CN117386291A - 一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水设备及方法，涉及注浆治水技术领域，包括以下内容：开孔预备：在进行开孔时，先通过对开孔位区域进行地面，在夯实完毕后，则安排斜井机入场，在斜井机入场后，先行调整斜井机钻机与操作面的之间的夹角角度，确保其角度在30°‑45°之间，在确定后将斜井钻机开进到指定地点后进行最后的点位微调，本发明通过将水平斜井钻井技术与定向钻进技术相结合，通过钻具的重新组合，各项钻进参数的探索总结，实现了在短垂距环境下造长距水平孔注浆孔的难题，可用于建筑物跨地面实体造孔减沉，狭小条件下地灾治理，岩土体加固等行业，因其具有受限小、成本低、效率高等特点，行业前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及注浆治水技术领域，具体涉及一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水设备及方法。
背景技术
短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水是一种治理地下水的方法。它利用钻机在地下钻孔，并在钻孔中注入浆液，浆液在注浆压力的作用下，通过注浆管进入钻孔，并沿着地下水的通道向四周扩散，堵塞地下水的流动通道，达到治理地下水的效果这种方法的优点是施工简单、成本低、效果好，因此在农村地区得到广泛应用；
但现有的技术无法实现预定方位并达成90度水平钻孔，且在实际的操作上成功率只达到70％—80％，且最长水平注浆段钻机距离较短，且在实际的钻孔中进行钻长距离的水平注浆段容易坍塌，因此本发明提供了一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水设备及方法。
发明内容
鉴于上述现有短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水方法存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明目的是提供一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水设备及方法，解决了上述的问题。
本发明提供如下技术方案：
一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水设备及方法，包括以下内容：
S1、开孔预备：在进行开孔时，先通过对开孔位区域进行地面，在夯实完毕后，则安排斜井机入场，在斜井机入场后，先行调整斜井机钻机与操作面的之间的夹角角度，确保其角度在30°-45°之间，在确定后将斜井钻机开进到指定地点后进行最后的点位微调，使斜井钻机的钻机头部对准所要开孔位置，同时确保此时夹角是否在30°-45°之间，在确定完毕后，此时进行组合钻具；
S2、组合钻具：通过对斜井钻机组合上螺杆钻具，后进行钻孔，在进行钻孔时，通过螺杆钻利用钻井液作为动力将液压转为机械能进行钻孔，通过泥浆泵所泵出的泥浆，经过螺杆钻具的旁通阀到达螺杆的马达，在螺杆的马达进口以及出口形成压差，从而推动转子绕定子的轴线进行旋转，传导到万向轴和传动轴进而传递给钻头，进行钻孔，在进行钻孔时，观察钻取出来的岩心或岩屑，判断其颜色、密度、构造、物性，风化基岩通常颜色较浅、密度较低，部分呈现不规则结构，物性较差，当钻孔排出的废料具有以上性质则初步判断钻孔所在地层为风化基岩，此时已经钻孔到至风化基岩层；
