CN105457997A - 一种原位注药的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位注药的方法，包括:通过钻管将钻头进给到指定深度，提起钻管至与钻头之间开放形成给药通道，将药剂从所述给药通道中注入指定位置。同时公开了一种实现该方法的装置，包括钻管和钻头，所述钻头包括与地面接触的工作段，插入钻管内的尾段以及处于工作段和尾段之间用于承托钻管压力的工作平台，所述钻管具有与工作平台相抵的进给态和与钻头分离的注药态，注药态中钻管与钻头的缝隙为给药通道。本发明具有环形可调整的给药通道，通过面积大，不易堵塞；可拆卸挡圈和加长套的设计，能够在不同的工作环境中使用，适用范围广；打井给药动作二合一的设计，操作方便。

Description

一种原位注药的方法和装置

技术领域

本发明涉及环保领域，特别是涉及一种原位注药的方法和装置。

背景技术

随着国家“退二进三”、“退城进园”、“产业转移”等政策的实施，全国几乎所有的大中城市正面临着重污染行业的大批企业关闭和搬迁问题，导致城市出现大量遗留、遗弃场地，相当数量的场地如果未经修复直接开发，将导致大量环境问题的产生。环保部发布的全国土壤污染调查数据显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出，大量污染场地亟待修复。为彻底解决此类问题，国家及相关部委陆续出台多个关于土壤和地下水修复的政策、法规和标准，给场地修复行业带来技术、资金支持的同时也推动了土壤和地下水修复行业的进一步发展。

污染场地修复技术的筛选是污染场地修复工程的关键环节，决定着场地修复的成败，场地污染物类别的复杂性决定了采用的修复技术的多样性。目前，污染场地修复技术的种类繁多，主要可分为原位修复和异位修复两大类别，包括植物修复、高级化学氧化、气相抽提、多相抽提、土壤淋洗、微生物修复、固化稳定化、热脱附、焚烧、电动修复等。与异位修复技术相比，原位修复技术不需要建设昂贵的地面环境工程设施和对污染物进行远程运输就可以减轻或消除场地污染，操作维护比较简单，修复成本较低。此外，原位修复技术还可对深层污染土壤进行修复，对土壤的扰动小，适合规模较大的土壤深层污染修复。原位修复方法包括原位注药、原位抽提、原位土壤淋洗、曝气等技术。

原位注药技术是指通过打井等方式将修复药剂注入污染土壤中，通过生物、化学反应达到降解或消除污染物的目的。该技术相对简单并且操作实施方便，在土壤和地下水修复领域应用较广，主要包括：原位生物修复技术、原位化学氧化还原修复技术、原位生物-化学修复技术等。

但是，现有的原位注药修复技术对场地地质条件要求较高，需要待修复场地土壤具有良好的渗透性，从而实现良好的药剂扩散，达到预定修复效果，否则，易造成事倍功半，达不到修复目标。以某有机化工厂修复工程为例，该退役场地修复技术经论证后确定为原位化学氧化技术，修复施工以辐射半径5m布设注射药井，在修复三个月之后，对修复区域进行挖掘、取样发现，化学药剂扩散半径仅为0.5m，远未达到设计要求。

国内外也有类似修复案例证明，粘土、粉质粘土等土壤渗透系数低于5×10^-6m/s的污染土壤进行原位修复，修复效果均不太理想。该问题的存在使得原位修复技术的使用范围受到极大限制，有必要研发新的修复技术，提高原位修复效果。

公开号为CN104275344A的中国专利文献公开了一种微爆炸法土壤修复方法，该方法将经过计算的安全用量的炸药预先封装成炸药包，或使用非炸药爆炸源，将其放入到封装容器，并填充土壤修复剂，待炸药和土壤修复剂封装完成后，采取几何布局，分散布置于污染土壤中，通过连续引爆，产生连续爆炸冲击波，使土壤在大范围内产生适当的松动和破裂，土壤修复剂会在冲击波的作用下通过短时蓬松的土壤迅速扩散到以爆炸源为中心的球形范围内，形成与污染土壤最大程度的混合，从而实现针对土壤渗透系数土壤的原位修复。但是，上述方法需要提前安装炸药包，增加了劳动量且存在安全性和再次污染的问题。

