一种井口密闭保压装置及注浆装置的制作方法

1.本实用新型涉及地浸采铀技术领域，尤其涉及一种井口密闭保压装置及注浆装置。


背景技术：

2.原地浸出采铀，简称地浸采铀，是指用化学溶液，通过钻井从天然埋藏条件下具有一定渗透性能的砂岩铀矿体中，选择性地提取和回收铀金属的一种铀矿采冶工艺。该工艺需将浸出剂从注液井注入地下，沿矿层渗流浸出矿石中的铀，形成浸出液并从抽液井提升至地表，再经过水冶处理后分离、回收浸出液中的铀元素。前述提及的注液井和抽液井即为钻井，事实上在地浸采铀工艺中，为了检测、控制浸出剂的溶浸范围，还会配备一定数量的监测井，注液井、抽液井以及监测井一并构成了地浸采铀矿区的井场。
3.具体地，钻井是指利用机械设备(如钻机)从地面将地层钻成孔眼的工作，一口井从开钻到完成，需进行以下三项主要工作：(1)破碎井底岩石；(2)将破碎的岩石，即岩屑运移至地面；(3)巩固井壁，简称固井。其中，固井工艺及过程对钻井的成井质量至关重要。固井是指在孔眼形成后，下放入用于浸出剂或浸出液流动通道的套管，再在套管与孔眼井壁之间的环形空间注入水泥浆，待水泥浆凝固后即完成固井工作。
4.向钻井内注入水泥浆也称作注浆过程，通常有两种方式：一种为正向注浆(套管外注浆上返)，另一种则为逆向注浆(套管内注浆外返)。正向注浆是指向套管与井壁之间的环形空间通入注浆管至设计好的出浆口位置，水泥浆从出浆口流出后上返充满套管与井壁之间的环形空间，该方法存在的主要问题是：(1)环形空间必须足够大，以容纳注浆管的尺寸，这也意味着孔眼的直径必须大，钻井成本相应提高；(2)该方法往往会导致环形空间的水泥在周向分布不均，导致固井质量差，严重时还会引起塌井现象的发生。逆向注浆工艺比较好地归避了正向注浆的缺点，其具体方法为：将注浆管同心地通入套管内部设计好的注浆位置，在注浆管底部均匀设置多个出浆口，同时，在套管管壁周向也布置出浆口。在压力的作用下，水泥浆依次从注浆管出浆口、套管管壁出浆口注入套管与井壁的环形空间，从井底逆向，即沿着井壁轴向向上填充水泥，一段时间后待泥浆凝固，固井工作即算完成。
5.尽管在地浸采铀工艺中，逆向注浆是目前最为常用的注浆方法，但在实际操作过程中仍存在不足，主要体现在井口位置注浆管与套管之间的密封不严，而这会造成以下现象：
6.(1)部分水泥会进入注浆管与套管之间的环形空间，而非直接进入套管与井壁的环形空间，物料浪费严重；
7.(2)井口密封不严导致系统保压性差，这意味着井口注浆压力需相应提高，尤其是在注浆后期以及注浆结束后等待泥浆凝固的保压阶段，能耗损失必然增加；
8.(3)由于固井过程中有水泥浆进入套管，所以固井结束后还需额外增加洗井工作。
9.由此可见，由于井口处注浆管与套管之间的密封不严引起的一系列现象，不论是从物料成本角度，还是能耗损失程度，都存在明显劣势，这种现状亟需改变。


