CN101057059A - 安装用于吸取海水的水平导管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种安装用于收集海水的水平导管的方法，该收集模式使用到了用于孔的水平方向钻孔(HDD)，其中，利用钻孔器对其加宽，钻探泥浆用于对由此形成的通道进行压实，并且接下来安装导管。根据本发明，沿大海方向从海岸线后方开始进行一个或多个水平方向钻孔(HDD)的孔，使得这些孔延伸穿过预定的水下生产层。接着，将管状导管插入到前述孔中。将所述导管仅在相应于预计生产区的区段处开槽或打孔，同时保持其余区段是封闭的。所述孔与导管之间的空间在非生产性的部分处被密封。

Description

安装用于吸取海水的水平导管的方法

技术领域

本发明涉及一种安装用于收集海水的导管的方法。

背景技术

目前，用于诸如脱盐、冷冻加工、休闲娱乐、和体育运动等目的的海水收集，可通过各种各样的方法来实现，在这些方法中以下方法引人注目：

通过开口取样的收集：是直接取自海水的收集，该收集通过进入水中一预定距离处的水下接触器来完成，并取决于海洋环境的物理特性以及对海底的探测(sounding)。导管的水下端装配有开口头部，以通过安装在陆地上的泵的泵送使海水直接进入。

通过竖直井的收集：竖直井是在陆地上钻出的深度变化的井，并穿入存在于海岸线横断面(profile)中淡水-盐水表面的下方。海水通过海底粒状岩石质中的孔隙而渗透至陆地，直至与来自陆地并流入大海的淡水流达到静水压平衡。用于泵送海水的竖直井必须穿过这个平衡面以获取盐水，以便于将相应的过滤管安装在底部，其中将放置将要泵送这些盐水的泵。在这种情况下，岩层起着天然过滤器的作用，提供优异物化性质的水，这些水全年几乎保持恒定温度，同时不会受到外部气候条件的影响。

这两种方法具有它们的缺点。对于第一种情况，其缺点是由于直接收集水，所以存在悬浮成分并且水温变化。对于第二种情况，根据底层是否渗透的程度，需要泵在地下水位中具有很大的动力降(dynamic decrease)，这将产生非常深的泵送锥(pumping cone)，其可影响在所利用的地下蓄水层上部中的淡水流动。这导致所泵送的水的化学组成的变化，以及基本上影响其它方面经常利用的地下蓄水层的淡水，引起或加速海水侵入陆地淡水的进程。同样，在这种情况下，深的泵送锥的存在可能产生具有较大梯度的水流，这种水流能够将地下蓄水层中的细小物质卷向泵送井，增大所泵送的水的浊度以及被卷入的固体出现的程度，这将负面地影响随后的过滤和处理过程，使得常规收集过程更昂贵。

另外，在需要较大收集流的情况下，对于彼此适宜间隔的井，可能需要池(battery)以避免动态泵送的问题，因此需要由这些井的池所占据的较大的表面，这对于海岸旅游区来说多少有些不方便，并且不易于获得这样的空间。

作为本发明的背景，考虑德国专利DE313221，其披露了一种铺放用于不同流体的包括导管在内的地下管道的方法，以及用于该工作的设备。

在该专利中，利用导向水平钻孔(GHD)的方法来挖掘地下通道，并引入受套管保护的导管，该套管在一旦安装完成后就被收回。

该专利方法的问题在于，首先导管的保护套管增加了材料成本和劳力，并且减慢完成工作的速度。

另外，保护套管所需的额外尺寸增加了项目的经济成本。

另一个问题在于这样的事实：根据该方法安装的导管可能影响(affect)可能具有不同污染物的不同地下水位，并且甚至使得健康地层被其它污染底层所影响；因此，除了前述的健康地层污染的负面作用外，收集的水不适用于娱乐休闲用途或脱盐。

另外，所使用的系统没有从井的密封方面出发来考虑任何用于除去碎屑(岩屑，detritus)的系统，这降低了导管的性能。

最后，在该专利中，通过从与井的相对于起始点的相反端引入钻孔器来完成加宽工作。这表明来自钻孔的泥浆逻辑上通过被加宽的侧边排出，当朝向海钻孔时，泥浆将朝向该侧边，因此钻探泥浆没有被回收而将污染大海。

发明内容

本发明的方法包括，在对具有生产性的部分或区域的生产能力和位置进行适当水文学和地质结构研究之后，从邻近海岸线的区域中的陆地开始并朝向大海的一个或多个钻孔中的导向水平钻孔(GHD)，穿过预期因为多孔性和破碎性而能够提供足够渗透性的区域，以确保在所有时间为待开发的海洋蓄水层进行补充，并且直至在最后稍微向上的部分到达海底。

GHD系统使得钻头被导向，以在具有生产性的地下蓄水层中钻出非常长的孔(长于600m)。这种技术使得可以从陆地开始进行钻孔并延伸入大海中，同时不会影响中间部分。对于钻头的定位，使用具有厘米级定位精确度的磁导航系统，使得钻孔的导向可以获得最佳目标。该方法的这个部分被称为导航钻孔(导向钻孔，pilotdrilling)。

