地浸采铀注液井小直径潜水泵抽水洗井试验.pdf
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1、第 卷第期 年月铀矿冶 收稿日期:基金项目:中核集团集中研发项目(编号 )。第一作者简介:姚益轩(),男,湖南涟源人,硕士,正高级工程师,主要从事地浸采铀技术研究和工程设计工作。地浸采铀注液井小直径潜水泵抽水洗井试验姚益轩,王亚安,胥国龙,李星浩,张友澎,许影,姚冲霄(核工业北京化工冶金研究院,北京 ;西安飞流机电设备工程有限公司,陕西 西安 )摘要:某地浸采铀试验采区注液井周边含矿层堵塞严重。注液井套管内径仅有,在常规空压机抽水洗井结束后,在口注液井中开展了小直径潜水泵抽水洗井试验。初始抽水量均在 左右,期间最小抽水量为,其中口井的第股最浑浊洗井水的含砂量分别为 、。粒度、电镜扫描和化学组成
2、分析显示,洗井水沉降干渣中的矿物碎屑主要为粉砂、细砂碎屑,少量黏土碎屑;化学沉淀主要是 、和 ;潜水泵抽水洗井累计运行约 ,未出现任何故障。试验表明,小直径潜水泵抽水洗井可行且投资少、成本低、安全性高、实施方便。关键词:地浸采铀;矿层堵塞;小直径潜水泵;抽水洗井;沉降干渣中图分类号:;文献标志码:文章编号:()犇 犗 犐:某地浸采铀试验采区抽注液井最大井深为 。抽液井护壁套管为 变 管,注液井护壁套管为 管。过 滤 管 采 用 管打眼加工,长度一般为,外包层尼龙筛网,孔眼直径 。沉砂管为 管,固定长度。注浆固井后采用空压机间歇式抽水洗井,验收合格后管内沉砂。该试验采区采用“”中性浸出 ,浸出初
3、期注液压力持续上升至 后,单井注液量缓慢下降,随之调整 抽 液 量。抽 水 洗 井 前,注 液 压 力 控 制 在 左右,多数注液井周边含矿层堵塞严重,需要洗井。抽注液井周边含矿层堵塞会降低采区的抽注液量,制约采区生产能力,是地浸铀矿山生产采区常见的技术问题。洗井是生产矿山采区维护的主要工作,也是项非常繁重、高风险的体力劳动。矿山开展了多种方法的洗井试验 和技术优化研究 ,主要利用空压机进行高压大风量抽水洗井解堵。空压机洗井需要向井内下入风管,地表铺设洗井水排水管道和高压空气输送管道,动用空压机、柴油发电机、废水储罐、吊装转运、洗井水转移和处置等大型设备设施,花费大量的人力物力。为了探索简单便
4、捷、低成本的洗井技术,根据试验采区注液井套管直径,在国内首次开展了小直径潜水泵抽水洗井试验。洗井方法概述抽注液井是地浸采铀最基础、最重要的工程,从建造成井至关停闭井的全寿命期内需要经历个阶段、不同目的的洗井。成井过程洗井是所有钻孔交付使用前的最后工序,其目的是破坏井壁泥皮,抽出深入周边含矿层中的钻井泥浆和岩屑,疏通含矿层孔隙通道,恢复地层渗透性,同时排出沉砂管内的沉积物。一般情况下,成井过程洗井水中碎屑粒径大,含量多,洗井持续时间长。产能恢复性洗井是在抽注液井周边含矿层产生堵塞后进行的洗井,其目的是排出井周边含矿层中的堵塞物,最大限度地恢复抽注液量。当沉砂管内沉积的泥砂太多,甚至高出沉砂管顶端
5、,部分或全部淹没过滤管时,需要排出过滤器部位和沉砂管内的泥砂。产能恢复洗井水中碎屑粒径相对较小,含量少,洗井持续时间较短。洗井方法主要有化学洗井和机械洗井。化学洗井是利用磷酸盐、盐酸、氢氟酸等化学试剂溶蚀井周边含矿层中的堵塞物;该方法不能将溶蚀后的废液排出地表,随着地球化学环境的改变,多种杂质元素又会生成新的化学沉淀,再次堵塞含矿层。活塞洗井、脉冲洗井、超声波洗井 、高压喷射洗井 等机械洗井方式是通过强水力作用抽吸或冲击过滤器和含矿层,崩解井壁泥皮或化学结垢层,作业时井筒内的水位通常高于含矿层地下水水位,堵塞物可能会进一步深入含矿层。从严格意义上讲,这些洗井方式仅是强化洗井效果的前期步骤,最后
