一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆方法与流程

1.本发明属于地浸采铀矿山生产钻孔施工工艺技术领域，具体涉及一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆工艺。


背景技术：

2.长期以来，我国地浸采铀工艺井、水文试验井的固井施工都选取正向注浆的方法，主要施工工序为：
①
钻孔完成裸孔施工后，下放井管；
②
在井管与裸孔形成的环形空间内，下放注浆管至井管最底部；
③
将水泥浆利用化工泵，通过注浆管注入钻孔底部；
④
注入一定量水泥浆后，将注浆管上提一定距离，再次注入水泥浆，注入后再次上提一定距离，反复操作，分段注浆；
⑤
将注浆管提升至井口处，完成注浆，固井结束。
3.正向注浆的固井方法，施工过程水泥浆的瞬时注入量无法准确控制，注入量过大，会导致水泥浆通过钻孔底部进入套管内，钻孔报废；注入量过小，水泥浆会在井管与裸孔形成的环形空间内形成“架桥”现象，降低固井强度，导致钻孔在使用过程中出现井管断裂的现象。
4.为了解决上述问题，亟需研发一种地浸钻孔逆向注浆工艺。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：提供一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆工艺，在井管内下放注浆管至钻孔底部，将地表孔口密封，利用化工泵，将水泥浆通过注浆管，由井管底端注入井管与裸孔形成的环形空间，替换环形空间内的钻井泥浆，根据帕斯卡定律原理，钻井泥浆不断从地表返出，当有水泥浆从地表返出后，证明水泥浆已经将环形空间内钻井泥浆全部替换，完成逆向注浆。对比分段正向注浆固井方法，逆向注浆固井更为密实，彻底解决了注浆过程中存在的质量隐患。
6.本发明的技术方案如下：一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆方法，包括如下步骤：
7.(a)地浸采铀钻孔井管材质为upvc，内径80～130mm，壁厚10～12mm，井管耐压2.5～3.0mpa，地浸采铀钻孔施工裸孔时，孔径为250～350mm，裸孔施工完成后，下放井管，井管下放深度为矿层上端2～3m，井管采用丝扣连接；
8.(b)在井管内下入注浆管，采用丝扣连接，丝扣深度为1.0～1.5mm，连接处耐压2.0～2.5mpa；
9.(c)利用专用密封盖对井管的井口进行密封，专用密封盖与井管采用丝扣连接；注浆管穿过专用密封盖进入井管内部，
10.(d)在钻机钻塔上设置横梁；
11.(e)在横梁(5)与专用密封盖之间，左右两侧，各设置一个液压千斤顶，调节液压千斤顶，使其压力示数为0.4～0.5mpa；
12.(f)注浆管与泥浆泵相连接，开启泥浆泵，水泥浆通过注浆管注入钻孔井管底部，水泥浆从井管底部进入井管与裸孔形成的环形空间，替换环形空间内的钻井泥浆，替换的
钻井泥浆不断从地表返出，调节泥浆泵工作频率，水泥浆的注入压力控制在1.3～1.5mpa，保障钻井泥浆的地表涌出速度为1.0m3/h，当有水泥浆从地表返出后，证明水泥浆已经将环形空间内钻井泥浆全部替换，关闭泥浆泵；
13.(g)水泥浆凝结24h后，依次拆除注浆设备，取出注浆管，完成逆向注浆
14.所述步骤(a)中，丝扣深度为2～3mm，连接处缠绕生料带并涂抹804胶，丝扣处耐压1.5～1.6mpa。
15.所述步骤(b)中，注浆管为φ40
×
3.5mm碳钢管。
16.所述步骤(b)中，注浆管底端下放深度与井管底端深度一致
17.所述步骤(c)中，注浆管与专用密封盖连接处采用焊接的方法固定，焊接处耐压2.0mpa。
18.所述步骤(c)中，专用密封盖为碳钢材质。
19.所述步骤(c)中，丝扣深度2～3mm，连接部位缠绕生料带，连接部位耐压1.5～1.6mpa。
