張青海

(核工業(yè)二〇八大隊，內蒙古 包頭　014010)

在地浸砂巖型鈾礦普查、詳查或在鈾礦床后續(xù)的地浸開采工作中，需要測定放射性平衡系數，進行平衡破壞規(guī)律的研究，并對γ測井(或γ取樣)的測量結果作平衡破壞修正(章曄等，1990)。鈾鐳平衡系數和鐳氡平衡系數為主要的評價指標，鈾鐳平衡系數可通過取樣分析獲得，而物探參數孔是獲取鐳氡平衡系數的重要途徑，參數孔的建井質量是確定鐳氡平衡系數準確性的關鍵。在參數孔施工中，通過地球物理測井技術來揭露礦體情況和確定建井質量(劉則堯等，1990；余水泉等，2003；何春明等，2006)。且現今地球物理測井技術在地浸工藝及物探參數孔施工流程中基本達到了生產需求，并取得了明顯的應用效果(李強等，2016)。筆者對近幾年在鄂爾多斯盆地東北部完成的物探參數孔施工流程進行了詳細的剖析，針對參數孔作業(yè)現狀和存在的問題，提出建井工藝及γ狀態(tài)觀測方法技改的建議，并以實例驗證技改的可行性。

1　參數孔施工現狀

近年來在鄂爾多斯盆地東北部，隨著砂巖型鈾礦找礦工作的不斷深入，已施工完成了一定數量的參數孔，參數孔的建井工藝和技術也得到了長足的發(fā)展，方法也日趨成熟和完善；但在實際工作中難免會遇到一些新的問題需要解決，常規(guī)的施工模式有待進一步改進。

參數孔的布設原則：根據礦體形態(tài)、品位、厚度、埋深及礦層的滲透性，在礦體不同地段和不同部位布設，參數孔應均勻分布、并具有代表性*苗愛生，王貴，邢立民，等.2012.內蒙古達拉特旗納嶺溝鈾礦床普查(內部資料):135-136。

物探參數孔常規(guī)作業(yè)流程：選址、設計、變徑止水段鉆探、擴孔、井徑井斜測量、鉆探成井、綜合測井、鐵套管下置、頂板止水、鋼套管底部封堵、洗井、γ狀態(tài)觀測。

1.1　常規(guī)裸井鉆探

根據地質設計要求，專門設計的水文孔、物探參數孔及有特殊要求的鉆孔，巖心采取率不低于85%(姜德英等，2003)。鉆孔采用常規(guī)口徑的鉆具施工，進行止水段鉆探，井孔口徑為φ110 mm，鉆進至隔水頂板后，再將井口至隔水頂板處擴成φ152 mm口徑的井孔，隔水頂板保留約1.50 m不擴穿。擴孔后，需將鉆孔內的殘渣清理干凈，換用新鮮泥漿，進行井徑井斜測量。測井結束后，按設計要求立即進行目的層的鉆進施工，三個階段鉆探施工的鉆孔深度及變徑止水位置見圖1。

1.2　地球物理測井

成井后，用新鮮泥漿沖孔后，進行地球物理測井，以便準確定位參數孔γ強度、建井質量和變徑止水位置。一般測井方法有γ、視電阻率、自然電位、井徑、井斜等，對物探參數孔、水文孔、工程鉆孔，應增加井溫井液電阻率、聲波等測井方法(常桂蘭等，2003)。這些是評價建井質量的重要指標。

1.3　套管底部封堵

地球物理測井工作結束后，進行φ89 mm無縫鋼套管的下置工作，止水位置及成孔精確深度以測井結束后提供的數據為準。采用止水托盤纏繞干海帶的方法進行密封止水。套管接口處使用螺扣加涂抹油漆止漏，并擰緊螺扣，外部再用鋼筋焊接加固。

鋼套管下置完畢后，下鉆具用新鮮泥漿沖孔，并盡可能沖洗出目的層段內的泥漿殘渣。沖孔完畢提鉆，向套管內下入圓木塞，用鉆具壓入底板泥巖中一定距離(10～20 cm)，并確保圓木塞留在套管內 (長40～50 cm)，隨后投入直徑約30 mm的黃泥球，投入量由現場情況計算確定，再放入圓柱形壓鐵塊，下入鉆具到孔底壓實，以達到底部封堵的目的。

