CN113571225A - 一种高放废物的钻孔放置方法及处置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高放废物的钻孔放置方法及处置方法，放置方法包括：S1：在钻杆底部设置抓取机构，用于自动抓取或松开废物容器的顶部，且在容置废物容器的运输容器的上下两端开口，以供废物容器进出所述运输容器，并设置打开其上端开口的顶盖，以及设置打开其下端开口的底盖；S2：将运输容器定位至钻孔的上方，打开其顶盖，钻杆下移，至其底部的抓取机构抓取运输容器中的废物容器的顶部，打开运输容器的底盖，钻杆下移，以带动与其连接的废物容器下移，S3：至废物容器的底部与钻孔底部抵接后，钻杆底部的抓取机构松开所述废物容器，钻杆上移至移出所述钻孔。该方法能够提高极深钻孔的高放废物容器的垂直放置效率，且避免卡堵、坠落现象。

Description

一种高放废物的钻孔放置方法及处置方法

技术领域

本发明具体涉及一种高放废物的钻孔放置方法及处置方法。

背景技术

自核技术开始规模商业化应用以来，核燃料循环产生的放射性废物累积量也在快速持续增加，其中乏燃料、玻璃固化体等高水平放射性废物(高放废物)的处理与处置为世界性难题。目前，深钻孔处置高放废物是深地质处置中更安全、更灵活、场址适应性更强的一种处置方式。

世界范围内各国提出的深钻孔处置概念在处置深度、终孔直径上各不相同，这主要是由各国拟处置的废物源项特征存在差异造成的，但基本处置理念均将钻孔深度确定在4～5km，处置段孔径400～800mm之间，处置段上方采用混凝土、膨润土、沥青、水泥等回填材料进行封填。与矿山式处置相比，深钻孔处置最显著的特点在于处置深度的成倍增加，从而导致核素释出迁移至生物圈的距离增长，处置隔离安全度高。深部流动缓慢、高盐度地下水特征及还原性地球化学环境，为阻滞核素迁移提供了有利条件。模块化拓展的建设方式，与较短的运行周期使得深钻孔处置场址存在灵活性，可有效减少废物运输风险。

深钻孔处置发展的困难在于，由于受到钻孔孔径的限制，以及孔深的影响，自由降落、钢丝绳放置、连续油管放置、套管放置等常规容器处置方法容易出现卡堵，坠落现象，且放置效率比较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种提高极深钻孔的高放废物容器的垂直放置效率，且避免卡堵的高放废物的钻孔放置方法，还相应提供一种高放废物的处置方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种高放废物的钻孔放置方法，包括：

S1：在钻杆底部设置抓取机构，用于自动抓取或松开废物容器的顶部，且在容置废物容器的运输容器的上下两端开口，以供废物容器进出所述运输容器，并设置打开其上端开口的顶盖，以及设置打开其下端开口的底盖；

S2：将运输容器定位至钻孔的上方，打开其顶盖，钻杆下移，至其底部的抓取机构抓取运输容器中的废物容器的顶部，打开运输容器的底盖，钻杆下移，以带动与其连接的废物容器下移，

S3：至废物容器的底部与钻孔底部抵接后，钻杆底部的抓取机构松开所述废物容器，钻杆上移至移出所述钻孔。

可选地，所述步骤S1还包括：在钻孔孔口内壁上设置抱紧机构，用于抱紧或松开废物容器，在废物容器的底部设置连接结构，用于与另一废物容器的顶部相连，

所述步骤S2的具体过程如下：

S2.1：将运输容器定位至钻孔的上方，打开其顶盖，钻杆下移，至其底部的抓取机构抓取运输容器中的废物容器的顶部，打开运输容器的底盖，钻杆下移，以带动与其连接的废物容器下移，

S2.2：至废物容器伸入所述抱紧机构中时，抱紧机构抱紧废物容器，

S2.3：钻杆底部的抓取机构松开所述废物容器，钻杆上移至移出运输容器，将运输容器移走，再将下一个运输容器定位至钻孔的上方，重复步骤S2.1，至下一个废物容器底部的连接结构与孔口最上端的废物容器的顶部相连，抱紧机构松开其抱紧的废物容器，钻杆带动废物容器串下降，至废物容器串最上端的废物容器伸入所述抱紧机构中时，抱紧机构抱紧所述废物容器串最上端的废物容器，

