地浸采铀可更换式过滤器提升工具的改进

口文杰，曹俊鹏，唐学涛，李 妍，周源江

(中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古 通辽 028000)

钻孔质量好坏决定着浸出剂能否与矿层中的铀矿物发生充分反应，在地浸采铀中有着重要的地位。在中国砂岩型铀资源开采初期，地浸钻孔主要采用填砾式钻孔结构[1]。通过对钻孔结构和施工工艺的探索，目前中国地浸钻孔广泛采用扩孔式钻孔结构，该结构可降低施工成本、提高成井质量[2]。

在生产运行过程中，当扩孔式钻孔的水量下降到一定程度时，常利用挂钩式工具将钻孔内的可更换过滤器逆向提升，并对钻孔进行洗井和更换过滤器。在提升过程中，存在部分过滤器上端引管受力后发生变形、与过滤器分离等现象，导致过滤器无法提升。为提高过滤器提升成功率，进行了过滤器提升工具设计和研究。

1 扩孔式钻孔结构

扩孔式钻孔采用“一径到底”的钻进方式，钻孔性能指标符合地浸开采的特殊需要，具有防砂、过滤器可更换等特点；并简化了施工工序，达到了钻孔施工“提质、增效、降耗”的目的[3]，扩孔式钻孔结构如图1所示。

1.1 可更换式过滤器结构

可更换式过滤器的结构自下而上依次为沉砂管、陶粒过滤器、固定装置、提升装置(以下简称引管)，各部分之间采用丝扣连接。可更换式过滤器具有透水性好、防砂性强、可更换、成本低、易于施工的优点，其结构如图2所示，主要技术参数见表1。

图1 扩孔式钻孔结构示意图Fig.1 Structure diagram of expanded hole drilling structure

图2 可更换式过滤器结构示意图Fig.2 Structure diagram of replaceable filter

表1 可更换式过滤器主要技术参数Table 1 Main technical parameters of replaceable filter

1.2 提升装置(引管)结构

引管是在管上端设置了“L”型卡扣的碳钢管或UPVC管，其结构如图3所示，主要技术参数见表2。

图3 引管“L”型卡扣结构示意图Fig.3 Structure diagram of “L”type snap of lead pipe

表2 引管主要技术参数Table 2 Main technical parameters of lead pipe

2 常规挂钩式过滤器提升工具

2.1 挂钩式提升工具

挂钩式提升工具是可更换式过滤器提升最常用的工具[4]。该提升工具主要通过引管上端的“L”型卡扣实现过滤器提升。挂钩式工具对于井内引管与过滤器连接完好且引管上端的“L”型卡扣未出现变形的钻孔过滤器提升，具有较好的提升效果。

挂钩式提升工具是在钻杆“接手”上加工2个夹角为180°的挂钩，利用挂钩将引管的“L”型卡扣挂牢，即可通过钻杆对过滤器实现下放和提升操作。挂钩式提升工具结构如图4所示，主要技术参数见表3。

图4 挂钩式提升工具示意图Fig.4 Schematic diagram of hook lifting tool

表3 挂钩式提升工具主要技术参数Table 3 Main technical parameters of hook lifting tool

2.2 挂钩式工具提升方法及存在的问题

挂钩式提升工具的使用方法：将已连接提升工具的钻杆下放至引管内部；使用管钳转动钻杆，使挂钩进入“L”型卡扣右侧；然后缓慢提升钻杆，将可更换式过滤器提升至井口。该提升工具具有制作简单、提升成功率高等优点。

在使用过程中，发现挂钩式提升工具存在以下问题：1)挂钩式工具在受力较大时，容易使引管“L”卡扣变形，导致挂钩与“L”型卡扣脱落，无法继续提升；2)个别钻孔由于引管与过滤器丝扣处连接不紧固，在提升受力时容易脱扣，导致引管与过滤器分离，无法进行提升；3)部分钻孔过滤器上端引管为UPVC材质，在受力较大时引管易出现破损断裂现象，无法继续提升。

3 过滤器提升工具的改进

针对部分过滤器上端引管受力后发生变形、破损断裂、与过滤器分离导致常规挂钩式工具无法成功提升过滤器的问题[5]，设计了套筒式、公锥式、倒刺式过滤器提升工具。

3.1 套筒式提升工具

针对挂钩式工具受力较大容易使引管“L”卡扣变形的问题，对挂钩式工具进行了改进，设计了套筒式提升工具。该工具是在钻杆下端焊接一个口径大于引管外径的套筒[6]，在套筒开口端内部沿套筒直径方向焊接一根横杆，利用横杆将引管的“L”型卡扣挂牢，即可通过钻杆对过滤器实现下放和提升操作，挂钩式提升工具结构如图5所示，主要技术参数见表4。