因此原位注药的治理方法开始进入公众视野。公开号为CN104624633A的中国专利文献公开了一种污染场地原位注药修复方法，包括调查、布井和注药，布井完成后，通过压裂在井道周围的土层中形成砂层，形成砂层的同时，或形成砂层后，往砂层内注药，重复以上过程，形成多个处于井道不同高度的砂层。该技术方案中需要先钻打药井，再灌药，在过程相对麻烦的同时现有钻头输出药剂的孔较小，易被堵塞，并且注射效率较低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种不易堵塞，适用范围广，操作方便的原位注药的方法和装置。

本发明的技术方案为：

一种原位注药的方法，包括:通过钻管将钻头进给到指定深度，提起钻管至与钻头之间开放形成给药通道，将药剂从所述给药通道中注入指定位置。

当钻头进给到指定深度时，提拉钻管使得钻管和钻头分离，在钻管和钻头之间出现供流体经过的通道，此时能够通过钻管将药剂注入到周围土壤中。

一种用于实施上述方法的装置，包括钻管和钻头，所述钻头包括与地面接触的工作段，插入钻管内的尾段以及处于工作段和尾段之间用于承托钻管压力的工作平台，所述钻管具有与工作平台相抵的进给态和与钻头分离的注药态，注药态中钻管与钻头的缝隙为给药通道。

钻头分为三段，分别为与地面接触的工作段，处于中间用于承托钻管的工作平台，以及位于工作平台上的尾段，尾段的尺寸小于钻管的内径，因此能够伸入钻管内部，工作平台的尺寸大于等于钻管外径，因此能够完全承托钻管提供的进给压力。当钻管工作时，通过钻管轴向方向载荷抵压在钻头的工作平台上，此时钻管处于进给态，通过工作段克服地表的阻力进入地表；当钻头进给到指定深度时，提拉钻管使得钻管和钻头的工作平台分离，在钻管和钻头之间出现供流体经过的通道，此时能够通过钻管将药剂注入到周围土壤中。

作为优选，所述工作段为沿背向钻管方向外径逐渐缩小的锥形。

为了能够更好的克服地表阻力，并且减少对钻管的作用力，工作段设计为沿背向钻管方向外径逐渐缩小的锥形，通过锥面的导向作用，减少在钻管轴向上的阻力。

作为优选，所述尾段活动插接在钻管内，该尾段的外径沿背向工作段方向逐渐缩小。

为了方便的调整注药压力，尾段的外径沿背向工作段方向逐渐缩小。此时，当钻管处于注药态时，能够通过调整钻管和工作平台的距离间接调整给药通道的宽度，从而调整注药压力。因为在实际使用过程中，药剂通过药剂增压泵提供的药剂压力和药剂通过给药通道时的注药压力可能出现多种情况，例如当药剂增压泵压力不够达到注药压力时，能够通过线性调整的相应减小给药通道的宽度，从而提高药剂注入土壤的压力。又例如当注药动作已经开始，不方便调整药剂增压泵时，能够通过线性调整给药通道的宽度，从而调整药剂注入土壤的压力。还有更多的使用情况，总而言之，尾段的外径沿背向工作段方向逐渐缩小的好处在于，能够不受药剂增压泵的影响自由的调整注药压力。

作为优选，所述尾段的最大外径和钻管的内径相等。

土壤为不均匀的混合物，各处的硬度、密度、粘度以及各种力学指标均不相同，因此当钻管处于进给态时，钻头不仅会受到沿钻管轴向的阻力，还会受到各种不确定方向的作用力，这些作用力可能会使钻头的轴线偏离钻管的轴线，进而引发钻管的下压力扭转钻头，进一步引发安全事故。因此，尾段的外径最大处，即和工作平台结合部位与钻管的内径相等，能够确保在钻管的轴向载荷的情况下，保证钻头和钻管同轴。

作为优选，所述注药态时钻管提升最大高度为5厘米。

为了更好的控制注药的压力，防止因为给药通道过大造成的药剂渗透效果不好，或者因为给药通道过小的同时在某些药剂中要混有砂质的情况中造成的药剂堵塞，在形成给药通道时，钻管向上提拉的高度为1～5厘米，相应的生成的环形的给药通道的外径和内径的差值为1～10毫米。