在导航钻孔后，通过推挤(pushing)来加宽该孔，借助于注入钻探泥浆来回收碎屑，然后，在通道中引入管状导管，以通过生产层来吸收水。导管的开口(无论它们是钻孔还是穿孔)在铺放导管前仅被布置在预计是具有生产性的区域的位置，其中地面渗透是最优选的，并为了避免从不希望的区域进行收集。可从海床进入导管的端部，在这种情况下，该端部装配有在维修时可被打开的盖子，或者稍微掩埋该端部以使该管保持在地下并且从海床或海底不可进入。

在多重安装的情况下，导管优选铺放成扇形排列，从陆地上的吸收中心点进行分支，以防止对不同导管的吸取的相互影响。

所安装的导管的纵向轮廓可以置于在用于陆地水的收集点处，该收集点所处的水平位置低于收集区域，为此将需要进行直接泵送，以吸取导管中收集的水。该收集点还可以在比收集区域更深的深度而设置于陆地上，导致朝向收集点的自然引流(导流，drainage)，其中，将设置泵送集水坑，这有利于多重吸收的多个导管的情况。

因此，本发明的方法具有以下优点：

-在不允许占据海岸线本身的情况下，收集点位于内陆，占据有限空间。

-如果用于安装水平导管的钻孔可从海岸陆地区域外开始进行并占据有限空间的话，对海岸线没有多少实质的影响。

-对大海中的海洋生长环境以及海上度假休闲活动没有多少影响。

-消除了对于在安装导管时在海底挖掘沟渠的需要，避免了石方爆破、防波堤的构建、海底拖动等，从而将不存在对海洋环境的物理和生物的影响。

-因为该导管被钻孔并埋入海洋底层从而阻止它们被进入或被破坏，所以对水平导管没有多少由于波浪、潮汐、和涌流而引起的动态海洋腐蚀作用的影响。

-通过从海底底土进行的吸收，使得收集的水具有与海水一样的质量，并具有恒定温度。

-通过可渗透海洋底土进行海水的过滤，消除了浊度。

-在海底本身处对盐水蓄水层进行持续补充，因而避免了可能的向内陆推进的侵入楔的形成。

-吸收的水具有均匀温度。

附图说明

图1 示出了通过本发明方法待安装的导管的示例性图示。

图2 示出了类似于图1的图示，其中示出了地质形成。

图3 示出了在未压实海底(沙)中的本发明的具体实施方式。

图4 示出了根据本发明的多重安装的导管的视图。

图5 示出了压实的海底(岩石)的钻孔的示意图。

图6 示出了根据本发明的在引入导管之前的加宽的详细视图。

图7 示出了根据本发明回收泥浆和清理的详细视图。

图8 示出了通过对导管与非生产区域中的通道之间的空间进行水泥灌浆而实现的密封的视图。

图8示出了水泥灌浆过程的详细视图。

具体实施方式

本发明的方法包括：

-从海岸线2后方(有可能从海底3下方的陆海(Terrestrial-Maritime)线2a)实施导向水平钻孔1，直至通过最后的稍微向上延伸的部分4而到达海底。

图2示出了一个具体实施方式的实施例，其中，通过可渗透岩石的生产层5来完成钻孔，该生产层5位于基本不可渗透的鲕状岩沉积(其沿海岸线存在)的另一层6的下面，并且位于水中的沙子层7的下面，该沙子层也是非常可渗透的形成的。该钻孔还穿过位于陆地上的基本不可渗透的石灰沉积层8，并且该石灰沉积层包含受农业行为和富含有机物质的古老泻湖污染的水。

在该实施例中，生产区域9位于直接接触海水的可渗透层中。

-借助于从陆地向大海而推动的钻孔器15，通过位于导航钻孔内的前导向系统15a以及用于校验钻孔器在前述导航钻孔内的正确位置的导航系统15a来加宽该导航钻孔，从而利用加宽操作的好处，努力提高泥浆返回陆地以及使得钻孔清理更好。

从钻孔中抽取碎屑的过程在于，注入足够的钻探泥浆流，以使在所钻通道内的流体可以循环，从而被腐蚀的物质可以被输送到位于陆地上的进入点，进而在整个路径上获得干净的钻孔。

-借助于GHD机械，在根据前述步骤而得到的钻孔10中引入管状导管11，在对应于生产延伸或延伸部分9的区域中具有孔或槽。导管或过滤器被预制为所需长度，或者在陆地上制备，焊接多个部分，并根据可渗透部分的地形特点在这些部分中形成孔和槽。一旦制成，利用合适的船或汽艇将其运送至大海并拖入大海中，直至到达伸出轴(projecting shaft)的将由对于通道海底开口的端部所连接的点。导管连接在加宽器或钻孔器15的后面，并且在通过从陆地拖动而收回该钻孔器时，相应的导管同时被引入，直至到达钻孔机，因此被安装在通道内。