6、都必须进行抽水洗井。不管是用于直接洗井还是作为联合洗井 的最后工序,空压机洗井是目前应用最广泛、最有效的抽水洗井方法。潜水泵洗井的可行性分析注液井堵塞物通常为黏土粉砂粒级矿物碎屑和化学沉淀物,非溶解态气体堵塞较少。其中黏土粉砂粒级碎屑来自抽液井周边含矿层,是在水力作用下迁移,被浸出液夹带,经过地表过滤器、树脂床层过滤后吸附尾液中残留的那部分碎屑,粒径通常小于。根据科技部 计划“地浸采铀模拟与控制”项目对国内个中性地浸铀矿山浸出液中可能生成沉淀物的溶解度和饱和指数计算,中性浸出液中可能生成的化学沉淀有 、()等;气体堵塞主要是由注入的过量所致。潜水泵是地浸采铀最常用的设备,安装在抽液井内,用于将
7、浸出液提升出地表,并输送至集控室。浸出液一般较清,仅含有少量矿物碎屑和化学沉淀物,碎屑和沉淀物属纳米至微米级细小颗粒,呈悬浮状态。经过吸附和过滤后的尾液从注液井过滤器再进入含矿层时,其夹带的碎屑和化学沉淀物一般不会沉积在沉砂管内,而是沉积在井周边含矿层孔隙中。沉砂管作为预留碎屑沉积的容器,主要用于盛装成井过程钻井液中沉淀的大量岩屑,经过洗井和验收后,沉砂管内一般不会有大量沉积物。但在抽注浸出过程中,当上部井管破裂涌入大量岩屑、或其他原因掉入的沙土和杂物等沉积在沉砂管内甚至淹没过滤器时,需要洗井排出。潜水泵抽水洗井类似抽液井内的浸出液提升,是注液的逆过程。在反向水流的冲击下,此前沉积在近井地带含
8、矿层中的矿物碎屑、化学沉淀物和非溶解态气体会被反向水流夹带,持续不断地抽出地表,从而实现解堵。理论上,潜水泵抽水洗井是可行的。事实上,美国地浸铀矿山在成井过程中就有使用潜水泵抽水洗井的先例(图,左侧为钟平汝 年赴美国 矿山培训照片,右侧为陆有临等 年赴美国 矿山考察照片)。图美国地浸铀矿山成井过程潜水泵抽水洗井照片犉 犻 犵 犘 犺 狅 狋 狅 狊狅 犳狑 犲 犾 犾狑 犪 狊 犺 犻 狀 犵狌 狊 犲 犱狊 狌 犫 犿 犲 狉 狊 犻 犫 犾 犲狆 狌 犿 狆犱 狌 狉 犻 狀 犵 狋 犺 犲狑 犲 犾 犾 犮 狅 犿 狆 犾 犲 狋 犻 狅 狀狅 犳 犻 狀 狊 犻 狋 狌犾 犲 犪 犮
9、犺 犻 狀 犵狌 狉 犪 狀 犻 狌 犿犿 犻 狀 犲 犻 狀犃 犿 犲 狉 犻 犮 犪 狀小直径潜水泵选型 洗井用潜水泵一般要求地浸采铀领域使用最多的是直径英寸的不锈钢潜水泵,个别试验点和矿山也使用英寸不锈钢潜水泵。本次洗井试验的注液井套管内径仅有 ,因此用于抽水洗井的潜水泵直径需更小。铀矿冶第 卷抽水洗井的流量越大,洗井的效率就越高。洗井流量既受含矿层渗透性、水位降深的制约,也受潜水泵性能的影响。本试验采区水文地质试验实测某抽液井含矿层地下水静水位为 ,稳定抽水量为 ,稳定水位为 ,渗透系数为 。抽注浸出试验期间该抽液井抽液量与井内水位观测数据见表。试验采区除一口井抽液量约、动水位约 外,
