CN109296322A - 一种地浸矿山填砾用井管及填砾方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地浸矿山填砾用井管，包括外套管和可拆卸套装在外套管内的若干内套管；所述内套管与外套管的长度相同；若干所述内套管均内切于所述外套管；若干所述内套管与外套管之间围成空腔；将内、外套管结合得到井管，在填砾时可以实现内管外、外管内的水以及外管与钻孔壁之间的水上流，内管内的水下流；保证了过滤器周围填砾清洁度及渗透性的同时，达到了过滤器周围砾石填埋紧密均匀的效果；本发明还提供了利用该井管进行填砾的方法：向各个内套管内注水，待反出液体密度达标后，关闭注水阀；通过投砾管向钻孔与井管的环形间隙内输送砾料至设计位置，完成填砾；实现了上升流填砾与下降流填砾的工艺有机结合。

Description

一种地浸矿山填砾用井管及填砾方法

技术领域

本发明涉及填砾式结构钻孔技术领域，具体涉及一种地浸矿山填砾用井管及填砾方法。

背景技术

地浸开采技术在低品位砂岩型铀矿床得到迅猛发展，而钻孔是实现地浸采铀生产的重要途径和环节。地浸采铀通过注液孔将溶浸液注入矿层，通过抽液孔将浸出液提升至地表，正是通过钻孔这些特殊的“通道”才实现了连续抽注的地浸循环过程。填砾式钻孔结构是常用的地浸钻孔结构。

从施工特点出发，将填砾工艺的施工工艺归纳为静水填砾和动水填砾。

静水填砾是建立在重力基础上，将砾石直接投入套管（井管）与孔壁形成的空间内，自由落入底部，沉降在过滤器周围；该工艺简单，无需借助外力和设备，但是投砾效果差，沉降速度慢，不能保证过滤器与砾石的紧密均匀接触，因此其已渐渐被动力填砾所取代。

动水填砾是借助各种设备将砾石随液流注入孔底并沉淀的方法，其分为上升流填砾和下降流填砾。

上升流填砾是在套管内注水，如图1所示，水从套管1与钻孔2侧壁的环形间隙10内向上返出地面；填砾时，将砂石通过投砾管3输送至过滤器4与钻孔2间的环形间隙10内，砾石沉降在过滤器4周围，水流在压力作用下沿钻孔2的侧壁向上流出钻孔2。上升流填砾阻止了钻孔壁与泥浆中细小黏土颗粒沉积在过滤器4地带，保证了过滤器4周围的填砾清洁度和渗透性能。但是，由于液体向上流动的过程中，会对砾石的沉积造成阻力，不能保证砾石在过滤器4部位的紧密均匀堆积，从而使钻孔2在长期使用中孔壁岩层会发生坍塌现象，使钻孔2在使用一段时间后出现浑水和细砂，难以达到高质量的填砾要求。

下降流填砾是在投砾管内向钻孔内注水，如图2所示，向过滤器4与钻孔2侧壁间的环形间隙10内填砾，同时用离心泵或气升泵从套管1内抽水至地表。由于水流的反循环作用，将砾石沉降于过滤器4周围。该方法使套管1内外形成压力差，促使砾料下沉和压实，减少了投砾管3的阻塞。但是，由于投砾时套管1内抽液量较小，无法将泥浆提升出地表，使泥浆最终沉积在过滤器4附近，增加了后期洗孔的难度。

因此，寻找一种即具备上升流填砾及下降流填砾的优点，又能克服两者存在的缺陷的填砾方法，是一个亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种地浸矿山填砾用井管，将内、外套管结合得到井管，在填砾时可以实现内管外、外管内的水以及外管与钻孔壁之间的水上流，内管内的水下流，兼具上升流填砾与下降流填砾的优点；保证了过滤器周围填砾清洁度及渗透性的同时，达到了过滤器周围砾石填埋紧密均匀的效果。

本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：

一种地浸矿山填砾用井管，包括外套管和可拆卸套装在外套管内的若干内套管；所述内套管与外套管的长度相同；若干所述内套管均内切于所述外套管；若干所述内套管与外套管之间围成空腔。