作为优选，所述尾段的远离工作段的一端安装有可拆卸挡圈，所述钻管的下端的内壁上设有配合该挡圈的提拉轴肩。

为了满足不同的使用情况，尾段的远离工作段的一端安装有可拆卸挡圈。有些使用条件下在注药完成后取出钻头的，可以选择安装可拆卸挡圈，在注药完成后，提拉钻管，通过提拉轴肩能够卡住可拆卸挡圈从而将钻头从地下提拉出来；在有些使用情况下不需要取出钻头或者需要多次重复注药的，可以选择不安装可拆卸挡圈，此时钻管和钻头的尾部之间有更大的通过空间，能够形成更大的注药量，适合多次大剂量的工作情况。

作为优选，所述钻管下端设有可拆卸的加长套，所述提拉轴肩位于该加长套的内壁。

为了方便安装并且能够在不要取出钻头的工作情况下同时去掉提拉轴肩，钻管下端设有可拆卸的加长套，提拉轴肩位于该加长套的内壁。当需要在注药后取出钻头时，可以先将加长套套设在钻头的尾部，然后在尾部上安装上可拆卸挡圈，再将整个钻头部分通过加长套安装到钻管的底部。加长套和钻管底部均设有加强结构。

作为优选，所述可拆卸挡圈和提拉轴肩上均设有过药孔。

为了减小可拆卸挡圈和提拉轴肩对药剂通过钻管内通道的影响，可拆卸挡圈和提拉轴肩上均设有过药孔，其中过药孔是为了减少提拉钻头的结构对主要造成影响，因此出于同一技术目的，可拆卸的挡圈也可以设计为多块不连续的可拆卸挡块，在能够完成提拉钻头动作的同时进一步减少对注药过程的影响。

本发明具有以下优点：

(1)环形可调整的给药通道，通过面积大，不易堵塞；

(2)可拆卸挡圈和加长套的设计，能够在不同的工作环境中使用，适用范围广；

(3)打井给药动作二合一的设计，操作方便。

附图说明

图1为实施例一中原位注药的装置的1/4剖视图；

图2为图1中的原位注药的装置给药态剖视图；

图3为图1中的原位注药的装置进给态剖视图；

图4为实施例二中原位注药的装置的剖视图；

图5为图4中的原位注药的装置A处放大图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明具体实施方式。

实施例一：

如图1所示，一种原位注药的方法，包括钻管10和钻头20，所述钻头20包括与地面接触的工作段21，插入钻管内部11的尾段23以及处于工作段21和尾段23之间用于承托钻管10压力的工作平台22；钻管10具有钻管底面12与工作平台22相抵的进给态和与钻管底面12与工作平台22分离的注药态，该注药态中钻管10与钻头20的缝隙30为给药通道。

如图2所示，钻头20的工作段为沿背向钻管方向外径逐渐缩小的锥形，方便克服地表阻力。尾段活动插接在钻管内，该尾段的外径沿背向工作段方向逐渐缩小。通过连续变化的锥面231能够线性的调整给药通道30的大小。

如图3所示，尾段的最大外径和钻管10的内径相等。图3中钻管10处于进给态，钻管10的底面12与工作平台22相抵，此时通过钻管10的

轴向压力和锥面231与钻管10的内壁的配合限位完成进给动作。

使用过程如下：

将钻头20安装到钻管10，通过连接于钻管10上方的液压等能够施加轴向载荷的设备使钻管10向下运动，钻管10的底面12与钻头10的工作平台22相抵时，钻管进入进给态(图3)。在钻头10的工作段21的帮助下，钻管10将钻头20进给到指定深度后提起3厘米，钻管进入注药态(图2)，在钻管10和钻头20之间形成给药通道30，药剂通过给药通道30注入附近土壤中。在药剂压力不变的情况下能够通过调节给药通道30的宽度来调节给药压力。

实施例二：

如图4所示，一种原位注药的方法，包括钻管和钻头，所述钻头包括与地面接触的工作段，插入钻管内部的尾段以及处于工作段和尾段之间用于承托钻管压力的工作平台；钻管具有钻管底面与工作平台相抵的进给态和与钻管底面与工作平台分离的注药态，该注药态中钻管与钻头的缝隙为给药通道。钻头的工作段为沿背向钻管方向外径逐渐缩小的锥形，方便克服地表阻力。尾段活动插接在钻管内，该尾段的外径沿背向工作段方向逐渐缩小。通过连续变化的锥面能够线性的调整给药通道的大小。尾段的最大外径和钻管的内径相等。中钻管处于进给态，钻管的底面与工作平台相抵，此时通过钻管的轴向压力和锥面与钻管的内壁的配合限位完成进给动作。

