CN103485742A - 一种可简单快速止浆/水的机械式密封塞及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可简单快速止浆/水的机械式密封塞及其安装方法，所述机械式密封塞，包括注浆/水内管、套在所述注浆/水内管外部的套管；所述注浆/水内管的头部具有套在注浆/水内管上的第一钢垫圈、橡胶塞套和第二钢垫圈，所述第一钢垫圈与注浆/水内管固定连接，所述橡胶塞套位于第一钢垫圈、第二钢垫圈之间，所述注浆/水内管的尾部具有外螺纹结构，所述外螺纹部分装配有第一钢垫板以及用于防止第一钢垫板滑动的第一螺母；所述套管的头部与第二钢垫圈相邻，所述套管的尾部外侧均匀设置数个翼板和第二钢垫板；第一钢垫板与第二钢垫板之间设有千斤顶。其具有密封性能好、操作简单省力、无需特殊加工、便于安装和拆卸、重复利用率高特点。

Description

一种可简单快速止浆/水的机械式密封塞及其安装方法

技术领域

本发明涉及地质钻探工程领域，尤其是一种可简单快速止浆/水的机械式密封塞及其安装方法。

背景技术

为了满足岩体加固、防渗水等的需要，岩体高、低压注浆应用已很普遍，某些对地下水位要求严格的工程，如石油储备库水幕系统封油工程，当出现较大的涌水点或达不到最低水位要求时，也需要及时钻孔进行带压注水补充，而注浆、注水孔口的带压密封一直是止水、止浆的一个难点。以往注浆、注水孔口带压密封多采用孔口管封闭和充气式密封塞的方法，但采用孔口管封闭和充气式密封塞等传统带压密封方法封口总体效果差、操作复杂、成本高、工期长，达不到预期效果。

孔口管密封常规的做法是在孔口管周围灌入水泥砂浆凝固固定密封，但在有水环境下，水泥砂浆往往被冲走或稀释，很难凝固，注水时情况更是如此，造成孔口管安装困难、安装时间长、密封效果差，注浆/水孔内压力无法达到设计压力，注浆/水效果差，浆液/水不能确保完全扩散到岩层裂隙中，达不到岩体加固或水幕油封的要求。公开号为CN103216205A专利申请公开的“一种地质钻探用可调孔口密封装置”由中心管、上压盘、承压环、密封圈、下压盘、锁紧螺栓组成，所述中心管上端、下端均可与钻杆相连接，承压环焊接在中心管上，上压盘与下压盘用锁紧螺栓固定在承压环上，密封圈外径与孔口管内径一致安装在上压盘与下压盘中间的环形空间中。孔口密封装置上端、下端连接钻杆后下入孔口管中形成密封。该申请为地质钻探提供一种地质钻探用可调孔口密封装置，可以较便捷地封闭孔口管与钻杆间的环状空间，实现压力堵漏作业，同时具有保压、扶正、防喷、保持孔壁稳定等作用，能够提高钻探效率，有效降低钻探成本。此外，该发明结构简单、加工方便、成本低、寿命长，可以长时间重复使用。

充气式密封塞设备各部位零部件需特殊加工组合而成，同时对橡胶塞有很高的要求，大多需进口，且须与充气泵同时配套使用，操作复杂、成本高、工期长，在高压注浆/水试验中发现充气式密封塞还存在如下两个方面缺陷：其一，其“屏浆时间”短，所谓“屏浆时间”，就是在规定的灌浆压力下，单位时间内的吸浆量已达到结束标准，再延续一定的时间后结束灌浆，延续的时间称为“屏浆时间”。因其内管与塞为一体，内管容易打死，可造成整个塞作废，重复利用率低；其二，其不能采用“带压闭浆/水”措施，造成注浆效果差。所谓“带压闭浆”，就是在灌浆结束后把灌浆塞上的阀门在设计压力下立即关闭，使灌入的浆液长时间保持受压状态，直至压力自行消失到零为止，再打开阀门，取出灌浆塞。公告号为CN201326869的实用新型专利“充气式密封塞”，它包括支架、通过拉杆与支架连接的堵塞支架，堵塞支架由一面开有圆弧凹槽的两个圆台相互连接一体而成，在两个圆台中的任意一个的另一面上设有与圆弧凹槽相通的进气通道，在两个圆台的圆弧凹槽对接形成的环形凹槽内设有气囊，气囊的接头通过进气通道引出。该充气式密封塞可预先根据管径设计制作好，能重复使用，克服了采用法兰或盲头需要定制加工的缺陷；以整体式封堵，安装方便快捷，能快速在管道或阀门内部空腔进行隔离，起到防异物和密封作用；解决了管道、阀门等内部空间隔离的问题。