S3、对钻孔处进行下放外层护臂套管，在进行外层护臂套管进行下放后，确保外层护臂套管位于顶上，至此完成造斜段的，此时继续进行定向钻孔作业，直至定向钻孔时的钻孔轨迹为水平状态时，此处为水平注浆段的起始位置，此时进行下放二级套管，即内层止浆套管，确保内层止浆套挂的底端位于水平注浆段的起始位置，而顶端则与外层护臂套管齐平，在确定位置后，此时通过将其进行固定后，此时继续定向钻孔水平注浆段；
S4、在水平钻孔距离到达指定的距离后，此时进行注浆作业，为了提高注浆效果，通过在进行注浆时，控制提钻速度以保持适当的注浆压力，浆液在注浆压力的作用下，通过注浆管进入钻孔，并沿着地下水的通道向四周扩散，堵塞地下水的流动通道，从而完成注浆达到治水的目的。
进一步的，所述钻孔作业时，需要进行安装无线随钻仪，在进行安装时确保安装位置距离钻头最近处，同时无线随钻仪的信号通过脉冲传达到地面显示仪，通过地面显示仪进行显示现阶段钻头所在位置，来对钻头前进方向调整，同时可以通过无线随钻仪得出钻孔深度，钻进速度，同时在进行钻孔时的钻压以及扭矩，泥浆流量以及成分，同时查看钻孔的轨迹，还通过无线随钻仪进行传输异常情况以及提示。
进一步的，所述外层护臂套管与内层止浆套管需要将两者之间的间隙进行密封处理。
进一步的，所述万向轴与杆体根据需要设计1°、1.5°、1.75°。
进一步的，所述无线随钻仪利用泥浆压力变化将测量参数传输到地面。
进一步的，所述在进行钻井作业中采用螺杆钻在定向完成后，泥浆泵泵入钻井液至钻具，采用正循环，循环钻井液；
一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水设备，实施于权利要求1所述的一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水方法，包括泥浆泵，所述泥浆泵的输出端泥浆输出端，其特征在于，所述泥浆输出端与注浆管道进行连接处安装有泥浆感应装置，所述泥浆感应装置包括有信息集成块，所述信息集成块的底端开设有等距排列的输出紧固环，所述输出紧固环的底端一侧均设有静止端，所述输出紧固环的另一侧均设有夹紧端，所述静止端以及夹紧端的中部两侧均贯穿连接有蝴蝶螺杆，所述蝴蝶螺杆位于静止端处两侧均设有滑动槽，所述滑动槽的两侧均设有限定环，所述夹紧端位于靠近蝴蝶螺杆的一侧均固定连接有固定螺母，且所述固定螺母与蝴蝶螺杆进行螺纹连接，所述静止端与滑动槽进行活动连接，所述输出紧固环的内壁顶端中部两侧均设有振动感应器，所述输出紧固环位于靠近泥浆泵一侧的振动感应器用于感知泥浆输出端的振动数据，所述输出紧固环位于远离泥浆泵一侧的振动感应器用于感知输出管道的振动数据。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
1、本发明通过将水平斜井钻井技术与定向钻进技术相结合，通过钻具的重新组合，各项钻进参数的探索总结，实现了在短垂距环境下造长距水平孔注浆孔的难题，可用于建筑物跨地面实体造孔减沉，狭小条件下地灾治理，岩土体加固等行业，因其具有受限小、成本低、效率高等特点，行业前景广阔。
2、本发明通过在地表以一定的开孔角度，以水平斜井钻机和螺杆钻提供双驱动力，辅以先进的随钻定向仪器和钻井液，完成短垂距长距离水平注浆孔的造孔工艺，该工艺解决了防治水行业水平面浆液扩散的难题，避免了长距离水平孔造孔的坍塌风险，实现了通过注浆技术完成浅层地表的隔水层的再造或改造。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的施工轨迹示意图；
图2为本发明的施工处架构示意图；
图3为本发明的泥浆泵结构示意图；
图4为本发明的泥浆泵泥浆输出端结构分解示意图；
图5为本发明的泥浆感应装置结构示意图；
图6为本发明的泥浆感应装置结构平正视示意图。
附图标记说明：
