CN113431512A - 一种地浸式钻探施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地浸式钻探施工工艺，具体步骤如下：选取合适井场，进行钻机定位安装；钻孔；全孔安装PVC管；在PVC送管丝扣顶端安装带压力表及球阀开关的密封装置；准备注浆，注浆前井管内注满泥浆或者水；注浆；注完水浆后，用浓泥浆或者盐水顶出残留在注浆管的水泥浆；用清水替换出井管内泥浆；开窗式切割，其技术方案利用特殊的切割工艺，提高采取率，保证不是矿段的不会一起浸出来；过滤器可以提出来，是多矿层，有利于更换矿层段地浸；开窗式切割工艺，可以准确找到矿段位置，过滤器是活的，可以随时替换，也可以随时改变切割位置；过滤器堵塞，切割工艺就可以把过滤器提出来进行清理或者更换。
Description
技术领域
本发明涉及钻探领域，特别涉及一种地浸式钻探施工工艺。
背景技术
钻探是一种常用的地质找矿、采矿方法，在地浸铀矿中经常使用。利用钻孔找到目的层，然后进行注浆，尽心地浸。
但是，现有方法容易使浆液对地下水、对环境造成污染，非含矿段与含矿段无明显区分，造成地浸过程中的浪费，也降低了采取率；老工艺是直接在pvc管上打孔，外面装环行骨架，一次性的，安上就不能在变了，在一个地浸采矿，过滤器容易被化学残渣和地层细砂堵住，老工艺过滤器是固定的，就只能继续洗井达到疏通地层目的，为此，我们提出一种地浸式钻探施工工艺来解决上述问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种地浸式钻探施工工艺，来解决背景技术中提出的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种地浸式钻探施工工艺，具体步骤包括如下：
步骤1、选取合适井场，进行钻机定位安装；
步骤2、钻孔；
步骤3、钻至矿层位置后及时更换新鲜钻井液不循环钻进，同时矿段泥浆与非矿段泥浆要分离存放，并对矿段泥浆取样分析，完孔后经监督同意，采取措施集中处理；
步骤4、裸孔终孔后，用新泥浆完全替换孔内钻进泥浆，替浆结束后0.5-1小时用钻具探深，钻头能下放到孔底；
步骤5、经验收合格后，全孔安装148mmPVC管，壁厚10mmPVC井管，在PVC送管丝扣顶端安装带压力表及球阀开关的密封装置；
步骤6、准备注浆，注浆前井管内注满泥浆或者水，以平衡井管外MTC和水泥浆压力；
步骤7、注浆；
步骤8、注完水浆后，用浓泥浆或者盐水顶出残留在注浆管的水泥浆，等待8小时后，拔出注浆管；
步骤9、用清水替换出井管内泥浆；
步骤10、用Φ120毫米×1.5米套管通径规通井，通径至孔底且注MTC水泥浆完毕后，至少72小时才再进行一步工序；
步骤11、开窗式切割；
步骤12、安装内置过滤器，先进行配内置过滤器管柱，再计算长度和安放位置；
步骤13、将小钻杆与安装在内置过滤器上的可脱式下管连接器连接，用小钻杆将内置过滤器送至井下设计安装位置，可脱式下管连接器，在内置过滤器管柱下放过程中，与小钻杆连在一起，下放到位后自动分离脱开；
步骤14、内置过滤器管柱下放到位后，内置过滤器固定装置上的锚爪自动伸出，卡住切割段上缘切口处台阶，将内置过滤器管柱固定在井管内使其不上浮；
步骤15、过滤器安装完成后，用小钻杆实测安装深度。测完后将小钻杆提出孔外；
步骤16、对内置过滤器安装进行质量检查；
步骤17、逆向投砾，砾料用PE球或者石英砾石，采用局部反循环填砾，经投砾管和反循环填砾装置将砾料填在内置过滤器外面的环空内。PE球从过滤器下方填，石英砾石从过滤器上方填；