10、其他抽液井抽液量均大于,最深动水位为。表抽注浸出试验期间抽液井抽液量与水位犜 犪 犫 犾 犲犔 犻 狇 狌 犻 犱犳 犾 狅 狑狉 犪 狋 犲犪 狀 犱狑 犪 狋 犲 狉 犾 犲 狏 犲 犾 狅 犳 狋 犺 犲 犲 狓 狋 狉 犪 犮 狋 犻 狅 狀狑 犲 犾 犾 犱 狌 狉 犻 狀 犵 狋 犺 犲 犾 犲 犪 犮 犺 犻 狀 犵 狋 犲 狊 狋日期抽液量()井内水位温度备注 抽注浸出前 提出水位仪试验期间,抽液井没有产生明显的堵塞,而注液井出现了严重的堵塞。洗井前,平均单井注液量降幅达 ,近井地带含矿层渗透性已经严重恶化。洗井时,若预期抽水量为,估计动 水 位 在 左 右;若 预 期 抽 水
11、 量 为,则动水位在 左右。在实际工况条件下,要求潜水泵预期抽水量对应的扬程要大于动水位。抽水洗井初期,洗井水一般都含有大量泥砂。试 验 采 区 抽注 液 井 过滤 器筛 网的 孔 眼 直径 为 ,理论上洗井时透过筛网涌入井筒内的碎屑 粒 径 ,包 括 岩 石 学 上 的 细 砂(犱 )、粉砂(犱 )、黏土(犱 )碎屑 以及化学沉淀物。孔壁和过滤器间的环空没有充填砾石,洗井过程中孔壁可能会出现垮塌掉砂现象,泥砂含量会更多。因此要求潜水泵具有较高的抗砂能力。本试验采区浸出液 约为,属于中性至弱碱性环境,()约为 。含矿层溶液腐蚀性弱,对潜水泵材质的抗腐蚀性要求不高,材质不锈钢即可满足试验要求。小
12、直径潜水泵选型为了选购合适的潜水泵用于洗井,筛选了个品牌小直径 材质不锈钢潜水泵,其性能指标见表。表小直径潜水泵的性能指标犜 犪 犫 犾 犲犘 犲 狉 犳 狅 狉 犿 犪 狀 犮 犲 犻 狀 犱 犲 狓狅 犳 狊 犿 犪 犾 犾 犱 犻 犪 犿 犲 狋 犲 狉 狊 狌 犫 犿 犲 狉 狊 犻 犫 犾 犲狆 狌 犿 狆品 牌型号直径额定流量()额定扬程额定功率 产地潜水泵 型深井泵 国产潜水泵 国产潜水泵 国产潜水泵 国产潜水泵 意大利潜水泵 丹麦从表可看出,小直径潜水泵的流量、扬程均偏小;国产品牌小直径潜水泵与国外品牌相比,性能指标基本相近。在调研过程中,和品牌不提供潜水泵型号,不提供流量扬程
13、曲线,其性能指标的可信度不高。意大利产潜水泵额定流量太小。丹麦产潜水泵是多数地浸铀矿山在用的潜水泵品牌之一,口碑普遍较好,其电机和泵体性能优良,耗电第期姚益轩,等:地浸采铀注液井小直径潜水泵抽水洗井试验量低。本试验拟选用丹麦产 型不锈钢潜水泵。潜水泵特性及流量扬程检验 潜水泵特性 型潜水 泵 直 径 ,额 定 流 量 ,额定扬程 ,长 ,净质量 ;潜水泵配备 型永磁电机,电源频率 ,额 定 转 速 ,输 入 功 率 ,额定功率 ,额定电流 ,工作电压 ,适配三芯 电缆;最 大 运 行 压 力 ,出 水 口 直 径,用于 抽取 稀 薄、干 净、无 腐 蚀性 或 爆 炸性、不含固体微粒或纤维的液体
14、,液体含砂量不高于。型潜水泵属于轻巧型小直径不锈钢潜水泵,具有软启动、干转保护、轴向窜动保护、过压和欠压保护、过载和过热保护等功能。为永磁转子型单相电机,效率高,可在较广的负载范围内高效运转(图)。型潜水泵叶轮为“漂浮”式设计,每个叶轮都有独立的碳化钨陶瓷轴承(图),过流部件采用经 玻璃纤维强化的尼龙制成,潜水泵抗砂性能好。图电机效率曲线比较犉 犻 犵 犆 狅 犿 狆 犪 狉 犻 狊 狅 狀狅 犳犿 狅 狋 狅 狉 犲 犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 犮 狔犮 狌 狉 狏 犲 狊 潜水泵流量扬程检验由于在实际工况条件下潜水泵提升介质的理化性能、供电电源特性等与实验室条件不同,实测的流量扬程曲线与实
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