1、地面；2、外层护臂套管；3、内层止浆套管；4、风化基岩层；5、水平注浆段；6、泥浆泵；601、泥浆输出端；7、泥浆感应装置；701、信息集成块；702、输出紧固环；703、静止端；704、夹紧端；705、固定螺母；706、蝴蝶螺杆；7061、滑动槽；7062、限定环；707、振动感应器。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
本发明实施例公开一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水方法。
本发明提供了如图1-2所示的一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水设备及方法，包括以下内容：
S1、开孔预备：在进行开孔时，先通过对开孔位区域进行地面1，在夯实完毕后，则安排斜井机入场，在斜井机入场后，先行调整斜井机钻机与操作面的之间的夹角角度，确保其角度在30°-45°之间，在确定后将斜井钻机开进到指定地点后进行最后的点位微调，使斜井钻机的钻机头部对准所要开孔位置，同时确保此时夹角是否在30°-45°之间，在确定完毕后，此时进行组合钻具，确保开孔区域的稳定性，避免因地面松软导致开孔时发生意外情况，调整斜井机钻机与操作面的夹角可以确保开孔的方向和深度更加准确，夹角的确认可以确保斜井机钻机的位置和方向正确，最后的点位微调可以确保斜井机钻机的钻机头部对准所要开孔位置，避免出现偏差，从而极大的提高了钻孔位置的精确度，确保了实际的钻孔过程中能够减少钻头在进行钻孔时减少与预设轨迹的偏移量，从而能够更为贴合预设的轨迹，解决了防治水行业水平面浆液扩散的难题，避免了长距离水平孔造孔的坍塌风险，实现了通过注浆技术完成浅层地表的隔水层的再造或改造；
S2、组合钻具：通过对斜井钻机组合上螺杆钻具，后进行钻孔，在进行钻孔时，通过螺杆钻利用钻井液作为动力将液压转为机械能进行钻孔，通过泥浆泵6所泵出的泥浆，经过螺杆钻具的旁通阀到达螺杆的马达，在螺杆的马达进口以及出口形成压差，从而推动转子绕定子的轴线进行旋转，传导到万向轴和传动轴进而传递给钻头，进行钻孔，在进行钻孔时，观察钻取出来的岩心或岩屑，判断其颜色、密度、构造、物性，风化基岩通常颜色较浅、密度较低，部分呈现不规则结构，物性较差，当钻孔排出的废料具有以上性质则初步判断钻孔所在地层为风化基岩，此时已经钻孔到至风化基岩层4，其中钻进的方式采用螺杆钻单驱与钻机旋转结合的双驱钻进方式同步，通过螺杆钻单驱与钻机旋转结合的双驱钻进方式同步，可以同时利用机械能和液压能，两种动力的协同作用使得钻进更加高效，采用双驱钻进方式可以减少对钻头的磨损，延长钻头的使用寿命，同时减少了起下钻的次数，可以适应各种地层的钻进要求，包括软硬地层和复杂地层，进一步降低了钻孔的成本，双驱钻进方式可以更好地控制钻孔的方向和深度，使钻孔更加准确和垂直，提高了钻孔的质量，双驱钻进方式结构简单，操作方便，维护保养容易，减少了工人的劳动强度，外层护壁套管2用于风化基岩以上，避免钻孔坍塌。
S3、对钻孔处进行下放外层护臂套管2，在进行外层护臂套管2进行下放后，确保外层护臂套管2位于顶上，至此完成造斜段的，此时继续进行定向钻孔作业，直至定向钻孔时的钻孔轨迹为水平状态时，此处为水平注浆段5的起始位置，此时进行下放二级套管，即内层止浆套管3，确保内层止浆套挂的底端位于水平注浆段5的起始位置，而顶端则与外层护臂套管2齐平，在确定位置后，此时通过将其进行固定后，此时继续定向钻孔水平注浆段5，外层护臂套管2可以作为支撑结构，增加钻孔的稳定性，防止钻孔在地下水或其他因素的影响下发生变形或坍塌，外层护臂套管2可以作为安全屏障，保护钻孔工作人员免受地下突水等危险因素的威胁，提高钻孔作业的安全性，在进行水平注浆段5的作业时，外层护臂套管2可以作为导向和支撑结构，使注浆管路保持稳定，便于注浆材料的顺利注入和扩散，提高注浆