CN113756760B - 一种反向填砾装置及反向填砾方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反向填砾装置及反向填砾方法，涉及地浸钻孔技术领域，包括投砾罐、水池、第一管路和第二管路，所述投砾罐的底部设置有进液口，所述水池与所述进液口通过所述第一管路连通，所述第一管路上设置有动力结构，所述第二管路的一端与所述第一管路连通，所述第二管路的另一端与井连通，所述投砾罐的顶部设置有出液口，所述出液口与所述第二管路连通，所述投砾罐还开设有装填口，所述装填口用于向所述投砾罐内装填砾石。本发明能够实现冲水、投砾、间歇投砾及小流量投砾等多种功能，提高二次成井工艺过程中反向填砾工艺的可控性与成功率。

Description

一种反向填砾装置及反向填砾方法

技术领域

本发明涉及地浸钻孔技术领域，特别是涉及一种反向填砾装置及反向填砾方法。

背景技术

影响地浸钻孔的质量和效率主要是两方面：钻探设备和工艺技术。地浸钻孔常规采用一台钻机完成从裸眼钻进到完井的全部工序，在钻井过程中对钻速起到决定作用的是钻机、钻具和泥浆泵，根据钻孔深度和负载来选取钻机。在超深地浸钻孔工程中，为了提高效率和钻孔质量，我们引进逆向注浆、反向填砾等新工艺技术。但这些工艺技术之间的衔接需要很多辅助时间，例如水泥浆的侯凝时间等。同时不同阶段对钻机和泥浆泵功率的要求也不一样，全程使用同一钻机和泥浆泵容易造成功率的浪费。为了解决这些问题，提出了一种从工艺流程和技术改进上提高地浸矿山钻孔效率的方法：二次成井工艺。二次成井工艺将传统的地浸钻孔工程拆分成三个独立的工艺过程：钻井工程、成建井工程和洗孔工程，结合不同工艺过程的需求优选了钻机型号、泥浆泵型号、泥浆类型等。二次成井工艺技术在工艺和工序两方面对原有地浸钻井技术进行了大幅创新和改进，提高了钻井的质量和效率，可为实现深部砂岩铀矿的高效精准开采提供技术基础，同时本技术的工业化应用也将为矿山企业降低成本。

二次成井工艺分为两个部分：钻井工程、成建井工程阶段。

钻井工程阶段：采用大功率钻机完成裸眼孔钻进，下套管和注水泥三个工序。

(1)在裸眼钻进阶段，井下管柱为：三牙轮钻头+钻铤+钻杆。采用大排量泥浆泵以提高钻速。

(2)完成裸眼孔钻进后，根据测井结果和施工设计单下PVC套管到指点深度。

(3)利用钻杆充当注浆管，采用滑套式逆向注浆装置完成注浆作业。

完成逆向注浆作业后，大功率钻机即可搬离井场，继续进行下一钻孔的裸眼孔钻进施工。随后将小功率钻机搬到该井口处，进入成建井阶段。

成建井工程阶段：采用小功率钻机完成切割套管、下内置过滤器和反向投砾作业。

(1)根据测井结果确定矿层位置和切割位置，采用切割器+钻杆完成切割作业，后用扩孔器清理切割段井壁。

(2)切割完成后，利用投砾管下放内置过滤器和反响投砾装置到切割位置，利用小功率泵完成投砾作业，所投砾石为人造砾石。

上述可见，二次成井工艺技术已经成为目前中国地浸矿山钻井施工的主要工艺技术，而逆向投砾作为整个工艺的最后一个技术环节，对成井质量尤其重要。

目前采用的投砾工艺主要是利用泥浆泵进行，即将人造砾石与水充分混合后，利用泥浆泵进行泵吸。此方法地面管路简单，但效率较低，主要原因是反向填砾采用的人造砾石密度低于清水，无法与清水充分混合，泥浆泵无法均匀吸入砾料。同时，因为无法控制砾料吸入速度，也就无法对整个投砾过程的节奏进行掌握，经常发生短时间泵入过多砾石造成堵塞，投砾质量难以保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种反向填砾装置及反向填砾方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现冲水、投砾、间歇投砾及小流量投砾等多种功能，提高二次成井工艺过程中反向填砾工艺的可控性与成功率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种反向填砾装置，包括投砾罐、水池、第一管路和第二管路，所述投砾罐的底部设置有进液口，所述水池与所述进液口通过所述第一管路连通，所述第一管路上设置有动力结构，所述第二管路的一端与所述第一管路连通，所述第二管路的另一端与井连通，所述投砾罐的顶部设置有出液口，所述出液口与所述第二管路连通，所述投砾罐还开设有装填口，所述装填口用于向所述投砾罐内装填砾石。