发明内容

为了解决常规带压密封方法的封口效果差、操作复杂、成本高、工期长、可重复利用率低等缺陷，本发明提供了一种可简单快速止浆/水的机械式密封塞及其安装方法，其具有密封性能好、操作简单省力、无需特殊加工、便于安装和拆卸、可重复利用率高等特点。

一种可简单快速止浆/水的机械式密封塞，包括注浆/水内管、套在所述注浆/水内管外部的套管；所述注浆/水内管的头部具有套在注浆/水内管上的第一钢垫圈、橡胶塞套和第二钢垫圈，所述第一钢垫圈与注浆/水内管固定连接，所述橡胶塞套位于第一钢垫圈、第二钢垫圈之间，所述注浆/水内管的尾部具有外螺纹结构，所述外螺纹部分装配有第一钢垫板以及用于防止第一钢垫板滑动的第一螺母；所述套管的头部与第二钢垫圈相邻，所述套管的尾部外侧均匀设置数个翼板和第二钢垫板；所述第一钢垫板与第二钢垫板之间设有千斤顶。

优选地，所述注浆/水内管尾部的外螺纹部分还设置有位于第一螺母与套管之间的第二螺母，所述套管尾部的端面上设有第三钢垫圈，所述第二螺母与第三钢垫圈相邻。

优选地，所述橡胶塞套的硬度为邵氏硬度60±5度。

本发明所述机械式密封塞的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）测量放样及施钻清孔，确定注浆/水内管的管径和长度、橡胶塞套的管径和长度以及套管的管径和长度；

（2）组装：依次将第二钢垫圈、橡胶塞套和第一钢垫圈套在注浆/水内管的头部，并将第一钢垫圈固定在注浆/水内管上；将尾部焊有多个翼板的套管套在注浆/水内管上，并将套管的头部顶紧第二钢垫圈；将注浆/水内管插入施钻孔口内并顶紧；将第二钢垫板套在套管尾部并顶紧翼板；在注浆/水内管尾部的外螺纹部分套上第一钢垫板并用第一螺母装配到外螺纹部分、顶住第一钢垫板；在第二钢垫板与第一钢垫板之间放置千斤顶；

（3）密封：手动操作千斤顶提供机械力，经钢垫板顶推动套管向前移动，橡胶塞套轴向被压缩、径向膨胀与孔壁紧密结合，实现密封。

优选地，步骤（2）中在注浆/水内管尾部的外螺纹部分套上第一钢垫板之前，还包括在套管尾部安装第三钢垫圈、以及在注浆/水内管尾部安装第二螺母的步骤；步骤（3）中当橡胶塞套与孔壁紧密结合以后，还包括继续手动操作千斤顶提供机械力，使橡胶塞套与钻井岩壁接触产生摩擦力，直至摩擦力大于注浆/水压力，移动第三钢垫圈至套管尾部端面处、旋动第二螺母顶紧第三钢垫圈，以及松动第一螺母、第一钢垫板，取下千斤顶的步骤。

本发明提供的械式密封塞与现有技术相比：具有操作简单省力、密封性能好、无特殊加工零件、易于安装和拆卸、可重复利用率高、成本低、工作效率高的特点。

附图说明

图1为本发明所述机械式密封塞的结构示意图。

图2为所述机械式密封塞的使用状态结构示意图。

图3为本发明所述机械式密封塞的安装流程图。

图中：

1-注浆/水内管，2-套管，3-第一钢垫圈，4-第二钢垫圈，5-第三钢垫圈，6-橡胶塞套，7-翼板，8-第一螺母，9-第二螺母，10-第一钢垫板，11-第二钢垫板，12-千斤顶，13-注浆/水设备。

具体实施方式

本发明所提供的机械式密封塞操作简单省力、能快速止水止浆、密封性能好、零件安装拆卸简单快捷，重复利用率高。下面结合附图以及具体实施例对本发明所述的机械式密封塞结构及安装方法进行详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

