地浸采矿钻孔中物探测井技术应用

2019-07-22叶雷刚

世界有色金属 2019年10期

叶雷刚

（核工业二0三研究所，陕西咸阳 712000）

地浸采铀钻孔是一项十分关键的工程，其主要作用是对地质信息进行揭露以及浸出铀矿石。在地浸采铀钻孔过程中应用物探测井技术，有利于为地浸采铀钻孔提供有效的信息，比如地质、物理等重要数据资料，进而保障地浸采铀的顺利生产，提升地浸采铀钻孔水平，提高其生产效率[1]。

1 物探测井技术概述

1.1 地浸采铀钻孔中应用物探测井技术的目的

地浸采铀的矿床通常是外生后成铀矿床，一般是沉积岩型，可地浸砂岩层是含铀矿层，其顶板和底板一般是不透水的砂泥质岩[2]。按照相关地质条件及其岩层的特征，可以通过一些的研究试验选出最佳的几种测井方法，从而进行多参数的组合测井和解释，其结果能够为地浸采铀的生产技术管理以及地浸科学试验等阶段提供重要的数据信息，从而提高地浸采铀的效率，增大地浸采铀的经济收益。

1.2 物探测井技术的重要性

在地浸采铀钻孔中应用物探测井技术主要发挥了以下作用：第一，生产探矿阶段：对岩层进行详细划分，并识别岩性，从而制定钻孔地质柱状图；对铀矿层的厚度、深度以及品位进行确定；对含铀矿层的渗透程度进行明确；精确计算含泥量、含水饱和度以及孔隙度；计算钻孔的孔径、井斜及井温等；第二，采准阶段：由于钻孔的安装质量和技术状态会直接影响到地浸的工艺指标，所以需要定期检测钻孔的技术状态，确保套管安装的完成程度，计算套管的破裂性质、破裂部位和溶浸液通过破损位置的流量；对安装过滤网管的操作正确性以及运行状态进行检查；对钻孔安装管外部空间的水泥固井的质量进行检测，明确水泥环的安装位置。第三，回采阶段：对钻孔的技术状态进行定期检测；对铀矿层的剩余铀含量进行详细测量；测量铀在砂岩与泥岩之间的二次沉积情况；检测隔水层外部是否有酸化工艺溶液漏出；对酸浸液分布区域以及岩矿层的酸化渐变过程进行确定。第四，终采回水阶段：在终止浸出的过程中一般是选用直接测铀的技术方法，通过分析抽出液来对临界铀含量的可靠性差进行确定。由于产品液会流入附近块段并浸出额外的铀，所以要对岩矿层酸化措施的降低效果进行测量。第五，在地浸采铀钻孔中，还可以使用物探测井技术来对酸化济液在地浸地段和其周围地段的流动范围进行直接监测[3]。

1.3 常用的物探测井技术及其功能

表1 常用的物探测井技术及其功能

2 地浸采铀钻孔中应用物探测井技术存在的问题

近年来，我国地浸采铀钻孔和物探测井技术获得了显著的发展与进步，但与此同时，也面临着一些问题。比如，在地浸采铀钻孔施工过程中遇到着矿石品位不佳、矿石厚度较大、矿石的埋藏深度大、矿石偏铀或者矿层的涌水量过大等现象时，即便使用了物探测井技术也会存在着一些不足之处，仍需要我们对其进行深入探究。

2.1 没有详细划分岩矿层，过滤器安装问题

填砾式是我国地浸采铀钻孔中的常见结构，如果是在主矿层正对面来安装过滤器，可能会导致浸出单元主矿段出现错位的现象。举例说明，随着地质勘查技术水平的进一步提升，我国北方地区的砂岩型铀矿出现了含矿层或含水层过厚、铀品位低等新特征，矿体的产出形态出现较大的垂向差异，在某些单矿段之间呈现出泥粉质夹层的现象。如果正对着主矿层来安装过滤器，使用这种安装技术很容易引起浸出单元主矿段错位的问题。在含矿层、含水层中，浸出剂的主要形态是层流，会导致矿体的渗流路径与浸出剂的渗流路径不一样，存在一定的区别，进而使得浸出液铀的浓度不高。

