摘要
随着环境保护和泥浆性能维护在地质勘查中越来越重要，铀矿钻探施工中对泥浆的净化处理提出了更高的要求。针对铀矿钻探单孔施工周期短、设备搬迁频繁和泥浆处理量小的特点，分别提出了一套适合砂岩型和硬岩型铀矿勘查的泥浆随钻处理工艺，并分别研制了2套小体积、模块化和智能化的砂岩型和硬岩型铀矿绿色勘查泥浆随钻处理装备。通过现场试验论证，本装备在铀矿钻探施工中取得了良好的环保效益和经济效益，实现了一次配浆多孔使用和泥浆零排放的目标，节约材料的同时提高了施工效率，从根本上解决了钻探施工中泥浆排放污染环境的难题。经过该设备处理后的泥浆，有害固相大幅度减少，泥浆密度降低，流变性提高，保持了较好的泥浆性能，降低了埋钻、卡钻等孔内事故的发生几率，保证了孔内安全，提高了钻孔质量。设备模块化组装，搬迁运输方便，适用于各种地形和交通条件，可在铀矿钻探施工中推广应用。
铀矿钻探施工中泥浆一般由分散相、分散介质及岩屑三大类物质组
我国砂岩型铀矿勘查区主要分布在北方的新疆、甘肃、陕西等地区，钻探揭露的地层主要有第四系黄土层、砂岩、泥岩和砾岩。钻孔多以Ø113 mm或Ø104 mm一径终孔，施工深度300~900 m，以落地式和拖车式钻机为主，配备BW250和3NBB260型泥浆泵，泥浆流量一般为6
砂岩型铀矿钻探施工泥浆中固相粒径较大，泥浆随钻处理工艺通过2级固控实
图1 砂岩型铀矿泥浆随钻处理工艺流程
Fig.1 Mud treatment while drilling technology for sandstone uranium
图2 砂岩型铀矿泥浆随钻处理装备结构
Fig.2 Structure of the mud treatment while drilling
equipment for sandstone uranium
装备由4个罐体组成，总体尺寸4650 mm×1500 mm×3200 mm，过渡罐体尺寸1000 mm×1000 mm×900 mm，有效容积0.8
我国硬岩型铀矿勘查区主要分布在南方的湖南、江西、广东等地区，施工揭露的地层主要有第四系覆盖层、白云岩、灰岩和花岗岩。钻孔多以Ø75 mm终孔，施工深度300~1000 m，以全液压式钻机为主，配备BW250型泥浆泵，绳索取心钻进方法为主，泥浆流量一般为3.6
硬岩型铀矿钻探施工泥浆中固相粒径较小，采用离心机一级固控实现泥浆净化处理。泥浆经孔口装置收集于地埋罐中，当收集罐中的泥浆液位达到罐体的4/5时，超声波液位控制器控制离心泵和离心机启动，离心机超前于离心泵20 s自动启动，离心泵将泥浆输送至离心机进行固控处理。若过渡罐中液面下降到罐体的1/5即离心泵的吸入口位置时，离心泵停止工作，离心机滞后于离心泵20 s自动停止工作。在离心泵和离心机间的管线上设有三通溢流阀，若泥浆性能符合钻井泥浆参数要求时，泥浆直接进入泥浆罐中，循环使
设备可自动化运行，也可在手动模式下独立启动各部件。设备自动化控制系统包括超声波液位计2套，分别安装在泥浆罐和过渡罐中，当过渡罐液位显示器显示上限位时，离心机自动启动，间隔20 s后供浆泵启动，设备进行泥浆净化。当过渡罐液位显示器显示下限位时，供浆泵停止运行，间隔20 s后离心机停止运行。泥浆罐体上表面装有超声波液位计，可显示罐体中泥浆液面高度，极大地方便泥浆工准确判断钻孔消耗的泥浆量。控制柜上安装了一套液位蜂鸣报警器，当罐内液位达到最高位液位时报警器蜂鸣报警。各设备配备启动、停止、急停按钮，并有运行、停止、故障指示灯。泥浆罐底部与泥浆泵连接，并设有阀门。泥浆罐上设有扶梯、护栏和LED防爆照明灯。装备结构见
图3 硬岩型铀矿泥浆随钻处理装备结构
Fig.3 Structure of the mud treatment while drilling
equipment for hard‑rock uranium
装备由2个罐体组成，过渡罐容积为1
研制的铀矿绿色勘查泥浆随钻处理装备在鄂尔多斯盆地南部铀矿资源调查评价与勘查项目中完成了5个钻孔2170.95 m钻探工作量试验。试验设备：XY-5型钻机，NBB260/7型泥浆泵，18A36T型钻塔，150 kW发电机组；试验钻具：Ø89 mm岩心管+Ø68 mm钻铤+Ø60 mm钻杆。试验钻进方法：第四系黄土层及设计的不取心地层使用Ø113 mm复合片钻头全面钻进，取心地层使用Ø104 mm复合片钻头钻进至终孔。
目前，铀矿钻探施工中通常采取的泥浆循环和处理方法是在井场地面上挖设泥浆循环系统，即循环槽、沉淀池、泥浆池和废浆池。固相含量过高、流变性差的泥浆及废弃泥浆就地排放、掩埋，这种方法存在占用土地面积大、环境污染严重、地貌恢复难度大的问题。因此，急需泥浆随钻处理装备替代现有的泥浆循环系统和处理方法，这样才能满足国家绿色勘查的要求和国家生态文明建设的要求。现有泥浆处理方法和泥浆随钻处理装备技术对比见
通过对试验工作区使用现有泥浆处理方法施工的5个钻孔的排浆量和使用泥浆随钻处理装备的5个钻孔分离的岩屑统计对比，使用本套泥浆处理装备排浆量减少约74.78%（见
随着钻探施工中泥浆的不断循环使用，泥浆中固相含量持续升高，密度增大、流变性变差和滤失量增大，泥浆的性能严重破坏。现有的泥浆处理方法通过循环槽、泥浆池和废浆池，采用加水稀释法、排浆法或者重力沉降法维护泥浆性能，这种方法效率低，大幅度增加废浆量和材料，存在污染环境和增加钻探成本的问