技术实现要素：

10.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种井口密闭保压装置及注浆装置，密闭保压装置结构简单，密封效果好，可有效防止注浆过程中水泥浆进入注浆管和套管之间的环形空间。
11.本实用新型提供了一种井口密闭保压装置，包括：上段和下段；
12.所述下段为圆柱体，中心开设有凹槽，凹槽内设置贯穿孔；
13.所述上段为圆环柱体，设置所述于凹槽内；所述上段内部中空，与贯穿孔对接，用于注浆管穿过；
14.所述上段与下段密封连接。
15.优选地，所述上段的底部与凹槽的接触面设置有密封圈。
16.优选地，所述密封圈个数为≥1个。
17.优选地，所述凹槽内设置有内螺纹；
18.所述上段的外侧设置有外螺纹，与凹槽实现螺纹连接。
19.本实用新型提供了一种注浆装置，包括：上述技术方案所述的井口密闭保压装置；
20.所述井口密闭保压装置与套管顶部密封连接；
21.注浆管由所述井口密闭保压装置的内管穿过，底端通入套管内的出浆口位置。
22.优选地，所述井口密闭保压装置的下段外壁设置有外螺纹，与套管顶部的内螺纹通过链钳进行螺纹连接。
23.优选地，所述井口密闭保压装置的下段外壁与套管之间还设有密封件。
24.优选地，所述注浆管与内管之间设置密封元件。
25.与现有技术相比，本实用新型的井口密闭保压装置、注浆装置及方法，所述井口密闭保压装置结构简单，操作简便，可有效保证套管内的压力，避免注浆过程中浆体进入注浆管和套管之间的环形空间，实现了保压、提速、降耗的效果，确保注浆工作的顺利开展。
附图说明
26.图1表示井口密闭保压装置的结构示意图；
27.图2表示井口密闭保压装置的俯视图；
28.图3表示注浆装置的结构示意图；
29.图4表示注浆装置使用图；
30.图中，
31.1-上段，2-下段，3-密封圈，4-套管，5-注浆管，6-出浆口，7-注浆泵，8-水泥浆体，9-井壁，10-压力表。
具体实施方式
32.为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型的实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型的限制。
33.本实用新型的实施例公开了一种井口密闭保压装置，如图1和2所示，一种井口密闭保压装置，其特征在于，包括：上段1和下段2；
34.所述下段2为圆柱体，中心开设有凹槽，凹槽内设置贯穿孔；
35.所述上段1为圆环柱体，设置所述于凹槽内；所述上段内部中空，与贯穿孔对接，用于注浆管穿过；
36.所述上段1与下段2密封连接。
37.按照本实用新型，所述上段1为圆环柱体，内部中空的管道称为内管；
38.为了保证密封性，所述上段1的底部与凹槽的接触面设置有密封圈3。
39.所述密封圈3个数为≥1个。所述密封圈3优选为环形橡胶垫片。
40.上段1和下段2的连接方式为螺纹连接，具体为：所述凹槽内设置有内螺纹；
41.所述上段1的外侧设置有外螺纹，与凹槽实现螺纹连接。
42.所述井口密闭保压装置的材质优选为尼龙，塑料或钢材料。
43.本实用新型的实施例公开了一种注浆装置，如图3所示，包括：上述技术方案所述的井口密闭保压装置；
44.所述井口密闭保压装置与套管4顶部密封连接；
45.注浆管5由所述井口密闭保压装置的内管穿过，底端通入套管4内的出浆口6。
46.所述井口密闭保压装置的下段2外壁设置有外螺纹，与套管4顶部的内螺纹通过链钳进行螺纹连接。
47.为了增加密封性，所述井口密闭保压装置的下段2外壁与套管4之间还设有密封件。所述密封件为生料带。
48.所述注浆管5与内管之间设置密封元件。所述密封元件也可以为生料带。
49.所述注浆管5的上端连接有注浆泵7。
50.所述注浆装置插设在井内。
51.本实用新型的实施例还公开了一种井口密闭保压方法，包括以下步骤：
52.步骤一：注浆管的一端穿过所述井口密闭保压装置，直至通入套管内的出浆口位置，并将井口密闭保压装置与套管顶部连接；
53.步骤二：通过注浆管向井内注水，观察井口，待水溢出后停止注水；
