CN109138904A - 双封隔器分层注浆止水装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种双封隔器分层注浆止水装置及其使用方法，包括井管、注浆装置和封隔装置，井管包括实管、滤水管和出浆管，注浆装置包括泥浆泵、注浆导管和注浆管，封隔装置包括高压气瓶、高压气管线、减压表、上封隔器和下封隔器，注浆导管伸入井管内腔，注浆泵、注浆导管、上封隔器、注浆管和下封隔器依次连接，下封隔器下端连接底堵，注浆管的位置对应出浆管，上封隔器的胶筒腔体和下封隔器的胶筒腔体经高压气管线B串通，在上封隔器的胶筒腔体顶部连通有高压气管线A，高压气管线A的入口端连接减压表，减压表连接高压气瓶。开启高压气瓶，给上封隔器和下封隔器充气，使其与实管内壁完全贴合贴合，通过泥浆泵向止水位置已填充砾料的间隙注入水泥浆进行分层止水。
Description
技术领域
本发明涉及水文地质调查勘探技术领域，尤其指一种双封隔器分层注浆止水装置及其使用方法。
背景技术
在水文地质调查以及地下水勘查中，通过分层抽水试验准确获取地下水详细的水文地质参数，实现对含水层的分层刻画，对于客观地认识水文地质条件，合理概化水文地质模型，较精确地评价地下水资源具有至关重要的作用，而实施分层抽水试验的前提是实施分层水文地质孔。
传统的分层水文地质孔成井方法主要为海带止水、膨胀橡胶止水和粘土球止水。海带和膨胀橡胶止水均属于临时性止水，具有一定的止水效果，但成本高，工序繁杂，承压性查，止水效果不稳定，不适用于永久性止水。粘土球止水是水文地质孔分层成井最常用的方法，是通过向井管外填充砾料和粘土球，成本低，止水效果好，但在细颗粒地层或钻探结构不稳定地层进行分层成井极易发生孔内坍塌、测量回填位置不准确或无法测量砾料回填高度、砾料回填高度超过止水位置和钻孔缩颈引起的粘土球“架桥”等事故，影响分层成井质量，甚至引起钻孔报废，同时，粘土球水化时间短，也不适用于大深度水文地质孔分层成井。因此，亟需开发一种新型分层成井技术实现水文地质孔高效快速分层成井。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双封隔器分层注浆止水装置及其使用方法，省去了填粘土球的过程改为全孔填砾，大大简化了分层成井施工难度，大幅提高了施工效率，其止水位置准确，止水可靠。
为达成上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种双封隔器分层注浆止水装置，它包括井管、注浆装置和封隔装置，该井管包括实管、滤水管和出浆管，该注浆装置包括泥浆泵、注浆导管和注浆管，该封隔装置包括高压气瓶、减压表、高压气管线A、上封隔器、高压气管线B和下封隔器，该注浆导管伸入该井管的内腔，该注浆导管的上端连接泥浆泵，该注浆导管的下端连通该上封隔器的中心管，该上封隔器的中心管与该下封隔器的中心管通过注浆管连通，该下封隔器的下端连接底堵，该注浆管对应该出浆管，该上封隔器的胶筒腔体和该下封隔器的胶筒腔体经高压气管线B串接连通，在该上封隔器的胶筒腔体的顶部连通有高压气管线A，该高压气管线A的入口端连接减压表，该减压表连接高压气瓶。
所述注浆导管的下端连接该上封隔器的短节，该上封隔器的中心管的下端连接注浆管的上端，该注浆管的下端连接下封隔器的短节，该下封隔器的中心管的下端开口连接所述端堵。
优选地，所述泥浆泵与所述注浆导管之间连接高压胶管。
优选地，所述出浆管为桥式过滤管，其孔隙与砾料规格相匹配，以使得砾料不能进入井管内。
所述出浆管与所述注浆管的高度对应，该出浆管的高度为1-1.5米，所述注浆管的高度为1-1.5米。
一种双封隔器分层注浆止水装置的使用方法，先打开高压气瓶，使高压气体经高压气管线进入上封隔器和下封隔器内，待该上封隔器和该下封隔器胶筒腔体中的压力升高并达到一座封压力值后，该上封隔器和该下封隔器启封并与所述井管的内壁完全贴合；然后启动地表的泥浆泵注清水，若清水可以正常循环，则可用泥浆泵将搅拌好的水泥浆通过注浆导管和注浆管注入，并通过出浆管的孔隙注入到该井管外，直至将水泥浆量全部注入，水泥浆全部注入后，继续用泥浆泵向注浆导管内泵入清水，使残留在注浆导管内的水泥浆全部注入止水段，注浆结束，关闭泥浆泵，2-3h后待水泥初凝，卸开高压气管线与减压表接头，排出高压气体使上封隔器和下封隔器的内腔收缩解封，提出位于井管内腔的注浆装置和封隔装置。