图1所示为本发明所提供的机械式密封塞的一个实施例，包括注浆/水内管1、套在所述注浆/水内管1外部的套管2，所述套管2可以采用无缝地质管。所述注浆/水内管1的头部具有套在注浆/水内管1上的第一钢垫圈3、橡胶塞套6和第二钢垫圈4，所述第一钢垫圈3与注浆/水内管1固定连接，所述橡胶塞套6位于第一钢垫圈3、第二钢垫圈4之间；所述注浆/水内管1的尾部具有外螺纹结构，所述外螺纹部分装配有第一钢垫板10以及用于防止第一钢垫板10滑动的第一螺母8。所述套管2的头部与第二钢垫圈4相邻，所述套管2的尾部外侧均匀设置数个翼板7和第二钢垫板11。所述第一钢垫板10与第二钢垫板11之间设有千斤顶12。通过操作位于第一钢垫板10与第二钢垫板11之间的千斤顶12，向前顶进第二钢垫板11，第二钢垫板11通过翼板7将推力传递给套管2，套管2向前移动，压紧橡胶塞套6，橡胶塞套6轴向被压缩、径向膨胀与孔壁紧密结合，实现密封。由于密封时，橡胶塞套6需要承受大于注浆/水压力的作用力，因此，所述橡胶塞套6采用的橡胶应具有中硬度高弹力，较佳的采用邵氏A硬度，最好为邵氏硬度60±5度的橡胶材质。完成密封后，即可在注浆/水内管1的尾部连接注浆/水设备13，例如弯头、球阀、压力表、流量计、单向阀等，开展注浆/水作业。

本实施例中，在所述注浆/水内管1尾部的外螺纹部分还设置有位于第一螺母8与套管2之间的第二螺母9，所述套管2尾部的端面上设有第三钢垫圈5，使所述第二螺母9与第三钢垫圈5相邻。如此设置，当橡胶塞套6与孔壁紧密结合后，继续顶进千斤顶12，使橡胶塞套6与钻井岩壁接触产生摩擦力，直至摩擦力大于注浆/水压力，当使橡胶塞套6与钻井岩壁之间的摩擦力大于注浆/水压力，如图2所示，保证没有外力的作用下，橡胶塞套6也不会由于注浆/水压力而丧失密封作用。移动第三钢垫圈5至套管2尾部端面处、旋动第二螺母9顶紧第三钢垫圈5，以及松动第一螺母8、第一钢垫板10，取下千斤顶12。如此设置，方便后续的注浆/水工序的进行。

下面以上述实施例为例，说明本发明所述机械式密封塞的安装方法，如图3所示。

（1）测量放样及施钻清孔，根据钻孔的尺寸确定注浆/水内管1的管径和长度以及套管2的管径和长度：

注浆/水钻机就位，根据设计点位安排施钻，成孔需竖直、圆顺，防止孔位偏心、孔口坍塌。按设计要求，钻孔至设计深度。使用钻机采用高压风及水将孔内清洗干净。根据设计要求、现场加工条件及地质情况，确定注浆/水内管1管径及长度，确定橡胶塞套6的管径及长度，确定套管2的管径及长度，并现场加工注浆/水内内管尾部的外螺纹以及在套管2尾部焊接翼板7。

（2）组装所述机械式密封塞：

依次将第二钢垫圈4、橡胶塞套6和第一钢垫圈3套在注浆/水内管1的头部，并将第一钢垫圈3固定在注浆/水内管1上。将尾部焊有多个翼板7的套管2套在注浆/水内管1上，并将套管2的头部顶紧第二钢垫圈4。将注浆/水内管1插入施钻孔口内并顶紧；然后将第二钢垫板11套在套管2尾部并顶紧翼板7，在套管2尾部安装第三钢垫圈5、以及在注浆/水内管1尾部安装第二螺母9，使第二螺母9顶紧第三钢垫圈5。在注浆/水内管1尾部的外螺纹部分套上第一钢垫板10并用第一螺母8装配到外螺纹部分、顶住第一钢垫板10。最后在第二钢垫板11与第一钢垫板10之间对称放置两台千斤顶12，完成所述机械式密封塞的组装，如图1所示。

