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《低承压水头条件下地浸钻孔施工与成孔工艺特征探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、低承压水头条件下地浸钻孔施工与成孔工艺特征探讨第24卷第3期2005年8月铀矿冶URANIUMMININGANDMETALLURGYVo1.24NO.3Aug.2005低承压水头条件下地浸钻孔施工与成孔工艺特征探讨胡柏石,谭亚辉,姜岩(核工业北京化工冶金研究院,北京101149)摘要:在砂岩矿床的地浸试验和生产中,含矿含水层地下水承压水头很低时,地浸钻孔的开拓难度很大且工艺复杂.由于钻孔泥浆冲洗液的加入,使地层压力失衡.如何减少冲洗液对地层的扰动,防止冲洗液漏失;钻孔施工后采用何种有效的洗孔方法,以恢复含矿含水层的
2、原始渗透性,成为低承压水头条件下地浸工艺钻孔施工和成孔的主要问题.关键词:地浸;钻孔;洗孔;承压水头中圈分类号:P634文献标识码:B文章编号:1000—8063(2005)03—0118一O6在地浸采铀工程中,矿区地下水的承压水头不仅影响开采阶段的生产效率,而且影响lT艺钻孔的开拓,其主要表现在冲洗液的液柱压力对含矿含水层的压力造成扰动,同时增大了成孔过程中洗孔工作的难度,因而必须重视这种低承压水头条件下可地浸开采矿床钻孔施_[=和成孔工艺的实践和研究.l地浸钻孔地下压力特征含矿含水层地下水原始水位的高低制约着矿
3、床是否具有可开采性.从地浸工艺角度来讲,含矿含水层的承压性是可地浸开采的基本条件之一.一般认为,含矿含水层的原始水位高于含矿含水层的顶板20m时,砂岩铀矿床才具有可开采性.换言之,假设使用潜水泵提升溶液,潜水泵下放位置最大可放置在矿层位置,也就是开采柱过滤器位置,则原始水位与潜水泵下放深度的差值需大于20m,以保证提升溶液时的动水位高于矿层液面而不致使潜水泵不良运行.此值是原始水位的极限位置,也是在目前技术条件下,可地浸砂岩铀矿床允许的承压水头的极限位置.钻孔施工过程中,钻头以不断破碎岩石揭露岩层而逐渐钻进的,孔眼
4、的形成使地层裸露于孔壁上,这就涉及到孔眼与地层之间的压力平衡问题,因此,计算和评价地层压力是钻孔施工设计的重要依据.1.1钻孔静液压力静液压力是由液柱自身的重力所引起的压力,它的大小与液体的密度,液柱的垂直高度或深度有关,即:P一0.0098ph,(1)式中:——静液压力,MPa;液体的密度,g/cm.;^——液柱的高度,m.1.2上覆盖岩层压力地层某处的上覆盖岩层压力是指该处以上地层岩石基质和孔隙中液体的总重力所产生的压力,故:Pl一0.0098h[(1—)l01+l0],(2)式中:P——上覆盖岩层压力,MPa
5、;^一地层垂直深度,m,i一岩石孔隙度,9/5;P.一岩石骨架密度,g/cm.;孔隙中液体密度,g/cm.;由于沉积压实作用,上覆盖岩层压力随深度增加而增大.一般沉积岩的平均密度为2.5g/cm.,沉积岩的上覆盖岩层压力梯度为0.0227MPa/m.1.3地层压力地层压力是指岩石孔隙中的液体所具有的压力,也称地层孔隙压力,用P.表示.正常地层压力等于从地表到地下某处的连续地层水的静液压力,其值的大小与沉积环境有关,主要取决于孔隙收稿日期:2004—08—19作者简介:胡柏石(1964一),男,湖南常宁人,硕士,研究
6、员级高级工程师,从事地浸钻孔技术研究和设计.第3期胡柏石,等:低承压水头条件下地浸钻孔施工与成孔工艺特征探讨119内液体的密度和环境温度.若地层水为淡水,则正常地层压力梯度为0.0098MPa/m;若地层水为卤水,则正常地层压力梯度随地层水的矿化度的大小而变化,一般可达0.011MPa/m.地层静液压力是指从地表到地下某处孔内水的压力,用P表示.在钻探实践中,常常会遇到地层实际压力大于或小于正常地层压力的现象,即压力异常现象.超过正常地层静液压力的地层压力,即P.>p,称为异常高压;而低于正常地层静液压力的地
7、层压力,即P.<P,称为异常低压.低承压水头地区属于异常低压区,在这些地区,正常的流体静液压力从地下潜水面开始计算.异常低压地区,由于钻孔冲洗液的加入,破坏了地层压力的相对平衡.在孔内一定深度裸露的地层,承受流体压力的能力是有限的.当液体压力达到一定值时会使地层破裂,这时的液体压力称为地层破裂压力.矿床在埋藏不深的情况下,最小可能的地层破裂压力等同于地层压力,最大可能的地层破裂压力等同于上覆盖岩层压力.也就是说,在较致密的岩层段,地层破裂压力很高,而在松散或疏松的岩层段,钻孔时的冲洗液静液压力仅仅需要克服地层
8、压力就可能造成地层破裂,使地下水平衡受到破坏,从而导致钻孔漏失,这种情况在钻进时经常遇到.低承压水头可地浸砂岩铀矿床,其地层破裂压力很小,钻孔漏失是不可避免的.从压力平衡的角度来讲,含矿层只能承受相当于原始水头的液柱压力,当钻井冲洗液循环时,其孔内水的液柱压力比原始水头压力要大得多.因此,如何减少冲洗液对地层的扰动,防止钻孔漏失,同时又不破坏含矿含水层的原始
