新疆某鈾礦床含礦含水層采鈾套管切割技術研究

賈生來，王 琳，劉忠存

（核工業二四三大隊，內蒙古赤峰 024000）

隨著地浸鉆井技術的不斷發展，切割式內置過濾器鉆孔代替填礫式環型骨架結構鉆孔成為地浸鉆孔的主要形式。切割技術2020年在新疆某鈾礦床進行試驗應用，該礦床施工鉆孔深度為440～460m，使用設備為SPC水源鉆機及NBB260泥漿泵，使用?60mm鉆桿連接切割刀具完成切割工作，普通切割技術在切割過程中鉆桿柱與井管頻繁碰撞，導致井管發生多處漏點及局部破損，切割速度為0.5m/h，切割效率低。針對上述問題，采用了螺桿鉆具與轉盤結合的切割技術，并且使用了自主設計的水壓式單翼偏心切割刀具，通過使用螺桿鉆具，大幅度減少了鉆桿柱在井管內的回轉速度，保證了井管完整性，采用水壓式單翼偏心切割刀具提高了切割效率，解決了普通切割技術帶來的問題。

1 工藝現狀及存在的問題

1.1 切割技術現狀

目前在地浸工藝鉆孔中，切割技術主要用于地浸工藝孔成井。其工藝流程基本為：將切割刀具與鉆機通過鉆桿柱直接連接，利用泥漿泵的泵壓將切割刀具刀片打開，再利用鉆機回轉，帶動切割刀具回轉，從而達到切割的目的。

1.2 普通切割方法中存在的問題

1.2.1 對井管完整性的影響

普通切割技術由鉆桿柱回轉帶動切割刀具回轉進行切割，在切割過程中由于鉆機與切割刀具之間的扭矩差較大，導致鉆桿柱在回轉過程中井管壁發生頻繁的碰撞，當施工鉆孔較深時，該現象更加劇烈，發生碰撞后，易出現較多漏點或損壞，而井管完整性作為鉆孔質量驗收的保證項目，漏點較多或出現破損時鉆孔無法正常驗收。

1.2.2 切割速度慢

普通切割方法中所用切割刀具刀片很難根據切割范圍合理選擇切削刃，只是單一的硬質合金或復合片，當切削刃為硬質合金，含礦含水層局部擴孔時切削刃磨損嚴重，需要頻繁更換切割刀片，增加輔助時間；當切削刃為復合片時，切割UPVC套管效果不明顯。施工效果表明，切割速度為0.5m/h，切割速度低，效率不高。

2 鉆孔結構及工藝優化

2.1 鉆孔結構

采用?215mm一徑到底的鉆孔結構（圖1）。利用?215mm牙輪鉆頭鉆進至設計層位，全孔安裝?152mm×12.88mmUPVC套管，下完UPVC管后逆向注漿固井，待水泥漿完全固化后（15d左右）利用切割刀具對含礦含水層段采鈾套管進行切割，并對含礦層進行局部擴孔。最后下入?89mm316L不銹鋼材質內置過濾器。

圖1 鉆孔結構示意圖

2.2 水壓式單翼偏心切割刀具設計

礦層段切割主要包括兩部分，即含礦含水層段套管切割及含礦含水層局部擴孔，為減少切割過程中鉆具與套管的碰撞和摩擦，保證井管質量，嘗試使用了螺桿鉆具與轉盤相結合的切割方式，切割刀具采用自主設計的水壓式單翼偏心切割刀具，如圖2所示。刀架直徑為114mm,最大切割厚度可達30mm，地層局部擴孔直徑為315mm。

圖2 水壓式單翼偏心切割刀具設計圖

2.3 切割刀片設計

根據切割刀具工作原理及含礦含水層采鈾套管切割及含礦含水層局部擴孔的先后順序，切割刀片切削刃由兩部分組成，如圖3所示，切割刀片頭部和尾部切削刃使用合金片用于切割套管，中部切削刃使用復合片用于地層局部擴孔。

圖3 刀片成果圖

3 主要設備參數

本次切割使用鉆機為SPC-800水源鉆機，有效鉆深為800m；泥漿泵為NBB260/7型泥漿泵，最大泵量為260L/min，最大壓力為7～10MPa，額定功率為45kW；使用的螺桿鉆具型號為7LZ105C×7.0-Ⅰ，螺桿規格為105mm，轉子頭數為7∶8，轉子水眼壓降為7.0MPa；鉆桿柱使用?60mm鉆桿。

4 螺桿鉆具與切割刀具現場可行性調試

為了進一步測試泥漿泵的水流在帶動螺桿鉆具進行轉動的同時打開切割刀具。在現場進行可行性調試。

將螺桿鉆具與切割刀具通過高壓膠管連接至泥漿泵，開泵后調節泵量，當泵量為167L/min（4檔）時，切割刀具順利打開，并且螺桿鉆具帶動刀具進行轉動，轉速為60r/min，泵壓為2MPa;當泵量為260L/min（5檔）時，轉速為70r/min，泵壓為3MPa；考慮到在施工過程中，泵量及泵壓的損耗，選擇使用260L/min泵量既能打開切割刀具，又能螺桿鉆具正常工作。滿足切割要求。

5 現場應用效果

截止目前，在#16-1采區共10個鉆孔使用了轉盤螺桿鉆具進行切割。切割使用無固相沖洗液，由清水和纖維素組成，當泵量為260L/min，壓力為4MPa，轉盤轉速為22r/min,鉆進壓力為4kN時，順利完成對套管及水泥環、地層的切割，切割速度約為1m/h。成孔后進行物探測井，井管完整性較好，未出現井管破損現象，個別鉆孔出現極少漏點，滿足驗收標準。

10個鉆孔中2個鉆孔井管存在漏點，漏點最多為3個，滿足不超過3個漏點的驗收標準；各鉆孔抽液量均高于該采區相應單元的平均抽液量；切割速度為1m/h，較普通切割提升了50%。切割鉆孔實際指標見表1。

6 結論

（1）水壓式單翼偏心切割刀具局部擴孔直徑為315mm，將礦層段全部打開，提高了鉆孔抽液量。

（2）通過使用轉盤螺桿鉆具切割技術，在礦層段切割時減少了對井管的碰撞與摩擦，對保證井管質量有顯著作用。

（3）采用硬質合金和復合片組合的切割刀具，切割速度提高了50%。

（4）通過與普通切割技術相比，轉盤螺桿鉆具切割技術具有較多的優點，應推廣使用。