一种低渗透砂岩型铀矿爆破增渗及地浸效果测试反演装置

本发明涉及地层参数原位测试，尤其是涉及一种低渗透砂岩型铀矿爆破增渗及地浸效果测试反演装置。

背景技术：

1、砂岩型铀矿是我国铀矿资源的核心开采类型，其中低渗透砂岩铀矿床占比高、资源潜力大，原地浸出采铀因环境扰动小、开采成本低，已成为该类矿床的主流开采工艺。岩层渗透率是决定地浸采铀过程中溶浸液渗流范围、溶质运移效率及铀浸出速率的核心地质参数，直接关系到地浸井网布置、注采参数设计与整体开采效益。

2、针对低渗透砂岩铀矿原生渗透率低、渗流条件差的问题，井下爆破增渗是目前应用广泛的储层改造技术，通过爆破作用在矿体内部产生裂隙网络，可显著提升岩层渗透性能。但在工程实践中，爆破增渗后的渗透率提升幅度、裂隙空间分布规律尚不明确，爆破参数与增渗效果的对应关系缺乏定量原位测试数据支撑；同时，增渗后的地层对地浸溶浸液运移、铀元素浸出的影响效果，也缺少可靠的测试与反演手段，无法直接指导地浸开采方案的优化。

3、瞬态压力脉冲法凭借测试周期短、对地层扰动小、适用于低渗透地层的特点，已逐步成为原位渗透率测试的主流技术手段，但现有瞬态脉冲原位渗透率测试系统应用于砂岩型铀矿爆破增渗与地浸效果评价场景时，仍存在诸多突出缺陷：

4、第一，封隔器适配性差，不可回收且易损伤铀矿裸孔井壁。现有系统普遍采用固定式胶筒或皮碗结构封隔器，无法实现主动收缩与扩张；而砂岩铀矿测试钻孔多为裸孔结构，井壁岩体完整性差、易坍塌，封隔器下井与起出过程中持续摩擦井壁，既易造成封隔元件磨损报废、单次使用后即失效，推高测试成本，又易刮伤井壁引发塌孔事故，无法满足爆破前后同钻孔重复测试的需求。部分改进型机械扩张式封隔器结构复杂、故障率高，解封时易出现卡滞，仍无法实现可靠的重复使用。

5、第二，系统集成度低，难以适应铀矿野外复杂作业环境。现有系统的高压输水管线与电信号线缆多采用外部缠绕方式固定，下井过程中易发生缠绕、磨损断裂，且外部管线增大了仪器整体外径，限制了其在铀矿小直径测试钻孔中的应用。各组件采用普通法兰连接，无集成化管线对接通道，现场组装拆卸繁琐耗时，仪器整体笨重；而铀矿矿区多位于偏远野外，现场作业条件有限，难以支撑多点位、多批次的爆破前后对比测试，且单一组件损坏后无法独立更换，维护成本高、周期长。

6、第三，测试功能单一，无法兼顾增渗效果测试与地浸效果反演。现有系统多将脉冲发生装置设置在地面，长距离传输导致脉冲压力产生损失与波形畸变，直接影响渗透率测试精度；且仅设置单一压力监测点，数据可靠性不足，难以精准量化爆破增渗的渗透率提升幅度。同时，现有系统仅能实现基础渗透率参数测试，缺乏配套的地浸效果反演分析能力，测试数据无法直接对接溶浸液溶质运移模拟，难以支撑地浸开采方案的优化设计，无法满足砂岩铀矿爆破增渗 - 地浸开采一体化评价的需求。

7、综上，现有技术难以同时适配低渗透砂岩铀矿的钻孔条件、野外作业环境与一体化评价需求，亟需开发一套可回收复用、高集成度、兼具爆破增渗效果测试与地浸效果反演功能的专用装置，以解决上述技术瓶颈。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种低渗透砂岩型铀矿爆破增渗及地浸效果测试反演装置，适用于致密砂岩、铀矿地层、煤层等低渗透岩层的现场渗透率测试，可广泛应用于矿产开采、油气勘探、地下水文地质调查及岩土工程勘察等工程领域。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种低渗透砂岩型铀矿爆破增渗及地浸效果测试反演装置，包括地面装置和封隔测量段装置；

3、所述封隔测量段装置从上至下依次连接设置有吊环、高压脉冲泵筒、高压电磁阀、测量筛管、四组水囊式封隔器和底部堵头；所述四组水囊式封隔器分为上下两组，分别布置于测量筛管的上方与下方，所述水囊式封隔器之间、水囊式封隔器与测量筛管之间通过集成式法兰连接；

4、所述高压脉冲泵筒的出水口经所述高压电磁阀连通所述测量筛管的内部流道，所述测量筛管的外壁均匀开设有筛眼，所述高压脉冲泵筒用于对输入液体进行二次增压，所述高压电磁阀用于在泵筒内压力达到目标值时开启以释放脉冲压力；

5、所述水囊式封隔器为充放水式结构，通过充水实现膨胀坐封、通过放水实现收缩解封；

6、所述地面装置包括高压水泵、三通双控截止阀和取放夹具工作台，所述高压水泵的出水口经所述三通双控截止阀切换连接至所述水囊式封隔器的注水通道或所述高压脉冲泵筒的脉冲注水通道；所述取放夹具工作台用于固定所述封隔测量段装置的各组件以实现模块化组装与拆卸。