步骤18、管路调试，先用小水量(<100L/min)试通水，等通水循环正常后开始投砾；
步骤19、投砾控制；
步骤20、提出填砾管；
步骤21、洗井，采用活塞洗井。
进一步的，所述步骤7中开窗式切割操作步骤如下：
1)准备工作
①用清水替换出井管内泥浆；
②用Φ120毫米×1.5米套管通径规通井，通径至孔底且注MTC水泥浆完毕后至少72小时才可切割方可切割；
③配制切割冲洗液：根据待切割地层的稳定性和对切屑携带能力需求选择冲洗液，冲洗液可以是清水、盐水、无固相冲洗液、泥浆、泡沫；
④切割钻具组配：钻具组成为主动钻杆+钻杆(60或50)+扶正器+切割器。根据设计的孔内切割位置，确定好钻具在孔口的0点，准确计算和配置下井钻杆数目与长度、切刀刀头初始位置、逐根测量钻杆长度，配好切割钻具；
⑤计算切割钻具下井深度，下井钻钻具的0点与孔口0点对正，孔内切割器的刀片深度位置放在切割段上止点位置；
2)切割方法
采用可收缩式刮刀切割器正压正循环回转切割，刮刀切割器与钻杆连接，由冲洗液压力推动刀片伸展；
3)切割参数
切割直径D＝280mm，扭矩M＝2.52千牛米，泵量Q＝200-250L/min，泵压p＝4.1-5.1Mp，转速r＝100-150r/min，给进速度v＝1.2m/h左右，切片厚度d＝0.13-0.2mm；
4)切割操作
①切割前先不开钻机，泥浆泵开小水量(<100L/min)，人工用管钳转钻具，若钻具能转动自由无负荷，表明刀具刀片未张开，需继续提高泵量、泵压，若钻具转不动，表明刀具刀片已张开并压紧井管内壁，此时泵量、泵压为刀具工作的最小泵量、泵压；然后用此最小泵量、泵压，钻机开动1挡原位转动切割，不向下给进，直到转至钻机无负荷声后，切换大泵量继续原位转动，仍然不向下给进，再次转动至无负荷声后，开始向下给进钻进；
②向下切割钻进时，泥浆泵开200-250升左右，钻机开1档向下钻进切割，向下切割时，给进速度控制速度<1.2m/h；
③停转加杆时，井管内环空间冲洗液中必须到达切屑很少甚至无切屑；井管内冲洗液上返速度20.6米/分钟，切屑上返速度15-20米/分钟，每次停转加杆，停止钻机转动后泵不停，用泵继续送水循环冲洗30-45分钟；
5)切割后操作
①清渣：停止回转切割后，继续用冲洗液冲洗30-45分钟后停泵提钻；
②收刀：提钻时，先将切割器缓慢提至切割段上缘位置的井管切口内，用管钳扭转钻杆，若钻杆可转动表明刀已收回，即可提钻；若钻杆转不动表明刀未收回，刀未收时，采用的处理方法是敲击钻杆，不开泵，钻机开一档在切割段上缘管口位置处缓慢旋转钻具，通过管口挤压刀片使其收回，然后提钻；
6)孔底清渣测深
①孔底清渣：孔内下光钻杆，注清水冲洗孔底沉渣和井管，冲洗至井口返水变清为止，若井内是流砂地层，需先用浓度较大的冲洗液冲洗出沉渣，然后切换用小泵量(小于100L/min)送清水替掉孔内浓度较大的冲洗液，直至孔口返水变清；
②测深：清渣结束后停泵，将钻杆提起5米左右，待沉淀30-45分钟后，下放钻杆至孔底，准确测量井孔深度；
③矿层联通性检测：井管内注清水至溢出孔口，停注后水位下降速度不小于5m/min，只有确定矿层联通方可进行安装内置过滤器等后续成井施工；
进一步的，所述步骤2中钻孔，采用215mm钻头开孔，配置好防斜钻具，开孔前轻压慢转，减压钻进，缓慢穿越卵石层，有效保证控制孔斜，裸孔总体孔斜不大于1°/百米。
