CN111706293A - 钻孔堵漏注浆结构及钻孔堵漏方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻孔技术领域，提供一种钻孔堵漏注浆结构及钻孔堵漏方法，其中的钻孔堵漏注浆结构包括下层封隔件、上层封隔器、注浆筒和升降装置，下层封隔件和上层封隔器设置于井筒内，上层封隔器、下层封隔件和井筒内壁之间围成注浆封堵腔，下上层封隔器的管柱底端设置有环形挡块，环形挡块上设置有注浆孔，下上层封隔器的管柱侧壁上设置有注水管，注浆筒的下端开口与注浆孔对齐，注浆筒内设置有漏浆装置，升降装置与注浆筒连接，升降装置用于使注浆筒升降。本发明提供的钻孔堵漏注浆结构及钻孔堵漏方法能够将微生物悬浮液和胶结液送入泄漏通道或水泥裂隙中，达到通过微生物封堵较小缝隙的目的。

Description

钻孔堵漏注浆结构及钻孔堵漏方法

技术领域

本发明涉及钻孔技术领域，特别是涉及钻孔堵漏注浆结构及钻孔堵漏方法。

背景技术

钻井施工过程中常常会发生井漏的现象，井筒周围存在的分层、孔洞、裂缝、孔隙和其他不受限制的流动通道极大地降低了井筒的完整性。受损的井壁可能会导致地层间隔离失效，导致流体在层间或平面上形成非预期的运移，从而产生各种负面影响，包括财产损失甚至严重事故。修复泄漏通道或井筒水泥裂隙并非易事。

钻孔堵漏的常用方法是水泥，特别是细水泥，但水泥浆只能注入最小120μm的缝隙中，对于更小的缝隙无法实现封堵。凝胶、树脂和环氧树脂等化学材料可用于堵漏更小的缝隙，其可封堵的缝隙能够达到1-100μm，但其价格昂贵。

一方面，微生物本身的大小范围为1-5μm；另一方面，微生物的载体为含矿物质的水溶液，这与水泥浆和化学浆相比，粘度大幅下降。微米级的微生物和低粘度水溶液可以在较小压力下进入小孔径，达到堵漏的目的。但现有技术手段无法完成通过微生物封堵较小缝隙的作业。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种钻孔堵漏注浆结构及钻孔堵漏方法，用于解决现有技术手段无法完成通过微生物封堵较小缝隙作业的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种钻孔堵漏注浆结构，钻孔堵漏注浆结构包括下层封隔件、上层封隔器、注浆筒和升降装置；

所述下层封隔件和所述上层封隔器设置于井筒内，所述上层封隔器设置于所述下层封隔件上方，且与所述下层封隔件间隔设置，所述上层封隔器、所述下层封隔件和井筒内壁之间围成注浆封堵腔；

所述上层封隔器的管柱底端设置有环形挡块，所述环形挡块上设置有注浆孔，所述上层封隔器的管柱侧壁上设置有注水管，所述注水管下端与所述注浆封堵腔连通，上端用于连接供水设备；

所述注浆筒的上、下两端开口，所述注浆筒的下端开口与所述注浆孔对齐，所述注浆筒内设置有漏浆装置，所述漏浆装置能够用于封堵注浆筒的下端开口以避免所述注浆筒的下端漏浆或打开所述注浆筒的下端开口使所述注浆筒内的浆液由所述注浆孔流入所述注浆封堵腔内；

所述升降装置与所述注浆筒连接，所述升降装置用于使所述注浆筒升降。

进一步地，所述升降装置包括收卷设备和吊绳，所述收卷设备位于井筒外，所述吊绳一端连接所述收卷设备，另一端连接所述注浆筒的上端。

进一步地，所述吊绳下端设置有连接块和连接分绳，所述连接块上侧中部与所述吊绳下端固定连接，所述连接分绳上端与所述连接块连接，下端与所述注浆筒的上端连接，所述连接分绳以所述注浆筒轴线为中心周向设置有多个。

进一步地，所述漏浆装置包括转轴、活页和提拉绳，所述转轴水平设置且端部与所述注浆筒固定连接，所述活页水平设置，所述活页与所述转轴转动连接，所述活页边缘与所述注浆筒内壁贴合，所述提拉绳下端与所述活页固定连接，所述提拉绳上端连接所述连接块。