优选地，所述投砾罐还设置有安全阀门和压力表，所述压力表用于检测所述投砾罐内的压力，所述安全阀门根据所述压力表检测的所述投砾罐内的压力调节开度。

优选地，所述反向填砾装置还包括第三管路，所述第三管路上设置有排气阀门，所述第三管路的一端与所述第二管路连通，所述第三管路的另一端与大气连通。

优选地，所述投砾罐的底部还设置有排空口，所述排空口处设置有排空阀门。

优选地，所述进液口处设置有进液阀门；所述出液口处设置有出液阀门。

优选地，所述投砾罐的罐体包括上部罐体和下部罐体，所述上部罐体位于所述下部罐体的上方，且所述上部罐体和所述下部罐体连接，所述上部罐体的尺寸自上而下逐渐增大。

优选地，所述第二管路上设置有第一阀门，且所述第一阀门位于所述出液口和所述动力结构之间。

优选地，所述第二管路上设置有第二阀门，且所述第二阀门位于所述出液口和井之间。

优选地，所述动力结构为泥浆泵。

本发明还提供了一种采用所述反向填砾装置的反向填砾方法，包括以下步骤：

第一步：安装反向填砾装置，检查压力表、安全阀门是否处于正常工作状态；

第二步：打开装填口向投砾罐中投入设计量的砾石，完成后密封装填口；

第三步：关闭第一阀门、第二阀门和排空阀门，打开进液阀门、出液阀门和排气阀门，打开动力结构，向投砾罐内进行注液，当排气阀门出液时，关闭排气阀门；

第四步：打开第一阀门和第二阀门，关闭阀门进液阀门、出液阀门、排气阀门和排空阀门，直接向井内注入清水，疏通管道，当井口返水，通路建立完成；

第五步：投砾过程，包括以下工况：

工况一，正常投砾过程：关闭第一阀门、排气阀门和排空阀门，打开进液阀门、出液阀门和第二阀门，水池中的液体通过动力结构注入投砾罐中造成憋压，在压力作用下，漂浮在投砾罐上部的砾石通过出液阀门和第二阀门注入井内；

工况二，调节投砾速度：根据现场实际情况，以正常投砾过程的最大排量投砾时，若投砾罐上的压力表显示压力过大或安全阀门达到最大工作压力，关闭排气阀门和排空阀门，打开出液阀门和第二阀门，调节第一阀门和进液阀门的开度，使部分液体通过进液阀门进入投砾罐，部分液体通过第一阀门与进液阀门流出的砾石混合后，通过第二阀门注入井下；

工况三，间歇投砾与解堵：当出现砾石在管路中堵塞的情况时，关闭排气阀门和排空阀门，打开出液阀门和第二阀门，间歇交错打开进液阀门和第一阀门，使砾石与清水交替注入井下；

第六步：完成投砾后，关闭第一阀门、第二阀门、出液阀门和排气阀门，打开进液阀门和排空阀门，冲洗投砾罐。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明能够实现冲水、投砾、间歇投砾及小流量投砾多种功能，具体地，冲水时，可通过第二管路使液体进入井内；投砾时，通过装填口将砾石装填进投砾罐，通过第一管路向投砾罐内通入液体，液体和砾石混合后通过出液口和第二管路进入井内；间歇投砾时，即交替进行冲水和投砾过程；小流量投砾时，第一管路和第二管路同时工作，使进入井内的砾石流量减小。本发明提高了二次成井工艺过程中反向填砾工艺的可控性与成功率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的反向填砾装置示意图；