至此，參數孔的成井工作全部結束。鋼套管的系統(tǒng)下置和底部封堵工作必須在8 h內完成(余水泉等，2008)。

1.4　γ狀態(tài)觀測

成井工作結束后，立即進行第一次γ狀態(tài)觀測。

(1) 氡射氣積累情況采用γ測井方法進行狀態(tài)觀測。測井提升速度，礦段為2 m/min，其它深度段為4 m/min(余水泉等，2005)。γ探測儀器為FD-3019型定量γ輻射儀(上海申核電子儀器有限公司)。γ輻射儀必須在參數孔觀測前進行標定，并在整個觀測過程中使用同一編號的儀器。

(2) φ89 mm無縫鋼套管下置及系統(tǒng)成井工作結束后。以終孔的測井時間為基準，下完套管并將套管充滿清水后測量一次，前3 d每8 h測量一次，4～8 d每24 h測量一次，以后每2～3 d測量一次，直到鐳氡達到平衡。整個觀測時間約為38 d。γ檢查測井次數應不少于狀態(tài)觀測的10%(余水泉等，2008)。

2　存在的問題

2.1　鉆進成井方法

(1) 先擴孔，再進行目的層鉆進成井；這樣可能會出現止水位置井眼不居中，導致鉆孔偏斜距增大，下置鋼套管時困難或無法下置的情況。

(2) 由于止水位置井眼不居中，下置鋼套管時會導致止水盤靠向井壁某一側，盡管鉆孔偏斜距符合要求，但會出現止水位置密封效果不佳，而影響到后續(xù)氡氣的積累以及γ狀態(tài)觀測的結果。

(3) 止水密封層(下部直徑約110 mm)可能被二次鉆進的鉆具(上下鉆)嚴重破壞而擴大(直徑可能達到152 mm)，達不到密封止水的目的，同樣會影響到后續(xù)氡氣的積累及γ狀態(tài)觀測的結果。

(4) 二次鉆進成井后，如果裸孔γ測井解釋結果和井斜測量結果都達不到參數孔的要求(如鉆孔非工業(yè)鈾礦孔或鉆孔水平偏斜距過大無法下置套管)，成為報廢孔。需挪孔或重新選擇孔位，這樣無疑增加了擴孔成本，造成了浪費。

2.2　套管底部封堵

(1) 原先下置套管完畢后，用清水沖孔后向套管內下入圓木塞，并用鉆具壓入底板泥巖中一定距離(10～20 cm)，并保留40～50 cm在套管內，隨后投入直徑約30 mm的黃泥球，再放入圓柱形壓鐵塊；這樣可能存在圓木塞沒有壓入底板泥巖中，出現隨機(幾天或十幾天)上浮，連同黃泥球柱和壓鐵進入礦層或上浮于礦層之上，導致γ輻射儀測不穿礦層或測不到礦層，再重新封堵已無法實施，出現參數孔報廢。

(2) 向鋼套管內下入圓木塞，并用鉆具壓入底板泥巖中一定距離(10～20 cm)，并保留40～50 cm在套管內，這樣在實際操作上就很難把握尺度，尤其對礦層直接上覆于底板之上的參數孔，要求更加精準。另外也存在圓木塞被下壓出套管外，而出現重復封堵的情況，達不到底部封堵的要求或封堵效果不佳，以致影響到后續(xù)氡氣的積累及γ狀態(tài)觀測的結果。

圖1　物探參數孔施工設計示意圖Fig.1　Sketch map showing the design of the geophysical parameter borehole

2.3　γ狀態(tài)觀測

近幾年來，由于鉆探工作量的加大，測井工作量也相應增加，另外隨著每個項目各勘查階段參數孔數量的增加，原先的觀測方法已不適應現在工作的需要，需進行觀測方法的合理改進。

3　方法的改進和建議

基于上述建井工藝和γ狀態(tài)觀測中存在的問題，結合幾年來在參數孔中施工總結的實踐經驗，提出對部分施工環(huán)節(jié)及狀態(tài)觀測優(yōu)化和改進的建議，以便在今后的工作中參考借鑒。

3.1　鉆進方法改進

(1) 改變原來先擴孔再鉆進的成孔方式，采用一次性鉆進成井，沖孔后進行地球物理測井工作，如鉆孔非工業(yè)鈾礦孔或鉆孔水平偏斜距過大，可重新選孔，避免先擴孔再鉆進造成的浪費，降低了生產成本。