进一步地，所述活页设置有两个，所述活页在所述转轴两侧对称设置，两个所述活页同时与所述转轴转动连接。

进一步地，所述注浆筒为圆柱形筒管，所述转轴沿所述注浆筒的径向设置，所述活页为半圆形板，所述活页的直边与所述转轴固定连接，所述活页的弧形边与所述注浆筒的内壁贴合。

进一步地，所述注水管上部分为实管，下部分为花管。

本发明实施例还提供一种适用于以上所述的钻孔堵漏注浆结构的钻孔堵漏方法，该方法包括以下步骤：

S100、确定井筒内的漏失段；

S200、通过下层封隔件隔离所述漏失段下部地层，通过上层封隔器隔离所述漏失段上部地层；

S300、安装所述注浆筒和所述升降装置；

S400、注入微生物悬浮液；

S500、静置1h，注入胶结液；

S600、每间隔4h循环步骤S400至步骤S600一次，直至完成所述漏失段的堵漏操作。

进一步地，步骤S400中所述注入微生物悬浮液具体包括：

S410、将所述微生物悬浮液加入所述注浆筒中；

S420、通过所述升降装置将所述注浆筒下放至所述环形挡块位置，将所述注浆筒内的所述微生物悬浮液通过所述注浆孔注入所述注浆封堵腔内；

S430、通过所述注水管向所述注浆封堵腔内注水。

进一步地，S500中所述静置1h，注入胶结液具体包括：

S510、静置1h，将所述胶结液加入所述注浆筒中；

S520、通过所述升降装置将所述注浆筒下放至所述环形挡块位置，将所述注浆筒内的所述胶结液通过所述注浆孔注入所述注浆封堵腔内；

S530、通过所述注水管向所述注浆封堵腔内注水；

S540、重复步骤S510至步骤S530一次。

本发明实施例提供的钻孔堵漏注浆结构，通过下层封隔件和上层封隔器能够在具有泄漏通道或水泥裂隙的井筒内形成注浆封堵腔，通过注浆筒和升降装置能够向注浆封堵腔内注入微生物悬浮液和胶结液，通过注水管能够向注浆封堵腔内高压注水，将微生物悬浮液和胶结液送入泄漏通道或水泥裂隙中，达到通过微生物封堵较小缝隙的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明钻孔堵漏注浆结构一个实施例的结构示意图；

图2为本发明钻孔堵漏注浆结构一个实施例中表现注浆筒及漏浆装置结构的示意图。

图中，1、下层封隔件；2、上层封隔器；21、管柱；22、环形挡块；23、注浆孔；24、注水管；241、实管；242、花管；3、注浆封堵腔；4、注浆筒；41、支腿；42、支撑架；5、漏浆装置；51、转轴；52、活页；53、提拉绳；6、升降装置；61、收卷设备；62、吊绳；63、连接块；64、连接分绳；7、井筒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

参见图1，示出了本发明钻孔堵漏注浆结构一个实施例的结构示意图。在图1中，钻孔堵漏注浆结构包括下层封隔件1、上层封隔器2、注浆筒4和升降装置6。

其中，下层封隔件1可采用可取式桥塞，上层封隔器2可采用膨胀式封隔器。下层封隔件1和上层封隔器2设置于井筒7内，下层封隔件1位于泄漏通道或水泥裂隙下方。上层封隔器2设置于下层封隔件1及泄漏通道或水泥裂隙上方。上层封隔器2与下层封隔件1间隔设置，上层封隔器2、下层封隔件1和井筒7内壁之间围成注浆封堵腔3。注浆封堵腔3内注入微生物悬浮液和胶结液可实现泄漏通道或水泥裂隙的封堵。

上层封隔器2的管柱21底端设置有环形挡块22，环形挡块22上设置有注浆孔23。环形挡块22可与上层封隔器2的管柱21的下端面固定连接，也可与上层封隔器2的管柱21下端的内壁固定连接。环形挡块22与上层封隔器2的管柱21连接位置形成密封，使液体无法由环形挡块22与上层封隔器2的管柱21的连接位置穿过。环形挡块22与上层封隔器2的管柱21之间可采用焊接固定。

上层封隔器2的管柱21侧壁上设置有注水管24，注水管24的轴线与上层封隔器2的管柱21的轴线平行。注水管24可与上层封隔器2的管柱21焊接固定，牢固性好，不易脱离。注水管24下端与注浆封堵腔3连通，上端用于连接供水设备，供水设备可采用高压水泵。通过注水管24可向注浆封堵腔3内高压注水。