S2.4：重复步骤S2.3，直至废物容器串的数量达到设定值，

S2.5：抱紧机构松开其抱紧的废物容器，钻杆下移，以带动与其连接的废物容器串下移。

可选地，所述废物容器串中，

所述连接结构的顶部开设有第一螺纹孔，用于与所述连接结构上端的废物容器螺纹相连，

所述连接结构的底部开设有第二螺纹孔，用于与所述连接结构下端的废物容器螺纹相连；

当钻杆带动废物容器下移，至孔口最上端的废物容器的顶部伸入与钻杆相连的废物容器底部设置的连接结构的第二螺纹孔中时，所述钻杆旋转，以带动与钻杆相连的废物容器旋转，至其底部设置的连接结构与孔口最上端的废物容器螺纹相连。

可选地，所述第一螺纹孔的孔径从上到下逐渐递减，所述第二螺纹孔的孔径从上到下逐渐递增，

所述废物容器的上端向上延伸形成与第二螺纹孔配合的第一螺纹部，所述废物容器的下端向下延伸形成与第一螺纹孔配合的第二螺纹部。

可选地，所述步骤S3之后还包括：

S4：在废物容器串的顶部设置密封塞。

可选地，所述密封塞包括桥塞和固定于桥塞顶部的水泥塞，

所述步骤S4的具体过程如下：

S4.1：通过钢丝绳下放桥塞至废物容器串的顶部，桥塞的侧壁与钻孔的井壁抵接，

S4.2：通过钻杆灌浆，在桥塞的顶部形成水泥塞。

可选地，还包括：

S5：重复步骤S2-S4，直至钻孔的废物处置段塞满废物容器。

可选地，在钻井平台和钻孔之间设置屏蔽室，所述屏蔽室的侧壁设有供运输容器进出的侧门，所述屏蔽室的顶壁设有供钻杆进出的顶门。

可选地，所述步骤S2之前包括：采用轨道传送系统将运输容器传送至所述屏蔽室内，并将运输容器调整至竖直状态。

本发明还提供一种高放废物的处置方法，包括：

钻孔；

采用上述的方法在钻孔中放置高放废物容器，

将钻孔的废物处置段至孔口的部分进行封填。

本发明中，通过对钻杆和转运废物容器的运输容器进行改进，即在钻杆底部安装自动抓取或松开废物容器顶部的固定机构，以及在容置废物容器的运输容器底部开口并设置底盖，由此，将运输容器定位至钻孔孔口上方后，打开底盖，钻杆底部的固定机构抓取运输容器中的废物容器，借助钻杆下移，即可带动废物容器垂直下放至钻孔底部，从而实现极深钻孔的高放废物容器的高效垂直放置，避免出现卡堵，坠落等现象，并且，与运输容器底部封闭，需钻杆抓取废物容器后提升，再旋转至钻孔孔口的方式相比，本发明放置效率大大提高，且定位更准确便捷。

附图说明

图1为本发明实施例1提供废物容器与连接结构装配后的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种高放废物的钻孔放置方法，包括：

S1：在钻杆底部设置抓取机构，用于自动抓取或松开废物容器的顶部，且在容置废物容器的运输容器的上下两端开口，以供废物容器进出所述运输容器，并设置打开其上端开口的顶盖，以及设置打开其下端开口的底盖；

S2：将运输容器定位至钻孔的上方，打开其顶盖，钻杆下移，至其底部的抓取机构抓取运输容器中的废物容器的顶部，打开运输容器的底盖，钻杆下移，以带动与其连接的废物容器下移，

S3：至废物容器的底部与钻孔底部抵接后，钻杆底部的抓取机构松开所述废物容器，钻杆上移至移出所述钻孔。

本发明还提供一种高放废物的处置方法，包括：

钻孔；

采用上述的方法在钻孔中放置高放废物容器，

将钻孔的废物处置段至孔口的部分进行封填。

实施例1：

本实施例提供一种高放废物的钻孔放置方法，包括：

S1：在钻杆底部设置抓取机构，用于自动抓取或松开废物容器的顶部，且在容置废物容器的运输容器的上下两端开口，以供废物容器进出所述运输容器，并设置打开其上端开口的顶盖，以及设置打开其下端开口的底盖；