通过试验发现，使用泥浆处理装备后泥浆性能得到相应优化改变，如泥浆粘度、含砂量明显降低，流变性变好，泥饼厚度变薄且致密，失水量下降，进而预防了粘附卡钻、埋钻等孔内事故的发生。使用泥浆随钻处理装备前后泥浆性能对比见
根据试验统计，使用泥浆处理设备后节约施工用水约30.51%（见
（1）传统的泥浆处理方法已不适用铀矿绿色勘查的要求，自主研制的装备能耗低、体积小、模块化、智能化、固相分离能力高，满足铀矿钻探单孔施工周期短、设备搬迁频繁和泥浆处理量小的需求，适用砂岩型和硬岩型不同地层特性的泥浆随钻处理工艺的需求。
（2）通过使用本装备，解决了泥浆就地掩埋环境污染隐患大、地貌恢复难的问题，实现了施工中泥浆不落地和零排放的目标，满足环保要求。
（3）使用后，平均钻井液粘度28.67 s、密度1.08 g/c
（4）使用该装备后，泥浆循环使用，节约施工用水约30.51%，节约了泥浆材料，减少了修建和填埋泥浆坑等附属工程的工作量，降低了泥浆泵缸套、活塞磨损和维修费用；泥浆中的固相粒径峰值从20~100 μm降到3~10 μm，有效清除了有害固相，减少了钻进过程中孔底岩屑的重复破碎工作，延长了钻头的使用寿命，提高了综合钻探经济效益。
综上所述，该装备满足铀矿绿色勘查要求，符合节能减排、绿色勘查需求，可在铀矿勘查中广泛推广应用。
参考文献（References）
乌效鸣，胡郁乐，贺冰新，等.钻井液与岩土工程浆液［M］.武汉：中国地质大学出版社，2002. [百度学术]
WU Xiaoming， HU Yule， HE Bingxin， et a1. Drilling Fluid and Geotechnical Engineering Slurry［M］. Wuhan： China University of Geosciences Press， 2002. [百度学术]
郑立稳，张闻，孔学，等.废弃钻井液处理技术研究［J］.油气田环境保护，2017，27（2）：11-13，60. [百度学术]
ZHENG Liwen， ZHANG Weng， KONG Xue， et a1. Study on treatment technology of waste drilling fluid［J］. Environmental Protection of Oil and Gas Field， 2017，27（2）：11-13，60. [百度学术]
赵良庆，李朝晖，张栩，等.钻井废弃泥浆不落地随钻处理技术概述［J］.环境工程，2017，35（S2）：616-618. [百度学术]
ZHAO Liangqing， LI Zhaohui， ZHANG Xu， et a1. Overview of drilling waste mud do not fall to zhe ground and drilling treatment technology［J］. Environmental Engineering， 2017，35（S2）：616-618. [百度学术]
张少林，苏延鹤，鲍海山，等.高原高寒地区复杂地层小口径岩心钻探冲洗液固控系统研究［J］.中国煤炭地质，2020，32（2）：79-82. [百度学术]
ZHANG Shaolin， SU Yanhe， BAO Haishan， et a1. Study on small diameter core drilling flush fluid solid control system in plateau alpine‑cold region complex strata［J］. Coal Gelolgy of China， 2020，32（2）：79-82. [百度学术]
孙金柱.大牛地气田钻井泥浆不落地技术的应用研究［D］.南京：南京大学，2016. [百度学术]
SUN Jinzhu. Study on the application of waste of drilling mud non‑landing technology on Daniudi Gas Field［D］. Nanjing： Nanjing University， 2016. [百度学术]
陈根龙，秦如雷，陈晓君，等.泥浆不落地技术在DY-4井中的应用［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2019，46（11）：8-13. [百度学术]
CHEN Genlong， QING Rulei， CHEN Xiaojun， et a1. Application of drilling mud non‑landing technology in Well DY-4［J］. Exploration Engineering （Rock ＆ Soil Drilling and Tunneling）， 2019，46（11）：8-13. [百度学术]
孙庆春，王群，许艳雪.东胜气田钻井液废弃物处理与钻井液技术［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2016，43（9）：42-46. [百度学术]