进一步的，所述步骤6中注浆，先注MTC浆，注入设计量Q为止，然后注水泥浆，注入设计量3m3，3m3水泥浆注完后，若此时孔口还未返出MTC浆，继续注水泥浆直至从孔口返MTC浆为止，注浆需连续一次注成，不宜间隔，注浆时间不超过3小时，以防止注浆时间过长浆液稠化、聚沉堵塞环空通道，以及逆向注浆阀的复位部件，注浆前应事先做好准备工作，以缩短由MTC浆切换到水泥浆的衔接时间。
进一步的，所述步骤19中投砾控制，投砾泵量控制在200L/min左右，砂水比1:20左右，砂水比过大易堵塞，填砾液体可以用清水、盐水，根据投砾时孔底实际压力选择，填砾过程要连续，需一次性填完，中间不停止，填砾过程中要观察记录泵压，填砾中泵压会逐渐升高，当出现泵压会突然急剧大增直至蹩泵时，表明环空已填满，停止投砾。
进一步的，所述步骤21中洗井，采用空压机洗井，活塞直径根据井管材料和井管内壁平整情况选定，活塞下降时控制速度，拉活塞中，提升速度控制在0.6-1.2m/s之间，同时量好投砾管尺寸，配管到准确位置，空压机洗孔时一定要明确风管下放长度，一洗到底，提高洗孔效率。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、注液后地下水不会污染，达到保护环境的目的。
2、利用特殊的切割工艺，提高采取率，保证不是矿段的不会一起浸出来。
3、过滤器可以提出来，如果是多矿层，有利于更换矿层段地浸。
4、开窗式切割工艺，可以准确找到矿段位置，过滤器是活的，可以随时替换，也可以随时改变切割位置；如果过滤器堵塞，切割工艺就可以把过滤器提出来进行清理或者更换现有方法容易使浆液对地下水、对环境造成污染，非含矿段与含矿段无明显区分，造成地浸过程中的浪费，也降低了采取率；
5、老工艺就是过滤器和pvc管一体的不能换，而且由于管子有伸缩性，往往过滤器会长一些，不然位置不能覆盖矿段；开窗式切割工艺，可以准确找到矿段位置，过滤器是活的，可以随时替换，也可以随时改变切割位置。
6、在一个地浸采矿，过滤器容易被化学残渣和地层细砂堵住，老工艺过滤器是固定的，就只能继续洗井达到疏通地层目的，但是切割工艺就可以把过滤器提出来进行清理或者更换。
具体实施方式
本发明较优实施例中一种地浸式钻探施工工艺，施工步骤如下：
步骤1、选取合适井场，进行钻机定位安装；
步骤2、钻孔，采用215mm钻头开孔，配置好防斜钻具，开孔前轻压慢转，减压钻进，缓慢穿越卵石层，有效保证控制孔斜，裸孔总体孔斜不大于1°/百米；
步骤3、钻至矿层位置后及时更换新鲜钻井液不循环钻进，同时矿段泥浆与非矿段泥浆要分离存放，并对矿段泥浆取样分析，完孔后经监督同意，采取措施集中处理；
步骤4、裸孔终孔后，用新泥浆完全替换孔内钻进泥浆，替浆结束后0.5-1小时用钻具探深，钻头能下放到孔底，经验收合格后，全孔安装148mmPVC管，壁厚10mmPVC井管；
步骤5、在PVC送管丝扣顶端安装带压力表及球阀开关的密封装置；
步骤6、准备注浆，注浆前井管内注满泥浆或者水，以平衡井管外MTC和水泥浆压力；
步骤7、注浆时，先注MTC浆，注入设计量Q为止；然后注水泥浆，注入设计量3m3，3m3水泥浆注完后，若此时孔口还未返出MTC浆，继续注水泥浆直至从孔口返MTC浆为止；注浆需连续一次注成，不宜间隔；注浆时间不超过3小时，以防止注浆时间过长浆液稠化、聚沉堵塞环空通道，以及逆向注浆阀的复位部件；注浆前应事先做好准备工作，以缩短由MTC浆切换到水泥浆的衔接时间；
步骤8、注完水浆后，用浓泥浆或者盐水顶出残留在注浆管的水泥浆。等待8小时后，拔出注浆管；
步骤9、用清水替换出井管内泥浆；
步骤10、用Φ120毫米×1.5米套管通径规通井，通径至孔底且注MTC水泥浆完毕后，至少72小时才再进行一步工序(开窗式切割工艺)；