S2：将运输容器定位至钻孔的上方，打开其顶盖，钻杆下移，至其底部的抓取机构抓取运输容器中的废物容器的顶部，打开运输容器的底盖，钻杆下移，以带动与其连接的废物容器下移，

S3：至废物容器的底部与钻孔底部抵接后，钻杆底部的抓取机构松开所述废物容器，钻杆上移至移出所述钻孔。

由此，通过对钻杆和转运废物容器的运输容器进行改进，即在钻杆底部安装自动抓取或松开废物容器顶部的抓取机构，以及在容置废物容器的运输容器底部开口并设置底盖，由此，将运输容器定位至钻孔孔口上方后，打开底盖，钻杆底部的固定机构抓取运输容器中的废物容器，借助钻杆下移，即可带动废物容器垂直下放至钻孔底部，从而实现极深钻孔的高放废物容器的高效垂直放置，避免出现卡堵，坠落等现象，并且，与运输容器底部封闭，需钻杆抓取废物容器后提升，再旋转至钻孔孔口的方式相比，本发明放置效率大大提高，且定位更准确便捷。

抓取机构可采用目前成熟的机械手，与远程控制装置无线电连接，以实现废物容器的自动抓取或松开。

本实施例中，所述步骤S1还包括：在钻孔孔口内壁上设置抱紧机构，用于抱紧或松开废物容器，在废物容器1的底部设置连接结构2，用于与另一废物容器的顶部相连，

所述步骤S2的具体过程如下：

S2.1：将运输容器定位至钻孔的上方，打开其顶盖，钻杆下移，至其底部的抓取机构抓取运输容器中的废物容器的顶部，打开运输容器的底盖，钻杆下移，以带动与其连接的废物容器下移，

S2.2：至废物容器伸入抱紧机构中时，抱紧机构抱紧废物容器，

S2.3：钻杆底部的抓取机构松开所述废物容器，钻杆上移至移出运输容器，将运输容器移走，再将下一个运输容器定位至钻孔的上方，重复步骤S2.1，至下一个废物容器底部的连接结构与孔口最上端的废物容器的顶部相连，抱紧机构松开其抱紧的废物容器，钻杆带动废物容器串下降，至废物容器串最上端的废物容器伸入所述抱紧机构中时，抱紧机构抱紧所述废物容器串最上端的废物容器，

S2.4：重复步骤S2.3，直至废物容器串的数量达到设定值，

S2.5：抱紧机构松开其抱紧的废物容器，钻杆下移，以带动与其连接的废物容器串下移。

由此，通过在钻孔孔口设置抱紧机构，并在废物容器底部设置连接结构，以实现多个废物容器的上下串接，并通过钻杆的配合动作，从而可以将多个废物容器暂存至孔口，至暂存的废物容器数量达到钻杆提升的上限值时，再通过钻杆下移将废物容器串送至钻孔底部，从而大大提高了废物容器的放置效率。

抱紧机构可采用目前成熟的抱箍机构，其与远程控制装置无线电连接，以实现废物容器的自动抱紧或松开。

本实施例中，所述废物容器串中，

所述连接结构2的顶部开设有第一螺纹孔21，用于与所述连接结构上端的废物容器1螺纹相连，

所述连接结构2的底部开设有第二螺纹孔22，用于与所述连接结构下端的废物容器1螺纹相连；

当钻杆带动废物容器下移，至孔口最上端的废物容器的顶部伸入与钻杆相连的废物容器底部设置的连接结构的第二螺纹孔22中时，所述钻杆旋转，以带动与钻杆相连的废物容器旋转，至其底部设置的连接结构与孔口最上端的废物容器螺纹相连。

