CN108505968A - 一种定点定量注浆器及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种定点定量注浆器及系统，该系统包括定点定量注浆器，定点定量注浆器包括从上至下依次包括钻杆、缸体和单向阀，所述钻杆的上端用于与压力泵连接，其下端通过变径接头与所述缸体连接，所述缸体为筒状结构，其上下两端均为敞口，所述单向阀与所述缸体的下端可拆卸连接，所述缸体内设有活塞，所述活塞沿所述缸体的内壁上下运动时被所述变径接头和所述单向阀限位，所述单向阀内部具有空腔，所述空腔的上端敞开与所述缸体内部连通，所述空腔的底部密封，所述空腔的腔壁上设有出浆口，一球阀通过弹性件连接所述空腔的底部且所述球阀在所述弹性件的支撑下位于所述出浆口处而隔断所述出浆口与所述空腔。有益效果：实现定点定量注浆。
Description
技术领域
本发明涉及钻探的钻井固井技术领域，尤其涉及一种定点定量注浆器及系统。
背景技术
在钻探钻井施工中，由于钻遇漏失地层、井壁垮塌、或对某一地层进行固井隔离等原因，需要在井孔内某一特定深度注入一定量的所注浆液。传统的处理方式是，通过钻杆在井孔内灌入所注浆液，待其凝固后形成较为稳定的孔壁，再复钻，通过钻进扫孔的方法重新形成井孔。但这种方法既费工时又费材料。
在实际操作中，若灌入所注浆液过少，则无法达到最优的注浆效果；若灌入所注浆液过多，则存在所注浆液遗留在钻杆中或井孔复钻量大等问题，施工复杂性提高，经济效益差。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种定点定量注浆器及系统，使得在任意孔深点位进行局部定量注浆成为现实。
本发明的实施例提供一种定点定量注浆器，从上至下依次包括钻杆、缸体和单向阀，所述钻杆的上端用于与压力泵连接，其下端通过变径接头与所述缸体连接，所述缸体为内部中空的筒状结构，其上下两端均为敞口，所述单向阀与所述缸体的下端可拆卸连接，所述缸体内设有活塞，所述活塞沿所述缸体的内壁上下运动时被所述变径接头和所述单向阀限位，所述单向阀内部具有空腔，所述空腔的上端敞开与所述缸体内部连通，所述空腔的底部密封，所述空腔的腔壁上设有出浆口，一球阀通过弹性件连接所述空腔的底部且所述球阀在所述弹性件的支撑下位于所述出浆口处而隔断所述出浆口与所述空腔。
进一步地，所述空腔内沿其径向方向向内凸设有止挡部，所述止挡部位于所述出浆口的上方，所述止挡部向下抵顶所述球阀以将所述球阀限位于所述空腔。
进一步地，所述止挡部与所述球阀的抵顶处为弧面，所述弧面的弧度与所述球阀表面的弧度相同。
进一步地，所述空腔包括上下连通的上空腔和下空腔，所述上空腔与所述缸体的内部连通，所述出浆口设于所述下空腔的顶端，所述球阀位于所述下空腔且可在所述下空腔中上下运动，所述上空腔的口径小于所述球阀的球径。
进一步地，所述出浆口具有多个且对称设置。
进一步地，所述缸体内部用于存储注浆液，且：
H为缸体高度，Q为设计的存储的注浆液量，d为缸体内径，t为活塞厚度。
进一步地，所述活塞的直径小于所述缸体的内径而与所述缸体的内壁间隙配合，所述钻杆的外径小于所述缸体的外径，所述变径接头为上小下大的锥形结构，所述变径接头的上下两端分别与所述钻杆和所述缸体可拆卸连接。
本发明的实施例还提供一种使用定点定量注浆系统，包括所述的定点定量注浆器，还包括井孔，所述井孔内设有起封堵作用的架桥塞，所述定点定量注浆器置于所述井孔当中且所述单向阀向下抵接所述架桥塞。