图5 套筒式提升工具结构示意图Fig.5 Structure schematic of sleeve lifting tool

表4 套筒式提升工具主要技术参数Table 4 Main technical parameters of sleeve lifting tool

套筒式提升工具的使用方法：将已连接提升工具的钻杆下放至引管处，使用套筒对引管进行包裹；使用管钳转动钻杆，将横杆旋转进入“L”型卡扣；然后缓慢提升钻杆，将可更换式过滤器提升至井口[7]。

该工具通过套筒对引管包裹，对“L”型卡扣起到了保护作用，有利于减小其变形程度，防止过滤器脱落。同时，由于套筒内径大于引管外径，因此该工具也可用于“L”型卡扣已变形过滤器的二次提升。

3.2 公锥式提升工具

针对引管与过滤器脱扣分离后无法提升的问题，设计了公锥式提升工具。该工具是在钻杆底端焊接1个导正卷筒，卷筒内部制作1个公锥[8]，利用造扣的方式实现井内过滤器的提升，公锥式提升工具如图6所示，主要技术参数见表5。

图6 公锥式提升工具结构示意图Fig.6 Schematic diagram of taper tap lifting tool

表5 公锥式提升工具主要技术参数Table 5 Main technical parameters of taper tap lifting tool

公锥式提升工具的使用方法：将已连接提升工具的钻杆下放至过滤器上端，晃动或转动钻杆，利用卷筒导正，使过滤器进入卷筒内；使用管钳顺时针转动钻杆，当有吃扣迹象时，则继续顺时针转动钻杆[9]，对碳钢管进行造扣；造扣成功后，缓慢提升钻杆，将过滤器提升至井口。

该工具利用公锥对过滤器碳钢管进行造扣，起到连接作用，实现对过滤器的提升，有效解决了引管脱扣后过滤器无法提升的问题，同时该工具也可实现对部分井内断裂钻杆的打捞。

3.3 倒刺式提升工具

针对UPVC材质引管破损断裂后过滤器无法提升的问题，设计了倒刺式提升工具。该工具是在钻杆“接手”上制作2个夹角为180°、可活动的倒刺[10]。由于过滤器碳钢管直径与接箍直径不同，因此倒刺在不同位置的张开角度不同。接箍直径大于碳钢管直径，连接处内部成“凹槽”状，提升时倒刺会钩住“凹槽”[11]，悬挂住过滤器，从而实现过滤器的提升。倒刺式提升工具结构如图7所示，主要技术参数见表6。

图7 倒刺式提升工具结构示意图Fig.7 Structure diagram of barb lifting tool

表6 倒刺式提升工具主要技术参数Table 6 Main technical parameters of barb lifting tool

倒刺式提升工具的使用方法：将连接提升工具的钻杆下放至断裂的引管处，晃动钻杆使其进入引管；继续下放使倒刺进入过滤器内衬碳钢管中，短距离提升和下放钻杆，直至倒刺钩住“凹槽”，悬挂住过滤器；然后缓慢提升钻杆，将过滤器提升至井口。

该工具利用倒刺穿过引管，悬挂过滤器内部“凹槽”，实现对过滤器的提升，有效解决了引管破损断裂后过滤器无法提升的问题[12]。

4 现场应用效果

某地浸采铀矿山使用扩孔式钻孔结构，在长期使用过程中，部分钻孔出现水量下降的情况，为了提升水量、稳定产能，对该部分钻孔可更换式过滤器进行提升后开展洗井工作。

首次提升可更换式过滤器时，选择挂钩/套筒式提升工具；当首次提升失败后，使用公锥/倒刺式提升工具进行二次提升。以上提升工具的综合应用，确保了过滤器提升成功率100%。各提升工具的现场统计结果见表7。

表7 各提升工具提升过滤器数量Table 7 The number of filters lifted by each lifting tool

5 结论

对于扩孔式钻孔结构中可更换过滤器的提升，可以优先采用挂钩式提升工具，该工具制作简单且提升成功率高。对于提升过程中“L”型卡扣变形的问题，可以采用套筒式提升工具，该工具能够对“L”型卡扣起到保护作用。

若出现引管与过滤器脱扣分离的情况，可采用公锥式提升工具对过滤器二次提升。若首次提升时UPVC材质引管在受力后破损断裂，可采用倒刺式提升工具对过滤器二次提升。

通过不同提升工具的选择或组合使用，可更换式过滤器提升成功率达100%。设计的提升工具在地浸采铀矿山扩孔式钻孔结构中具有很好的推广应用前景。