效率的凹凸。承受反循环钻进可以有效地提高排屑力量，因此，反循环钻进是提高地浸工艺孔钻进效率的有
15、效途径之一。气举反循环钻进方法的工作原理是利用压缩空气与钻杆内的冲洗液混合后，形成低密度的气水混合物，以较高速度向上流淌，从而将孔底的岩心或岩屑连续不断的带出地表。气举反循环钻进工艺关键是要保持肯定的冲洗液反循环流量和上返速度，而且钻进中不能使其中断。钻进回转速度要比正循环低，冲洗液要依据地层而定，一般状况下可以承受清水钻进，也可以靠自然造浆护孔，简单地层时可以承受泥浆护孔。4.2.3 喷射式高效钻进技术高压喷射钻井技术是在提高泥浆泵功率的前提下，适当缩小钻头喷嘴的直径，通过增大钻头水眼处的水功率、冲击力和喷速，加速破岩和清岩渣过程，到达提高钻井速度的目的。目前地浸现场使用立轴式地质岩心钻机和
16、水井转盘式钻机的扭矩和转速根本可以满足工艺钻孔喷射式高效钻进技术要求，但需配备高压泥浆泵、喷射式牙轮钻头等配套设备。4.2.4 现有技术条件下钻进规程优化地浸工艺孔施工钻机从高转速低扭矩向低转速大扭矩转变，泥浆泵从中小流量向大流量转变5，钻杆直径从 60 mm 的一般地质钻杆向直径 89127 mm 的石油钻杆转变，加压方式由地表液压加压向孔底钻铤配重加压转变。全部这些变化，说明地浸工艺孔施工装备与工艺处于探究阶段。因此在现有的技术条件下，通过试验争论，对设备配置和钻进参数进展优化，也能提高生产效率。4.3 地浸工艺孔修复技术为解决过滤器堵塞，延长钻孔使用寿命，可更换式过滤器是二次成井的关键技
17、术， 而用切割器段铣套管和水泥石形成的过滤层是必需的手段。下入可更换式过滤器前，需用切割器将矿层处井管切断，然后段铣水泥石和局部矿层，以便于形成的过滤器6。4.3.1 地浸采铀用切割器的设计由于目前石油行业使用的切割器的最大伸展尺寸小、工作所需泵压及泵量大、不适合于地浸钻孔的使用。因此需要重设计工作过程和刀具及伸展长度，使地浸专用切割器在小型泥浆泵工作环境下能够正常工作，同时其最大开放外径大于本体直径2 倍以上，以满足地浸钻孔建筑过滤器的需要，并为钻孔修复技术奠定根底。4.3.2 可更换过滤器的应用可更换式过滤器主要由两局部组成：1) 下部拴塞器和下放解锁装置：是与过滤器连接一体的装置，用于封
18、隔下部细砂和脱卡(与钻杆脱离)；2) 打捞装置：是连接和打捞过滤器而设计的专用装置，也是下入过滤器时的连接装置。地浸工艺孔是地浸采铀系统中的重要局部。目前在地浸工艺钻孔施工和成建井过程中还存在着一些问题，距离国际先进水平还有肯定差距。但通过对钻机及配套设备的更和标准化，建立适用于可地浸砂岩型地层的钻进工艺，改进成建井技术，建立标准的操作工艺和完善的准入制度，使我国地浸技术更加标准化、专业化和系统化，促进我国地浸采铀技术快速进展。【相关文献】1 姜德英，邵盛元南布基纳依铀矿区地浸采矿工艺钻孔施工成井工艺J探矿工程(岩土钻掘工 程)，2023(6)：52-532 阙为民，王海峰，田时丰我国地浸采铀争论现状与进展 J铀矿冶，2023，24(3)：113-117 3刘月楼，张效寿，陈德书地浸孔的构造及成井工艺J西部探矿工程，1992，4(2)：6-10 4鄢泰宁，孙友宏，彭振斌，等岩土钻掘工程学M武汉：中国地质大学出版社，2023：8 5李晓剑，丁德馨，张勇，等某铀矿地浸采铀钻孔施工中缩径卡钻缘由分析及解决措施J铀矿冶，2023，33(2)：68-706姜岩，胡柏石，谭亚辉，等地浸开采多层矿体的钻孔过滤器建筑工艺J铀矿冶，2023， 33(4)：185-190