进一步地，所述井孔的孔径大于大于所述缸体的外径。
进一步地，所述井孔内插有井管，所述架桥塞位于所述井管内以封堵所述井管，所述井管外侧与所述井孔的孔壁之间具有环空间隙，所述井管外侧设有膨胀橡胶，所述膨胀橡胶遇水膨胀而填堵所述环空间隙，所述井管的管壁上开设有连通所述井管内部与所述环空间隙的管孔，所述管孔设于所述架桥塞的上方，所述架桥塞位于需要被定量注浆的起始位置，设于所述井管外侧的所述膨胀橡胶围成一个橡胶圈，所述架桥塞位于所述橡胶圈的中心位置。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的定点定量注浆器及系统的定点注浆可由所述定点定量注浆器和所述架桥塞的放置深度直接控制，方便快捷，易于操作；定量注浆可由所述缸体的高度和所述活塞在所述缸体内的位置进行调节和控制，提高了注浆的经济性，减小了复钻量；在注浆过程中，所述缸体内的所述活塞可有效避免井孔内浆液与所述注浆液的接触混合，提高了注浆效果；所述定点定量注浆器也可在钻遇漏失地层或孔壁垮塌时，及时组装和定点定量地进行注浆处理，结构简单，且可重复利用。。
附图说明
图1是本发明所述的定点定量注浆器的示意图；
图2是本发明所述的定点定量注浆系统的井孔、井管示意图；
图3是本发明所述的定点定量注浆系统的将定点定量注浆器放置于井管的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1至图3，本发明的实施例提供了一种定点定量注浆器和包括所述定点定量注浆器的定点定量注浆系统。所述定点定量注浆器从上至下依次包括钻杆1、缸体4和单向阀5。
请参考图1，所述钻杆1的上端用于与压力泵连接，其下端通过变径接头2与所述缸体4连接，所述钻杆1为管桩结构，所述缸体4为内部中空的圆筒状结构，所述钻杆1的外径小于所述缸体4的外径，所述变径接头2为上小下大的锥形结构，所述变径接头2的上下两端分别与所述钻杆1和所述缸体4可拆卸连接。所述缸体4的上下两端均为敞口，从而所述缸体4内部通过所述变径接头2与所述钻杆1连通。所述压力水泵用于通过所述钻杆1和所述变径接头2向所述缸体4内部泵入压力清水13。
请参考图1，所述缸体4的下端可拆卸的连接所述单向阀5，所述缸体4内设有活塞3，所述活塞3为圆饼状，其直径小于所述缸体4的内径从而与所述缸体4的内壁间隙配合，所述活塞3沿所述缸体4的内壁上下运动时被所述变径接头2和所述活塞3限位，所述活塞3能在所述缸体4内上下运动，但是不会在所述缸体4内翻转。
请参考图1，所述单向阀5内部具有上下方向上延伸的空腔51，所述空腔51的上端敞开与所述缸体4的内部连通，所述空腔51的底部使用底盖53密封，需要时，所述底盖53可与所述空腔51的底部分离而使所述空腔51的底部敞开。所述空腔51的腔壁上设有出浆口6，一球阀52通过弹性件54(优选为压缩弹簧)连接所述空腔51的底部或者所述底盖53，在所述球阀52所受的向下的作用力较小的情况下，所述球阀52在所述弹性件54的支撑下位于所述出浆口6处而隔断所述出浆口6与所述空腔51。
请参考图1，所述空腔51内沿其径向方向向内凸设有止挡部55，所述止挡部55位于所述出浆口6的上方，所述止挡部55向下抵顶所述球阀52以将所述球阀52限位于所述空腔51，从而防止所述球阀52通过其上方的所述空腔51被所述弹性件54弹入所述缸体4的内部。优选所述止挡部55的与所述球阀52的抵顶处为弧面，所述弧面的弧度与所述球阀52表面的弧度相同。且所述弧面的下边沿与所述出浆口6的内壁直接连接。