效果，外层护臂套管2可以协助控制钻孔的方向和深度，使钻孔轨迹更加准确，避免出现偏差，通过一次性下放外层护臂套管2并固定，可以避免在钻孔过程中反复上下调整和安装护壁套管等操作，简化施工流程，提高效率，通过使用外层护臂套管2作为导向和支撑结构，可以减少钻孔和注浆作业中的阻力，提高钻进速度和注浆效率，采用一次性下放外层护臂套管2的方式可以减少重复劳动和人力成本，同时减少因钻孔偏差导致的补救成本，下放外层护臂套管2并进行固定后继续定向钻孔水平注浆段5，可以提高结构稳定性、钻孔安全性、注浆效果、施工效率；
S4、在水平钻孔距离到达指定的距离后，此时进行注浆作业，为了提高注浆效果，通过在进行注浆时，控制提钻速度以保持适当的注浆压力，浆液在注浆压力的作用下，通过注浆管进入钻孔，并沿着地下水的通道向四周扩散，堵塞地下水的流动通道，从而完成注浆达到治水的目的。
其中，所述钻孔作业时，需要进行安装无线随钻仪，在进行安装时确保安装位置距离钻头最近处，同时无线随钻仪的信号通过脉冲传达到地面显示仪，通过地面显示仪进行显示现阶段钻头所在位置，来对钻头前进方向调整，同时可以通过无线随钻仪得出钻孔深度，钻进速度，同时在进行钻孔时的钻压以及扭矩，泥浆流量以及成分，同时查看钻孔的轨迹，还通过无线随钻仪进行传输异常情况以及提示。
其中，所述外层护臂套管2与内层止浆套管3需要将两者之间的间隙进行密封处理，能够在地下水位较高时，如果内外层套管之间的间隙未密封，地下水可能会渗入钻孔内，影响注浆效果和治水目的，密封处理可以有效地防止地下水渗入，确保注浆材料的凝固和治水效果，在注浆过程中，如果内外层套管之间的间隙未密封，浆液可能会从间隙中泄漏出来，影响注浆效果和治水目的。密封处理可以有效地防止浆液泄漏，确保浆液能够充分渗透到地层中，提高注浆效果，对外层护臂套管2与内层止浆套管3之间的间隙进行密封处理，可以增强整体的防水性能，有效防止地下水的渗透和侵蚀，提高治水效果和工程耐久性，如果内外层套管之间的间隙未密封，需要在注浆后进行额外的补救措施，如注浆加固、封堵等。密封处理可以避免这些额外的操作，简化施工流程，提高效率，防止地下水渗入、防止浆液泄漏、提高结构稳定性、提高防水性能和简化施工流程。
其中，所述万向轴与杆体根据需要设计1°、1.5°、1.75°，能够提供更好的适应性和灵活性：不同的角度设计可以满足不同的应用需求。例如，1°的设计可以提供更平滑的转向，适用于需要精确控制方向的情况；1.5°和1.75°的设计可以提供更大的转向角度，适用于需要更大转向幅度的情况，如此可以控制钻孔方向与预定方位并达成90度水平钻孔的成功率达到100％，最长水平注浆段钻机距离达到80m，同时还能可以减少万向轴与杆体之间的摩擦，提高传动效率。
其中，所述无线随钻仪利用泥浆压力变化将测量参数传输到地面，无线随钻仪器是正脉冲的测斜仪，利用泥浆压力变化将测量参数传输到地面，不需要电缆连接，无需缆车等专用设备，具有活动部件少，使用方便，维修简单等优点。仪器分为井下仪与地面监测仪，通过信号解析得到钻孔的实时方位、角度，通过调整使轨迹一直保持水平。
其中，所述在进行钻井作业中采用螺杆钻在定向完成后，泥浆泵6泵入钻井液至钻具，采用正循环，循环钻井液，使得钻井液可以有效地冷却钻头，减少钻头的磨损和温度升高，提高钻头的寿命和钻孔效率，同时还可以通过钻井液携带岩屑从钻孔中排出，保持钻孔的清洁，避免岩屑堆积对钻孔产生影响，钻井液还可以保护井壁的稳定性和完整性，减少井壁坍塌和漏水的风险，采用正循环方式可以更好地控制钻进速度和方向，减少斜孔和弯曲等问题，提高钻孔的质量和精度，同时采用螺杆钻可以减少钻具的磨损和更换次数，同时采用正循环方式可以减少钻井液的使用量，从而降低钻井成本；