其中：100-反向填砾装置，1-动力结构，2-投砾罐，3-装填口，4-进液阀门，5-第一阀门，6-第二阀门，7-出液阀门，8-排气阀门，9-排空阀门，10-井，11-安全阀门，12-压力表，13-水池，14-第一管路，15-第二管路，16-第三管路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种反向填砾装置及反向填砾方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现冲水、投砾、间歇投砾及小流量投砾等多种功能，提高二次成井工艺过程中反向填砾工艺的可控性与成功率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示：本实施例提供了一种反向填砾装置100，包括投砾罐2、水池13、第一管路14和第二管路15，投砾罐2的底部设置有进液口，水池13与进液口通过第一管路14连通，第一管路14上设置有动力结构1，为反向填砾装置100提供动力，第二管路15的一端与第一管路14连通，第二管路15的另一端与井10连通，投砾罐2的顶部设置有出液口，出液口与第二管路15连通，投砾罐2还开设有装填口3，装填口3用于向投砾罐2内装填砾石。

本实施例中，投砾罐2为承压罐体，投砾罐2的罐体包括上部罐体和下部罐体，上部罐体位于下部罐体的上方，且上部罐体和下部罐体连接，上部罐体的尺寸自上而下逐渐增大。本实施例中，上部罐体的截面呈三角形，方便砾石在罐体的顶部聚集。

本实施例中，投砾罐2还设置有安全阀门11和压力表12，压力表12用于检测投砾罐2内的压力，安全阀门11根据压力表12检测的投砾罐2内的压力调节开度。当投砾罐2内部压力达到阈值后，安全阀门11打开排液。

本实施例中，反向填砾装置100还包括第三管路16，第三管路16上设置有排气阀门8，第三管路16的一端与第二管路15连通，第三管路16的另一端与大气连通，在装填完砾石后需要打开排气阀门8排除投砾罐2内多余气体。

本实施例中，投砾罐2的底部还设置有排空口，排空口处设置有排空阀门9，在完成投砾作业后打开排空阀门9排空投砾罐2内的液体和剩余砾石。

本实施例中，进液口处设置有进液阀门4。

本实施例中，出液口处设置有出液阀门7。

本实施例中，第二管路15上设置有第一阀门5，且第一阀门5位于出液口和动力结构1之间。

本实施例中，第二管路15上设置有第二阀门6，且第二阀门6位于出液口和井10之间。在关闭进液阀门4和出液阀门7的情况下，打开第一阀门5和第二阀门6，液体可不经过投砾罐2直接注入井10下。

本实施例中，动力结构1为泥浆泵。

本实施例能够实现冲水、投砾、间歇投砾及小流量投砾多种功能，具体地，冲水时，可通过第二管路15使液体进入井内；投砾时，通过装填口3将砾石装填进投砾罐2，通过第一管路14向投砾罐2内通入液体，液体和砾石混合后通过出液口和第二管路15进入井内；间歇投砾时，即交替进行冲水和投砾过程；小流量投砾时，第一管路14和第二管路15同时工作，使进入井内的砾石流量减小。本实施例提高了二次成井工艺过程中反向填砾工艺的可控性与成功率。

实施例二

本实施例提供了一种采用实施例一的反向填砾装置100的反向填砾方法，包括以下步骤：

第一步：安装反向填砾装置100，检查压力表12、安全阀门11是否处于正常工作状态；

第二步：打开装填口3向投砾罐2中投入设计量的人造PE砾石，完成后密封装填口3；

第三步：关闭第一阀门5、第二阀门6和排空阀门9，打开进液阀门4、出液阀门7和排气阀门8，打开动力结构1，向投砾罐2内进行小排量注液，当排气阀门8出液时，说明投砾罐2内已充满液体，关闭排气阀门8；

第四步：打开第一阀门5和第二阀门6，关闭阀门进液阀门4、出液阀门7、排气阀门8和排空阀门9，直接向井10内注入清水，疏通管道，当井10口返水，液流通路建立完成；

第五步：投砾过程，包括以下工况：

工况一，正常投砾过程：关闭第一阀门5、排气阀门8和排空阀门9，打开进液阀门4、出液阀门7和第二阀门6，水池13中的液体通过动力结构1注入投砾罐2中造成憋压，在压力作用下，漂浮在投砾罐2上部的砾石通过出液阀门7和第二阀门6注入井10内；

工况二，调节投砾速度：根据现场实际情况，以正常投砾过程的最大排量投砾时，若投砾罐2上的压力表12显示压力过大或安全阀门11达到最大工作压力，关闭排气阀门8和排空阀门9，打开出液阀门7和第二阀门6，调节第一阀门5和进液阀门4的开度(适当打开第一阀门5，适当关闭进液阀门4)，使部分液体通过进液阀门4进入投砾罐2，部分液体通过第一阀门5与进液阀门4流出的砾石混合后，通过第二阀门6注入井10下；