由此，通过钻杆的旋转，即可实现上下相邻的两个废物容器通过连接结构的自动连接，不仅连接效率高，而且连接效果准确可靠。

本实施例中，为实现废物容器与连接结构的初步高效对接，所述第一螺纹孔的孔径从上到下逐渐递减，所述第二螺纹孔的孔径从上到下逐渐递增，

所述废物容器1的上端向上延伸形成与第二螺纹孔22配合的第一螺纹部11，所述废物容器1的下端向下延伸形成与第一螺纹21孔配合的第二螺纹部12。

本实施例中，所述步骤S3之后还包括：

S4：在废物容器串的顶部设置密封塞。

本实施例中，所述密封塞包括桥塞和固定于桥塞顶部的水泥塞，

所述步骤S4的具体过程如下：

S4.1：通过钢丝绳下放桥塞至废物容器串的顶部，桥塞的侧壁与钻孔的井壁抵接，

S4.2：通过钻杆灌浆，在桥塞的顶部形成水泥塞。

可选地，还包括：

S5：重复步骤S2-S4，直至钻孔的废物处置段塞满废物容器。

本实施例中，在钻井平台和钻孔之间设置屏蔽室，所述屏蔽室的侧壁设有供运输容器进出的侧门，所述屏蔽室的顶壁设有供钻杆进出的顶门。

本实施例中，所述步骤S2之前包括：采用轨道传送系统将运输容器传送至所述屏蔽室内，并将运输容器调整至竖直状态。

以下通过一具体实例来阐述本发明：

本实例的高放废物深钻孔处置容器放置流程与工艺为：

第一步：装有运输容器的牵引车拖车就位，准备卸下运输容器；

第二步：通过轨道传送系统抬起装有废物的运输容器，调整至竖直姿态；

第三步：通过轨道将运输容器运至有屏蔽功能的地下室，该室位于被抬升的钻井平台下部；

第四步：在孔口处将运输容器定位；

第五步：关闭屏蔽室门；

第六步：打开孔口上部屏蔽室门；

第七步：远程操控打开运输容器顶盖；

第八步：钻杆下移至钻杆底部的抓取机构与废物容器顶部接触，远程操控抓取机构抓取废物容器的顶部；

第九步：用钻杆柱提起废物容器，使其对运输容器底盖的压力为零；

第十步：远程操控打开运输容器底盖；

第十一步：垂直放置废物容器，至废物容器底部的连接结构与被抱紧机构抱紧锁在孔口处的废物容器顶部接触，通过钻杆旋转，以使钻杆携带的废物容器与抱紧机构锁在孔口处的废物容器通过二者之间的连接结构相连；注意：如果所放下的是第1个废物容器串，则将通过抱紧机构锁在孔口处；

第十二步：提起废物容器串，抱紧机构松开锁于孔口处的废物容器，钻杆下移1个废物容器长度的距离；

第十三步：抱紧机构抱紧当前位于孔口处的最上面的废物容器；

第十四步：关闭孔口上端的屏蔽室内；

第十五步：打开屏蔽室内，将轨道传送系统撤回至牵引车拖车，将空的运输容器放到拖车上；

第十六步：重复第一步到第十五步，直到全部40个废物容器都放到钻孔中；

第十七步：通过钻杆下移，将废物容器串下放到钻孔底部或者放到前一个废物容器串上部的水泥塞之上；

第十八步：远程操控钻杆底部抓取机构释放废物容器串，控制钻杆移出钻孔；

第十九步：通过钢丝绳放下并安装桥塞，然后将钢丝绳移出钻孔；

第二十步：通过钻杆灌浆在桥塞上安装水泥塞；

第二十一步：在钻孔的底部200m注入油基膨润土泥浆，为下一串废物容器串的放置做准备；

第二十二步：(将钻杆柱)移出钻孔；

第二十三步：重复上这步骤，直到全部10串废物容器串均放置到钻孔处置区。

实践表明，本发明能够实现对废物容器的准确定位和垂直放置，以提高高放废物处置的技术前行性，增加深地质处置经济性。

实施例2：

本实施例提供一种高放废物的处置方法，包括：

(1)完井

利用钻井设备从地表面垂直向下钻进，钻至结晶岩层中深5km处，钻进过程通常分段进行，每钻进一段进行固井，使井壁保持稳定、通畅，为下一段钻进或放置废物提供条件。

(2)放置废物

采用实施例的方法将高放废物容器放入钻孔，下至孔底，将钻孔底部以下2km范围作为废物处置段。

(3)钻孔封填

将废物处置段及其上部到孔口范围采用压实膨润土、混凝土、沥青等材料进行分段封填。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高放废物的钻孔放置方法，其特征在于，包括：

S1：在钻杆底部设置抓取机构，用于自动抓取或松开废物容器的顶部，且在容置废物容器的运输容器的上下两端开口，以供废物容器进出所述运输容器，并设置打开其上端开口的顶盖，以及设置打开其下端开口的底盖；