该座封压力值为0.6-0.8MPa，该上封隔器和下封隔器的供气压力为封隔器所承受的水压与座封压力值之和。
所述水泥浆的主要成分为水泥、水和膨润土，其中水灰比为0.5-0.6，膨润土为3％，以使得该水泥浆具有流动性，又满足止水需求。
对提拉出位于井管内腔的注浆装置和封隔装置进行清洗，防止水泥浆凝固在装置内损伤设备。
本发明的有益效果：
1、本发明的分层注浆止水装置改变了传统水文地质孔分层成井工艺流程，去除了“分层填砾和止水”这一钻孔事故高发阶段，将分层成井工艺修改为钻进→下管→全孔填砾→洗井→封隔注浆分层止水，有效降低了钻孔分层成井事故发生率。
2)本发明的双封隔器分层注浆止水装置能够将止水目的层隔离，通过泥浆泵注入水泥浆止水材料，止水位置准确，止水效果可靠。
3)本发明双封隔器分层注浆止水装置可重复利用，保证了低成本的施工；
4)本发明双封隔器分层注浆止水装置能够满足1000m以内的水文地质孔分层成井；
5)本发明双封隔器分层注浆止水装置具有封隔可靠、卸荷方便，可操作性强等特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
1：井管，11：实管，12：滤水管，13：出浆管，21：隔水层，22：含水层，31：泥浆泵，32：注浆导管，33：注浆管，34：高压胶管，41：高压气瓶，42：减压表，43：高压气管线A，43'：高压气管线B，44：上封隔器，45：下封隔器，46：底堵。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种双封隔器分层注浆止水装置，它包括井管、注浆装置和封隔装置，该井管包括实管11、滤水管12和出浆管13，该出浆管13对应隔水层21，该滤水管对应所抽水的含水层22，该注浆装置包括泥浆泵31、注浆导管32和注浆管33，该封隔装置包括高压气瓶41、减压表42、高压气管线A43、上封隔器44、高压气管线B43'和下封隔器45，该注浆导管32伸入该井管1的内腔，该注浆导管32的上端连接泥浆泵31，该注浆导管32的下端连接该上封隔器44的短节，该上封隔器44的中心管的下端与该下封隔器45的短节之间连接注浆管33，该下封隔器45的中心管的下端连接底堵46，该注浆管33对应该出浆管13，该上封隔器44的胶筒腔体和该下封隔器45的胶筒腔体经高压气管线B43串接连通，在该上封隔器44的胶筒腔体的顶部还连通有高压气管线A43’，该高压气管线A43’的入口端连接减压表42，该减压表42连接高压气瓶41。
上封隔器和下封隔器的结构相同，选为专利号201820351644.9所公告的一种过电缆过过气管线封隔器。该封隔器呈轴对称形状，包括短节、上接头、中心管、胶筒和浮动头；该短节和该中心管通过油管扣连接，该上接头套设在该油管扣外周；该胶筒套设在该中心管中部，该胶筒的一端与该上接头通过丝扣连接，该胶筒另一端与该浮动头通过丝扣连接，该浮动头与该中心管密封连接；该上接头的上端与该短节通过油管扣连接，下端为内外两层结构，内层下端与该中心管顶端通过油管扣连接，外层下端与该胶筒顶端通过丝扣连接，该胶筒套设在该中心管表面，为同心式结构；该浮动头同样为内外层结构，内层与该中心管密封连接，外层与该胶筒底端通过丝扣连接。
为了操作更加安全和方便，所述泥浆泵31与所述注浆导管32之间连接高压胶管34。
优选，所述出浆管13为桥式过滤管，其焊接在两段实管11之间，该桥式过滤管的孔隙与砾料规格相匹配，以使得砾料不能进入井管内。
优选地，所述出浆管的高度为1-1.5米。优选地，所述注浆管33的长度为1-1.5米。
下面介绍双封隔器分层注浆止水装置的使用方法，在保障设备安全的情况下，先打开高压气瓶41，使高压气体经减压表42减压后进入高压气管B43’，后依次进入上封隔器44的胶筒腔体、高压气管A43和下封隔器45的胶筒腔体，以使得该上封隔器44和该下封隔器45胶筒腔体中的压力升高并达到一座封压力值后，以使得该上封隔器44和该下封隔器45与所述井管1的实管11内壁完全贴合；然后启动地表的泥浆泵31注清水，若清水可以正常循环(说明注浆管和出浆管对正，可打入清水，若清水不正常循环，说明注浆管对应实管位置，因此不能打入清水)可将搅拌好的泥浆注入注浆导管，后经该注浆管流出，并通过出浆管注入到该井管外，直至将泥浆量全部注入(该水泥浆量的体积大致依据止水段长度及砾料间的孔隙率计算)，水泥浆全部注入后，继续用泥浆泵向注浆导管内泵入清水，使残留在注浆导管内的水泥浆全部注入止水段，泵入的清水量体积为下入井管内注浆导管内腔的体积与地表连接高压胶管内腔体积总和；注浆结束，关闭泥浆泵，2-3h后待水泥初凝，卸开高压气管线与减压表接头，排出高压气体使上封隔器和下封隔器的内腔收缩解封，提拉出位于井管内腔的注浆装置和封隔装置；对提拉出位于井管内腔的注浆装置和封隔装置进行清洗，防止水泥浆凝固在装置内损伤设备。
