CN107654206B - 一种钻孔止水装置及止水方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钻孔止水装置，包括，钻机，与钻机连接的钻杆，所述钻杆一端与供浆装置连接，另一端用于伸入至钻井内，套设在钻杆上并位于钻井内的封隔器，所述封隔器与供气单元连通，套在封隔器外围的套管，所述套管与钻井内壁之间留有一定空隙；所述供浆装置用于通过钻杆向钻井内注入浆液，所述封隔器配置为在供气单元向其供气时，其体积发生膨胀，以封闭钻杆与套管之间的通道。本发明还涉及一种利用所述的钻孔止水装置的止水方法，包括向钻井内下入套管，然后在套管内下入封隔器，将套管与钻杆之间的通道封堵，然后通过钻杆向钻井内供浆，使浆液填充套管与井壁之间的空隙。本发明止水方法可以缩短止水时间，节省泥浆用量，具有良好的止水效果。
Description
技术领域
本发明涉及土层或岩石的钻进，尤其是一种对钻井进行止水的钻孔止水装置及止水方法。
背景技术
在水文地质钻探中，为获取准确稳定的承压水水位、优质深层地下水资源，都必须进行钻孔止水工作。止水的方法可分为临时止水和永久止水两种。临时止水主要用于水文地质勘探，永久止水主要用于供水井和井下疏放水钻孔施工。临时止水材料主要有海带、牛皮、化学止水剂、粘土、桐油石灰、沥青、橡胶等吸水膨胀性物质，永久性止水材料一般用水泥。临时止水的材料止水效果往往不佳，永久性止水材料具有较好的止水效果。现有的止水方法一般存在以下问题：操作过程较为繁琐，水泥用量较大，且水泥浆凝固时间较长。
鉴于此提出本发明。
发明内容
本发明一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、使用方便的钻孔止水装置。
本发明另一个目的在于提供一种使用上述钻孔止水装置的止水方法，具有操作过程简单，水泥用量少，止水效果好的优点。
为了实现第一发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种钻孔止水装置，包括，钻机，与钻机连接的钻杆，所述钻杆一端与供浆装置连接，另一端用于伸入至钻井内，所述供浆装置用于通过钻杆向钻井内注入含有止水材料的浆液，还包括，套设在钻杆上并位于钻井内的封隔器，所述封隔器与供气单元连通，套在封隔器外围的套管，所述套管与钻井内壁之间留有一定空隙，所述封隔器配置为在供气单元向其供气时，其体积发生膨胀，以封闭钻杆与套管之间的通道。
进一步，所述封隔器为充气膨胀结构，且其上设有进气口与供气单元连接，封隔器在充入一定量气体后，其内侧与钻杆外侧壁密封接触，外侧与套管内壁密封接触。
进一步，所述供浆装置包括，通过进浆管与浆液池连接的浆液泵，浆液泵的排浆口通过排浆管与钻杆连接，所述浆液泵配置为将浆液池内的浆液泵入至钻井内。
进一步，所述供气单元包括高压气罐，通过第一气管与高压气罐连接的空压机，所述空压机通过第二气管与封隔器连接，以向封隔器内充气，所述第二气管为软管。
进一步，还包括一无缝钢管，所述无缝钢管套设在套管的外围，其长度小于套管，并设置在钻井井口，紧贴于钻井内壁。
进一步，所述止水材料为水泥与水泥速凝剂的混合物，并通过与水混合形成所述浆液。
为了实现第二发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用上述的钻孔止水装置的止水方法，包括以下步骤：
S1、下套管，将套管下入至钻井内，并固定，使套管与钻井底部预留一定间隙，该间隙连通至套管外壁与钻井内壁之间的空隙中；
S2、下封隔器，将封隔器与钻杆连接，并连通供气单元，将封隔器沿套管内下放至套管底部；
S3、向封隔器内充气，使封隔器膨胀，并封闭钻杆与套管之间的通道；
S4、注浆，将供浆装置与钻杆连接，并通过供浆装置向钻杆内注入含有止水材料的浆液，使所述浆液沿钻杆流入钻井底部，并填充至套管与钻井内壁之间的空隙内。
进一步，还包括，在执行步骤S1前，先对钻井进行洗井处理，并将钻井内的沉淀物和杂质排出。
进一步，所述封隔器的充气压力大于供浆装置的灌浆压力。
进一步，还包括，在执行步骤S5后，对封隔器进行放气，然后将钻杆和封隔器从钻井中取出。
采用本发明所述的技术方案后，带来以下有益效果：
