CN113914831A - 逆向投砾装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种逆向投砾装置及方法，投砾阀阀体包括转接头、下支管、砾料止回盖板和复位元件，转接头顶端用于与内置过滤器连接，底端与下支管顶端密封连接，砾料止回盖板活动连接于转接头底端端口，砾料止回盖板上设有能够防止砾料通过的沉砂孔，复位元件能够提供复位力使砾料止回盖板保持封堵转接头底端端口，下支管底端设有导流槽；接头本体顶端用于与投砾管密封连接，接头本体底端连接推送杆，当接头本体底端插入转接头内并与转接头密封连接时，推送杆能够克服复位元件复位力推动打开砾料止回盖板。本发明使得砾料不返排，砾料止回盖板不会因为水流变化回弹，保证投砾效果，并能够避免沉砂在内置过滤器内堆积，保证抽注效果，降低洗井成本。
Description
技术领域
本发明涉及地浸采铀技术领域，特别是涉及一种逆向投砾装置及方法，用于地浸采铀生产井及一般水文水井的投砾。
背景技术
地浸采铀生产井是地浸砂岩型铀矿山，进行金属开采的唯一通道。这个通道由上至下分别为套管、过滤器、沉砂管组成，是地表与含水层形成水力联系的工作通道，称为生产柱。
现有的地浸采铀生产井结构基本上是填砾式钻孔结构，其投砾工艺是在钻井完成后，将沉沙管、过滤器及上部套管依次连接，并安装到钻井中；再在套管与井壁间下放一根投砾注浆管至过滤器位置，正向填入砾石，再注浆固井。该工艺适合于地层结构稳定、矿层单一的条件，对于存在易缩径地层、多矿层等矿山的开采有局限性。
在过滤器、沉砂管与矿层之间，采用砾料填充，一是防止矿层以及周边地层坍塌，形成支撑保护作用；二是砾料之间存在缝隙，可以阻挡一定直径的矿层砂粒进入生产柱，从而影响抽注液。
这类投砾方式对于浅井来说优点是砾料堆放比较结实，成本低。但对于深井，正向投砾则相对困难，投砾时间长、砾石易于分级、搭桥；特别对于有多个含水层或多目的矿层时，采用多层过滤管、进行多层填砾，困难很大。
针对常见的填砾式成井的缺点，借鉴石油开采的经验，地浸采铀领域研究和应用了一些其他钻孔结构，如二次成井钻井施工工艺，目的是实现浸出剂渗流范围精准控制，获得理想铀浓度和流量的浸出液。该施工工艺是裸孔施工完成后安装套管，进行全孔逆向注水泥浆，接着在目的矿层段切割，之后下入内置过滤器，最后进行逆向投砾。其逆向投砾的进行是通过投砾管，单向阀靠水泵水压打开后，通过水流带入砾料，之后水通过内置过滤器返排。目前使用投砾装置存在以下缺点：一是投砾管与投砾装置不密封，水流不能完全进入投砾装置，且存在砾料随水流返排在套管中的情况；二是砾料止回盖板会随着水流变化回弹，阀门打开不彻底，影响投砾效果；三是部分内置过滤器未设置沉砂管，当沉砂在过滤器内堆积时影响抽注，也增大了洗井成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种逆向投砾装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使得砾料不返排，提高投砾效果，并能够避免沉砂在内置过滤器内堆积，从而保证抽注效果，降低洗井成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种逆向投砾装置，包括投砾阀阀体和投砾管密封接头；
所述投砾阀阀体包括转接头、下支管、砾料止回盖板和复位元件，所述转接头顶端用于与内置过滤器连接，所述转接头底端与所述下支管顶端密封连接并连通，所述砾料止回盖板活动连接于所述转接头的底端端口，所述砾料止回盖板上设有能够防止砾料通过的沉砂孔，所述复位元件能够提供复位力使所述砾料止回盖板保持封堵所述转接头的底端端口，所述下支管底端设有连通所述下支管内外的导流槽；
所述投砾管密封接头包括接头本体和推送杆，所述接头本体顶端用于与投砾管密封连接，所述接头本体底端连接所述推送杆，所述接头本体底端用于插入所述转接头顶端内并与所述转接头密封连接且连通，当所述接头本体底端插入所述转接头顶端内并与所述转接头密封连接时，所述推送杆能够克服所述复位元件的复位力推动打开所述砾料止回盖板。
优选地，所述转接头顶端设有用于与内置过滤器连接的内螺纹，所述转接头底端设有与所述下支管顶端连接的外螺纹。
优选地，所述接头本体顶端设有用于与投砾管密封连接的内螺纹，所述接头本体底端设有倒锥形外周面，所述转接头内设有与所述倒锥形外周面相配合的倒锥形内周面。