在一种可选方案中，注水管24设置有两根以上，通过两根以上的注水管24同时进行注水作业，可提高注水效率，并且能够降低每一个注水管24的水压，使用更安全。

注浆筒4竖直设置，其上、下两端开口，注浆筒4的下端开口与注浆孔23对齐，注浆筒4内设置有漏浆装置5，漏浆装置5能够用于封堵注浆筒4的下端开口避免注浆筒4的下端漏浆或打开注浆筒4的下端开口使注浆筒4内的浆液由注浆孔23流入注浆封堵腔3内。注浆筒4能够用于向注浆封堵腔3内输送微生物悬浮液和胶结液。

升降装置6与注浆筒4连接，升降装置6用于使注浆筒4升降。当升降装置6将注浆筒4升至井筒7外时，可向注浆筒4内添加微生物悬浮液和胶结液；当升降装置6将注浆筒4降至环形挡块22位置时，可便于将注浆筒4内的微生物悬浮液和胶结液注入注浆封堵腔3内。

在一个实施例中，升降装置6包括收卷设备61和吊绳62，收卷设备61位于井筒7外，吊绳62一端连接收卷设备61，另一端连接注浆筒4的上端。

当收卷设备61下放吊绳62时，注浆筒4可以由井筒7开口位置逐渐下降至环形挡板上，为向注浆封堵腔3内注入微生物悬浮液和胶结液做好准备。

当收卷设备61收卷吊绳62时，注浆筒4可由环形挡板上侧位置逐渐上升至井筒7外，为添加微生物悬浮液和胶结液做好准备。

收卷设备61可以采用简单的卷筒，也可采用卷扬机等现有设备实现。

参见图2，在一个实施例中，吊绳62下端设置有连接块63和连接分绳64，连接块63上侧中部与吊绳62下端固定连接，连接分绳64上端与连接块63连接，下端与注浆筒4的上端连接，连接分绳64以注浆筒4轴线为中心周向设置有多个。

通过设置连接分绳64，能够使注浆筒4在升降过程中更稳定，不易发生倾斜，并且在注浆筒4上端设置开口的情况下，此种方式更便于吊绳62与注浆筒4的连接。

在一个实施例中，漏浆装置5包括转轴51、活页52和提拉绳53。

转轴51水平设置且端部与注浆筒4固定连接，活页52水平设置，活页52与转轴51转动连接，活页52边缘与注浆筒4内壁贴合。

活页52与注浆筒4内壁之间以及活页52与转轴51之间不存在缝隙。为增加密封性，可在活页52与注浆筒4连接位置和活页52与转轴51连接位置设置密封垫。

提拉绳53下端与活页52固定连接，提拉绳53上端与连接块63连接。

当拉紧吊绳62时，提拉绳53绷紧，能够使活页52维持水平，注浆筒4内的微生物悬浮液或胶结液无法从注浆筒4下端流出。

当注浆筒4落在环形挡块22上并继续向下松动吊绳62时，提拉绳53松动，活页52在自重以及微生物悬浮液和胶结液的重力作用下向下旋转，活页52与注浆筒4内壁之间产生间隙，微生物悬浮液和胶结液可由注浆筒4下端流出。

在一种可选方案中，注浆筒4内壁上可设置限位板，当活页52处于水平状态时，活页52与限位板的下侧抵接。通过设置限位板能够对活页52起到限位作用，防止活页52向上过度旋转与注浆筒4内壁之间产生间隙。

更优的，限位板设置为与注浆筒4共轴线的环形，此时限位板与活页52贴合能够加强密封效果。

在一个实施例中，活页52设置有两个，两个活页52在转轴51两侧对称设置，两个活页52同时与转轴51转动连接。通过提拉绳53能够同时控制两个活页52的位置。此种方案能够在向外排出浆液时更顺利、可靠，当单片活页52出现卡死情况时，仍然可以进行注浆作业。

在一个实施例中，注浆筒4为圆柱形筒管，转轴51沿注浆筒4的径向设置，活页52为半圆形板，活页52的直边与转轴51固定连接，活页52的弧形边与注浆筒4的内壁贴合。

当然，将注浆筒4设置为圆柱形筒管，并将活页52设置为半圆形板仅仅为一种可实现方式，也可将注浆筒4和活页52设置为其他形状，例如，将注浆筒4设置为长方形筒，并将活页52设置为长方形板。并且，转轴51也可仅连接单片活页52，例如，注浆筒4为长方形筒时，将转轴51设置在注浆筒4一侧侧壁上，将活页52设置为长方形板，活页52一条侧边与转轴51转动连接，其余侧边与注浆筒4内壁贴合。

注浆筒4底部设置有支腿41，支腿41设置有至少三个，各支腿41以注浆筒4轴线为中心周向分布。通过设置支腿41能够使注浆筒4稳定的竖立在环形挡块22上，并且能够为活页52的旋转预留足够的空间。支腿41之间可通过设置支撑架42连接，加强支腿41的牢固性。