优选地，该座封压力值为0.6-0.8MPa，该上封隔器和下封隔器的供气压力为封隔器所承受的水压与座封压力值之和。
优选地，所述水泥浆的主要成分为水泥、水和膨润土，其中水灰比为0.5-0.6，膨润土为3％，以使得该泥浆具有流动性，又满足止水需求。
在发明的工艺大致如下：在钻进结束后，安装井管，井管的出浆管对应在所需的隔水层位置段，滤水管对应在所需的含水层位置段，井管安装结束；进行全孔填砾和洗井，以使得围填砾料更加密实，后期砾料不再下沉；设备检查可安全运行后，本发明的止水装置开始工作，通过泥浆泵向止水位置已填充砾料的间隙注入水泥浆进行分层止水，注浆结束；等待水泥浆初凝，提出井内设备；其止水位置准确，止水效果可靠，而且可有效降低了钻孔分层成井事故发生率，为分层水文地质孔高效快速成井提供技术支撑。
Claims (9)
1.一种双封隔器分层注浆止水装置，其特征在于：它包括井管、注浆装置和封隔装置，该井管包括实管、滤水管和出浆管，该注浆装置包括泥浆泵、注浆导管和注浆管，该封隔装置包括高压气瓶、减压表、高压气管线A、上封隔器、高压气管线B和下封隔器，该注浆导管伸入该井管的内腔，该注浆导管的上端连接泥浆泵，该注浆导管的下端连通该上封隔器的中心管，该上封隔器的中心管与该下封隔器的中心管通过注浆管连通，该下封隔器的下端连接底堵，该注浆管对应该出浆管，该上封隔器的胶筒腔体和该下封隔器的胶筒腔体经高压气管线B串接连通，在该上封隔器的胶筒腔体的顶部连通有高压气管线A，该高压气管线A的入口端连接减压表，该减压表连接高压气瓶。
2.根据权利要求1所述的双封隔器分层注浆止水装置，其特征在于：所述注浆导管的下端连接该上封隔器的短节，该上封隔器的中心管的下端连接注浆管的上端，该注浆管的下端连接下封隔器的短节，该下封隔器的中心管的下端开口连接所述端堵。
3.根据权利要求1或2所述的双封隔器分层注浆止水装置，其特征在于：所述泥浆泵与所述注浆导管之间连接高压胶管。
4.根据权利要求3所述的双封隔器分层注浆止水装置，其特征在于：所述出浆管为桥式过滤管，其孔隙与砾料规格相匹配，以使得砾料不能进入该井管内。
5.根据权利要求4所述的双封隔器分层注浆止水装置，其特征在于：所述出浆管与所述注浆管的高度对应，该出浆管的高度为1-1.5米，所述注浆管的高度为1-1.5米。
6.一种如权利要求1至5所述的任一项的双封隔器分层注浆止水装置的使用方法，其特征在于：先打开高压气瓶，使高压气体经高压气管线进入上封隔器和下封隔器内，待该上封隔器和该下封隔器胶筒腔体中的压力升高并达到一座封压力值后，该上封隔器和该下封隔器启封并与所述井管的内壁完全贴合；然后启动地表的泥浆泵注清水，若清水可以正常循环，则可用泥浆泵将搅拌好的水泥浆通过注浆导管和注浆管注入，并通过出浆管的孔隙注入到该井管外，直至将水泥浆量全部注入，水泥浆全部注入后，继续用泥浆泵向注浆导管内泵入清水，使残留在注浆导管内的水泥浆全部注入止水段，注浆结束，关闭泥浆泵，2-3h后待水泥初凝，卸开高压气管线A与减压表接头，排出高压气体使上封隔器和下封隔器的内腔收缩解封，提出位于井管内的注浆装置和封隔装置。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于：该座封压力值为0.6-0.8MPa，该上封隔器和下封隔器的供气压力为封隔器所承受的水压与座封压力值之和。
8.根据权利要求6或7所述的使用方法，其特征在于：所述水泥浆的主要成分为水泥、水和膨润土，其中水灰比为0.5-0.6，膨润土为3％。
9.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于：对提拉出位于所述井管内腔的注浆装置和封隔装置进行清洗，防止水泥浆凝固在装置内损伤设备。
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