SUN Qingchun， WANG Qun， XU Yanxue. Drilling fluid wastes treatment and drilling fluid technology in Dongsheng Gas Field［J］. Exploration Engineering （Rock ＆ Soil Drilling and Tunneling， 2016，43（9）：42-46 . [百度学术]
张虎山，周天明，惠川川，等.两级净化固控系统应用分析［J］.石油矿场机械，2020，49（2）：83-88. [百度学术]
ZHANG Hushan， ZHOU Tianming， HUI Chuanchuan， et a1. Application analysis of two stage purification solid control system［J］. Oil Field Machinery， 2020，49（2）：83-88. [百度学术]
王群.东胜气田井壁稳定技术研究［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2018，45（1）：39-43. [百度学术]
WANG Qun. Research on borehole stability technology in Dongsheng Gas Field［J］. Exploration Engineering （Rock ＆ Soil Drilling and Tunneling）， 2018，45（1）：39-43. [百度学术]
冯美贵，翁炜，刘家荣，等.雄安新区地热D20井钻井液固控循环系统应用分析［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2020，47（10）：38-42，60. [百度学术]
FENG Meigui， WENG Wei， LIU Jiarong， et a1. Drilling fluid solid control circulation geothermal exploration and production well system D20 infor drilling of Xiongan New Area［J］. Exploration Engineering （Rock ＆ Soil Drilling and Tunneling）， 2020，47（10）：38-42，60. [百度学术]
冯美贵，朱迪斯，翁炜，等.地质岩心钻探冲洗液固控系统及配套工艺研究［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2016，43（5）：67-70，75. [百度学术]
FENG Meigui， ZHU Disi， WENG Wei， et a1. Research on solid control system of flushing fluid circulation in geological core drilling and the matching technology［J］. Exploration Engineering （Rock ＆ Soil Drilling and Tunneling）， 2016，43（5）：67-70，75. [百度学术]
冯美贵，翁炜，马卫国，等.油基钻屑现场热解析处理技术现状及展望［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2019，46（3）：7-12. [百度学术]
FENG Meigui， WENG Wei， MA Weiguo， et al. Prospect sit-nation and prospect of thermal desorption technology for oil‑based drill cuttings［J］. Exploration Engineering （Rock ＆ Soil Drilling and Tunneling）， 2019，46（3）：7-12. [百度学术]
张杰，曹巍巍，侯召坡，等.自动化钻机配备标准化固控系统探析［J］.中国设备工程，2020（5）：248-249. [百度学术]
ZHANG Jie， CAO Weiwei， HOU Zhaopo， et a1. Discussion on standardized mud solid phase control system equipped for automatic drilling rig［J］. China Plant Engineering， 2020（5）：248-249. [百度学术]
陈刚，王鹏，赵毅，等.废弃钻井液处理技术研究与应用进展［J］.钻井液与完井液，2020，37（1）：1-8. [百度学术]
CHENG Gang， WANG Peng， ZHAN Yi， et a1. Progress in study and application of waste mud disposal technologies［J］. Drilling Fluid & Completion Fluid， 2020，37（1）：1-8. [百度学术]