工况三，间歇投砾与解堵：当出现砾石在管路中堵塞的情况时，即砾石在管路中“架桥”造成管路堵塞，关闭排气阀门8和排空阀门9，打开出液阀门7和第二阀门6，间歇交错打开进液阀门4和第一阀门5，使砾石与清水交替注入井10下，避免造成管路堵塞；

第六步：完成投砾后，关闭第一阀门5、第二阀门6、出液阀门7和排气阀门8，打开进液阀门4和排空阀门9，冲洗投砾罐2。

本实施例已在现场进行了试验，试验效果良好。本实施例很好地解决了地浸工艺钻井过程中投砾效率低、成功率低的问题。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种反向填砾装置，其特征在于：包括投砾罐、水池、第一管路和第二管路，所述投砾罐的底部设置有进液口，所述水池与所述进液口通过所述第一管路连通，所述第一管路上设置有动力结构，所述第二管路的一端与所述第一管路连通，所述第二管路的另一端与井连通，所述投砾罐的顶部设置有出液口，所述出液口与所述第二管路连通，所述投砾罐还开设有装填口，所述装填口用于向所述投砾罐内装填砾石；

所述投砾罐还设置有安全阀门和压力表，所述压力表用于检测所述投砾罐内的压力，所述安全阀门根据所述压力表检测的所述投砾罐内的压力调节开度；

所述反向填砾装置还包括第三管路，所述第三管路上设置有排气阀门，所述第三管路的一端与所述第二管路连通，所述第三管路的另一端与大气连通；

所述投砾罐的罐体包括上部罐体和下部罐体，所述上部罐体位于所述下部罐体的上方，且所述上部罐体和所述下部罐体连接，所述上部罐体的尺寸自上而下逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的反向填砾装置，其特征在于：所述投砾罐的底部还设置有排空口，所述排空口处设置有排空阀门。

3.根据权利要求1所述的反向填砾装置，其特征在于：所述进液口处设置有进液阀门；所述出液口处设置有出液阀门。

4.根据权利要求1所述的反向填砾装置，其特征在于：所述第二管路上设置有第一阀门，且所述第一阀门位于所述出液口和所述动力结构之间。

5.根据权利要求1所述的反向填砾装置，其特征在于：所述第二管路上设置有第二阀门，且所述第二阀门位于所述出液口和井之间。

6.根据权利要求1所述的反向填砾装置，其特征在于：所述动力结构为泥浆泵。

7.一种采用如权利要求1-6任一项的所述的反向填砾装置的反向填砾方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：安装反向填砾装置，检查压力表、安全阀门是否处于正常工作状态；

第二步：打开装填口向投砾罐中投入设计量的砾石，完成后密封装填口；

第三步：关闭第一阀门、第二阀门和排空阀门，打开进液阀门、出液阀门和排气阀门，打开动力结构，向投砾罐内进行注液，当排气阀门出液时，关闭排气阀门；

第四步：打开第一阀门和第二阀门，关闭阀门进液阀门、出液阀门、排气阀门和排空阀门，直接向井内注入清水，疏通管道，当井口返水，通路建立完成；

第五步：投砾过程，包括以下工况：

工况一，正常投砾过程：关闭第一阀门、排气阀门和排空阀门，打开进液阀门、出液阀门和第二阀门，水池中的液体通过动力结构注入投砾罐中造成憋压，在压力作用下，漂浮在投砾罐上部的砾石通过出液阀门和第二阀门注入井内；

工况二，调节投砾速度：根据现场实际情况，以正常投砾过程的最大排量投砾时，若投砾罐上的压力表显示压力过大或安全阀门达到最大工作压力，关闭排气阀门和排空阀门，打开出液阀门和第二阀门，调节第一阀门和进液阀门的开度，使部分液体通过进液阀门进入投砾罐，部分液体通过第一阀门与进液阀门流出的砾石混合后，通过第二阀门注入井下；

工况三，间歇投砾与解堵：当出现砾石在管路中堵塞的情况时，关闭排气阀门和排空阀门，打开出液阀门和第二阀门，间歇交错打开进液阀门和第一阀门，使砾石与清水交替注入井下；

第六步：完成投砾后，关闭第一阀门、第二阀门、出液阀门和排气阀门，打开进液阀门和排空阀门，冲洗投砾罐。