通过采用上述技术方案，若干内套管内切于外套管内，若干内套管与外套管围成的空腔用于抽返水；内套管充当传统上升流填砾中的套管，向外套管与钻孔壁之间注水；从而将上升流填砾与下降流填砾的工艺有机结合在一起，使用该井管的填砾方法，兼具上升流填砾与下降流填砾的优点，且克服了上升流填砾与下降流填砾的缺陷，保证了过滤器周围填砾清洁度及渗透性的同时，达到了过滤器周围砾石填埋紧密均匀的效果。

作为优选，所述外套管的内壁上一体设置有卡接槽，所述内套管的外壁上一体设置有卡接条；所述卡接槽与卡接条相互匹配卡接，并且分别沿外套管及内套管的轴向设置。

通过采用上述技术方案，使外套管与内套管可拆卸安装，填砾时将内套管安装在外套管内，填砾完成后拆除内套管，不影响后期的地浸开采使用。

作为优选，所述卡接条及卡接槽分别与内套管及外套管轴向长度相同。

通过采用上述技术方案，提高了内套管与外套管套装结构的稳定性。

作为优选，所述内套管的顶端匹配安装有密封盖，所述密封盖上设置有进水管，所述进水管上设置有注水阀。

通过采用上述技术方案，密封盖将内套管密封，使内套管内部的水可以在压力的作用下沿钻孔壁向上流出。代替了传统上升流填砾中的套管。

作为优选，所述内套管的直径小于外套管的半径，相邻的两个所述内套管相外切。

通过采用上述技术方案，若干的内套管两两外切，并内切于外套管，从而在外套管的边缘形成“防护圈”；在填砾过程中，从空腔抽水时，因各个内套管在投砾过程密封且管内充满了水，因此泥浆无法进入内套管内；从而使仅少量的泥浆可以越过“防护圈”进入空腔内，为后期洗孔创造了有利条件。

作为优选，所述内套管与外套管均为PVC管。

通过采用上述技术方案，PVC是（Polyvinylchlorid）的简称，主要成份为聚氯乙烯，具有耐热性、高韧性及延展性的优点。选用PVC管满足填砾要求及后期地浸开采使用。

本发明的第二个目的是提供一种利用上述地浸矿山填砾用井管进行填砾的方法，将上升流填砾与下降流填砾的工艺有机结合在一起，兼具上升流填砾与下降流填砾的优点，又克服了两者存在的缺陷。

本发明的第二个目的通过以下技术方案来实现：

一种地浸矿山填砾方法，包括如下步骤：

（1）将地浸矿山填砾用井管下入钻孔内；

（2）将投砾管安装至过滤器下端，并且位于钻孔与井管的环形间隙内；

（3）打开注水阀，向各个内套管内注水，通过过滤器从内套管与外套管的空腔及外套管与钻孔的环形间隙反出地面；待反出液体密度达标后，关闭注水阀，使内套管上端处于密封状态；

（4）通过投砾管向钻孔与井管的环形间隙内输送砾料至设计位置，完成填砾；其中，输送砾石的同时，将外套管与内套管之间的空腔内的水抽取至地面。

通过采用上述技术方案，步骤（3）使各个内套管与钻孔壁及外套管形成的环形间隙之间形成上升流填砾，使内套管内的水自上而下流动，并在密封状态的压力作用下沿着钻孔壁向上流出钻孔口。步骤（4）中，输送砾石的同时，对外套管与内套管之间的空腔内的水进行抽取，使空腔及钻孔壁与外套管之间的环形间隙之间形成下降流填砾，将上升流填砾与下降流填砾的工艺有机结合在一起。具体原理为：向内套管内注水后，水流经内套管从过滤器渗出后，进入空腔及外套管与钻孔壁的环形间隙，然后从钻孔和空腔的上方流出至地表。关闭注水阀后，内套管上方处于密封状态，砾石从投砾管输送至过滤器与钻孔之间的环形间隙内，环形间隙内的水沿孔壁向上流出钻孔口。上升的水流，阻止了细小颗粒沉积在过滤器地带，保证了过滤器周围的填砾清洁度和渗透性能；并且，因内套管在投砾过程密封且管内充满了水，因此泥浆无法进入内套管内，从而仅少量可以越过内套管的“防护圈”进入空腔内，为后期洗孔创造了有利条件，克服了传统下降流填砾的缺陷。空腔内的水在气泵或离心泵作用下抽取至地表，使内套管内外、外套管内外均形成压差，促进了砾料的下沉和压实，减少了投砾管的阻塞。由于进入过滤器的反循环水流，保证了砾石按其粒度顺序沉降于过滤器周围，使砾石填埋紧密均匀；并且由于空腔内的气泵或离心泵对水流的抽力，对环形间隙内的上升流造成了阻力，削弱了上升流对砾石沉积的阻碍，从而克服了上升流填砾的缺陷。