在一个实施例中，注水管24分为两段，其上部分为实管241，下部分为花管242。将注水管24下部分设置为花管242能够避免注水管24内水压过大，起到泄压作用。需要说明的是，注水管24的花管242部分不宜过长，当花管242部分过长时，会导致水压无法满足注水需求。经验证，将注水管24的长度设置为80cm-100cm为宜，具体可选用100cm长度。注水管24的管径可以为6cm-8cm。

本发明实施例中提供的钻孔堵漏注浆结构，结构简单，操作方便。能够方便地将微生物悬浮液和胶结液注入泄漏通道或水泥裂隙中，便于实现较小缝隙封堵的目的，并且采用微生物悬浮液和胶结液封堵缝隙相对于采用凝胶、树脂和环氧树脂等化学材料进行封堵具有成本低的优点。

在另一个实施例中，提供了一种适用于上述任意实施例中的钻孔堵漏注浆结构的钻孔堵漏方法，该钻孔堵漏方法包括以下步骤：

S100、确定井筒7内的漏失段。

确定井筒7内的漏失段过程中，可根据漏失量曲线及自然伽马、双频感应、补偿密度、补偿中子等可判别岩层岩性和孔隙度的测井曲线分析，找出漏失的具体层段。

S200、通过下层封隔件1隔离漏失段下部地层，通过上层封隔器2隔离漏失段上部地层。下层封隔件1采用可取式桥塞，上层封隔器2采用膨胀封隔器。采用膨胀封隔器将漏失段与上部地层隔离开，下部地层通过可取式桥塞分隔开能够防止浆液在注入的过程中进入其他地层，影响注浆成功率。需要说明的是，在上层封隔器2进入井筒7之前，可先在上层封隔器2上加装好环形挡块22和注水管24，避免井下的安装的繁琐过程。

S300、安装注浆筒4和升降装置6。

将升降装置6安装在地面井口位置，再将升级装置的吊绳62与注浆筒4进行连接。

S400、注入微生物悬浮液，在此过程中，将微生物悬浮液注入注浆封堵腔3内后需要通过注水管24高压注水，一方面起到稀释微生物的作用，另一方面使微生物悬浮液顺利进入泄漏通道或水泥裂隙中。

微生物悬浮液中的微生物为一种高产脲酶的巴氏芽孢杆菌，将已制成粉末的微生物粉末在施工现场培养12h后使用。

S500、静置1h，使微生物悬浮液充分进入泄漏通道或水泥裂隙中，再注入胶结液。胶结液为尿素和CaCl₂的混合液，该胶结液为微生物提供生成胶结物所必须的尿素和钙离子，根据现场情况采用易获得的水体溶解即可，对水质无特殊要求。

S600、每间隔4h循环步骤S400至步骤S600一次，每天可重复注浆循环3-4次，直至完成漏失段的堵漏操作。

利用注水率来判断何时停止注浆，注水率为流量与注浆压力的比值。岩层渗透率下降，则注水率减小。随着注浆过程推进，裂隙中生成胶结物，透水性能变差，注水率随之下降，当注水率下降70-80％时，停止注浆。

在一个实施例中，步骤S400中注入微生物悬浮液具体包括：

S410、将微生物悬浮液加入注浆筒4中。此过程中需要收紧提拉绳53，使活页52处于水平状态，此时将微生物悬浮液注入注浆筒4中，微生物悬浮液不会自注浆筒4下端开口流出。

S420、通过升降装置6将注浆筒4下放至环形挡块22位置，下放提拉绳53，使活页52向下旋转，打开注浆筒4下端开口，将注浆筒4内的微生物悬浮液通过注浆孔23注入注浆封堵腔3内。

S430、将注水管24上端连接供水设备，通过注水管24向注浆封堵腔3内注水，当注浆封堵腔3内被微生物悬浮液和水充满时停止进行注水。

在一个实施例中，S500中的静置1h，注入胶结液具体包括：

S510、静置1h，将胶结液加入注浆筒4中；胶结液注入过程中需要收紧提拉绳53，使活页52处于水平状态，此时将胶结液注入注浆筒4中，胶结液不会自注浆筒4下端开口流出。

S520、通过升降装置6将注浆筒4下放至环形挡块22位置，下放提拉绳53，使活页52向下旋转，打开注浆筒4下端开口，将注浆筒4内的胶结液通过注浆孔23注入注浆封堵腔3内。