步骤11、开窗式切割
1)准备工作
①用清水替换出井管内泥浆；
②用Φ120毫米×1.5米套管通径规通井，通径至孔底且注MTC水泥浆完毕后至少72小时才可切割方可切割；
③配制切割冲洗液：根据待切割地层的稳定性和对切屑携带能力需求选择冲洗液，冲洗液可以是清水、盐水、无固相冲洗液、泥浆、泡沫；
④切割钻具组配：钻具组成为主动钻杆+钻杆(60或50)+扶正器+切割器。根据设计的孔内切割位置，确定好钻具在孔口的0点，准确计算和配置下井钻杆数目与长度、切刀刀头初始位置、逐根测量钻杆长度，配好切割钻具；
⑤计算切割钻具下井深度，下井钻钻具的0点与孔口0点对正，孔内切割器的刀片深度位置放在切割段上止点位置；
2)切割方法
采用可收缩式刮刀切割器正压正循环回转切割，刮刀切割器与钻杆连接，由冲洗液压力推动刀片伸展；
3)切割参数
切割直径D＝280mm，扭矩M＝2.52千牛米，泵量Q＝200-250L/min，泵压p＝4.1-5.1Mp，转速r＝100-150r/min，给进速度v＝1.2m/h左右，切片厚度d＝0.13-0.2mm；
4)切割操作
①切割前先不开钻机，泥浆泵开小水量(<100L/min)，人工用管钳转钻具，若钻具能转动自由无负荷，表明刀具刀片未张开，需继续提高泵量、泵压，若钻具转不动，表明刀具刀片已张开并压紧井管内壁，此时泵量、泵压为刀具工作的最小泵量、泵压；然后用此最小泵量、泵压，钻机开动1挡原位转动切割，不向下给进，直到转至钻机无负荷声后，切换大泵量继续原位转动，仍然不向下给进，再次转动至无负荷声后，开始向下给进钻进；
②向下切割钻进时，泥浆泵开200-250升左右，钻机开1档向下钻进切割，向下切割时，给进速度控制速度<1.2m/h；
③停转加杆时，井管内环空间冲洗液中必须到达切屑很少甚至无切屑。井管内冲洗液上返速度20.6米/分钟，切屑上返速度15-20米/分钟，每次停转加杆，停止钻机转动后泵不停，用泵继续送水循环冲洗30-45分钟；
5)切割后操作
①清渣：停止回转切割后，继续用冲洗液冲洗30-45分钟后停泵提钻；
②收刀：提钻时，先将切割器缓慢提至切割段上缘位置的井管切口内，用管钳扭转钻杆，若钻杆可转动表明刀已收回，即可提钻；若钻杆转不动表明刀未收回，刀未收时，采用的处理方法是敲击钻杆，不开泵，钻机开一档在切割段上缘管口位置处缓慢旋转钻具，通过管口挤压刀片使其收回，然后提钻；
6)孔底清渣测深
①孔底清渣：孔内下光钻杆，注清水冲洗孔底沉渣和井管，冲洗至井口返水变清为止，若井内是流砂地层，需先用浓度较大的冲洗液冲洗出沉渣，然后切换用小泵量(小于100L/min)送清水替掉孔内浓度较大的冲洗液，直至孔口返水变清；
②测深：清渣结束后停泵，将钻杆提起5米左右，待沉淀30-45分钟后，下放钻杆至孔底，准确测量井孔深度；
③矿层联通性检测：井管内注清水至溢出孔口，停注后水位下降速度不小于5m/min，确定矿层联通方可进行安装内置过滤器等后续成井施工；
步骤12、安装内置过滤器，先进行配内置过滤器管柱，再计算长度和安放位置；
步骤13、将小钻杆与安装在内置过滤器上的可脱式下管连接器连接，用小钻杆将内置过滤器送至井下设计安装位置。可脱式下管连接器，在内置过滤器管柱下放过程中，与小钻杆连在一起，下放到位后自动分离脱开；
步骤14、内置过滤器管柱下放到位后，内置过滤器固定装置上的锚爪自动伸出，卡住切割段上缘切口处台阶，将内置过滤器管柱固定在井管内使其不上浮；
步骤15、过滤器安装完成后，用小钻杆实测安装深度。测完后将小钻杆提出孔外；