(2) 在一次性鉆進成井過程中，建議增加每50 m或100 m進行一次井斜測量工作，以便保證建井質量。

(3) 測井工作結束后，若符合參數孔的要求，則再按原先的設計進行擴孔，可減少對變徑止水密封層的破壞程度，又可保證原孔眼相對居中。擴孔完成后，再進行井徑測量，確定止水位置，之后再按要求開始鋼套管的下置工作。

這樣的成井方式可克服原來成孔的不足和缺點，達到節(jié)能增效的目的。

3.2　套管底部封堵方法改進

針對上述底部封堵出現的問題，提出改進的方法。下置套管前，將中間帶有20 mm圓孔的錐形堵頭以螺絲扣的形式與套管底部連接，并將直徑為40 mm的鋼球放入，也使用螺扣加涂抹油漆止漏。在下置過程中，泥漿可通過底部圓孔頂起鋼球進入套管內，加接鋼套管時，鋼球會自然落下封口。然后與常規(guī)方法一樣下置套管，完畢后，用清水洗孔，隨后投入直徑約30 mm的黃泥球，投入量現場計算確定，再放入圓柱形壓鐵塊壓實；洗孔結束后，開始第一次γ狀態(tài)觀測。

(1) 按照現行改進的封堵工藝，可以避免原先封堵時，圓木塞可能沒有被壓入底板泥巖中，或被壓出套管外，再進行重復封堵，而達不到底部封堵的目的或封堵效果不佳的情況出現。也可以避免部分地段由于隔水底板(泥巖或粉砂巖)很薄或不連續(xù)，以及在底板之上發(fā)育有底礫巖的區(qū)段，圓木塞無法被壓入底板中，而出現底部封堵困難的情況。

(2) 按照現行改進的封堵方法，如果礦層與隔水底板距離較大(大于10 m或30 m)，鉆進成井時，穿過礦層3～5 m即可終孔，進行下一步的封堵工作。不必鉆進至隔水底板，避免鉆探工作量的浪費。

這樣的封堵方法可一次性完成，避免了原來重復封堵或封堵效果不佳的情況出現。既簡化了參數孔的封堵工序，也彌補了部分地段特殊底板封堵難的問題。同時也擴大了今后設計參數孔時的選址范圍，提高了套管封堵質量，同樣也降低了生產成本。

3.3　γ狀態(tài)觀測方法改進

有些地區(qū)，由于鉆探工作量的加大，原先的觀測方法已不適應工作的需要，須進行觀測方法的合理改進。

(1) 物探參數孔封堵后，由于前3 d氡射氣積累緩慢，單天測量3次的γ計數雖增加，但變化不大，可將前3 d測量次數改為一次，以后2～3 d測量一次，共觀測38 d。改變原來(前3 d每8 h測量一次，之后的4～8 d每24 h測量一次，以后2～3 d測量一次)的觀測方法。這樣既不影響參數孔的觀測質量，又保證了其它參數孔及地質孔測井工作的順利完成。

(2) 參數孔封堵后，γ測井提升速度，礦段為2 m/min，穿過礦層后，由于非礦段的γ計數不參與統(tǒng)計計算和趨勢分析，參照測井下放速度不大于20 m/min(余水泉等，2005)的規(guī)范標準，其它深度段測井提升速度，可由原來的4 m/min提升到10 m/min以上，以便提高測井效率，而并不影響γ狀態(tài)觀測質量。

4　實例檢驗論證

根據成井工藝及γ狀態(tài)觀測方法的改進建議，結合核工業(yè)二〇八大隊地勘二處在鄂爾多斯盆地東北部承擔的XX年度“內蒙古達拉特旗納嶺溝鈾礦床普查”項目的要求，在該地區(qū)沙沙圪臺和納嶺溝地段中侏羅統(tǒng)直羅組地層施工兩個物探參數孔WT-17和WTn-1 (圖2)。

圖2　WT-17和WTn-1 γ狀態(tài)觀測曲線圖Fig.2　γ diagram of the borehole WT-17 and WTn-1

γ狀態(tài)觀測結束后，采用非線性擬合方法對參數孔γ狀態(tài)觀測曲線進行擬合。鐳氡平衡系數用物探參數孔狀態(tài)觀測曲線的擬合曲線測量時間t趨于0的極限值與趨于無窮大的極限值之比確定(余水泉等，2008)。

