一种地浸采铀用膨胀筛管组合装置及其成井方法与流程

1.本发明涉及地浸采铀技术领域，特别是涉及一种地浸采铀用膨胀筛管组合装置及其成井方法。


背景技术：

2.铀资源是一种战略资源，天然铀是核军工和核发电的基本原料，地浸钻孔现有的技术主要包括环空砾石充填和贴砾石过滤器两种成井方式，但环空砾石充填成井过程漫长，投砾效率低，裸眼开孔孔径大(因为要从环空中下放投砾管)，不利于大规模井场开拓，也无法适应更深、更复杂的成井环境；贴砾石过滤器在地层稳定性较差的矿层会由于井壁坍塌、缩径，产生的泥沙堵塞粘接砾石之间的孔隙，最后堵塞过滤器，因此只适用于硬质、均质地层，即现有的地浸采铀成井工艺无法适应大规模快速的井场开拓。
3.申请号为200810229385.3的中国发明专利，在套管的底部连接筛管骨架，下入套管后在套管与井壁的环空区域内填充砾石形成填砾段，然后在填砾段上部填充水泥，待水泥凝固后完成固井，此种成井方式不仅成井过程漫长，效率较低，而且砾石填充造成近井环空压力降，降低了地层渗透性，且筛管不能与井壁直接接触，减小了筛管的作用面积，即此种成井方式减小了开采过程中的泄流面积。
4.申请号为200710122076.1的中国发明专利，在井眼内先套入套管，再向套管内下入包含有筛管悬挂器、筛管串和冲管密封和浮鞋的筛管完井管柱，其中筛管悬挂器的膨胀管和中心管之间套设有胀塞，座封筛管悬挂器时，向筛管完井管柱内注入高压钻井液，钻井液压力上推胀塞向上运动，将膨胀管全部胀开，完成筛管悬挂器的座封，此种方式虽然增大了筛管膨胀后与井壁的作用面积，但由于地浸采铀所用的套管承压强度低，且易变形挤压水泥环，采用此种座封方式，会因较大的内挤压力导致套管破损，降低完井质量。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种地浸采铀用膨胀筛管组合装置及其成井方法，通过采用螺纹形式连接pvc套管和膨胀筛管或采用在pvc套管内设置第一套管，第一套管的外壁上设置遇水后膨胀的膨胀橡胶，第一套管的下端固定连接膨胀筛管的方式，减小了连接件施加到pvc套管内壁的作用力，避免了施加到pvc套管的连接力过大导致pvc套管破裂的问题，提高了完井质量。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.本发明提供一种地浸采铀用膨胀筛管组合装置，包括具有直径增大功能的膨胀筛管，所述膨胀筛管的上端螺纹连接有pvc套管；
8.本发明提供一种应用所述膨胀筛管组合装置的成井方法，所述成井方法包括以下内容：
9.钻井：确定钻井位置后，用钻井工具在确定好的位置钻出井眼；
10.设计：依据测井解释结果和地层特性，设计选用膨胀筛管长度与工艺参数；
11.下入膨胀筛管组合装置：在地表组装好所述膨胀筛管组合装置，并将其依次下入所述井眼内，当所述膨胀筛管下到指定位置后，将所述pvc套管固定到所述井眼的内壁上；
12.下入膨胀组件并胀开膨胀筛管：向所述膨胀筛管内下入与地表加压装置连接的膨胀组件，加压胀大所述膨胀组件，进而挤压所述膨胀筛管使其发生塑性变形，并贴合在所述所述井眼的井壁上；
13.泄压取出膨胀组件：卸除施加到所述膨胀组件上的压力，待所述膨胀组件收缩后将其从膨胀筛管中取出；
14.优选地，所述井眼内壁与所述pvc套管之间的第一环空区域下部设有承托装置，所述承托装置上部填充有固定所述pvc套管的粘固剂；
15.优选地，所述承托装置为圆环形分隔托盘；
16.优选地，所述膨胀组件的上端连接钻杆，待所述膨胀组件收缩后，上提钻杆将所述膨胀组件从所述膨胀筛管内提出；
17.本发明提供另一种地浸采铀用膨胀筛管组合装置，其特征在于：包括具有直径增大功能的膨胀筛管以及与所述膨胀筛管连接的pvc套管，所述pvc套管内设有第一套管，所述第一套管与所述pvc套管之间的第二环空区域内设有遇水胀大的膨胀橡胶，所述膨胀橡胶的一端位于所述第一套管的外壁上，胀大后所述膨胀橡胶的宽度大于所述第二环空区域的内外壁之间的距离，所述第一套管的下端固定连接有所述膨胀筛管；
