CN109047317B - 一种连续管式原位修复注入系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续管式原位修复注入系统及方法。本发明使连续管技术与原位修复技术有机结合，实现钻注一体化，即在原位修复的药剂注入前，不用像传统原位修复技术那样，需要预先做好导向井，通过连续管直接深入地下土壤中，注入药剂，完成原位修复，省去了繁杂的工艺及操作，并能更为精准地将修复药剂送达污染羽，提高药剂利用率和修复效率。

Description

一种连续管式原位修复注入系统及方法

技术领域

本发明属于环境修复技术领域，特别涉及一种连续管式原位修复注入系统及方法，可用于土壤和地下水的修复。

技术背景

传统原位修复注入技术是指借用一定的设备将化学药剂注入到地下，通过化学药剂与污染物之间的物理化学作用，降低污染物质的迁移性，使污染物毒性降低或变成无毒性的一种方法，这里所述的“借用一定的设备”,一般指使用传统钻机或Geoprobe专用钻机进行注入井建设，然后才能使用高压注射泵通过该注入井完成化学药剂的注入。

传统的土壤及地下水修复原位注入设备，一般由两部分组成，一部分为钻机，实现钻孔、引孔，动力方式为机械式，且在建设注入井的过程中，为了达到一定的注入井深度，需要使用多段3～5米的钻杆连接而成，其修复深度有限，一般在20米以内，需要频繁地起下钻杆。另一部分为高压注射设备，实现药剂注入。

因此，传统的土壤及地下水原位修复注入技术及设备主要存在以下缺点：

(1)原位注入施工工序较繁杂，需要钻机进行引孔、钻孔、下套管后，才可以进行药剂注入，从而开始土壤及地下水的修复工作。对于可移动的钻机来说，一般由多段3～5米钻杆螺纹连接而成，在连接或拆卸的过程中，无法实现药剂注入，当需要进行分层原位修复时，每到一个层面均需要重新接管，无法连续作业。

(2)原位注入的深度有限，一般在20米以内。对于地下水污染羽较深的地区，比如华北地区其较深的污染羽达地下80米，传统的土壤及地下水修复原位注入设备已无法完成修复工作。

(3)原位注入的药剂扩散半径有限，因为注入井是垂直的，药剂仅在注入井的周围的2米内实现有效扩散，在高粘土区域，有限扩散范围更小，从而大大影响了药剂与污染物的物理化学作用，即原位修复效率大大受影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种连续管式原位修复注入系统及方法，可用于土壤和地下水的修复。本发明使连续管技术与原位修复技术有机结合，实现钻注一体化，即在原位修复的药剂注入前，不用像传统原位修复技术那样，需要预先做好导向井，通过连续管直接深入地下土壤中，注入药剂，完成原位修复，省去了繁杂的工艺及操作，并能更为精准地将修复药剂送达污染羽，提高药剂利用率和修复效率。

一种连续管式原位修复注入系统，包括连续管井部分和井外部分，连续管井部分由位于管井上部的连续管式注入装备和伸入管井的高压水射流钻头构成；井外部分包括污水处理装备、自动配药装置、高压注射装置；其特征在于：

连续管式注入装备一端连接高压注射装置，另一端连接用于钻削土壤的高压水射流钻头，污水处理装备一端连接管井收集并且处理废液，污水处理装备另一端连接自动配药装置输送出处理后得到的回用清水，自动配药装置的另一端连接向连续管式注入装备输送高压液流流的高压注射装置。

进一步的，所述连续管式注入装备包括注入头、防喷设备和连续管组件，所述注入头用于驱动连续管实现夹持、切断、改变连续管前进方向的操作，所述防喷设备位于管井口密封以防止井喷，所述连续管组件包括卷盘和连接高压注射装置的连续管。

进一步的，所述高压水射流钻头连接连续管一端，将连续管中高压水射流的水功率转化成钻头的钻井动力和药剂注射的径向或横向动力并且牵引连续管向下运动。

进一步的，所述污水处理装备包括暂存池、四联池、沉淀池、固液分离机、石英砂过滤罐、活性炭过滤罐和与自动配药装置相连接的回用水箱，钻削废液通过泥浆泵输送到暂存池中，再在四联池中进行药剂调节，经沉淀池中沉淀后，泥浆进行固液分离，上清液经过石英砂过滤器和活性炭过滤器净化后进入回用水箱循环利用。

进一步的，所述自动配药装置包括上料机、配药箱、计量系统和搅拌器，用于定量投加药剂，使药剂混合均匀，达到所需的药剂配比。

进一步的，所述高压注射装置包括高压柱塞泵，变频控制系统和动力系统，用于将清水或药剂转换为高压液流。

进一步的，所述连续管式原位修复注入系统包括多个连续管井部分，所述多个连续管井部分，所述多个连续管井部分以平行、异面平行、环形或涡旋形发散方式布置，各连续管井部分的连续管式注入装备通过地面管线进行串联。

