摘要
填砾式钻孔结构（一次成井工艺）作为砂岩型地浸采铀工艺钻孔的主要钻孔结构，在国内多个铀矿区进行了应用，但在应用过程中过滤器易堵塞损坏、所需洗井时间长、钻孔使用寿命短等问题也逐渐凸显出来。本文对填砾式结构钻孔存在的问题进行分析，针对问题产生的原因，从钻孔结构、注浆技术、含矿含水层切割技术、内置过滤器安装、逆向投砾等方面进行施工工艺革新，形成了新型开窗式切割钻孔施工工艺。在新疆某铀矿床进行了规模应用，效果良好，较好地解决了填砾式钻孔施工工艺存在的问题。
地浸采铀钻孔施工中，填砾式钻孔结构通常采用一次成井工艺进行施工，即形成裸孔后，下放带有过滤器、沉砂管等部件的套管，下放金属管至套管和孔壁环空进行填砾、止水和注
开窗式切割钻孔采用Ø244 mm钻头开孔，钻进至含矿含水层顶板，换Ø215 mm钻头钻进至设计深度，通过综合物探测井，确定矿层位置及井管安装深度，全孔安装Ø152 mm×12.88 mm UPVC套管，下完UPVC管后进行逆向注浆固井，待水泥浆完全固化后（15 d左右）利用切割刀具对矿层段进行切割，随后下入Ø89 mm 316L不锈钢材质内置过滤器，最后利用逆向投砾装置进行逆向投
图1 开窗式切割钻孔结构示意
套管安装结束后，进行冲孔，替换出稠泥浆。在套管内下入注浆管，注浆管下放位置为套管末端上面1 m处，将地表套管管口封闭，并在注浆管上安装阀门、压力表。水泥浆在压力的作用下，通过注浆管由套管底端“马蹄口”进入套管与裸孔形成的环形空间，替换环形空间内的冲洗液，当水泥浆由井口返出后，关闭注浆管上的阀门，再次向注浆管内加注与注浆管相同体积的清水，关闭注浆管上的阀门，等待水泥浆固化。随着水泥浆固化，注浆管上压力表示数缓慢降低，当压力表读数为零时，说明水泥浆已基本固化，提出注浆管，完成固井工
含矿含水层切割主要包括2部分，分别为该层位的套管切割及水泥环和地层切
根据切割刀具工作原理及采铀套管、水泥环、地层切割的先后顺序，切割刀片切削刃由2部分组成，如
图2 切割刀片实物
内置过滤器组件全部为316L不锈钢材质，如
图3 内置过滤器示意
内置过滤器上部设置提升管，用于安装膨胀橡胶和完成过滤器提升和下
内置过滤器安装使用提吊法完成，实施下管的装置是卡丝悬挂装置（导向悬挂密封装置），由下管头、卡丝和悬挂坐组成，下管头与悬挂坐通过卡丝连接，悬挂坐在内置过滤器悬的最上端，连接好悬挂坐与下管头后将内置过滤器管柱下入钻孔内设计位置。当内置过滤器沉砂管头接触到孔底后，卡丝自动断开，内置过滤器与下管管柱分离，内置管停止向下，投砾管则继续向下，直至高压密封投砾头与内置管上的投砾装置对接，对接后投砾装置向过滤器外的投砾通道自动打
因为该类钻孔过滤器内置于套管中，是活动的内置过滤器，过滤器堵塞或是损坏后，可利用捞矛将过滤器提出，更换新过滤器后重新安装，提高钻孔服役寿
逆向投砾主要通过在过滤器底部安装逆向投砾装置来实现。砾料只能单向从底部进入过滤器环空，而环空的砾料和砂土不能反向进入过滤器。砾料采用密度小于水的人造砾料，砾料通过单向阀后会自动上浮，防止发生堵塞现
（1）采用逆向动水填砾法。砾料用泥浆泵输送高压水携带，砾水混合物经投砾管、高压密封投砾头和投砾装置向过滤器外切割环空逆向投砾。
（2）所投粒料为直径5~6 mm线型低密度聚乙烯树脂球。用量0.06
（3）投砾结束后，将投砾管上提1 m，使投砾管的高压密封投砾头与投砾装置脱开，泥浆泵切换清水冲孔，将投砾管内残留的塑料球全部冲出孔外。
投砾装置为一滑套式常闭阀，由连接在钻杆最下端的专门的投砾头打开，见
图4 投砾装置示意
参数：材质为316L不锈钢材质，外径120 mm，内孔径80/76 mm，阀孔径25 mm，阀孔数目3个，弹簧复位推力800 N，行程70 mm，过流量260 L/min，耐压5 MPa。
在实际施工中砾料的选择要求密度小于水，化学性质稳定，耐酸、耐碱，并且要有较好的圆度。通过对陶粒、PVC颗粒、PE颗粒对比，PE颗粒密度为0.92~0.93 g/c
图5 PE颗粒
2020—2023年在新疆某铀矿床推广使用该钻孔工艺，累计完成钻孔工作量近40万m，使用该结构钻孔取得了如下效果：
（1）采用含矿含水层切割技术将矿层段扩孔至300 mm左右，将矿层段泥皮清理干净，洗井时间由通常的16~20 h减少至5~10 h，大大缩短洗井时间；
（2）由于该结构抽注孔均为Ø152 mm×12.8 mm UPVC管，同一管径可实现抽注互换，同时安装内置过滤器可实现过滤器更换，填充滤料为密度小于水的PE颗粒，在生产使用过程中该颗粒会上下浮动，可有效避免过滤器段被堵塞，增加了钻孔服役寿命；
（3）封孔采用逆向注浆工艺，固井液从管外环形空间返出井口，固井作业一次性完成，保证非矿层段全部被填充，封孔质量较好，避免了投产使用后因非矿层段固井不完全导致浸出液被稀释，影响采铀量。
开窗式切割钻孔作为一种新型砂岩型地浸工艺钻孔，通过使用逆向投砾技术、切割技术、安装内置过滤器，可有效避免填砾式钻孔存在的一系列问题，但随着钻孔深度增加，含矿含水层层切割困难进一步增大，在深孔施工时还需选择合适的切割设备及参数，对切割技术需进一步优化。
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