54.步骤三：向注浆管内注浆，浆体经出浆口进入套管与井壁的环形空间，并沿井壁轴向向上进行填充；观察井口，待浆体注满环形空间后停止注浆。
55.为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型提供的井口密闭保压装置、注浆装置及方法进行详细说明，本实用新型的保护范围不受以下实施例的限制。
56.实施例1
57.某砂岩型铀矿床，其钻孔深度为350m，钻孔直径为套管直径为注浆管直径为注浆管出浆孔的位置所处深度为320m。
58.采用本实用新型所述井口密闭保压装置及方法，如图4所示，其步骤如下：
59.步骤一，将井口密闭保压装置的上段1与下段2通过螺纹连接，裹生料带，并在二者之间加2个环形橡胶垫片；
60.步骤二，将注浆管5一端与注浆泵7出口连接，注浆管5另一端则同心地插入井口密闭保压装置，在与井口密闭保压装置相连的位置，将注浆管5外围缠绕生料带；
61.步骤三，将注浆管5另一端通入套管内出浆口6位置，并将井口密闭保压装置下段2的外螺纹与套管4顶部的内螺纹通过链钳进行螺纹连接，裹生料带；
62.步骤四，通过注浆管5向井内通水，观察井口，待水溢出则意味着井内已充满水，此时停止注水；
63.步骤五，打开注浆泵6开始注浆，水泥浆体8沿注浆管5、注浆管出浆口、套管出浆口进入套管4与井壁9的环形空间，并沿井壁9轴向向上进行填充(在压力的作用下，水泥浆体8先使水外排出井口，再填充环形空间)；
64.步骤六，注浆过程中，注浆管上安装的压力表10示数最大为0.95mpa，观察井口，待水泥浆体8注满套管4与井壁9的环形空间后停止注浆，8.5小时后，待注浆管上安装的压力表10示数变为0mpa，说明浆体已初步凝固；
65.步骤七，为保险起见，当注浆管上安装的压力表示数变为0mpa后继续保压2小时至水泥浆体完全凝固；
66.步骤八，将井口密封保压装置与套管4通过链钳旋转螺纹方式拆除，并连同注浆管抽出井口，固井结束。
67.操作过程中，未发现有水泥浆和水从套管与注浆管的环形空间溢出。
68.实施例2
69.某砂岩型铀矿床，其钻孔深度为450m，钻孔直径为套管直径为注浆管直径为注浆管出浆孔的位置所处深度为420m。
70.采用本实用新型所述的一种地浸采铀井注浆固井用的井口密闭保压装置及方法，其步骤如下：
71.步骤一，将井口密闭保压结构的上段与下段通过螺纹连接(裹生料带)，并在二者之间加2个环形橡胶垫片；
72.步骤二，将注浆管一端与注浆泵出口连接，注浆管另一端则同心地插入井口密闭保压结构，在与井口密闭保压结构相连的位置，将注浆管外围缠绕生料带；
73.步骤三，将注浆管另一端通入套管内出浆口位置，并将井口密闭保压结构下段的外螺纹与套管顶部的内螺纹通过链钳进行螺纹连接(裹生料带)；
74.步骤四，通过注浆管向井内通水，观察井口，待水溢出则意味着井内已充满水，此时停止注水；
75.步骤五，打开注浆泵开始注浆，水泥浆体沿注浆管、注浆管出浆口、套管出浆口进入套管与井壁的环形空间，并沿井壁轴向向上进行填充(在压力的作用下，水泥浆体先使水外排出井口，再填充环形空间)；
76.步骤六，注浆过程中，注浆管上安装的压力表示数最大为1.1mpa，观察井口，待水泥浆注满套管与井壁的环形空间后停止注浆，10小时后，待注浆管上安装的压力表示数变为0mpa，说明浆体已初步凝固；
77.步骤七，为保险起见，当注浆管上安装的压力表示数变为0mpa后继续保压2小时至水泥浆体完全凝固；
78.步骤八，将井口密封保压装置与套管通过链钳旋转螺纹方式拆除，并连同注浆管抽出井口，固井结束。
79.操作过程中，未发现有水泥浆和水从套管与注浆管的环形空间溢出。
80.以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本
实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
81.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。