原 淵，江國(guó)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(guó)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(guó)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(zhǎng)等特點(diǎn)。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(jī)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(zhǎng)期面對(duì)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(bào)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(zhǎng)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(shí)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(yàn)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(yàn)礦樣化學(xué)組成分分析

表2 試驗(yàn)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(yùn)移，形成化學(xué)堵塞。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)簡(jiǎn)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(zhǎng)度在4.0～9.0 m之間，平均為5.48 m。過濾器長(zhǎng)度基本與礦層一致，減少外來(lái)地下水的稀釋。初始運(yùn)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(yàn)進(jìn)行3個(gè)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(yàn)塊段礦石中碳酸鹽含量(以CO2計(jì))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(jì))更高，達(dá)到10.22%。采用CO2+O2浸出工藝時(shí)，CO2難以將碳酸鹽膠結(jié)物全部溶解，同時(shí)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(hù)以及油田改造措施來(lái)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(yàn)

礦石稀鹽酸增滲試驗(yàn)通過液測(cè)滲透率儀開展[6]。試驗(yàn)過程中，進(jìn)入巖芯樣品的溶液流速控制在0.5～1.0 mL/min，并且試驗(yàn)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(shí)，停止試驗(yàn)。

根據(jù)試驗(yàn)過程中礦石滲透率的變化情況，評(píng)價(jià)稀鹽酸增滲的效果，試驗(yàn)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(yàn)結(jié)束時(shí)，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(shí)擴(kuò)大了喉道半徑[7]。試驗(yàn)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(shí)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(jìn)行處理。針對(duì)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(shí)，三通另一端與計(jì)量泵相連。

稀鹽酸通過計(jì)量泵進(jìn)入到注液支管內(nèi)，鹽酸加入速度和加入量由計(jì)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(shí)間隨鉆孔運(yùn)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(yùn)行。

從2014年5月24日開始，對(duì)syz-5、syz-6、syz-8、syz-9、syz-12與syz-14六個(gè)注液井使用稀鹽酸解堵工藝進(jìn)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(duì)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(yǔ)

本次試驗(yàn)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(yàn)的注液井注液量。礦石稀鹽酸增滲試驗(yàn)表明，注酸后巖芯的滲透率不斷增加，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)滲透率提高了128%?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(duì)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(yàn)和生產(chǎn)中。