在其它实施例当中，所述空腔51包括上下连通的上空腔和下空腔，所述上空腔与所述缸体4的内部连通，所述出浆口6设于所述下空腔的顶端，所述球阀52位于所述下空腔且可在所述下空腔中上下运动，所述上空腔的口径小于所述球阀52的球径，从而所述球阀52被所述上空腔限位于所述下空腔，优选所述球阀52与所述上空腔的抵顶处为弧面。
无论哪种实施例，所述出浆口6均具有多个且对称设置。
所述缸体4内部用于存储注浆液，且：
其中，H为所述缸体4高度，Q为设计的存储的注浆液量，d为所述缸体内径，t为所述活塞3的厚度。
请参考图2和图3，所述定点定量注浆系统除了包括所述定点定量注浆器外，还包括插入井孔的井管7，所述井孔的孔径大于所述井管7的管径同时还大于所述缸体4的外径。
请参考图2和图3，所述井管7内设有将所述井管7内部封堵密实的架桥塞8，所述架桥塞8位于需要被定量注浆的起始位置，所述定点定量注浆器置于所述井管7当中且所述单向阀5向下抵接所述架桥塞8，所述井管7外侧与所述井孔的孔壁之间具有环空间隙。所述井管7外侧设有膨胀橡胶9，所述膨胀橡胶9遇水时膨胀从而能够填堵所述环空间隙，设于所述井管7外侧的所述膨胀橡胶9围成一个橡胶圈，所述架桥塞8位于所述橡胶圈的中心位置。所述井管7的管壁上开设有连通所述井管内部与所述环空间隙的管孔11，所述管孔11设于所述架桥塞8的上方。(需要注意的是，所述井孔内可以不插入所述井管7，不插入井管7时，就不必有所述膨胀橡胶9等技术特征)
请参考图1至图3，下面以一个具体实施例来对本发明所述的定点定量注浆系统及其使用方法进行详细说明：
所述缸体4的外径D为φ89mm,所述井管7的外径为φ127mm，内径为φ114mm，即所述缸体4的外径小于所述井管7的内径，从而所述缸体4能够放入所述井管7内，且在外力的牵扯下，所述缸体4能够在所述井管7内上下运动。根据所需的注浆液量Q来计算所采用的所述缸体4的高度H，然后选择合适尺寸的所述缸体4并将其组装于所述定点定量注浆器内。所述缸体4的内径d为φ80mm，所述活塞3的直径略小于所述缸体4的内径d，所述活塞3与所述缸体4之间采用间隙配合；所述单向阀5的直径与所述缸体4的外径D相同。
将所述活塞3置于所述缸体，并将所述钻杆1、所述缸体4和所述单向阀5组装在一起构成本发明所述的定点定量注浆器。所述井孔的直径为φ150mm，所以所述井管7能够自由的插入所述井孔中。
假设井孔连接上部地层和下部地层，需要在所述上部地层和所述下部地层的分界线处定量注浆，则位于所述井管内的所述架桥塞8的中心与所述分界线所处的位置等高，所述膨胀橡胶9的中心亦与所述分界线所处的位置等高，优选所述膨胀橡胶9的在上下方向上的长度大于所述架桥塞8在上下方向上的长度。所述膨胀橡胶9在遇水膨胀时恰好能填堵其所处位置的所述环空间隙。
为了避免固井注浆时在所述环空间隙内产生过大的液柱压力，导致所述膨胀橡胶9损坏或失效，需要在所述分界线处先注入一定量的水泥浆，该注浆量以所述环空间隙内所注浆液高度为1m左右为宜，待所注水泥浆凝固后形成一定强度的分隔段(以一天时间为宜)，再进行上部地层的固井注浆操作。