S530、通过注水管24向注浆封堵腔3内注水，当注浆封堵腔3内被胶结液和水充满时停止进行注水。

S540、重复步骤S510至步骤S530一次。需要说明的是，在完成一次微生物悬浮液和水的注入之后，进行胶结液注入之前静置的1h时间为预留的微生物悬浮液的渗入时间，而在完成一次胶结液和水的注入之后，进行第二次胶结液注入之前静置的1h是预留的胶结液渗入时间。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钻孔堵漏注浆结构，其特征在于，包括下层封隔件、上层封隔器、注浆筒和升降装置；

所述下层封隔件和所述上层封隔器设置于井筒内，所述上层封隔器设置于所述下层封隔件上方，且与所述下层封隔件间隔设置，所述上层封隔器、所述下层封隔件和井筒内壁之间围成注浆封堵腔；

所述上层封隔器的管柱底端设置有环形挡块，所述环形挡块上设置有注浆孔，所述上层封隔器的管柱侧壁上设置有注水管，所述注水管下端与所述注浆封堵腔连通，上端用于连接供水设备；

所述注浆筒的上、下两端开口，所述注浆筒的下端开口与所述注浆孔对齐，所述注浆筒内设置有漏浆装置，所述漏浆装置能够用于封堵注浆筒的下端开口以避免所述注浆筒的下端漏浆或打开所述注浆筒的下端开口使所述注浆筒内的浆液由所述注浆孔流入所述注浆封堵腔内；

所述升降装置与所述注浆筒连接，所述升降装置用于使所述注浆筒升降。

2.根据权利要求1所述的钻孔堵漏注浆结构，其特征在于，所述升降装置包括收卷设备和吊绳，所述收卷设备位于井筒外，所述吊绳一端连接所述收卷设备，另一端连接所述注浆筒的上端。

3.根据权利要求2所述的钻孔堵漏注浆结构，其特征在于，所述吊绳下端设置有连接块和连接分绳，所述连接块上侧中部与所述吊绳下端固定连接，所述连接分绳上端与所述连接块连接，下端与所述注浆筒的上端连接，所述连接分绳以所述注浆筒轴线为中心周向设置有多个。

4.根据权利要求3所述的钻孔堵漏注浆结构，其特征在于，所述漏浆装置包括转轴、活页和提拉绳，所述转轴水平设置且端部与所述注浆筒固定连接，所述活页水平设置，所述活页与所述转轴转动连接，所述活页边缘与所述注浆筒内壁贴合，所述提拉绳下端与所述活页固定连接，所述提拉绳上端连接所述连接块。

5.根据权利要求4所述的钻孔堵漏注浆结构，其特征在于，所述活页设置有两个，所述活页在所述转轴两侧对称设置，两个所述活页同时与所述转轴转动连接。

6.根据权利要求4所述的钻孔堵漏注浆结构，其特征在于，所述注浆筒为圆柱形筒管，所述转轴沿所述注浆筒的径向设置，所述活页为半圆形板，所述活页的直边与所述转轴固定连接，所述活页的弧形边与所述注浆筒的内壁贴合。

7.根据权利要求1所述的钻孔堵漏注浆结构，其特征在于，所述注水管上部分为实管，下部分为花管。

8.一种适用于权利要求1至7任一项所述的钻孔堵漏注浆结构的钻孔堵漏方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、确定井筒内的漏失段；

S200、通过下层封隔件隔离所述漏失段下部地层，通过上层封隔器隔离所述漏失段上部地层；

S300、安装所述注浆筒和所述升降装置；

S400、注入微生物悬浮液；

S500、静置1h，注入胶结液；

S600、每间隔4h循环步骤S400至步骤S600一次，直至完成所述漏失段的堵漏操作。

9.根据权利要求8所述的钻孔堵漏方法，其特征在于，步骤S400中所述注入微生物悬浮液具体包括：

S410、将所述微生物悬浮液加入所述注浆筒中；

S420、通过所述升降装置将所述注浆筒下放至所述环形挡块位置，将所述注浆筒内的所述微生物悬浮液通过所述注浆孔注入所述注浆封堵腔内；

S430、通过所述注水管向所述注浆封堵腔内注水。

10.根据权利要求8所述的钻孔堵漏方法，其特征在于，S500中所述静置1h，注入胶结液具体包括：

S510、静置1h，将所述胶结液加入所述注浆筒中；

S520、通过所述升降装置将所述注浆筒下放至所述环形挡块位置，将所述注浆筒内的所述胶结液通过所述注浆孔注入所述注浆封堵腔内；

S530、通过所述注水管向所述注浆封堵腔内注水；

S540、重复步骤S510至步骤S530一次。

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