如图1-6，一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水设备，包括泥浆泵6，泥浆泵6的输出端泥浆输出端601，泥浆输出端601与注浆管道进行连接处安装有泥浆感应装置7，泥浆感应装置7包括有信息集成块701，信息集成块701的底端开设有等距排列的输出紧固环702，输出紧固环702的底端一侧均设有静止端703，输出紧固环702的另一侧均设有夹紧端704，静止端703以及夹紧端704的中部两侧均贯穿连接有蝴蝶螺杆706，蝴蝶螺杆706位于静止端703处两侧均设有滑动槽7061，滑动槽7061的两侧均设有限定环7062，夹紧端704位于靠近蝴蝶螺杆706的一侧均固定连接有固定螺母705，且固定螺母705与蝴蝶螺杆706进行螺纹连接，静止端703与滑动槽7061进行活动连接，输出紧固环702的内壁顶端中部两侧均设有振动感应器707，输出紧固环702位于靠近泥浆泵6一侧的振动感应器707用于感知泥浆输出端601的振动数据，输出紧固环702位于远离泥浆泵6一侧的振动感应器707用于感知输出管道的振动数据，通过安装振动感应器可以实时监测泥浆泵6的工作状态，包括泵的转速、流量、压力等参数，数据可以通过无线传输技术实时传输到监控中心，方便管理人员随时掌握泥浆泵6的工作情况，如果发现泥浆泵6的输出端数据发生异常变化，可以及时进行维修和更换，避免影响钻井作业的正常进行，同时在进行使用时通过感知泥浆输出端601的振动数据与输出管道的振动数据进行对比可以很好的得出实际的数据差值，通过数据差值可以得知泥浆泵6在工作时会产生振动，可以知道实际的泥浆泵6与输出管道之间的连接是否存在漏气的问题，同时还可以起到泥浆输出端601对管道的夹紧，通过在转动蝴蝶螺杆706时，由于固定螺母705固定在夹紧端704上，使得在蝴蝶螺杆706在拧动时，会将固定螺母705处的夹紧端704向静止端703靠近，由于限定环7062的阻挡，导致在固定螺母705进行移动时，7103也会在滑动槽7061上进行移动，但是当静止端703触碰到限定环7062时，则被阻挡此时只有夹紧端704向静止端703靠近，从而对管道进行紧固，同时达到了通过拧紧一个蝴蝶螺杆706而将多个泥浆输出端601与管道进行紧固。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (7)
1.一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水方法，包括以下内容：
S1、开孔预备：在进行开孔时，先通过对开孔位区域进行地面(1)，在夯实完毕后，则安排斜井机入场，在斜井机入场后，先行调整斜井机钻机与操作面的之间的夹角角度，确保其角度在30°-45°之间，在确定后将斜井钻机开进到指定地点后进行最后的点位微调，使斜井钻机的钻机头部对准所要开孔位置，同时确保此时夹角是否在30°-45°之间，在确定完毕后，此时进行组合钻具；
S2、组合钻具：通过对斜井钻机组合上螺杆钻具，后进行钻孔，在进行钻孔时，通过螺杆钻利用钻井液作为动力将液压转为机械能进行钻孔，通过泥浆泵(6)所泵出的泥浆，经过螺杆钻具的旁通阀到达螺杆的马达，在螺杆的马达进口以及出口形成压差，从而推动转子绕定子的轴线进行旋转，传导到万向轴和传动轴进而传递给钻头，进行钻孔，在进行钻孔时，观察钻取出来的岩心或岩屑，判断其颜色、密度、构造、物性，风化基岩通常颜色较浅、密度较低，部分呈现不规则结构，物性较差，当钻孔排出的废料具有以上性质则初步判断钻孔所在地层为风化基岩，此时已经钻孔到至风化基岩层(4)；
S3、对钻孔处进行下放外层护臂套管(2)，在进行外层护臂套管(2)进行下放后，确保外层护臂套管(2)位于顶上，至此完成造斜段的，此时继续进行定向钻孔作业，直至定向钻孔时的钻孔轨迹为水平状态时，此处为水平注浆段(5)的起始位置，此时进行下放二级套管，即内层止浆套管(3)，确保内层止浆套挂的底端位于水平注浆段(5)的起始位置，而顶端则与外层护臂套管(2)齐平，在确定位置后，此时通过将其进行固定后，此时继续定向钻孔水平注浆段(5)；