优选地，所述倒锥形外周面上设有环形密封槽，所述环形密封槽内设有O型密封圈。
优选地，所述接头本体底端设有连接板，所述连接板上设有出料孔，所述推送杆固定连接在所述连接板上。
优选地，所述砾料止回盖板通过转轴转动连接在所述转接头的底端，所述复位元件为复位弹簧，所述复位弹簧设置于所述转轴上。
优选地，所述导流槽设置有多个，多个所述导流槽设置于所述下支管外周面上并沿所述下支管周向均匀分布。
优选地，所述倒锥形外周面上沿其轴向方向间隔设有两个所述环形密封槽，各所述环形密封槽内均设有一个所述O型密封圈。
本发明还提供一种基于以上所述的逆向投砾装置的逆向投砾方法，包括以下步骤：
S1：将所述投砾阀阀体、内置过滤器和封隔器从下至上依次连接，然后通过钻杆将所述投砾阀阀体、内置过滤器和封隔器安装到钻孔内的设计位置；
S2：封隔器打压坐封后，提出钻杆及坐封工具；
S3：将所述投砾管密封接头与投砾管依次连接并下入套管，使所述接头本体底端与所述转接头密封连接，所述推送杆推动并打开所述砾料止回盖板；
S4：将投砾管与泥浆泵连接，打开泥浆泵，将砾料与水泵入投砾管，砾料从所述导流槽进入待投空间，水经由内置过滤器返排至井口；
S5：投砾工作完成后，关闭泥浆泵，上提投砾管及所述投砾管密封接头，所述砾料止回盖板在所述复位元件的复位力作用下复位封堵所述转接头的底端端口。
优选地，所述砾料为粒径3-4mm的球形PE砾料。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的逆向投砾装置及方法，将投砾管与投砾管密封接头密封连接后，将投砾管密封接头插入转接头内并与转接头密封连接，推送杆克服复位元件的复位力推动并打开砾料止回盖板，砾料和水被泵入投砾管，砾料从导流槽进入待投空间，水经由内置过滤器返排至井口，投砾工作完成后，上提投砾管及投砾管密封接头，砾料止回盖板在复位元件的复位力作用下复位封堵转接头的底端端口；本发明通过投砾管密封接头能够与投砾管和转接头密封连接，并通过推送杆能够将砾料止回盖板打开，从而避免了因投砾管与投砾装置不密封而出现砾料反排至套管中的情况，且砾料止回盖板不会因为水流变化回弹，保证了投砾效果，在投砾工作完成后，上提投砾管及投砾管密封接头后，砾料止回盖板在复位元件的复位力作用下复位封堵转接头的底端端口，避免砾料通过砾料止回盖板进入套管中，而且，由于切割后的空间不能100％填充砾料，对于未设置有沉砂管的内置过滤器，沉砂在内置过滤器中可通过砾料止回盖板上的沉砂孔进入切割空间，从而利用切割空间中未填充有砾料的空间容纳一部分沉砂，避免沉砂在内置过滤器内堆积，从而保证抽注效果，降低洗井成本。
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为本发明提供的逆向投砾装置结构示意图；
图2为本发明提供的逆向投砾装置中的投砾阀阀体的半剖面图；
图3为图2中投砾阀阀体中的Ⅰ部分的局部放大示意图；
图4为图2中投砾阀阀体中的砾料止回盖板的立体结构示意图；
图5为图4中砾料止回盖板的主视图；
图6为图5中砾料止回盖板的左视图；
图7为本发明提供的逆向投砾装置中的投砾管密封接头的半剖图；
图8为图7中投砾管密封接头中连接板与推送杆的连接示意图；
图中：100-逆向投砾装置、1-投砾阀阀体、2-投砾管密封接头、3-转接头、4-下支管、5-砾料止回盖板、6-复位元件、7-沉砂孔、8-导流槽、9-接头本体、10-推送杆、11-倒锥形外周面、12-倒锥形内周面、13-环形密封槽、14-O型密封圈、15-连接板、16-出料孔、17-转轴。
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做出创造性劳动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逆向投砾装置及方法，以解决现有技术存在的问题，使得砾料不返排，提高投砾效果，并能够避免沉砂在内置过滤器内堆积，从而保证抽注效果，降低洗井成本。
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。
如图1-图8所示，本实施例提供一种逆向投砾装置100，包括投砾阀阀体1和投砾管密封接头2；
