張 渤，閆紀帆，季揚威，李喜龍，孫希龍

(中核通遼鈾業(yè)有限責任公司，內蒙古 通遼028000)

地浸鉆孔是溶浸液和浸出液的運移通道，過濾器的建造方式決定了鉆孔結構特點。目前，國內地浸鈾礦山主要采用填礫式鉆孔結構，這種鉆孔結構首先安裝過濾器，在過濾器外充填礫石，最后采用水泥漿對套管進行固井封孔。通過應用實踐發(fā)現(xiàn)，填礫式鉆孔結構的出水量較小，并且在生產過程中需要進行頻繁洗井[1]。隨著砂巖型鈾礦床的勘探開發(fā)，地浸鈾礦山的生產能力逐年提高；并且鈾礦體往往呈多層分布，對于多層礦體開采的主要方法是單獨施工，單獨開采，生產成本較高。筆者采用割縫工藝建造過濾器，探索水力噴砂割縫工藝在地浸鉆孔的適用性。

1 地浸鉆孔結構

地浸采鈾鉆孔結構的主要區(qū)別在于過濾器的建造形式，本次試驗采用一徑到底的方式。全孔下放套管，利用逆向注漿固井封孔[2]，在套管內下入水力噴砂設備，對礦層段套管、固井水泥環(huán)進行切割施工[3-4]，并將地層射穿，打通套管內部與外部含礦含水層的水力聯(lián)系，最后下入可更換過濾器和沉沙管，再使用隔塞固定過濾器，如圖1所示。

2 割縫室內試驗

試驗采用水力噴砂進行割縫施工，即在溶液中加入固體顆粒，混合溶液在壓力作用下噴出，混合溶液沖擊摩擦井壁，從而達到切割井壁，使井壁

內外聯(lián)通的目的[5-6]。為保證割縫施工效果，固體顆粒需具有一定硬度和較小的粒徑，同時溶液應具備一定黏度，避免固體顆粒沉降。液體噴射原理如圖2所示。

割縫作業(yè)必須保證套管內外水力聯(lián)系相通，因此，作業(yè)施工必須在一定壓力下完成。但是，作業(yè)壓力過大或過小都會影響割縫效果，當施工壓力過大時，液體由一定直徑的噴嘴噴出，由于擴散角的存在，實際割縫寬度大于噴嘴直徑。根據(jù)流體力學原理，施工壓力越大，實際割縫寬度越大，甚至破壞套管[7]。當施工壓力過小時，不利于打開套管內外水力聯(lián)系。

圖2 液體噴射結構原理

室內試驗制作厚度為20 cm的水泥板，模擬套管外固井水泥環(huán)條件，采用20～30 MPa壓力，在地表進行淹沒割縫施工，噴嘴規(guī)格為3.5 mm，割縫混合液由瓜膠和70目石英砂混合制成，石英砂質量分數(shù)為10%，不同壓力下的割縫效果如圖3所示。

a—20 MPa；b—27 MPa。圖3 不同壓力下的割縫效果

試驗結果表明：當切割壓力為20 MPa時，能夠切割水泥模塊，并形成完整孔隙；當切割壓力高于25 MPa時，造成水泥模塊損壞。因此，現(xiàn)場試驗切割壓力選擇為20 MPa。

3 現(xiàn)場割縫試驗及結果

3.1 施工條件和參數(shù)

1)施工條件。與遼河油田鉆采工藝研究院聯(lián)合實施現(xiàn)場試驗。對4個鉆孔進行割縫施工，割縫施工區(qū)段為410～430 m。試驗設備包括增壓裝置1臺，混砂裝置1臺，井口密封裝置1套，割縫器1套，電動升降裝置1臺。首先在混砂裝置內配制溶液，按比例加入石英砂，再將混合液輸送至增壓裝置，經過管柱由割縫器噴嘴噴出，最后利用電動升降裝置緩慢調整割縫位置，完成割縫作業(yè)。割縫施工流程如圖4所示。