作为优选，所述步骤（1）中，将各个内套管沿卡接条依次插入外套管内的卡接槽后，将套装有各个内套管的外套管下入钻孔内。

作为优选，所述步骤（4）中，输送砾料的具体操作为：先向钻孔与井管的环形间隙内输送砾石，在矿层段形成人工过滤层后投入细砂，最后注入水泥浆封住钻孔，即完成填砾。

作为优选，在完成细砂的投入操作后，先将各个内套管依次从外套管内拆下，然后注入水泥浆封住钻孔。

通过采用上述技术方案，在填砾过程中，利用内套管与外套管套装，实现了上升流填砾与下降流填砾工艺的有机结合；填砾完毕后，将内套管拆卸下来，不影响后期的地浸采集。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

（1）通过将若干内套管与外套管结合得到改进的井管，在填砾时可以实现内管外、外管内的水以及外管与钻孔壁之间的水上流，内管内的水下流；实现了上升流填砾与下降流填砾工艺的有机结合；兼具上升流填砾与下降流填砾的优点，且克服了上升流填砾与下降流填砾的缺陷，保证了过滤器周围填砾清洁度及渗透性的同时，达到了过滤器周围砾石填埋紧密均匀的效果；

（2）内套管与外套管可拆卸安装，方便填砾使用，且不影响填砾完成后的地浸采集；

（3）相邻的两个内套管相外切，所有内套管均内切于外套管，使若干内套管在外套管的内壁内形成“防护圈”，使填砾过程中，仅少量的泥浆可以越过“防护圈”进入空腔内，为后期洗孔创造了有利条件；

（4）本发明的填砾方法，结合改进的井管，使钻孔壁及外套管形成的环形间隙与各个内套管之间形成上升流填砾；空腔及环形间隙之间形成下降流填砾，将上升流填砾与下降流填砾的工艺有机结合在一起，兼具两种工艺的优点。

附图说明

图1为上升流填砾的钻孔结构示意图；

图2为下降流填砾的钻孔结构示意图；

图3为本发明填砾的钻孔结构示意图；

图4为本发明井管的俯视结构示意图。

附图标记：1、套管；2、钻孔；3、投砾管；4、过滤器；5、外套管；51、卡接槽；6、内套管；61、卡接条；7、密封盖；8、进水管；9、注水阀；10、环形间隙；11、空腔。

具体实施方式

一种地浸矿山填砾用井管，如图3和图4所示，包括PVC材料的外套管5和可拆卸套装在外套管5内的六个PVC材料的内套管6；各个内套管6相同，直径均小于外套管5的半径，长度均与外套管5相同；内套管6两两外切，并且均内切于外套管5；各个内套管6与外套管5之间围成空腔11。内套管6的顶端固定安装有密封盖7，密封盖7上安装有进水管8，进水管8上安装有注水阀9。为了实现内套管6与外套管5的可拆卸套装，外套管5的内壁上一体设置有卡接槽51，内套管6的外壁上一体设置有卡接条61。卡接槽51与卡接条61相互匹配卡接，并且分别沿外套管5及内套管6的轴向设置，并分别与内套管6及外套管5的轴向长度相同。需要注意的是，本发明实施例里中内套管6为六个，仅用于说明和解释本发明，但不局限于六个。

本发明还公开了一种利用上述地浸矿山填砾用井管进行施工的填砾方法，填砾过程中水流走向如图3所示，具体包括如下步骤：

（1）将六个内套管沿卡接条61依次插入外套管5内的卡接槽51后，将套装有六个内套管6的外套管5下入钻孔2内，使各个内套管6位于过滤器4上方。

（2）将投砾管3安装至过滤器4下端一米的位置，并且位于钻孔2与外套管5的环形间隙10内。

（3）打开注水阀9，向各个内套管6内注水，水从内套管6内不断从上向下流，并通过过滤器4后从空腔11及环形间隙10反出地面；当水反出地表后，内套管6内的水也填满；待反出液体密度达标后，关闭注水阀9，使内套管6上端处于密封状态。