S2：将运输容器定位至钻孔的上方，打开其顶盖，钻杆下移，至其底部的抓取机构抓取运输容器中的废物容器的顶部，打开运输容器的底盖，钻杆下移，以带动与其连接的废物容器下移，

S3：至废物容器的底部与钻孔底部抵接后，钻杆底部的抓取机构松开所述废物容器，钻杆上移至移出所述钻孔。

2.根据权利要求1所述的高放废物的钻孔放置方法，其特征在于，

所述步骤S1还包括：在钻孔孔口内壁上设置抱紧机构，用于抱紧或松开废物容器，在废物容器的底部设置连接结构，用于与另一废物容器的顶部相连，

所述步骤S2的具体过程如下：

S2.1：将运输容器定位至钻孔的上方，打开其顶盖，钻杆下移，至其底部的抓取机构抓取运输容器中的废物容器的顶部，打开运输容器的底盖，钻杆下移，以带动与其连接的废物容器下移，

S2.2：至废物容器伸入所述抱紧机构中时，抱紧机构抱紧废物容器，

S2.3：钻杆底部的抓取机构松开所述废物容器，钻杆上移至移出运输容器，将运输容器移走，再将下一个运输容器定位至钻孔的上方，重复步骤S2.1，至下一个废物容器底部的连接结构与孔口最上端的废物容器的顶部相连，抱紧机构松开其抱紧的废物容器，钻杆带动废物容器串下降，至废物容器串最上端的废物容器伸入所述抱紧机构中时，抱紧机构抱紧所述废物容器串最上端的废物容器，

S2.4：重复步骤S2.3，直至废物容器串的数量达到设定值，

S2.5：抱紧机构松开其抱紧的废物容器，钻杆下移，以带动与其连接的废物容器串下移。

3.根据权利要求2所述的高放废物的钻孔放置方法，其特征在于，所述废物容器串中，

所述连接结构的顶部开设有第一螺纹孔，用于与所述连接结构上端的废物容器螺纹相连，

所述连接结构的底部开设有第二螺纹孔，用于与所述连接结构下端的废物容器螺纹相连；

当钻杆带动废物容器下移，至孔口最上端的废物容器的顶部伸入与钻杆相连的废物容器底部设置的连接结构的第二螺纹孔中时，所述钻杆旋转，以带动与钻杆相连的废物容器旋转，至其底部设置的连接结构与孔口最上端的废物容器螺纹相连。

4.根据权利要求3所述的高放废物的钻孔放置方法，其特征在于，

所述第一螺纹孔的孔径从上到下逐渐递减，所述第二螺纹孔的孔径从上到下逐渐递增，

所述废物容器的上端向上延伸形成与第二螺纹孔配合的第一螺纹部，所述废物容器的下端向下延伸形成与第一螺纹孔配合的第二螺纹部。

5.根据权利要求2-4任一项所述的高放废物的钻孔放置方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括：

S4：在废物容器串的顶部设置密封塞。

6.根据权利要求5所述的高放废物的钻孔放置方法，其特征在于，所述密封塞包括桥塞和固定于桥塞顶部的水泥塞，

所述步骤S4的具体过程如下：

S4.1：通过钢丝绳下放桥塞至废物容器串的顶部，桥塞的侧壁与钻孔的井壁抵接，

S4.2：通过钻杆灌浆，在桥塞的顶部形成水泥塞。

7.根据权利要求5所述的高放废物的钻孔放置方法，其特征在于，还包括：

S5：重复步骤S2-S4，直至钻孔的废物处置段塞满废物容器。

8.根据权利要求2-4任一项所述的高放废物的钻孔放置方法，其特征在于，在钻井平台和钻孔之间设置屏蔽室，所述屏蔽室的侧壁设有供运输容器进出的侧门，所述屏蔽室的顶壁设有供钻杆进出的顶门。

9.根据权利要求8所述的高放废物的钻孔放置方法，其特征在于，

所述步骤S2之前包括：采用轨道传送系统将运输容器传送至所述屏蔽室内，并将运输容器调整至竖直状态。

10.一种高放废物的处置方法，其特征在于，包括：

钻孔；

采用如权利要求1-9任一项所述的方法在钻孔中放置高放废物容器，

将钻孔的废物处置段至孔口的部分进行封填。

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