S4、在水平钻孔距离到达指定的距离后，此时进行注浆作业，为了提高注浆效果，通过在进行注浆时，控制提钻速度以保持适当的注浆压力，浆液在注浆压力的作用下，通过注浆管进入钻孔，并沿着地下水的通道向四周扩散，堵塞地下水的流动通道，从而完成注浆达到治水的目的。
2.根据权利要求1所述的短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水方法，其特征在于，所述钻孔作业时，需要进行安装无线随钻仪，在进行安装时确保安装位置距离钻头最近处，同时无线随钻仪的信号通过脉冲传达到地面显示仪，通过地面显示仪进行显示现阶段钻头所在位置，来对钻头前进方向调整，同时可以通过无线随钻仪得出钻孔深度，钻进速度，同时在进行钻孔时的钻压以及扭矩，泥浆流量以及成分，同时查看钻孔的轨迹，还通过无线随钻仪进行传输异常情况以及提示。
3.根据权利要求1所述的短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水方法，其特征在于，所述外层护臂套管(2)与内层止浆套管(3)需要将两者之间的间隙进行密封处理。
4.根据权利要求1所述的短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水方法，其特征在于，所述万向轴与杆体根据需要设计1°、1.5°、1.75°。
5.根据权利要求2所述的短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水方法，其特征在于，所述无线随钻仪利用泥浆压力变化将测量参数传输到地面。
6.根据权利要求1所述的短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水方法，其特征在于，所述在进行钻井作业中采用螺杆钻在定向完成后，泥浆泵(6)泵入钻井液至钻具，采用正循环，循环钻井液。
7.一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水设备，实施于权利要求1所述的一种短垂距浅层长距离水平钻孔注浆治水方法，包括泥浆泵(6)，所述泥浆泵(6)的输出端泥浆输出端(601)，其特征在于，所述泥浆输出端(601)与注浆管道进行连接处安装有泥浆感应装置(7)，所述泥浆感应装置(7)包括有信息集成块(701)，所述信息集成块(701)的底端开设有等距排列的输出紧固环(702)，所述输出紧固环(702)的底端一侧均设有静止端(703)，所述输出紧固环(702)的另一侧均设有夹紧端(704)，所述静止端(703)以及夹紧端(704)的中部两侧均贯穿连接有蝴蝶螺杆(706)，所述蝴蝶螺杆(706)位于静止端(703)处两侧均设有滑动槽(7061)，所述滑动槽(7061)的两侧均设有限定环(7062)，所述夹紧端(704)位于靠近蝴蝶螺杆(706)的一侧均固定连接有固定螺母(705)，且所述固定螺母(705)与蝴蝶螺杆(706)进行螺纹连接，所述静止端(703)与滑动槽(7061)进行活动连接，所述输出紧固环(702)的内壁顶端中部两侧均设有振动感应器(707)，所述输出紧固环(702)位于靠近泥浆泵(6)一侧的振动感应器(707)用于感知泥浆输出端(601)的振动数据，所述输出紧固环(702)位于远离泥浆泵(6)一侧的振动感应器(707)用于感知输出管道的振动数据。
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