7、优选的，还包括管线组件，所述管线组件包括承重钢丝绳、电信号传输线缆、封隔注水管线和脉冲注水管线；所述承重钢丝绳上端连接地面绞轮，下端连接所述吊环；所述电信号传输线缆用于传输井下传感器数据与电磁阀控制信号；所述封隔注水管线连接所述三通双控截止阀的第一出口与所述水囊式封隔器的注水口，所述脉冲注水管线连接所述三通双控截止阀的第二出口与所述高压脉冲泵筒的进水口。

8、优选的，所述集成式连接法兰为圆形不锈钢法兰，法兰边缘通过螺栓紧固连接；所述集成式连接法兰内部轴向集成有相互独立的注水坐封管道、脉冲注水管道和传感器电线管道，各管道沿法兰圆周方向分布，且两端均设置有密封构件。

9、优选的，位于测量筛管上方的各所述集成式法兰中，注水坐封管道、脉冲注水管道和传感器电线管道均为贯通设置；位于测量筛管下方的水囊式封隔器之间的各所述集成式法兰中，仅注水坐封管道为贯通设置，脉冲注水管道和传感器电线管道为盲孔或省略设置。

10、优选的，所述高压脉冲泵筒内部设置有第一压力传感器，所述测量筛管处设置有第二压力传感器；所述第二压力传感器为存储式压力传感器，安装于测量筛管上部的传感器卡槽内。

11、优选的，所述高压脉冲泵筒为分体式结构，包括上泵筒段和下泵筒段，所述上泵筒段与下泵筒段之间通过法兰或螺纹可拆卸连接；所述高压电磁阀和单向过滤器设置于所述下泵筒段底部，所述第一压力传感器设置于上泵筒段顶部，上泵筒段内还设置有泄压阀。

12、优选的，所述封隔注水管线和所述脉冲注水管线的地面部分均设置有高压单向阀、压力表，所述脉冲注水管线上还设置有蓄能器和第三压力传感器，所述蓄能器为皮囊式蓄能器，第三传感器的数据信息通过数据记录仪输送至电脑。

13、优选的，所述取放夹具工作台表面设置有两条平行滑轨，所述滑轨上滑动配合安装有一对抓夹，所述抓夹通过操作杆控制开合动作，所述抓夹的夹持面为弧形结构，用于夹持固定封隔测量段装置的各组件。

14、优选的，还包括渗透率计算软件，所述渗透率计算软件基于python编写，用于对瞬态压力脉冲实验数据进行处理并计算岩层渗透率。

15、优选的，所述承重钢丝绳、电信号传输线缆与两路高压输水管线沿轴向间隔绑扎固定，绑扎间距为0.8~1.2m。

16、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

17、1、封隔器可回收复用，降低测试成本

18、本发明采用充放水式水囊封隔器替代传统的胶筒式封隔器，通过控制水囊充水与放水实现主动坐封与解封，仪器下井和起出过程中水囊收缩后与井壁脱离接触，避免了传统封隔器因胶筒与井壁摩擦而导致的损坏问题，实现了封隔器的重复回收使用，大幅降低了单次测试成本，同时有效避免了对井下管壁的损伤。

19、2、模块化法兰连接，拆装便捷

20、本发明封隔测量段的各组件之间均通过集成式法兰可拆卸连接，配合地面取放夹具工作台实现各部件的快速定位、夹持与组装，使井下仪器在现场无需专用工具即可完成拆装，极大提升了运输携带和现场维护的便利性。同时，法兰内部集成有注水坐封管道、脉冲注水管道和传感器电线管道，组件对接时水路与电路同步连通，无需现场单独连接管路和线缆，进一步简化了操作流程。此外，高压脉冲泵筒采用分体式结构，内置的高压电磁阀、单向过滤器等易损件集中于下泵筒段，仅需拆解下泵筒段即可完成检修更换，降低了维护难度。

21、3、脉冲压力损耗小，压力控制精准

22、本发明将脉冲泵筒集成于封隔测量段且紧邻测量筛管，高压脉冲液体从泵筒释放后能够快速到达筛管并作用于被测地层，最大程度减少了脉冲压力的传输损耗，确保施加于地层的脉冲压力幅值准确可控，提高了渗透率测试的准确性与可靠性。同时，脉冲注水管线上设置有蓄能器，有效吸收水泵输出时的压力脉动，抑制压力释放过程中的压力振荡，确保每次脉冲的初始条件一致；地面、泵筒内部及筛管处分别设置压力传感器，构成多级压力监测网络，为渗透率计算提供精确的边界条件数据。

23、4、双传感器交叉验证，数据可靠性高

24、本发明在脉冲泵筒内部设置有线式压力传感器，在测量筛管处设置存储式压力传感器，有线式传感器将数据实时传输至地面供观测，存储式传感器在井下独立记录原始数据，二者可进行交叉对照验证，有效避免了单一传感器可能因故障或漂移导致的数据失真，显著提高了测试结果的可靠性。

25、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。