18.本发明提供另一种应用所述膨胀筛管组合装置的成井方法，其特征在于：所述成井方法包括以下内容：
19.钻井：确定好的钻井位置后，用钻井工具钻出第一井段，并将所述pvc套管固定在所述第一井段的井壁上，钻井工具穿过所述pvc套管后，继续向下钻出第二井段；
20.设计：依据测井解释结果和地层特性，设计选用膨胀筛管长度与工艺参数；
21.下入膨胀筛管：所述膨胀筛管与所述第一套管固定连接后，将所述膨胀筛管下入所述第二井段内，下到指定位置后胀大所述膨胀橡胶，使其紧贴pvc套管的内壁；
22.下入膨胀组件并胀开膨胀筛管：向所述膨胀筛管内下入与地表加压装置连接的膨胀组件，加压胀大所述膨胀组件，进而挤压所述膨胀筛管使其发生塑性变形，并贴合在所述井眼的井壁上；
23.泄压取出膨胀组件：卸除施加到所述膨胀组件上的压力，待所述膨胀组件收缩后将其从膨胀筛管中取出；
24.优选地，所述第一套管内螺纹连接有第二套管，与钻杆连接的所述膨胀组件位于所述第二套管的下端，所述第二套管的直径小于所述膨胀组件最上端的宽度，待所述膨胀组件收缩后，反向旋转第二套管解除与第一套管的连接，上提钻杆，将所述第二套管和所述膨胀组件一同提出；
25.优选地，所述膨胀筛管由外到内依次设置有受压后膨胀的保护外壳、防砂筛网和割缝支撑管，所述保护外壳为upvc材质，所述防砂筛网为有机聚合物材质，所述割缝支撑管为316l不锈钢材质；
26.优选地，所述膨胀组件包括胀锥连接器和加压后胀大、泄压后缩小的的胀锥，所述胀锥的上部滑动设有与地表加压装置连接的上滑套，所述胀锥的下部固定设置有下固定套。
27.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
28.1、本发明通过采用螺纹形式连接pvc套管和膨胀筛管或采用在pvc套管内设置第一套管，第一套管的外壁上设置遇水后膨胀的膨胀橡胶，第一套管的下端固定连接膨胀筛管的方式，减小了连接件施加到pvc套管内壁的作用力，避免了施加到pvc套管的连接力过大导致pvc套管破裂的问题，提高了完井质量；
29.2、本发明通过在第一井段中固定pvc套管，第二井段的裸眼环空中设置膨胀筛管，加压后胀大膨胀筛管使其贴合到井壁上的方式，增大膨胀筛管的作用面积，且此种完成方式没有砾石填充造成近井环空压力降，有效保持了地层渗透性，使得此种完成方式拥有了最大的泄流面积；
30.3、本发明中的膨胀筛管可与裸眼井壁和套管内壁贴合，对于浅层铀矿床、深层复杂铀矿床以及水平井成井都具有适应性，且有效支撑井壁防止井塌，所以在地浸采铀钻孔中适用性较高。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为实施例一的膨胀筛管未膨胀时的结构示意图；
33.图2为实施例一的膨胀筛管膨胀后的结构示意图；
34.图3为膨胀筛管的剖视结构示意图；
35.图4为膨胀组件胀大前的结构示意图；
36.图5为膨胀组件胀大后的结构示意图；
37.图6为实施例二的膨胀筛管未膨胀时的结构示意图；
38.图7为实施例二的膨胀筛管膨胀后的结构示意图；
39.图8为实施例二的膨胀筛管组合装置结构示意图。
40.其中，1、膨胀筛管；2、pvc套管；3、外螺纹；4、内螺纹；5、第一井段；6、第二井段；7、第一环空区域；8、承托装置；9、分隔托盘；10、膨胀组件；11、割缝支撑管；12、防砂筛网；13、保护外壳；14、胀锥；15、上滑套；16、下固定套；17、钻杆；18、第一套管；19、第二环空区域；20、膨胀橡胶；21、第二套管。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.本发明的目的是提供一种地浸采铀用膨胀筛管组合装置及其成井方法，通过采用螺纹形式连接pvc套管和膨胀筛管或采用在pvc套管内设置第一套管，第一套管的外壁上设置遇水后膨胀的膨胀橡胶，第一套管的下端固定连接膨胀筛管的方式，减小了连接件施加