（3）密封：

如图1所示，千斤顶12的底座顶住注浆/水内管1尾部的第一钢垫板10，千斤顶12的前部推杆顶紧套管2上的第二钢垫板11；手动操作千斤顶12提供机械力，经钢垫板顶推动套管2向前移动，橡胶塞套6轴向被压缩、径向膨胀与孔壁紧密结合，继续操作千斤顶12提供机械力，使橡胶塞套6与钻井岩壁接触产生摩擦力，直至摩擦力大于注浆/水压力，保证没有外力的作用下，橡胶塞套6也不会由于注浆/水压力而丧失密封作用，如图2所示。然后，移动第三钢垫圈5至套管2尾部端面处、旋动第二螺母9顶紧第三钢垫圈5，松动第一螺母8、第一钢垫板10，取下千斤顶12，完成机械式密封塞安装。

当完成机械式密封塞安装后，即可在注浆/水内管1尾部连接注浆/水设备13，如弯头、球阀、压力表、流量计、单向阀等，进行后续的注浆/水作业。

上述实施例是本发明的一个具体实施方式，本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种可简单快速止浆/水的机械式密封塞，其特征在于，包括注浆/水内管（1）、套在所述注浆/水内管（1）外部的套管（2）；所述注浆/水内管（1）的头部具有套在注浆/水内管（1）上的第一钢垫圈（3）、橡胶塞套（6）和第二钢垫圈（4），所述第一钢垫圈（3）与注浆/水内管（1）固定连接，所述橡胶塞套（6）位于第一钢垫圈（3）、第二钢垫圈（4）之间，所述注浆/水内管（1）的尾部具有外螺纹结构，所述外螺纹部分装配有第一钢垫板（10）以及用于防止第一钢垫板（10）滑动的第一螺母（8）；所述套管（2）的头部与第二钢垫圈（4）相邻，所述套管（2）的尾部外侧均匀设置数个翼板（7）和第二钢垫板（11）；所述第一钢垫板（10）与第二钢垫板（11）之间设有千斤顶（12）。

2.根据权利要求1所述的机械式密封塞，其特征在于，所述注浆/水内管（1）尾部的外螺纹部分还设置有位于第一螺母（8）与套管（2）之间的第二螺母（9），所述套管（2）尾部的端面上设有第三钢垫圈（5），所述第二螺母（9）与第三钢垫圈（5）相邻。

3.根据权利要求1所述的机械式密封塞，其特征在于，所述橡胶塞套（6）的硬度为邵氏硬度60±5度。

4.根据权利要求1所述的机械式密封塞的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）测量放样及施钻清孔，确定注浆/水内管（1）的管径和长度、橡胶塞套（6）的管径和长度以及套管（2）的管径和长度；

（2）组装：依次将第二钢垫圈（4）、橡胶塞套（6）和第一钢垫圈（3）套在注浆/水内管（1）的头部，并将第一钢垫圈（3）固定在注浆/水内管（1）上；将尾部焊有多个翼板（7）的套管（2）套在注浆/水内管（1）上，并将套管（2）的头部顶紧第二钢垫圈（4）；将注浆/水内管（1）插入施钻孔口内并顶紧；将第二钢垫板（11）套在套管（2）尾部并顶紧翼板（7）；在注浆/水内管（1）尾部的外螺纹部分套上第一钢垫板（10）并用第一螺母（8）装配到外螺纹部分、顶住第一钢垫板（10）；在第二钢垫板（11）与第一钢垫板（10）之间放置千斤顶（12）；

（3）密封：手动操作千斤顶（12）提供机械力，经钢垫板顶推动套管（2）向前移动，橡胶塞套（6）轴向被压缩、径向膨胀与孔壁紧密结合，实现密封。

5.根据权利要求4所述的安装方法，其特征在于，步骤（2）中在注浆/水内管（1）尾部的外螺纹部分套上第一钢垫板（10）之前，还包括在套管（2）尾部安装第三钢垫圈（5）、以及在注浆/水内管（1）尾部安装第二螺母（9）的步骤；步骤（3）中当橡胶塞套（6）与孔壁紧密结合以后，还包括继续手动操作千斤顶（12）提供机械力，使橡胶塞套（6）与钻井岩壁接触产生摩擦力，直至摩擦力大于注浆/水压力，移动第三钢垫圈（5）至套管（2）尾部端面处、旋动第二螺母（9）顶紧第三钢垫圈（5），以及松动第一螺母（8）、第一钢垫板（10），取下千斤顶（12）的步骤。

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