实施例二和实施例一的区别在于钻头的尾部安装有可拆卸挡圈24，钻管的下段13上安装有可拆卸的加长套14，加长套14上安装有的配合挡圈24的提拉轴肩。同时为了保证钻管的整体强度不会受到加长套14的影响，钻管的下段13的底部设有底部加强131，加长套14的顶部设有顶部加强141，

如图5所示，钻管底部的底部加强131通过钻管内壁向内的增厚132形成，在增厚132的内壁上设有与用于加长套配合的螺纹133，加长套通过与外牙的形式与增厚132形成螺纹连接。并在螺纹133的下部在加长套的内壁上通过截面为楔形的支撑座142来完成顶部加强141。因为底部加强131的螺纹长度长于顶部加强141的螺纹长度，因此完全配合到位后，底部加强131和顶部加强141通过支撑面134相互挤压。当钻管处于进给态时，应力集中于支撑面134，从而能够保护螺纹133不会受到影响。在提拉钻头时，螺纹133会收到钻头的重力和周围土壤对钻头拔出的轻微阻力，因此，螺纹133需要做加强樱花或者选择梯形螺纹。

两处相互咬合的加强部分会减少钻管的内部11和钻头之间的通道，因此，在底部加强141上设有多个轴肩过药孔143，因为过药孔143间隔布置且直径较小，因此不会影响底部加强141的整体强度。同时，截面为楔形的支撑座142的楔面与锥面231的斜率相同。

可拆卸挡圈24通过锥面231上的斜面螺纹232紧固在钻头的尾部，可拆卸挡圈24设有供提拉的头部241，通过与位于底部加强141的提拉轴肩144配合，能够通过钻管提起钻头，同样为了减少可拆卸挡圈24对过药的影响，可拆卸挡圈24在设有多个与轴肩过药孔143对应的挡圈第一过药孔242的同时，还设有多个与给药通道对齐的挡圈第二过药孔243。

使用过程如下：

将加长套14套置与钻头的尾部上，在钻头的尾部上安装上可拆卸挡圈24，通过加长套14将钻头安装到钻管，通过连接于钻管上方的液压等能够施加轴向载荷的设备使钻管向下运动，钻管的底面与钻头的工作平台相抵时，钻管进入进给态。在钻头的工作段的帮助下，钻管将钻头进给到指定深度后提起3厘米，钻管进入注药态，在钻管和钻头之间形成给药通道30，药剂通过各个过药孔之后通过给药通道注入附近土壤中。在药剂压力不变的情况下能够通过调节给药通道的宽度来调节给药压力。

当注药完成后，提起钻管，底部加强141上的提拉轴肩144与可拆卸挡圈24的头部241相抵，从而提起钻头。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种原位注药的方法，其特征在于，包括:通过钻管将钻头进给到指定深度，提起钻管至与钻头之间开放形成给药通道，将药剂从所述给药通道中注入指定位置。

2.用于实施权利要求1所述方法的装置，其特征在于，包括钻管和钻头，所述钻头包括与地面接触的工作段，插入钻管内的尾段以及处于工作段和尾段之间用于承托钻管压力的工作平台，所述钻管具有与工作平台相抵的进给态和与钻头分离的注药态，注药态中钻管与钻头的缝隙为给药通道。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述工作段为沿背向钻管方向外径逐渐缩小的锥形，该锥形用于在土层中进给。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述尾段活动插接在钻管内，该尾段的外径沿背向工作段方向逐渐缩小。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述尾段的最大外径和钻管的内径相等。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述注药态时钻管提升最大高度为5厘米。

7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述尾段的远离工作段的一端安装有可拆卸挡圈，所述钻管的下端的内壁上设有配合该挡圈的提拉轴肩。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述钻管下端设有可拆卸的加长套，所述提拉轴肩位于该加长套的内壁。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述可拆卸挡圈和提拉轴肩上均设有过药孔。