20.所述步骤(d)中，横梁为碳钢材质，厚度5～6mm，耐压大于3mpa，横梁(5)与地表垂向距离0.5～0.8m。
21.所述步骤(f)中，逆向注浆采用425#水泥，水灰比1:1。
22.专用密封盖两侧为对称碳钢板，碳钢板宽度100mm，碳钢板厚度5mm，单侧长度400mm，专用密封盖为整体装置，各部位采用焊接方式，专用密封盖整体耐压2.5mpa。
23.本发明的显著效果在于：解决了正向注浆固井施工过程中，因水泥浆的瞬时注入量无法准确控制，导致的水泥浆通过钻孔底部进入套管内、井管与裸孔形成的环形空间内形成“架桥”等问题。逆向注浆固井后，水泥浆可均匀分布在井管与裸孔形成的环形空间内，解决了钻孔固井施工过程中因水泥浆进入井管导致钻孔报废的问题，解决了井管与裸孔形成的环形空间内出现“架桥”导致井管变形的问题。该施工方法具有成本低、易操作、便于野外施工作业大范围推广的特点。该方法的应用，避免了地浸采铀工艺钻孔施工过程中，因固井施工失败，而重新施工对地表自然环境的破坏，具有绿色环保的优点。
附图说明
24.图1为地浸钻孔孔口密封与逆向注浆示意图；
25.图中：1.钻塔；2.井管；3.注浆管；4.专用密封盖；5.横梁；6.液压千斤顶；7.环形空间
具体实施方式
26.一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆工艺，其包括如下步骤：
27.(a)地浸采铀钻孔井管材质为upvc，内径80～130mm，壁厚10～12mm，井管耐压2.5～3.0mpa，地浸采铀钻孔施工裸孔时，孔径为250～350mm，裸孔施工完成后，下放井管2，井管2下放深度为矿层上端2～3m，井管2采用丝扣连接，丝扣深度为2～3mm，连接处缠绕生料带并涂抹804胶，丝扣处耐压约1.5～1.6mpa；
28.(b)在井管2内下入注浆管3，注浆管3为φ40
×
3.5mm碳钢管，采用丝扣连接，丝扣深度为1.0～1.5mm，连接处耐压2.0～2.5mpa，注浆管3底端下放深度与井管2底端深度一
致；
29.(c)利用专用密封盖4对井管2的井口进行密封，专用密封盖4为碳钢材质，专用密封盖4与井管2采用丝扣连接，丝扣深度2～3mm，连接部位缠绕生料带，连接部位耐压1.5～1.6mpa；
30.如上所述的注浆管(3)穿过专用密封盖(4)进入井管(2)内部，注浆管(3)与专用密封盖(4)连接处采用焊接的方法固定，焊接处耐压2.0mpa，保障注浆过程中焊接处的密封性；
31.(d)在钻机钻塔1上设置横梁5，横梁5为碳钢材质，厚度5～6mm，耐压大于3mpa，横梁5与地表垂向距离0.5～0.8m；
32.(e)在横梁5与专用密封盖4之间，左右两侧，各设置一个液压千斤顶6，调节液压千斤顶6，使其压力示数为0.4～0.5mpa；
33.(f)逆向注浆采用425#水泥，水灰比1:1，注浆管3与泥浆泵相连接，开启泥浆泵，水泥浆通过注浆管3注入钻孔井管2底部，水泥浆从井管2底部进入井管2与裸孔形成的环形空间7，替换环形空间7内的钻井泥浆，替换的钻井泥浆不断从地表返出，调节泥浆泵工作频率，水泥浆的注入压力控制在1.3～1.5mpa，保障钻井泥浆的地表涌出速度为1.0m3/h左右，当有水泥浆从地表返出后，证明水泥浆已经将环形空间7内钻井泥浆全部替换，关闭泥浆泵。
34.(g)水泥浆凝结24h后，依次拆除注浆设备，取出注浆管，完成逆向注浆
35.专用密封盖(4)两侧为对称碳钢板，碳钢板宽度100mm，碳钢板厚度5mm，单侧长度400mm，专用密封盖(4)为整体装置，各部位采用焊接方式，专用密封盖整体耐压2.5mpa。
36.横梁5是焊接固定在钻机钻塔1上，焊接点要求耐压大于2.0mpa。
37.液压千斤顶(6)的作用是利用钻塔(1)固有重力，通过液压千斤顶(6)，将固有重力传递至专用密封盖(4)上，向专用密封盖(4)施加向下的压力，辅助丝扣密封，减少丝扣部位承受的压力，保障井管(2)的井口密封性。