在这个过程中，使用适于使得钻孔中可能出现的沙子保持悬浮的钻探泥浆，并且这将在安装过程中提供对于导管的润滑。

-导管的泵送，用于清理和收回所使用的钻探泥浆和碎屑(钻出来的物质)。对于这个工作，将在陆地上安装自吸泵送设备，并且如果有必要，在海中也安装，以提取这些流体，直至干净的水流过所述管。

-使用由水泥和水搅拌器(制成待注入的水泥浆)制备的抗硫水泥(水泥浆)来水泥灌浆或密封在生产区域9之外的剩余部分中的孔与导管之间的环形空间12。对于这种注入，导向水平钻孔装置借助于活塞泵来注入水泥浆17b，该导向水平钻孔装置具有位于导管或已安装管与所钻的孔之间的适合点17a，该活塞泵通过该机器的轴杆而迫使材料到达密封点。

以递减方式完成水泥灌浆，即，使钻轴进入待灌浆的点，并在注入必要体积的水泥浆的同时逐渐回收(collect)。

-通到海底的导管的端部可装配有盖子13，该盖子可在维修时被打开，或可朝向通道内部收回至更大或更小程度，以便进行随后的掩埋过程，这样就不会在海底留下痕迹。该具体实施方式的这种变型在附图中没有示出。

-清理水平导向钻孔设备，以去除钻孔期间形成的并封住该孔的沉积物18，并扩展邻近蓄水层。为了去除该沉积物，通常将使用分散剂，以使泵可更好地运行。通过插入清洗滚筒19来实现分散剂的注入和沉积物的清理，该清洗滚筒借助于钻孔设备而位于生产区域9中，以便进行高压(大于50bar)清理。

如果认为有必要，可以将压缩空气从陆地注入导管，以便打开已有碎片，并提高该方法的产率。

在一些情况下，可通过一种酸来酸化该导管，以清洗和打开更多的用于水的进入点，并提高产率。

-测量所安装的导管，以检查该导管的实际容量以及对其它清理过程的需要。

-对于多重安装，如图4所示，将导管11排列成扇形，以获得最佳产率和具有影响的相互流动。在陆地上，这些导管集中在泵送的集水坑14上，迫使所收集的水从该集水坑流向使用中的装置。

图5示出了用于压实的岩石部分的导管从岩石形成部20向前进入大海。

图3示出了用于在基于沙子21的未压实层中进行吸收的实施例。在这种情况下，被引入的导管具有套管的保护(未示出)，因为对套管的拖拉几乎不具有阻力(在钻孔过程中安装有该套管)，所以该套管便于在后来被撤出，并且在导管与通道之间空间的相应区域中进行水泥灌浆和密封。

利用充分描述的本发明的特性以及其实践具体实施方式，应当声明，在没有改变基本原理的情况下，前述和附图中所示的布置的具体细节可以进行更改。

Claims (16)

1.一种安装用于吸取海水的水平导管的方法，所述方法的类型为使用导向水平钻孔(GHD)，同时借助于钻孔器来进行加宽并利用钻探泥浆来压实所钻通道，并进而安装所述导管，其特征在于，单孔或多孔的所述导向水平钻孔(GHD)是从海岸线后方并朝向大海而实施的，且跨过预定的水下生产层；在所钻出的孔中引入管状导管，所述管状导管仅在对应于预计生产性的区域的延伸部分中具有槽或孔，而在其它部分中保持封闭；所述孔与所述导管之间的空间在非生产性的部分中是密封的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻孔通过稍微向上倾斜的非生产性的部分而接近海底。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻孔的加宽工作是利用钻孔器来完成的，所述钻孔器是在压缩状态下从陆地沿大海方向被引入的，并且与导航系统结合。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述加宽工作过程中，通过注入钻探泥浆流来抽取碎屑。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述导管是从大海引入的，所述导管已通过合适方式被预先运送到那里并被附着于所述钻孔器的轴杆。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述泥浆对所述导管的安装进行润滑。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可从海底进入被安装的所述导管，所述导管在相应端部安装了为进行维修和清理可被打开的盖子。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，被安装的所述导管在对应于海底的端部处被稍微收回到所述通道中，以便将其掩埋并且不影响所述区域。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在导管的密封部分与所述钻孔之间的密封是利用抗硫水泥来实施的。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述水泥以递减方向放置，其中，在所述通道与导管之间的空间中预先引入具有适合尖端的PHD。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述导管引入后，所述钻孔沉积物被清理，以便扩展所述导管。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过将清洗滚筒引入所述导管中并借助于分散剂来实施对于所述沉积物的清洗，所述清洗滚筒在高压下注入清洁水。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可选地将空气从陆地注入所述导管，以便打开已有的碎片并提高性能。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述安装多重导管中，这些导管被排列成扇形，从陆地上的收集中心点朝向大海展开。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过朝向位于陆地上低于所述生产性区域的深度的集水坑的自然流动而完成进入所述导管的水收集。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于进入所述导管的水的抽取是通过直接自吸泵来完成的。

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