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1、低承壓水頭條件下地浸鉆孔施工與成孔工藝特征探討第24卷第3期2005年8月鈾礦冶URANIUMMININGANDMETALLURGYVo1.24NO.3Aug.2005低承壓水頭條件下地浸鉆孔施工與成孔工藝特征探討胡柏石,譚亞輝,姜巖(核工業(yè)北京化工冶金研究院,北京101149)摘要:在砂巖礦床的地浸試驗(yàn)和生產(chǎn)中,含礦含水層地下水承壓水頭很低時(shí),地浸鉆孔的開(kāi)拓難度很大且工藝復(fù)雜.由于鉆孔泥漿沖洗液的加入,使地層壓力失衡.如何減少?zèng)_洗液對(duì)地層的擾動(dòng),防止沖洗液漏失;鉆孔施工后采用何種有效的洗孔方法,以恢復(fù)含礦含水層的
2、原始滲透性,成為低承壓水頭條件下地浸工藝鉆孔施工和成孔的主要問(wèn)題.關(guān)鍵詞:地浸;鉆孔;洗孔;承壓水頭中圈分類號(hào):P634文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1000—8063(2005)03—0118一O6在地浸采鈾工程中,礦區(qū)地下水的承壓水頭不僅影響開(kāi)采階段的生產(chǎn)效率,而且影響lT藝鉆孔的開(kāi)拓,其主要表現(xiàn)在沖洗液的液柱壓力對(duì)含礦含水層的壓力造成擾動(dòng),同時(shí)增大了成孔過(guò)程中洗孔工作的難度,因而必須重視這種低承壓水頭條件下可地浸開(kāi)采礦床鉆孔施_[=和成孔工藝的實(shí)踐和研究.l地浸鉆孔地下壓力特征含礦含水層地下水原始水位的高低制約著礦
3、床是否具有可開(kāi)采性.從地浸工藝角度來(lái)講,含礦含水層的承壓性是可地浸開(kāi)采的基本條件之一.一般認(rèn)為,含礦含水層的原始水位高于含礦含水層的頂板20m時(shí),砂巖鈾礦床才具有可開(kāi)采性.換言之,假設(shè)使用潛水泵提升溶液,潛水泵下放位置最大可放置在礦層位置,也就是開(kāi)采柱過(guò)濾器位置,則原始水位與潛水泵下放深度的差值需大于20m,以保證提升溶液時(shí)的動(dòng)水位高于礦層液面而不致使?jié)撍貌涣歼\(yùn)行.此值是原始水位的極限位置,也是在目前技術(shù)條件下,可地浸砂巖鈾礦床允許的承壓水頭的極限位置.鉆孔施工過(guò)程中,鉆頭以不斷破碎巖石揭露巖層而逐漸鉆進(jìn)的,孔眼
4、的形成使地層裸露于孔壁上,這就涉及到孔眼與地層之間的壓力平衡問(wèn)題,因此,計(jì)算和評(píng)價(jià)地層壓力是鉆孔施工設(shè)計(jì)的重要依據(jù).1.1鉆孔靜液壓力靜液壓力是由液柱自身的重力所引起的壓力,它的大小與液體的密度,液柱的垂直高度或深度有關(guān),即:P一0.0098ph,(1)式中:——靜液壓力,MPa;液體的密度,g/cm.;^——液柱的高度,m.1.2上覆蓋巖層壓力地層某處的上覆蓋巖層壓力是指該處以上地層巖石基質(zhì)和孔隙中液體的總重力所產(chǎn)生的壓力,故:Pl一0.0098h[(1—)l01+l0],(2)式中:P——上覆蓋巖層壓力,MPa
5、;^一地層垂直深度,m,i一巖石孔隙度,9/5;P.一巖石骨架密度,g/cm.;孔隙中液體密度,g/cm.;由于沉積壓實(shí)作用,上覆蓋巖層壓力隨深度增加而增大.一般沉積巖的平均密度為2.5g/cm.,沉積巖的上覆蓋巖層壓力梯度為0.0227MPa/m.1.3地層壓力地層壓力是指巖石孔隙中的液體所具有的壓力,也稱地層孔隙壓力,用P.表示.正常地層壓力等于從地表到地下某處的連續(xù)地層水的靜液壓力,其值的大小與沉積環(huán)境有關(guān),主要取決于孔隙收稿日期:2004—08—19作者簡(jiǎn)介:胡柏石(1964一),男,湖南常寧人,碩士,研究
6、員級(jí)高級(jí)工程師,從事地浸鉆孔技術(shù)研究和設(shè)計(jì).第3期胡柏石,等:低承壓水頭條件下地浸鉆孔施工與成孔工藝特征探討119內(nèi)液體的密度和環(huán)境溫度.若地層水為淡水,則正常地層壓力梯度為0.0098MPa/m;若地層水為鹵水,則正常地層壓力梯度隨地層水的礦化度的大小而變化,一般可達(dá)0.011MPa/m.地層靜液壓力是指從地表到地下某處孔內(nèi)水的壓力,用P表示.在鉆探實(shí)踐中,常常會(huì)遇到地層實(shí)際壓力大于或小于正常地層壓力的現(xiàn)象,即壓力異?，F(xiàn)象.超過(guò)正常地層靜液壓力的地層壓力,即P.>p,稱為異常高壓;而低于正常地層靜液壓力的地
7、層壓力,即P.<P,稱為異常低壓.低承壓水頭地區(qū)屬于異常低壓區(qū),在這些地區(qū),正常的流體靜液壓力從地下潛水面開(kāi)始計(jì)算.異常低壓地區(qū),由于鉆孔沖洗液的加入,破壞了地層壓力的相對(duì)平衡.在孔內(nèi)一定深度裸露的地層,承受流體壓力的能力是有限的.當(dāng)液體壓力達(dá)到一定值時(shí)會(huì)使地層破裂,這時(shí)的液體壓力稱為地層破裂壓力.礦床在埋藏不深的情況下,最小可能的地層破裂壓力等同于地層壓力,最大可能的地層破裂壓力等同于上覆蓋巖層壓力.也就是說(shuō),在較致密的巖層段,地層破裂壓力很高,而在松散或疏松的巖層段,鉆孔時(shí)的沖洗液靜液壓力僅僅需要克服地層
8、壓力就可能造成地層破裂,使地下水平衡受到破壞,從而導(dǎo)致鉆孔漏失,這種情況在鉆進(jìn)時(shí)經(jīng)常遇到.低承壓水頭可地浸砂巖鈾礦床,其地層破裂壓力很小,鉆孔漏失是不可避免的.從壓力平衡的角度來(lái)講,含礦層只能承受相當(dāng)于原始水頭的液柱壓力,當(dāng)鉆井沖洗液循環(huán)時(shí),其孔內(nèi)水的液柱壓力比原始水頭壓力要大得多.因此,如何減少?zèng)_洗液對(duì)地層的擾動(dòng),防止鉆孔漏失,同時(shí)又不破壞含礦含水層的原始