2.2 矿体品位偏低，厚度大，钻孔过滤器过长

在地浸采铀钻孔中，一般会选用长度与矿层厚度类似的过滤器。

例如二连盆地A铀矿扩大试验中的六个单元矿体，在经过铀镭、镭氡等修正后的平均厚度达到11.57m，厚度最大达到了17.25m。安装的过滤器的长度范围一般为8m至16m。美国等国外的地质专家认为：随过滤器的长度改变，地浸采铀钻孔的抽水量也会随之发生变化。过滤器的长度在6m之内，在钻孔的抽水过程中，上部的出水量较大，而下部的出水量较小，出水量与深度从上至下呈现倒三角形的形状分布，当深度为6m时，则出水量为0。这就表明，如果矿层的厚度大于6m，抽出井附近矿层会出现开采不均匀的现象。要想解决这类问题，就必须处理好过滤器的长度与抽水量之间的关系。

2.3 偏铀矿石品位低，导致浸出期较短、浸出率不高

就二连盆地的情况而言，A铀矿铀的品位偏低，一般在0.01%至0.02%这一范围内，经过铀镭和镭氡修正后，能够在一定程度上增加矿体的厚度，从而大量增加单孔单位面积的铀质量与资源量。

从现场的浸出试验可以得出：该铀矿扩大试验区的某些单元存在铀浸出期短、浸出概率不高、资源利用率低等问题。

3 地浸采铀钻孔中物探测井技术的应用

3.1 岩矿层精细划分与综合测井技术

在一些砂岩型铀矿砂体结构比较简单的地区，进行地浸采铀钻孔时一般选用的是填砾式结构，正对着主矿层来安装过滤器。虽然这种过滤器安装技术在部分地区能够取得可观的经济效益，但在砂体内部结构比较复杂的地区则效果不明显。一旦砂体结构复杂，则会使得矿体的产出形态为多层、不连续状的，在配置过滤器时存在一定困难，矿石浸出过程中浸出剂的渗流比较复杂，无法高效利用资源。

在对岩层进行精细划分时，需要遵循一定的规律，即岩性粒度越细，视电阻率越低；岩性粒度越粗，视电阻率越高。岩性不同，密度也不相同，从钙质砂岩夹层、粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、泥岩、碳质泥岩再到煤、其密度是从高到低排序的，钙质砂岩夹层的密度比其它岩层的密度要高，声波时差值则相反。

总之，岩性粒度越粗视电阻率越高，岩性越粗声波时差越小，岩性越粗密度越大，以此为依据，对岩性粒度的差别进行识别。

地浸采铀矿山井场布局通常是“一抽四注”五点型或者“一抽六注”七点型，井距通常有三种类型：25米、30米和35米。这种密集型的井场布局为开展岩矿层精细划分提供了大量钻孔资料。

经相关研究表明：二次成井技术可以有效解决钻孔过滤器安装错位的问题，大大提升地浸采铀的浸出率，且地浸采铀二次成井工艺比地浸采铀一次成井工艺的铀浸出率更高，能够有效提高地浸采铀的浸出率。

3.2 中子测井技术

通过中子测井对浸出单元抽出井和注入井周围铀品位进行了检查，据相关结果表明：注入井周围的测量结果没有铀异常反应，意味着注入井周围的铀已经被完全浸出，浸出效果明显。抽出井周围测量的结果表明铀品位较浸出前偏高，表明铀矿石在抽出井周围可能有铀沉淀的现象。

上述中子测井探索性研究表明：中子测井技术能够直接检测到钻孔周围铀品位。所以，提升低品位铀矿石的浸出率，能够提高地浸采铀生产的稳定性，提高地浸采铀的产能。在测量矿石铀品位的方面，中子测井技术具备直接性与敏感度高的特点，可以选用中子测井技术来对低品位偏铀矿石的浸出效果进行研究，并对低品位铀矿石的浸出性能进行综合评价。