本发明的止水方法采用水泥浆作为止水材料，水泥浆自钻井底返流入井壁与套管之间，这种自下而上的填充方式，使得浆液分布均匀，无气泡产生，在水泥浆中加入水泥速凝剂，大大缩短了水泥凝固时间。本发明的封隔器设置在套管底部，封闭空间小，封闭速度快，另外，由于套管与钻井内壁之间的空隙较小，可以降低水泥用量，达到较好的止水效果，采用本发明的止水方法可以缩短等待时间，节省泥浆使用量，减少钻探工作量，具有良好的止水效果。
附图说明
图1：本发明的结构原理图；
图2：本发明的注浆过程示意图；
图3：本发明的止水效果图；
其中：1、钻机 2、钻井 3、浆液池 4、钻杆 5、供浆装置 6、供气单元 7 无缝钢管8、套管 9、封隔器 10、压力表 21、潜水含水层 22隔水层 23、承压含水层 51、浆液泵 52、进浆管 53、排浆管 61、高压气罐 62、空压机 63、第一气管 64、第二气管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
如图1至图3所示，图中箭头代表浆液和气流的流动方向。
一种钻孔止水装置，包括，钻机1，并架设在钻井2上，与钻机1连接的钻杆4，所述钻杆4至少被钻机1所支撑，钻杆4的一端与供浆装置5连接，另一端用于伸入至钻井2内，套设在钻杆4上并位于钻井2内的封隔器9，所述封隔器9与供气单元6连通，封隔器9的体积可以膨胀，以及套在封隔器9外围的套管8。所述钻井2底部为隔水层22，在隔水层22上方为潜水含水层21，在隔水层22的下方为承压含水层23。
所述钻杆4与钻井2底部保持一定间距，所述供浆装置5用于通过钻杆4向钻井2 内注入含有止水材料的浆液。所述套管8与钻井2内壁之间留有一定空隙，套管8下端至少延伸至隔水层22中部，上端延伸至钻井2井口上方或与钻井2井口平齐。所述封隔器9位于钻杆4与套管8之间的环形区域内，并配置为在供气单元6向其供气时，其体积发生膨胀，以封闭钻杆4与套管8之间的通道，这样从钻杆4中流出的浆液，将在填充满钻井2底部后，沿套管8与钻井2内壁之间的空隙向上流动，在浆液凝固后形成止水层。
所述封隔器9为充气膨胀结构，且其上设有进气口与供气单元6连接，封隔器9在充入一定量气体后，其内侧与钻杆4外侧壁密封接触，外侧与套管8内壁密封接触，使得钻杆4与套管8之间的环形区域被隔断，防止浆液在套管8与钻杆4之间流动。
具体地，所述供浆装置5包括，通过进浆管52与浆液池3连接的浆液泵51，浆液泵51的排浆口通过排浆管53与钻杆4连接，所述浆液泵51配置为将浆液池3内的浆液泵51入至钻井2内，优选地，在排浆管53上设有一压力表10，以显示排浆管53内的压力。
具体地，所述供气单元6包括高压气罐61，通过第一气管63与高压气罐61连接的空压机62，所述空压机62通过第二气管64与封隔器9连接，以向封隔器9内充气，所述第二气管64为软管。优选地，在第一气管63上设有一压力表10，以显示空压机62 的进气压力。
优选地，在钻井2井口还设有一无缝钢管7，所述无缝钢管7套设在套管8的外围，其长度小于套管8，并位于井口处，紧贴于钻井2内壁，用于防止井口坍塌，无缝钢管 7的内径大于套管8的外径。
优选地，所述止水材料为水泥与水泥速凝剂的混合物，并通过与水混合形成所述浆液。
一种利用上述的钻孔止水装置的止水方法，包括以下步骤：
S1、下套管8，将套管8下入至钻井2内，并固定，使套管8与钻井2底部预留一定间隙，该间隙连通至套管8外壁与钻井2内壁之间的空隙中；
S2、下封隔器9，将封隔器9与钻杆4连接，并连通供气单元6，将封隔器9沿套管8内下放至套管8底部；
S3、向封隔器9内充气，使封隔器9膨胀，并封闭钻杆4与套管8之间的通道；
S4、注浆，将供浆装置5与钻杆4连接，并通过供浆装置5向钻杆4内注入含有止水材料的浆液，使所述浆液沿钻杆4流入钻井2底部，并填充至套管8与钻井2内壁之间的空隙内。
执行步骤S1前，先进行钻井2的钻探和洗井过程，具体地，所述钻井过程为：在前期水文地质勘查成果基础上，选择成井有利地段进行钻探。采用气动潜孔锤钻进工艺，开孔钻至完整基岩段后，下入无缝钢管7，然后更换一直径较小钻头钻至承压含水层23 顶板以上0.5～1.0m，以未见水位为原则。
所述洗井过程为：在钻井2内充满水的前提下，将空压机62排风管和排水管一起下入钻井2底部，排水管管口阀门关闭后直接向钻井2内送风，让钻井2内水上下蹿动、潜水含水层21内水上下循环达到冲洗井壁及潜水含水层21的效果。关闭空压机62，打开排水管阀门将洗落至井底的沉淀排出井外。反复执行洗井过程，直至井内沉淀物和杂质排出为止，洗井结束。