（4）通过投砾管3向环形间隙10内输送砾料至设计位置，在矿层段形成人工过滤层后投入细砂，最后注入水泥浆封住钻孔，完成填砾。其中，输送砾石的同时，用离心泵或气泵将空腔11内的水抽取至地面；投砾过程中，水不断从环形间隙10及空腔11内被排出。环形间隙10内上升的水流，阻止了细小颗粒沉积在过滤器4地带，保证了过滤器4周围的填砾清洁度和渗透性能；并且，因内套管6在投砾过程密封且管内充满了水，因此泥浆无法进入内套管6内，从而仅少量可以越过内套管6的“防护圈”进入空腔11内，为后期洗孔创造了有利条件，克服了传统下降流填砾的缺陷。空腔11内的水在气泵或离心泵作用下抽取至地表，使内套管6内外、外套管5内外均形成压差，促进了砾料的下沉和压实，减少了投砾管的阻塞。由于空腔11内的气泵或离心泵对水流的抽力，对环形间隙10内的上升流造成了阻力，削弱了上升流对砾石沉积的阻碍，从而克服了上升流填砾的缺陷。

（5）将各个内套管6依次从外套管5内拆下，然后注入水泥浆封住钻孔2。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种地浸矿山填砾用井管，其特征在于：包括外套管（5）和可拆卸套装在外套管（5）内的若干内套管（6）；所述内套管（6）与外套管（5）的长度相同；若干所述内套管（6）均内切于所述外套管（5）；若干所述内套管（6）与外套管（5）之间围成空腔（11）。

2.根据权利要求1所述的地浸矿山填砾用井管，其特征在于：所述外套管（5）的内壁上一体设置有卡接槽（51），所述内套管（6）的外壁上一体设置有卡接条（61）；所述卡接槽（51）与卡接条（61）相互匹配卡接，并且分别沿外套管（5）及内套管（6）的轴向设置。

3.根据权利要求2所述的地浸矿山填砾用井管，其特征在于：所述卡接条（61）及卡接槽（51）分别与内套管（6）及外套管（5）轴向长度相同。

4.根据权利要求1所述的地浸矿山填砾用井管，其特征在于：所述内套管（6）的顶端匹配安装有密封盖（7），所述密封盖（7）上设置有进水管（8），所述进水管（8）上设置有注水阀（9）。

5.根据权利要求1所述的地浸矿山填砾用井管，其特征在于：所述内套管（6）的直径小于外套管（5）的半径，相邻的两个所述内套管（6）相外切。

6.根据权利要求1所述的地浸矿山填砾用井管，其特征在于：所述内套管（6）与外套管（5）均为PVC管。

7.一种地浸矿山填砾方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将权利要求1-6任一项所述的井管下入钻孔（2）内；

（2）将投砾管安装至过滤器（4）下端，并且位于钻孔（2）与井管的环形间隙（10）内；

（3）打开注水阀（9），向各个内套管（6）内注水，通过过滤器（4）从内套管（6）与外套管（5）的空腔（11）及外套管（5）与钻孔（2）的环形间隙（10）反出地面；待反出液体密度达标后，关闭注水阀（9），使内套管（6）上端处于密封状态；

（4）通过投砾管向钻孔（2）与井管的环形间隙（10）内输送砾料至设计位置，完成填砾；其中，输送砾石的同时，将外套管（5）与内套管（6）之间的空腔（11）内的水抽取至地面。

8.根据权利要求7所述的地浸矿山填砾方法，其特征在于：所述步骤（1）中，将各个内套管（6）沿卡接条（61）依次插入外套管（5）内的卡接槽（51）后，将套装有各个内套管（6）的外套管（5）下入钻孔内。

9.根据权利要求8所述的地浸矿山填砾方法，其特征在于，所述步骤（4）中，输送砾料的具体操作为：先向钻孔（2）与井管的环形间隙（10）内输送砾石，在矿层段形成人工过滤层后投入细砂，最后注入水泥浆封住钻孔，即完成填砾。

10.根据权利要求9所述的地浸矿山填砾方法，其特征在于：在完成细砂的投入操作后，先将各个内套管（6）依次从外套管（5）内拆下，然后注入水泥浆封住钻孔（2）。