38.保障井管(2)的井口密封性是施工关键点，根据帕斯卡定律，井口密封性不严，会导致部分水泥浆进入井管内部，导致钻孔报废。
39.如上所述的逆向注浆过程中井管(2)内压力为1.3mpa，与专用密封盖(4)与井管(2)连接处耐压上限值1.5mpa接近，液压千斤顶(6)的设置，可有效辅助专用密封盖(4)对井管(2)的井口密封，使专用密封盖(4)与井管(2)连接处的耐压上限提升至1.9mpa，保障逆向注浆过程中井口的密封性。
40.逆向注浆过程中全程不需要上提注浆管(3)，水泥浆自下而上逐渐充满环形空间(7)，简化了分段式注浆的操作步骤，增强了施工稳定性。
41.实施实例1：
42.(a)1-1111为内蒙古某地浸采铀矿山注液钻孔，矿层位于地下302～310米处，使用φ215牙轮钻头裸孔钻进，钻进至310m处，完成裸孔施工，孔径约250mm；下放井管(2)，井管(2)为φ100
×
10的upvc管，采用丝扣连接，丝扣深度为2.5mm，连接处缠绕生料带并涂抹804胶，丝扣处耐压1.5mpa，井管(2)下放至裸孔300m深度位置；
43.(b)在井管(2)内下入注浆管(3)，注浆管(3)为φ40
×
3.5mm碳钢管，采用丝扣连接，丝扣深度1.5mm，连接处耐压2.2mpa，注浆管(3)下放至300m位置，注浆管(3)底端出口位
置与井管(2)底端深度一致；
44.(c)使用专用密封盖(4)对井管(2)的上端井口密封，专用密封盖(4)为碳钢材质，专用密封盖(4)与井管(2)采用丝扣连接，丝扣深度为2.5mm，连接部位缠绕生料带，连接部位耐压1.5mpa；
45.(d)在钻塔(1)上设置横梁(5)，，横梁(5)为碳钢材质，厚度5mm，耐压3.0mpa，横梁(5)与地表垂向距离0.6m；
46.(e)在横梁(5)，与专用密封盖(4)之间，左右两侧，各设置一个液压千斤顶(6)，调节液压千斤顶(6)，使其压力示数为0.4mpa；
47.(f)逆向注浆采用425#水泥，水灰比1:1，注浆管(3)与泥浆泵相连接，开启泥浆泵，水泥浆通过注浆管(3)注入钻孔井管(2)底部，水泥浆从井管(2)底部进入井管与裸孔形成的环形空间(7)，替换环形空间(7)内的钻井泥浆，替换的钻井泥浆不断从地表返出，调节泥浆泵工作频率，水泥浆的注入压力控制在1.3mpa，保障钻井泥浆的地表涌出速度为1.0m3/h左右，当有水泥浆从地表返出后，证明水泥浆已经将环形空间(7)内钻井泥浆全部替换，关闭泥浆泵。
48.(g)水泥浆凝结24h后，依次拆除注浆设备，取出注浆管，完成逆向注浆。
49.如上所述的注浆管(3)穿过专用密封盖(4)进入井管(2)内部，注浆管(3)与专用密封盖(4)连接处采用焊接的方法固定，焊接处耐压2.0mpa，保障注浆过程中焊接处的密封性。
50.如上所述的专用密封盖(4)两侧为对称碳钢板，碳钢板宽度100mm，碳钢板厚度5mm，单侧长度400mm，专用密封盖(4)为整体装置，各部位采用焊接方式，专用密封盖整体耐压2.5mpa。
51.如上所述的一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆工艺，其所述的横梁，是焊接固定在钻机钻塔上，焊接点要求耐压大于2.0mpa。
52.如上所述液压千斤顶(6)的作用是利用钻塔(1)固有重力，通过液压千斤顶(6)，将固有重力传递至专用密封盖(4)上，向专用密封盖(4)施加向下的压力，辅助丝扣密封，减少丝扣部位承受的压力，保障井管(2)的井口密封性。
53.如上所述的逆向注浆施工过程中，保障井管(2)的井口密封性是施工关键点，根据帕斯卡定律，井口密封性不严，会导致部分水泥浆进入井管内部，导致钻孔报废。