原始狀態(tài)下裸孔γ測井結果可作為擬合曲線t趨于0的極限值。將γ狀態(tài)觀測最后三次測井結果的平均值可作為擬合曲線t趨于無窮大的極限值。對裸孔γ測井結果應進行沖洗液吸收系數修正，狀態(tài)觀測γ測井結果應進行鋼套管和沖洗液吸收系數修正(余水泉等，2008)。

鐳氡平衡系數計算如下：

(1) 沙沙圪臺地段

WT-17成井后原始γ計數和(礦段面積)

Sum(γ) = 189656，沖洗液修正系數0.809

Sum(γ)修=sum(γ)/0.809=189656/0.809=234432.6

狀態(tài)觀測最后三次γ計數和(礦段面積)的平均值

Sum(γ均) =(169686+170193+170901)/3=170260，

沖洗液、鋼套管修正系數0.677 3

Sum(γ均)修=Sum(γ均)/0.6872=170260/0.6773=251380.5

鐳氡平衡系數PRa=Sum(γ)修/Sum(γ均)修= 234432.6/251380.5=0.93

礦心鐳含量分析結果與γ測井解釋結果對比計算的鐳氡平衡系數為0.90

該地段鈾礦體(帶)鐳氡平衡系數的算術平均值為0.95

(2) 納嶺溝地段

WTn-1成井后原始γ計數和(礦段面積)

Sum(γ)= 31102，沖洗液修正系數0.791

Sum(γ)修=sum(γ)/0.791=31102/0.791=39319.9

狀態(tài)觀測最后三次γ計數和(礦段面積)的平均值

Sum(γ均)=(29563+29655+29903)/3=29707

沖洗液、鋼套管修正系數0.687 2

Sum(γ均)修=Sum(γ均)/0.6872=29707/0.6872=43229.05

鐳氡平衡系數PRa=Sum(γ)修/Sum(γ均)修=39319.9/43229.05=0.91

礦心鐳含量分析結果與γ測井解釋結果對比計算的鐳氡平衡系數為0.89

該地段鈾礦體(帶)鐳氡平衡系數的算術平均值為0.92

根據參數孔的計算結果，獲取沙沙圪臺和納嶺溝地段單孔的鐳氡平衡系數分別為0.93和 0.91，與礦心分析與γ測井解釋結果計算出的鐳氡平衡系數(0.90和0.89)比較接近。與對應兩地段參數孔的平均計算值(0.95和0.92)相差甚小。說明改進的方法是成功的、可行的。

以上結論為兩物探參數孔的作業(yè)成果，氡射氣積累趨勢見圖2，γ檢查觀測結果及計算誤差都符合設計和規(guī)范要求。通過優(yōu)化參數孔的建井工藝和觀測方法，提高了工程質量，縮短了建井和測井時間，既完成了項目的生產任務，又結合研究課題驗證了技改的合理性和可行性。

5　結論

物探參數孔是地浸砂巖型鈾礦普查、詳查、鈾礦床開采工作的重要組成部分，對于參數孔建井工藝和測井技改的研究，文中列舉了針對建井環(huán)節(jié)中的擴孔方式、鋼套管底部封堵方法、測井觀察次數和測井速度等存在的問題和不足，在原來成熟經驗的基礎上，提出改變擴孔順序、改進底部封堵工藝、減少前期γ狀態(tài)觀測次數和提升非礦段測井速度的技改措施，防止原來成井時對變徑止水段的破壞，避免了重復封堵或封堵效果不佳的情況出現，也彌補了部分地段特殊底板封堵難的問題，既簡化了參數孔的封堵工序，也擴大了今后參數孔設計的選址范圍，同時也提高了測井效率。在一定程度上解決了在物探參數孔施工中遇到的新問題，取得了工藝改進預期的效果，達到了節(jié)能增效的目的。并通過實例成井任務的檢驗活動，驗證了技改的合理性和可行性。值得在今后的工作中借鑒和推廣。

另外，影響建井質量的因素還有很多，如鉆探地層結構、礦體埋深、鉆井設備、鉆探工藝、配套材料、施工效率等，這些都需要在實踐工作中逐步優(yōu)化和完善，并建立科學合理的準入制度，使物探參數孔的成井工藝和技術更加系統(tǒng)化、專業(yè)化和規(guī)范化，能更好地為鈾礦地質事業(yè)服務。