一种连续管式原位修复注入方法，高压注射装置向连续管式注入装备提供高压液流，连续管井内的高压水射流钻头将连续管式注入装备输送来的高压液流功率转化成钻头的前进动力和药剂注射的横向动力产生钻削废液，钻削废液被输送至污水处理装备处理后得到回用清水，回用清水被输送至自动配药装置用于配制药液，药液被输送至高压注射装置。

进一步的，所述方法采用多个连续管井，所述多个连续管井部分以平行、异面平行、环形或涡旋形发散方式布置，各连续管井部分的连续管式注入装备通过地面管线进行串联。

进一步的，所述连续管式原位修复注入方法使用上述连续管式原位修复注入系统，通过投珠法使钻头向下的钻井力转变为径向或横向的药剂扩散动力。

本发明所取得的技术进步在于：

(1)采用连续管技术，即原位修复注入药剂用的管路为一条连续不断的不锈钢管，钻进过程中可以实现连续不断的药剂注入，实现钻注一体化，从而明显提升原位修复效率。

(2)区别于石油探勘领域的连续管技术，本发明的连续管钻进过程不需要预先埋设套管，其动力方式采用高压水射流，利用连接于连续管的旋转喷头，将高压水力能量转化为喷头克服土壤阻力的钻进动力。

(3)连续管式原位修复注入技术，即可实现垂直方向的药剂注入，也可实现斜向和径向的药剂注入，药剂影响范围更广，从而使原位修复技术及工艺布置更加灵活，修复药剂使用效率得到提高，修复成本得以下降。

附图说明

图1是本发明的连续管式原位修复注入工艺的流程图。

图2是本发明的单井连续管式原位修复注入系统的结构示意图。

图3是平行井系统的结构示意图。

图4是环形井系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的一种连续管式原位修复注入系统及方法进行详细描述。

如图1中所示，本发明所述的连续管式原位修复注入系统主要由5个部分组成，分别如下：

(1)连续管式注入装备，主要用于驱动连续管伸入地下或拔出，包含注入头、防喷设备和连续管组件等，其中注入头主要有夹持、切断、改变连续管前进方向等功能，防喷设备主要有防止井喷和密封的功能，连续管组件主要有盘卷连续管和连接高压注射装置的功能。

(2)高压水射流钻头，主要用于将高压水射流的水功率转化成连续管钻头的前进动力和药剂注射的横向动力。高压水射流钻头与连续管一端连接，在高压水射流的作用下，钻头产生向下的钻井力，带动连续管往地下钻进。待到达修复目标深度后，采用投珠法，使钻头向下的钻井力转变为径向或横向的药剂扩散动力。

(3)污水处理装备，主要用于处理连续管钻进过程中，从土壤中返回地面的钻削废液，包含暂存池、四联池、沉淀池、固液分离机、石英砂过滤罐、活性炭过滤罐和回用水箱等。钻削废液通过泥浆泵输送到暂存池中，再在四联池中进行药剂调节，经沉淀池中沉淀后，泥浆进行固液分离，上清液经过石英砂过滤器和活性炭过滤器净化后进入回用水箱循环利用。回用水箱与自动配药装置相连接。

(4)自动配药装置，主要用于定量投加药剂，使药剂混合均匀，达到所需的药剂配比，包含上料机、配药箱、计量系统和搅拌器等。自动配药装置与高压注射装置相连接。

(5)高压注射装置，主要用于将清水或药剂转换为高压清水或高压药剂，包含高压柱塞泵，变频控制系统和动力系统等。高压注射装置与连续管式注入装备相连接。

连续管式原位修复注入的操作步骤如下：

(1)场地表面进行去除杂物、平整等简单处理，连续管式原位修复注入系统的各装置和设备放置就位，并在场地内设置一个10m³暂存池，暂存池内设有10m³/h的泥浆泵。

(2)连续管式原位修复注入系统调试完成后，调整连续管式注入装备的注入头角度，可以90°垂直于场地平面，也可以于场地平面形成一个斜角。驱动连续管组件，使带有高压水射流钻头的连续管接近地面，当连续管临近地面约400mm时，启动高压注射装置，高压注射装置通过旋转接头与连续管组件相连，这样高压清水就会被泵入连续管中，通过高压水射流钻头产生钻进动力，得以克服土壤阻力不断深入土壤，随着连续管的不断推进，到达预定位置。其中，连续管采用2205双相不锈钢，可反复折弯和拉直，管径为25.4mm，总长度200米。高压注射装置的核心部件高压柱塞泵，为三缸柱塞泵，额定流量为100l/min，额定压力为35MPa，可变频控制。高压水射流钻头产生的水射流流速可达200m/s以上。连续管下钻垂直深度可达100米。钻削废液流入暂存池，通过泥浆泵输送到10m³/h的污水处理装置进行处理，处理后的清水回用。