54.如上所述的逆向注浆过程中井管(2)内压力为1.3mpa，与专用密封盖(4)与井管(2)连接处耐压上限值1.5mpa接近，液压千斤顶(6)的设置，可有效辅助专用密封盖(4)对井管(2)的井口密封，使专用密封盖(4)与井管(2)连接处的耐压上限提升至1.9mpa，保障逆向注浆过程中井口的密封性。
55.如上所述的逆向注浆过程中全程不需要上提注浆管(3)，水泥浆自下而上逐渐充满充满环形空间(7)，简化了分段式注浆的操作步骤，增强了施工稳定性。
56.实施实例2：
57.(a)2-1111为内蒙古某地浸采铀矿山抽液钻孔，矿层位于地下402～410米处，使用φ311牙轮钻头裸孔钻进，钻进至410m处，完成裸孔施工，孔径约350mm；下放井管(2)，井管(2)为φ152
×
12的upvc管，采用丝扣连接，丝扣深度为3.0mm，连接处缠绕生料带并涂抹804胶，丝扣处耐压1.6mpa，井管(2)下放至裸孔400m深度位置；
58.(b)在井管(2)内下入注浆管(3)，注浆管(3)为φ40
×
3.5mm碳钢管，采用丝扣连接，丝扣深度1.5mm，连接处耐压2.2mpa，注浆管(3)下放至400m位置，注浆管(3)底端出口位置与井管(2)底端深度一致；
59.(c)使用专用密封盖(4)对井管(2)的上端井口密封，专用密封盖(4)为碳钢材质，专用密封盖(4)与井管(2)采用丝扣连接，丝扣深度为3.0mm，连接部位缠绕生料带，连接部位耐压1.6mpa；
60.(d)在钻塔(1)上设置横梁(5)，横梁(5)为碳钢材质，厚度5mm，耐压3.0mpa，横梁(5)与地表垂向距离0.6m；
61.(e)在横梁(5)，与专用密封盖(4)之间，左右两侧，各设置一个液压千斤顶(6)，调节液压千斤顶(6)，使其压力示数为0.5mpa；
62.(f)逆向注浆采用425#水泥，水灰比1:1，注浆管(3)与泥浆泵相连接，开启泥浆泵，水泥浆通过注浆管(3)注入钻孔井管(2)底部，水泥浆从井管(2)底部进入井管与裸孔形成的环形空间(7)，替换环形空间(7)内的钻井泥浆，替换的钻井泥浆不断从地表返出，调节泥浆泵工作频率，水泥浆的注入压力控制在1.5mpa，保障钻井泥浆的地表涌出速度为1.0m3/h左右，当有水泥浆从地表返出后，证明水泥浆已经将环形空间(7)内钻井泥浆全部替换，关闭泥浆泵。
63.(g)水泥浆凝结24h后，依次拆除注浆设备，取出注浆管，完成逆向注浆。
64.如上所述的注浆管(3)穿过专用密封盖(4)进入井管(2)内部，注浆管(3)与专用密封盖(4)连接处采用焊接的方法固定，焊接处耐压2.0mpa，保障注浆过程中焊接处的密封性。
65.如上所述的专用密封盖(4)两侧为对称碳钢板，碳钢板宽度150mm，碳钢板厚度5mm，单侧长度400mm，专用密封盖(4)为整体装置，各部位采用焊接方式，专用密封盖整体耐压2.5mpa。
66.如上所述的一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆工艺，其所述的横梁，是焊接固定在钻机钻塔上，焊接点要求耐压大于2.0mpa。
67.如上所述液压千斤顶(6)的作用是利用钻塔(1)固有重力，通过液压千斤顶(6)，将固有重力传递至专用密封盖(4)上，向专用密封盖(4)施加向下的压力，辅助丝扣密封，减少丝扣部位承受的压力，保障井管(2)的井口密封性。
68.如上所述的逆向注浆施工过程中，保障井管(2)的井口密封性是施工关键点，根据帕斯卡定律，井口密封性不严，会导致部分水泥浆进入井管内部，导致钻孔报废。
69.如上所述的逆向注浆过程中井管(2)内压力为1.5mpa，与专用密封盖(4)与井管(2)连接处耐压上限值1.6mpa接近，液压千斤顶(6)的设置，可有效辅助专用密封盖(4)对井管(2)的井口密封，使专用密封盖(4)与井管(2)连接处的耐压上限提升至2.1mpa，保障逆向注浆过程中井口的密封性。
70.如上所述的逆向注浆过程中全程不需要上提注浆管(3)，水泥浆自下而上逐渐充满充满环形空间(7)，简化了分段式注浆的操作步骤，增强了施工稳定性。