投砾阀阀体1包括转接头3、下支管4、砾料止回盖板5和复位元件6，转接头3顶端用于与内置过滤器连接，转接头3底端与下支管4顶端密封连接并连通，砾料止回盖板5活动连接于转接头3的底端端口，砾料止回盖板5上设有能够防止砾料通过的沉砂孔7，复位元件6能够提供复位力使砾料止回盖板5保持封堵转接头3的底端端口，下支管4底端设有连通下支管4内外的导流槽8；
投砾管密封接头2包括接头本体9和推送杆10，接头本体9顶端用于与投砾管密封连接，接头本体9底端连接推送杆10，接头本体9底端用于插入转接头3顶端内并与转接头3密封连接且连通，当接头本体9底端插入转接头3顶端内并与转接头3密封连接时，推送杆10能够克服复位元件6的复位力推动打开砾料止回盖板5。
使用时，将投砾阀阀体1、内置过滤器和封隔器从下至上依次连接，然后通过钻杆将投砾阀阀体1、内置过滤器和封隔器安装到钻孔内的设计位置；封隔器打压坐封后，提出钻杆及坐封工具；将投砾管密封接头2与投砾管依次连接并下入套管，使接头本体9底端与转接头3密封连接，推送杆10推动并打开砾料止回盖板5；将投砾管与泥浆泵连接，打开泥浆泵，将砾料与水泵入投砾管，砾料从导流槽8进入待投空间，水经由内置过滤器返排至井口；投砾工作完成后，关闭泥浆泵，上提投砾管及投砾管密封接头2，砾料止回盖板5在复位元件6的复位力作用下复位封堵转接头3的底端端口。通过投砾管密封接头2能够与投砾管和转接头3密封连接，并通过推送杆10能够将砾料止回盖板5打开，从而避免了因投砾管与投砾装置不密封而出现砾料反排至套管中的情况，且砾料止回盖板5不会因为水流变化回弹，保证了投砾效果，在投砾工作完成后，上提投砾管及投砾管密封接头2后，砾料止回盖板5在复位元件6的复位力作用下复位封堵转接头3的底端端口，避免砾料通过砾料止回盖板5进入套管中，而且，由于切割后的空间不能100％填充砾料，砾料止回盖板5上均匀分布有多个沉砂孔7，对于未设置有沉砂管的内置过滤器，在正常抽注生产期间，产生的部分沉砂在内置过滤器中可通过砾料止回盖板5上的多个沉砂孔7进入切割空间，从而利用切割空间中未填充有砾料的空间容纳一部分沉砂，避免沉砂在内置过滤器内堆积，从而保证抽注效果，降低洗井成本。
如图1-图2所示，本实施例中，转接头3顶端设有用于与内置过滤器连接的内螺纹，转接头3底端设有与下支管4顶端连接的外螺纹，通过螺纹连接，方便可靠。
如图1-图2和图7所示，本实施例中，接头本体9顶端设有用于与投砾管密封连接的内螺纹，接头本体9底端设有倒锥形外周面11，转接头3内设有与倒锥形外周面11相配合的倒锥形内周面12，通过锥面配合方式实现接头本体9与转接头3的密封，密封效果好。
如图1和图7所示，本实施例中，倒锥形外周面11上设有环形密封槽13，环形密封槽13内设有O型密封圈14，进一步提高接头本体9与转接头3的密封效果。
如图7-图8所示，本实施例中，接头本体9底端设有连接板15，连接板15上设有出料孔16，推送杆10固定连接在连接板15上，其中，出料孔16设置有四个，沿连接板15周向均匀分布，通过出料孔16以过水及砾料，推送杆10固定连接在连接板15底面中部，推送杆10的长度依据投砾管到位使接头本体9与转接头3密封后，连接板15底面到打开后的砾料止回盖板5的距离确定。
如图1-图3所示，本实施例中，砾料止回盖板5通过转轴17转动连接在转接头3的底端，复位元件6为复位弹簧，复位弹簧设置于转轴17上，其中复位弹簧可以为扭簧，通过复位弹簧实现砾料止回盖板5的闭合，结构简单，连接方便。
如图1-图2所示，本实施例中，导流槽8设置有多个，多个导流槽8设置于下支管4外周面上并沿下支管4周向均匀分布，具体地，导流槽8设有四个，四个导流槽8均匀设置于下支管4外周面上。
如图1和图7所示，本实施例中，倒锥形外周面11上沿其轴向方向间隔设有两个环形密封槽13，各环形密封槽13内均设有一个O型密封圈14，进一步提高密封效果。
一种基于以上所述的逆向投砾装置100的逆向投砾方法，包括以下步骤：
S1：将投砾阀阀体1、内置过滤器和封隔器从下至上依次连接，然后通过钻杆将投砾阀阀体1、内置过滤器和封隔器安装到钻孔内的设计位置；
S2：封隔器打压坐封后，提出钻杆及坐封工具；
S3：将投砾管密封接头2与投砾管依次连接并下入套管，使接头本体9底端与转接头3密封连接，推送杆10推动并打开砾料止回盖板5；
S4：将投砾管与泥浆泵连接，打开泥浆泵，将砾料与水泵入投砾管，砾料从导流槽8进入待投空间，水经由内置过滤器返排至井口；