优选地，在步骤S1中，所述套管8底部与钻井2井底之间保持0.5米的间隙。
优选地，在步骤S2中，所述封隔器9距钻井2井底一米左右设置，且在下封隔器 9前，对封隔器9及其连接处进行检测，以确定是否存在漏气问题。
优选地，在步骤S3中，所述封隔器9的充气压力大于供浆装置5的灌浆压力，并以大于灌浆压力的2/3为宜。
优选地，在步骤S4中，缓慢增大灌浆压力，在灌浆时应经常检查高压气罐61的压力，如减少应即时加补。当灌浆时间较长时，必须检查有无窜浆、绕塞、返浆现象，如有应停止灌浆，放掉压力。结束灌浆时，先放掉灌浆压力，再放掉充气压力。
在执行步骤S5后，对封隔器9进行放气，然后将钻杆4和封隔器9从钻井2中取出。
待浆液凝固48小时后，采用注水法检查止水质量。注水前先测定套管8内外水位，在套管8内注满水至管口，观测套管8内外水位变化情况。管内外水位差未发生变化说明止水良好。
在验证钻井止水效果后，下入钻具，利用钻头钻穿钻井2底部残存的水泥层，继续向下钻探至承压含水层23，成孔后进行洗井、排渣，完成钻井工作。
以上所述为本发明的实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种钻孔止水装置，包括，钻机，与钻机连接的钻杆，所述钻杆一端与供浆装置连接，另一端用于伸入至钻井内，所述供浆装置用于通过钻杆向钻井内注入含有止水材料的浆液，其特征在于：还包括，套设在钻杆上并位于钻井内的封隔器，所述封隔器与供气单元连通，套在封隔器外围的套管，所述套管与钻井内壁之间留有一定空隙，所述封隔器配置为在供气单元向其供气时，其体积发生膨胀，以封闭钻杆与套管之间的通道；
还包括一无缝钢管，所述无缝钢管套设在套管的外围，其长度小于套管，并设置在钻井井口，紧贴于钻井内壁。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔止水装置，其特征在于：所述封隔器为充气膨胀结构，且其上设有进气口与供气单元连接，封隔器在充入一定量气体后，其内侧与钻杆外侧壁密封接触，外侧与套管内壁密封接触。
3.根据权利要求1所述的一种钻孔止水装置，其特征在于：所述供浆装置包括，通过进浆管与浆液池连接的浆液泵，浆液泵的排浆口通过排浆管与钻杆连接，所述浆液泵配置为将浆液池内的浆液泵入至钻井内。
4.根据权利要求1或2所述的一种钻孔止水装置，其特征在于：所述供气单元包括高压气罐，通过第一气管与高压气罐连接的空压机，所述空压机通过第二气管与封隔器连接，以向封隔器内充气，所述第二气管为软管。
5.根据权利要求1所述的一种钻孔止水装置，其特征在于：所述止水材料为水泥与水泥速凝剂的混合物，并通过与水混合形成所述浆液。
6.一种利用如权利要求1-5任一项所述的钻孔止水装置的止水方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、下套管，将套管下入至钻井内，并固定，使套管与钻井底部预留一定间隙，该间隙连通至套管外壁与钻井内壁之间的空隙中；
S2、下封隔器，将封隔器与钻杆连接，并连通供气单元，将封隔器沿套管内下放至套管底部；
S3、向封隔器内充气，使封隔器膨胀，并封闭钻杆与套管之间的通道；
S4、注浆，将供浆装置与钻杆连接，并通过供浆装置向钻杆内注入含有止水材料的浆液，使所述浆液沿钻杆流入钻井底部，并填充至套管与钻井内壁之间的空隙内；
还包括，在执行步骤S1前，先对钻井进行洗井处理，并将钻井内的沉淀物和杂质排出；
所述洗井过程为：在钻井内充满水的前提下，将空压机排风管和排水管一起下入钻井底部，排水管管口阀门关闭后直接向钻井内送风，让钻井内水上下蹿动冲洗井壁。
7.根据权利要求6所述的止水方法，其特征在于：所述封隔器的充气压力大于供浆装置的灌浆压力。
8.根据权利要求6所述的止水方法，其特征在于：还包括，在执行步骤S4 后，对封隔器进行放气，然后将钻杆和封隔器从钻井中取出。
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2017
- 2017-09-21 CN CN201710862041.5A patent/CN107654206B/zh active Active
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