到pvc套管内壁的作用力，避免了施加到pvc套管的连接力过大导致pvc套管破裂的问题，提高了完井质量。
43.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
44.实施例一：
45.如图1至5所示，本发明提供一种地浸采铀用膨胀筛管组合装置，包括具有直径增大功能的膨胀筛管1和pvc套管2，膨胀筛管1的外壁上设有外螺纹3，pvc套管2的内壁上设有与之匹配的内螺纹4，使用时，对准内螺纹4和外螺纹3，将膨胀筛管1拧紧到pvc套管2内即可完成两者之间的连接。
46.因为地浸采铀生产层埋藏浅，地层压力低，所需套管的强度不需要太高，所以本发明采用pvc材质的套管，在保证完井质量的同时，降低生产成本。
47.本发明还提供一种应用上述膨胀筛管组合装置的成井方法，包括以下内容：
48.钻井：确定钻井位置后，用钻井工具在确定好的位置钻井，钻好的井包括第一井段5和第二井段6，其中第一井段5为上部地层，第二井段6为含矿含水层，钻入含矿含水层后，测井确定矿层位置，依据矿层位置及地层压力设计膨胀筛管1的参数，膨胀筛管1的参数包括所述膨胀筛管1的厚度、割缝密度、所述膨胀筛管1的长度、张开直径等。
49.下入膨胀筛管组合装置：根据确定好的参数加工膨胀筛管1，并将加工好的膨胀筛管1与pvc套管2固定后下入到井中，膨胀筛管1下入到第二井段6，pvc套管2下入到第一井段5，第一井段5的内壁与pvc套管2的外壁之间形成第一环空区域7，第一环空区域7的下部设有承托装置8，承托装置8套设在pvc套管2的外部，在承托装置8上填充固定pvc套管2的粘固剂，将pvc套管2固定到第一井段5的内壁上。
50.本发明中承托装置8为圆环形分隔托盘9，圆环形分隔托盘9为pvc套管2上的一节，为确保粘固剂不会滴落到下部的裸眼环空段即第二井段6，在圆环形分隔托盘9上部垫一个直径略大于井径的橡胶圈，并且在下放膨胀筛管1的过程中，分隔托盘9能扶持pvc套管2居中，防止膨胀筛管1受到井壁破坏，本发明中的粘固剂为水泥浆。
51.下入膨胀组件10并胀开膨胀筛管1：向膨胀筛管1内下入与地表加压装置连接的膨胀组件10，加压胀大膨胀组件10，进而挤压膨胀筛管1使其发生塑性变形，并贴合在井壁上；
52.其中，膨胀筛管1包括由内向外依次设置的割缝支撑管11、防砂筛网12和保护外壳13，割缝支撑管11为316l不锈钢材质制成，具有预割缝和变形连接点，可以在膨胀组件10的作用下膨胀，防砂筛网12为机聚合物材料制成，为重叠布置结构，具有强度高、可变形和较强的防砂特性，可以在变形过程中周向滑动布满整个膨胀筛管壁，保护外壳13为不锈钢与upvc材质制成，具有预割缝和一定的弹性，同时具有一定的力学特性，能够承受井壁的挤压应力，可以在膨胀组件10的作用下膨胀并贴合在井壁或套管壁上；膨胀组件10包括由橡胶套制成的胀锥14，胀锥14的膨胀方向平行于膨胀筛管1的径向，且胀大后，胀锥14沿膨胀方向的宽度大于膨胀筛管1的直径，胀锥14的上部设置有上滑套15，胀锥14的下部设置有下固定套16，胀锥14、上滑套15和下固定套16均套设在钻杆17上，且上滑套15与钻杆17之间滑动连接，下固定套16与钻杆17固定连接，钻杆17的另一端与地表的加压装置连接，本技术中的地表加压装置为泥浆泵(图中未示出)，泥浆泵施加压力后，上滑套15在压力的作用下下移，挤压胀锥14，当压力大于胀锥14的变形压力后，胀锥14变形并挤压膨胀筛管1的内壁，膨胀