(3)连续管到达预定深度后，向连续管内投入小钢珠，改变高压水射流钻头的射流方向，由垂向的钻进动力切换为横向的药剂扩散动力。这时，通过高压注射装置向连续管注入修复药剂，修复药剂在高速高压的作用下，横向扩散到周边污染土壤，并与污染物相互作用，从而达到修复目的。一段时间后，可以驱动连续管组件，使连续管返回一段距离，再次注入药剂进行不同层面的原位药剂修复。就这样，一次钻井可完成多个层面的药剂注入和原位修复工作。

除了可实现“单孔或单井的多层面作业”外，本发明所述连续管式原位修复注入系统还可以实现“多井多层面作业”的复杂工艺需求。这些井的深度可根据修复需求而定，各个井既可以是垂直地面的，也可以与地面有一定斜度，从而为原位修复技术提供更为丰富的药剂注入手段，以满足复杂的污染场地修复需求。

(1)单井法：如图2中所示，采用本发明所述连续管式原位修复注入系统，打出一个连续管井，连续管井即可以垂直于地面，也可以和地面呈斜角。按如上所述工艺步骤在该井内完成药剂注入。该方法适用于小试、中试或规模较小、污染范围较集中的原位修复污染场地。

(2)平行法：如图3所示，采用本发明所述连续管式原位修复注入系统，先采用单井法将连续管深入地下，到达指定深度后，用连续管式注入装备的注入头(带剪切连续管功能)将连续管切断，如此打出多个连续管井，这些连续管井眼轨迹呈平行或异面平行布置，各连续管的管套头通过地面管线进行串联，由高压注射泵组完成药剂注入。该方法适用于污染分布较均匀、污染范围较广的原位修复污染场地。

(3)环形法：如图4所示，采用本发明所述连续管式原位修复注入系统，先采用单井法将连续管深入地下，到达指定深度后，用连续管式注入装备的注入头(带剪切连续管功能)将连续管切断，如此打出多个连续管井，这些连续管井眼轨迹呈环形或涡旋形发散布置，各连续管的管套头通过地面管线进行串联，由高压注射泵组完成药剂注入。该方法适用于有明显的污染点源、污染分布呈发散状的原位修复污染场地。

上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，凡对本发明所作的任何改进和变型均属本发明权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种连续管式原位修复注入方法，其特征在于:所述连续管式原位修复注入方法使用连续管式原位修复注入系统，通过投珠法使钻头向下的钻井力转变为径向或横向的药剂扩散动力；

所述连续管式原位修复注入系统包括连续管井部分和井外部分，连续管井部分由位于管井上部的连续管式注入装备和伸入管井的高压水射流钻头构成；井外部分包括污水处理装备、自动配药装置、高压注射装置；其特征在于：

连续管式注入装备一端连接高压注射装置，另一端连接用于钻削土壤的高压水射流钻头，污水处理装备一端连接管井收集并且处理废液，污水处理装备另一端连接自动配药装置输送出处理后得到的回用清水，自动配药装置的另一端连接向连续管式注入装备输送高压液流的高压注射装置；

所述污水处理装备包括暂存池、四联池、沉淀池、固液分离机、石英砂过滤罐、活性炭过滤罐和与自动配药装置相连接的回用水箱，钻削废液通过泥浆泵输送到暂存池中，再在四联池中进行药剂调节，经沉淀池中沉淀后，泥浆进行固液分离，上清液经过石英砂过滤器和活性炭过滤器净化后进入回用水箱循环利用；

所述自动配药装置包括上料机、配药箱、计量系统和搅拌器，用于定量投加药剂，使药剂混合均匀，达到所需的药剂配比；

所述高压注射装置包括高压柱塞泵，变频控制系统和动力系统，用于将清水或药剂转换为高压液流；

所述连续管式原位修复注入系统包括多个连续管井部分，所述多个连续管井部分以平行、异面平行、环形或涡旋形发散方式布置，各连续管井部分的连续管式注入装备通过地面管线进行串联；

所述连续管式注入装备包括注入头、防喷设备和连续管组件，所述注入头用于驱动连续管实现夹持、切断、改变连续管前进方向的操作，所述防喷设备位于管井口密封以防止井喷，所述连续管组件包括卷盘和连接高压注射装置的连续管；

所述高压水射流钻头连接连续管一端，将连续管中高压水射流的水功率转化成钻头的钻井动力和药剂注射的径向或横向动力并且牵引连续管向下运动；

所述连续管式原位修复注入方法是通过高压注射装置向连续管式注入装备提供高压液流，连续管井内的高压水射流钻头将连续管式注入装备输送来的高压液流功率转化成钻头的前进动力和药剂注射的横向动力产生钻削废液，钻削废液被输送至污水处理装备处理后得到回用清水，回用清水被输送至自动配药装置用于配制药液，药液被输送至高压注射装置。

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