步骤16、对内置过滤器安装进行质量检查；
步骤17、逆向投砾，砾料用PE球或者石英砾石，采用局部反循环填砾，经投砾管和反循环填砾装置将砾料填在内置过滤器外面的环空内。PE球从过滤器下方填，石英砾石从过滤器上方填；
步骤18、管路调试，先用小水量(<100L/min)试通水，等通水循环正常后开始投砾；
步骤19、投砾控制，投砾泵量控制在200L/min左右，砂水比1:20左右，砂水比过大易堵塞，填砾液体可以用清水、盐水，根据投砾时孔底实际压力选择，填砾过程要连续，需一次性填完，中间不停止，填砾过程中要观察记录泵压，填砾中泵压会逐渐升高，当出现泵压会突然急剧大增直至蹩泵时，表明环空已填满，停止投砾，
步骤20、提出填砾管；
步骤21、洗井，可采用活塞洗井或者空压机洗井，活塞直径根据井管材料和井管内壁平整情况选定，活塞下降时控制速度，拉活塞中，提升速度控制在0.6-1.2m/s之间，同时量好投砾管尺寸，配管到准确位置，空压机洗孔时一定要明确风管下放长度，一洗到底，提高洗孔效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种地浸式钻探施工工艺，其特征在于：具体步骤如下：
步骤1、选取合适井场，进行钻机定位安装；
步骤2、钻孔；
步骤3、钻至矿层位置后及时更换新鲜钻井液不循环钻进，同时矿段泥浆与非矿段泥浆要分离存放，并对矿段泥浆取样分析；
步骤4、裸孔终孔后，用新泥浆完全替换孔内钻进泥浆，替浆结束后0.5-1小时用钻具探深；
步骤5、经验收合格后，全孔安装148mmPVC管，壁厚10mmPVC井管，在PVC送管丝扣顶端安装带压力表及球阀开关的密封装置；
步骤6、准备注浆，注浆前井管内注满泥浆或者水，以平衡井管外MTC和水泥浆压力；
步骤7、注浆；
步骤8、注完水浆后，用浓泥浆或者盐水顶出残留在注浆管的水泥浆，等待8小时后，拔出注浆管；
步骤9、用清水替换出井管内泥浆；
步骤10、用Φ120毫米×1.5米套管通径规通井，通径至孔底且注MTC水泥浆完毕后，至少72小时才再进行一步工序；
步骤11、开窗式切割；
步骤12、安装内置过滤器，先进行配内置过滤器管柱，再计算长度和安放位置；
步骤13、将小钻杆与安装在内置过滤器上的可脱式下管连接器连接，用小钻杆将内置过滤器送至井下设计安装位置，可脱式下管连接器，在内置过滤器管柱下放过程中，与小钻杆连在一起，下放到位后自动分离脱开；
步骤14、内置过滤器管柱下放到位后，内置过滤器固定装置上的锚爪自动伸出，卡住切割段上缘切口处台阶，将内置过滤器管柱固定在井管内使其不上浮；
步骤15、过滤器安装完成后，用小钻杆实测安装深度，测完后将小钻杆提出孔外；
步骤16、对内置过滤器安装进行质量检查；
步骤17、逆向投砾，砾料用PE球或者石英砾石，采用局部反循环填砾，经投砾管和反循环填砾装置将砾料填在内置过滤器外面的环空内，PE球从过滤器下方填，石英砾石从过滤器上方填；
步骤18、管路调试，先用小水量(<100L/min)试通水，等通水循环正常后开始投砾；
步骤19、投砾控制；
步骤20、提出填砾管；
步骤21、洗井，采用活塞洗井。
2.根据权利要求1所述的一种地浸式钻探施工工艺，其特征在于：所述步骤11中开窗式切割操作步骤如下：
1)准备工作
①用清水替换出井管内泥浆；
②用Φ120毫米×1.5米套管通径规通井，通径至孔底且注MTC水泥浆完毕后至少72小时才可切割方可切割；
③配制切割冲洗液：根据待切割地层的稳定性和对切屑携带能力需求选择冲洗液，冲洗液是清水、盐水、无固相冲洗液、泥浆或泡沫任一；