筛管1在胀锥14的作用下开始发生塑性变形，首先胀开割缝支撑管11，在胀大后的割缝支撑管11的作用下，防砂筛网12周向滑移铺满整个筛管壁，随着防砂筛网12的滑移，保护外壳13胀开并贴合到井壁上，安装完毕取出胀锥14后，膨胀筛管1能够保持膨胀状态，同时形成过滤地层出砂的流体通道，本发明中胀锥14的最大膨胀压力为9mpa；本技术中将防砂筛网12的材料由现有技术中的316l不锈钢材料更改为有机聚合物材料，保护外壳13的材料由现有技术中的316l不锈钢材料更改为不锈钢与upvc材质，减轻了膨胀筛管1的重量，同时将防砂筛网12的材料更改为有机聚合物材料，还能够有效防止地下水腐蚀造成的滤砂功能破坏，提高滤砂效果，不易产生砂堵，化学堵塞用盐酸洗井即可快速解堵，生产耽搁时间少，提高了生产效率。
53.泄压取出膨胀组件10：卸除施加到所述膨胀组件10上的压力，待所述膨胀组件10收缩后将其从膨胀筛管1中取出；
54.卸除压力后，胀锥14在弹性作用下收缩，上提钻杆17将胀锥14从膨胀筛管1内提出，继续上提，直至提升至地表为止。
55.实施例二
56.如图6至8所示，本发明还提供了另一种地浸采铀用膨胀筛管组合装置，包括具有直径增大功能的膨胀筛管1以及与膨胀筛管1连接的pvc套管2，pvc套管2内设有第一套管18，第一套管18与pvc套管2之间的第二环空区域19内设有遇水胀大的膨胀橡胶20，膨胀橡胶20为设置在第一套管18外壁上的圆环形结构，为便于组装，膨胀橡胶20未膨胀时的单侧宽度小于第二环空区域19的内外壁之间的距离，同时为确保膨胀橡胶20膨胀后其施加到pvc套管2上的作用力能够保持膨胀筛管1不会下滑，设置膨胀橡胶20胀大后的单侧宽度大于第二环空区域19的内外壁之间的距离，第一套管18的下端固定连接有膨胀筛管1。
57.其中第一套管18与膨胀筛管1的固定连接方式可以是螺纹连接、粘接、卡接中的一种或几种，只要能够将二者固定连接即可，本技术对其具体的连接方式不做限定。
58.本发明还提供了应用上述膨胀筛管组合装置的成井方法，与实施例一不同的是：
59.钻井时，钻到距离含矿含水层一定距离处时，停止钻井，即钻完第一井段5后，先将pvc套管2下入第一井段5内，并在pvc套管2与第一井段5内壁形成的第一环空区域7内填充粘固剂进行固封，此实施例中的粘固剂与实施例一的粘固剂相同，均为水泥浆，因此时第一环空区域7的下部有未开采的岩石支撑，所以相对于实施例一，此种方式能够省去设置在第一环空区域7下部的承托装置8，固定好pvc套管2后，在pvc套管2内下入钻井工具继续钻井，完成第二井段6的开采。
60.在地面完成膨胀筛管1、膨胀组件10和第一套管18的组装，组装完成后的装置与钻杆17连接后下入pvc套管2中，下到指定位置后，保持钻杆17不动，待第一套管18上的膨胀橡胶20膨胀，使第一套管18贴在pvc套管2上，继续下放钻杆17使膨胀组件10进入膨胀筛管1内，膨胀组件10的结构以及胀大方式、膨胀筛管1的结构以及膨胀方式均与实施例一相同，在此不再赘述。
61.其中，当钻杆17带动膨胀筛管1下到第二井段6时，保持钻杆17位置不动，等待膨胀橡胶20在地下水中浸泡膨胀，胀大后的膨胀橡胶20抵接到pvc套管2的内壁上，并挤压pvc套管2，本技术中胀大后的膨胀橡胶20与pvc套管2的内壁之间采用过盈配合的方式，增大为膨胀筛管1提供的支撑力，防止其下滑；第一套管18内还螺纹连接有第二套管21，第一套管18
的内直径大于上滑套15的外直径，第二套管21的内直径小于上滑套15的外直径，组装时，先下入膨胀组件10，后下入第二套管21，取出膨胀组件10时，利用胀锥14和第二套管21内部的摩擦力反转第二套管21与第一套管18之间的螺纹丝扣，解除第二套管21其与第一套管18的锁定，上提钻杆17，将膨胀组件10连同第二套管21一同被拉回地面。
62.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。