然后，通过连接所述钻杆1将所述定点定量注浆器整体下放至预定孔深位置，将所述钻杆1连接至位于地面的所述压力泵，通过所述压力泵向所述钻杆1内输送所述压力清水13，在所述压力清水13的作用下，所述活塞3受压下移，推动所注的注浆液12下压所述球阀52而打开单向阀5。接着所述注浆液12经所述出浆口6压出进入所述井管7中，随着注浆液12的增多，注浆液12漫至所述管孔11并从所述管孔11溢出进入预定孔深位置的所述环空间隙，待所述缸体4内所有注浆液12流出后，回收并清洗所述定点定量注浆器。
本发明所述的定点定量注浆器的组装简单方便，且可以反复使用，也便于通过调整所述缸体4的高度和所述活塞3在缸体内的位置及所述活塞4的厚度来控制注浆量，所需材料大都可在施工现场利用已有机具或就地取材。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种定点定量注浆器，其特征在于：从上至下依次包括钻杆、缸体和单向阀，所述钻杆的上端用于与压力泵连接，其下端通过变径接头与所述缸体连接，所述缸体为内部中空的筒状结构，其上下两端均为敞口，所述单向阀与所述缸体的下端可拆卸连接，所述缸体内设有活塞，所述活塞沿所述缸体的内壁上下运动时被所述变径接头和所述单向阀限位，所述单向阀内部具有空腔，所述空腔的上端敞开与所述缸体内部连通，所述空腔的底部密封，所述空腔的腔壁上设有出浆口，一球阀通过弹性件连接所述空腔的底部且所述球阀在所述弹性件的支撑下位于所述出浆口处而隔断所述出浆口与所述空腔。
2.如权利要求1所述的定点定量注浆器，其特征在于：所述空腔内沿其径向方向向内凸设有止挡部，所述止挡部位于所述出浆口的上方，所述止挡部向下抵顶所述球阀以将所述球阀限位于所述空腔。
3.如权利要求2所述的定点定量注浆器，其特征在于：所述止挡部与所述球阀的抵顶处为弧面，所述弧面的弧度与所述球阀表面的弧度相同。
4.如权利要求1所述的定点定量注浆器，其特征在于：所述空腔包括上下连通的上空腔和下空腔，所述上空腔与所述缸体的内部连通，所述出浆口设于所述下空腔的顶端，所述球阀位于所述下空腔且可在所述下空腔中上下运动，所述上空腔的口径小于所述球阀的球径。
5.如权利要求2或4所述的定点定量注浆器，其特征在于：所述出浆口具有多个且对称设置。
6.如权利要求1所述的定点定量注浆器，其特征在于：所述缸体内部用于存储注浆液，且：
H为缸体高度，Q为设计的存储的注浆液量，d为缸体内径，t为活塞厚度。
7.如权利要求6所述的定点定量注浆器，其特征在于：所述活塞的直径小于所述缸体的内径而与所述缸体的内壁间隙配合，所述钻杆的外径小于所述缸体的外径，所述变径接头为上小下大的锥形结构，所述变径接头的上下两端分别与所述钻杆和所述缸体可拆卸连接。
8.一种定点定量注浆系统，其特征在于：包括权利要求1至7任一项所述的定点定量注浆器，还包括井孔，所述井孔内设有起封堵作用的架桥塞，所述定点定量注浆器置于所述井孔当中且所述单向阀向下抵接所述架桥塞。
9.如权利要求8所述的定点定量注浆系统，其特征在于：所述井孔的孔径大于大于所述缸体的外径。
10.如权利要求8所述的定点定量注浆系统，其特征在于：所述井孔内插有井管，所述架桥塞位于所述井管内以封堵所述井管，所述井管外侧与所述井孔的孔壁之间具有环空间隙，所述井管外侧设有膨胀橡胶，所述膨胀橡胶遇水膨胀而填堵所述环空间隙，所述井管的管壁上开设有连通所述井管内部与所述环空间隙的管孔，所述管孔设于所述架桥塞的上方，所述架桥塞位于需要被定量注浆的起始位置，设于所述井管外侧的所述膨胀橡胶围成一个橡胶圈，所述架桥塞位于所述橡胶圈的中心位置。
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