④切割钻具组配：钻具组成为主动钻杆+钻杆(60或50)+扶正器+切割器，根据设计的孔内切割位置，确定好钻具在孔口的0点，准确计算和配置下井钻杆数目与长度、切刀刀头初始位置、逐根测量钻杆长度，配好切割钻具；
⑤计算切割钻具下井深度，下井钻钻具的0点与孔口0点对正，孔内切割器的刀片深度位置放在切割段上止点位置；
2)切割方法
采用可收缩式刮刀切割器正压正循环回转切割，刮刀切割器与钻杆连接，由冲洗液压力推动刀片伸展；
3)切割参数
切割直径D＝280mm，扭矩M＝2.52千牛米，泵量Q＝200-250L/min，泵压p＝4.1-5.1Mp，转速r＝100-150r/min，给进速度v＝1.2m/h左右，切片厚度d＝0.13-0.2mm；
4)切割操作
①切割前先不开钻机，泥浆泵开小水量(<100L/min)，人工用管钳转钻具；
②向下切割钻进时，泥浆泵开200-250升左右，钻机开1档向下钻进切割，向下切割时，给进速度控制速度<1.2m/h；
③停转加杆时，井管内环空间冲洗液中必须到达切屑很少甚至无切屑，井管内冲洗液上返速度20.6米/分钟，切屑上返速度15-20米/分钟，每次停转加杆，停止钻机转动后泵不停，用泵继续送水循环冲洗30-45分钟。
3.根据权利要求2所述的一种地浸式钻探施工工艺，其特征在于：所述开窗式切割操作，切割后操作如下：
①清渣：停止回转切割后，继续用冲洗液冲洗30-45分钟后停泵提钻；
②收刀：提钻时，先将切割器缓慢提至切割段上缘位置的井管切口内。
4.根据权利要求3所述的一种地浸式钻探施工工艺，其特征在于：所述开窗式切割操作，切割后进行孔底清渣测深：
①孔底清渣：孔内下光钻杆，注清水冲洗孔底沉渣和井管，冲洗至井口返水变清为止，若井内是流砂地层，需先用浓度较大的冲洗液冲洗出沉渣，然后切换用小泵量(小于100L/min)送清水替掉孔内浓度较大的冲洗液，直至孔口返水变清；
②测深：清渣结束后停泵，将钻杆提起5米左右，待沉淀30-45分钟后，下放钻杆至孔底，准确测量井孔深度；
③矿层联通性检测：井管内注清水至溢出孔口，停注后水位下降速度不小于5m/min，确定矿层联通方可进行安装内置过滤器等后续成井施工。
5.根据权利要求1所述的一种地浸式钻探施工工艺，其特征在于：所述步骤2中钻孔，采用215mm钻头开孔，配置好防斜钻具，开孔前轻压慢转，减压钻进，缓慢穿越卵石层，裸孔总体孔斜不大于1°/百米。
6.根据权利要求5所述的一种地浸式钻探施工工艺，其特征在于：所述步骤6中注浆，先注MTC浆，注入设计量Q为止，然后注水泥浆，注入设计量3m3，3m3水泥浆注完后，若此时孔口还未返出MTC浆，继续注水泥浆直至从孔口返MTC浆为止，注浆需连续一次注成。
7.根据权利要求6所述的一种地浸式钻探施工工艺，其特征在于：所述步骤19中投砾控制，投砾泵量控制在200L/min左右，砂水比1:20左右，填砾液体可以用清水、盐水，根据投砾时孔底实际压力选择，填砾过程要连续，需一次性填完，中间不停止，填砾过程中要观察记录泵压，填砾中泵压会逐渐升高，当出现泵压会突然急剧大增直至蹩泵时，表明环空已填满，停止投砾。
8.根据权利要求7所述的一种地浸式钻探施工工艺，其特征在于：所述步骤21中洗井，采用空压机洗井，活塞直径根据井管材料和井管内壁平整情况选定，活塞下降时控制速度，拉活塞中，提升速度控制在0.6-1.2m/s之间，同时量好投砾管尺寸，配管到准确位置。
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