S5：投砾工作完成后，关闭泥浆泵，上提投砾管及投砾管密封接头2，砾料止回盖板5在复位元件6的复位力作用下复位封堵转接头3的底端端口。
通过投砾管密封接头2能够与投砾管和转接头3密封连接，并通过推送杆10能够将砾料止回盖板5打开，从而避免了因投砾管与投砾装置不密封而出现砾料反排至套管中的情况，且砾料止回盖板5不会因为水流变化回弹，保证了投砾效果，在投砾工作完成后，上提投砾管及投砾管密封接头2后，砾料止回盖板5在复位元件6的复位力作用下复位封堵转接头3的底端端口，避免砾料通过砾料止回盖板5进入套管中，而且，由于切割后的空间不能100％填充砾料，对于未设置有沉砂管的内置过滤器，在正常抽注生产期间，产生的部分沉砂在内置过滤器中可通过砾料止回盖板5上的沉砂孔7进入切割空间，从而利用切割空间中未填充有砾料的空间容纳一部分沉砂，避免沉砂在内置过滤器内堆积，从而保证抽注效果，降低洗井成本。
本实施例中，砾料为粒径3-4mm的球形PE砾料，制作方便，化学稳定性好，耐腐蚀。
本发明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 (10)
1.一种逆向投砾装置，其特征在于：包括投砾阀阀体和投砾管密封接头；
所述投砾阀阀体包括转接头、下支管、砾料止回盖板和复位元件，所述转接头顶端用于与内置过滤器连接，所述转接头底端与所述下支管顶端密封连接并连通，所述砾料止回盖板活动连接于所述转接头的底端端口，所述砾料止回盖板上设有能够防止砾料通过的沉砂孔，所述复位元件能够提供复位力使所述砾料止回盖板保持封堵所述转接头的底端端口，所述下支管底端设有连通所述下支管内外的导流槽；
所述投砾管密封接头包括接头本体和推送杆，所述接头本体顶端用于与投砾管密封连接，所述接头本体底端连接所述推送杆，所述接头本体底端用于插入所述转接头顶端内并与所述转接头密封连接且连通，当所述接头本体底端插入所述转接头顶端内并与所述转接头密封连接时，所述推送杆能够克服所述复位元件的复位力推动打开所述砾料止回盖板。
2.根据权利要求1所述的逆向投砾装置，其特征在于：所述转接头顶端设有用于与内置过滤器连接的内螺纹，所述转接头底端设有与所述下支管顶端连接的外螺纹。
3.根据权利要求1所述的逆向投砾装置，其特征在于：所述接头本体顶端设有用于与投砾管密封连接的内螺纹，所述接头本体底端设有倒锥形外周面，所述转接头内设有与所述倒锥形外周面相配合的倒锥形内周面。
4.根据权利要求3所述的逆向投砾装置，其特征在于：所述倒锥形外周面上设有环形密封槽，所述环形密封槽内设有O型密封圈。
5.根据权利要求1所述的逆向投砾装置，其特征在于：所述接头本体底端设有连接板，所述连接板上设有出料孔，所述推送杆固定连接在所述连接板上。
6.根据权利要求1所述的逆向投砾装置，其特征在于：所述砾料止回盖板通过转轴转动连接在所述转接头的底端，所述复位元件为复位弹簧，所述复位弹簧设置于所述转轴上。
7.根据权利要求1所述的逆向投砾装置，其特征在于：所述导流槽设置有多个，多个所述导流槽设置于所述下支管外周面上并沿所述下支管周向均匀分布。
8.根据权利要求4所述的逆向投砾装置，其特征在于：所述倒锥形外周面上沿其轴向方向间隔设有两个所述环形密封槽，各所述环形密封槽内均设有一个所述O型密封圈。
9.一种基于权利要求1-8中任意一项所述的逆向投砾装置的逆向投砾方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所述投砾阀阀体、内置过滤器和封隔器从下至上依次连接，然后通过钻杆将所述投砾阀阀体、内置过滤器和封隔器安装到钻孔内的设计位置；
S2：封隔器打压坐封后，提出钻杆及坐封工具；
S3：将所述投砾管密封接头与投砾管依次连接并下入套管，使所述接头本体底端与所述转接头密封连接，所述推送杆推动并打开所述砾料止回盖板；
S4：将投砾管与泥浆泵连接，打开泥浆泵，将砾料与水泵入投砾管，砾料从所述导流槽进入待投空间，水经由内置过滤器返排至井口；
S5：投砾工作完成后，关闭泥浆泵，上提投砾管及所述投砾管密封接头，所述砾料止回盖板在所述复位元件的复位力作用下复位封堵所述转接头的底端端口。
10.根据权利要求9所述的逆向投砾方法，其特征在于：所述砾料为粒径3-4mm的球形PE砾料。
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