圖4 割縫施工流程

割縫管柱采用鉆桿連接，噴槍移動速度由速度控制器控制，為保證施工安全，設備操作均由計算機或遙控器控制。采用的噴槍最多可安裝3個噴嘴，可以多條縫同時施工，也可以單條縫施工。施工壓力為20 MPa，控制噴槍移動速度分別為50、100、150 mm/min。基本施工條件和參數(shù)見表1，割縫增壓及混砂裝置如圖5所示。

表1 基本施工條件和參數(shù)

圖5 割縫增壓及混砂裝置

2)鉆孔割縫施工。通過觀察井口返出物，初步確定套管及水泥環(huán)存在不同程度的損壞。其中：SC-Y105孔共計施工2次，首先采用3.5 mm噴嘴，3條縫同時施工，通過觀察地表返出物，套管和水泥碎屑含量較少，初步判斷套管未完全切割；再次采用5.5 mm噴嘴進行單條縫施工，地表返出物套管碎屑和水泥碎屑明顯增多。鉆孔施工參數(shù)見表2，井口返出物如圖6所示。

表2 鉆孔施工參數(shù)

圖6 井口返出物

3.2 割縫效果檢測評價

3.2.1電流測井

根據(jù)電流測井曲線，分析套管完整性，判斷套管狀態(tài)。電流測井曲線平滑，無波動，無電流異常出現(xiàn)，表明套管完整性良好。當電流測井曲線出現(xiàn)單個點的異常波動時，若電流異常幅度值與對應正常電流值的比值介于1～2，表明套管該處發(fā)生滲漏；若該比值大于2，表明套管該處出現(xiàn)較大程度的破損。經過電流測井檢測，4個鉆孔礦層段電流異常峰值與對應正常電流值的比值均大于2，表明礦層段套管已破損，表明水力噴砂割縫達到了試驗預期效果。電流測井曲線如圖7所示。

圖7 電流測井曲線

3.2.2井下電視檢查

井下電視由控制計算機、卷揚裝置、信號傳輸線、攝像頭組成，該系統(tǒng)采用光學成像原理，利用人工光源照射井壁，由信號傳輸線傳送至地表控制計算機，能夠直觀檢測礦層段套管切割情況，形成完整影像資料。通過井下電視檢查割縫情況，4個鉆孔均存在明顯縫隙，如圖8所示。

3.2.3壓縮空氣洗井

壓縮空氣洗井的主要目的是驗證套管和水泥環(huán)切割程度是否能夠滿足生產要求。鉆孔內安裝可更換過濾器后，將風管下放至礦層段上部50 m處，利用空壓機輸送壓縮空氣，孔口出水連續(xù)穩(wěn)定后，采用三角堰法測量鉆孔出水量。經過水量驗收，最小出水量為10.69m3/h，最大出水量為16.05 m3/h，結合大孔徑填礫鉆孔結構驗收水量和生產水量，割縫施工水量能夠滿足生產需求。洗井試驗參數(shù)及結果見表3。

圖8 井下電視檢查割縫效果

表3 洗井試驗參數(shù)及結果

4 結論

水力噴砂割縫技術作為一種先進的過濾器建造方式，在地浸鉆孔的應用尚屬首例。研究表明，該技術可以對礦層段選擇性切割，在礦體多層分布的區(qū)域，可實現(xiàn)礦體分層開采，不僅大幅降低鉆孔建設成本，還可以有效提高鈾資源開采效率。

水力噴砂割縫技術雖然能夠滿足地浸采鈾鉆孔生產要求；但受試驗條件和機械設備等因素的限制，需要在施工中逐步完善施工壓力、割縫數(shù)量、噴槍移動速度等影響割縫效果的關鍵條件，以形成適用于地浸采鈾鉆孔施工的完整工藝流程。