CN1900475B - 高压水岩层钻孔/加钻/退钻封闭装置及灌浆退钻方法 - Google Patents
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Abstract
高压水岩层钻孔/加钻/退钻封闭装置及灌浆退钻方法，涉及工程机械技术，特别涉及灌浆造孔施工的用于安全退钻的技术。利用本发明的装置及方法，能够解决在存在高压水的状况下，安全钻孔、加钻、退钻的问题。本发明包括前段孔口管和后段孔口管，前段孔口管内设置有密封圈，在前段孔口管和后段孔口管之间，串接有高压阀。本发明的有益效果是，能够在含高压水的岩层中钻孔、加钻杆和退钻杆时封闭高压水，减小操作难度和加大安全系数。能够有效的阻止岩层内的高压水向外渗漏，解决了钻孔时在遇到高压水的情况下的安全退钻问题。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械技术，特别涉及灌浆造孔施工的用于安全退钻的技术。
背景技术
灌浆钻孔施工过程中，在钻至渗水层时，由于岩层内的水压极高，退出钻杆(简称退钻)时的安全问题十分严重，现有技术是在孔口管封闭器内加密封圈，靠密封圈与钻杆紧密配合解决密封问题。这种方法在静止，低压力(2MPa以下)没问题。但是钻杆在钻机过程回转和冲击一直是在密封圈内工作，这个过程也是中也是要紧密配合的。因为环状间隙小，钻孔布置又是各方位和斜度都有，钻杆与孔口封闭器不易完全同心，而钻杆表面光洁度又差，难免造成钻杆与密封圈的摩擦加大造成密封系统损坏。在退钻时，由于需要操作员近前操作，由于密封不足，高压水极易造成安全事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种高压水岩层钻孔/加钻/退钻封闭装置及方法，利用本发明的装置及方法，能够解决在存在高压水的状况下，安全钻孔、加钻、退钻的问题。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，高压水岩层钻孔/加钻/退钻封闭装置，包括前段孔口管和后段孔口管，前段孔口管内设置有密封圈，在前段孔口管和后段孔口管之间，串接有高压阀。
进一步说，在前段孔口管内还设置有一个压力密封装置。所述压力密封装置包括液压内膨胀密封塞或气压内膨胀密封塞。所述高压阀与前段孔口管、后段孔口管之间通过法兰盘连接。所述压力密封装置设置于密封圈的前方。
本文将钻机的方向定义为“前方”，将钻具的方向，或称钻头的方向定义为“后方”。
本发明还提供一种灌浆退钻方法，包括以下步骤：(1)退出一段钻杆，然后停止；(2)启动膨胀密封装置，使其与钻杆形成密封；
(3)卸下退出的一段钻杆，将前一连接装置与后一段钻杆的连接手连接，再松开液(气)压内膨胀塞，然后退出后一段钻杆；(4)重复步骤(1)～(3)，直到余下最后一段钻杆；(5)退出最后一节钻杆和钻头。
所述步骤(5)为：关闭高压阀，然后退出最后一节钻杆和钻头。所述压力密封装置为液(气)压内膨胀密封塞。
本发明的有益效果是，能够在含高压水的岩层中钻孔、加钻杆和退钻杆时封闭高压水，减小操作难度和加大安全系数。能够有效的阻止岩层内的高压水向外渗漏，解决了钻孔时在遇到高压水的情况下的安全退钻问题。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是在本发明的膨胀塞作用下的钻杆受力分析图。
具体实施方式
本文所述的“连接手”是连接两根钻杆的连接装置，属于通用零件。
参见图1。本文将“液压内膨胀密封塞或气压内膨胀密封塞”简写为“液(气)压内膨胀密封塞”。
本发明的装置包括孔口管后段10，还包括：
孔口管前段20，所述孔口管前段20内设置有密封圈1和压力密封装置，所述压力密封装置为液(气)压内膨胀密封塞3；
高压阀4，所述高压阀4一端通过法兰盘与孔口管前段20连接，另一端通过法兰盘与孔口管后段10连接。
液(气)压内膨胀塞3平时处于无压状态，有足够大的间隙供钻杆进出，主要靠密封圈1止水，如突遇高压水，停止钻进，退出钻杆，如发现钻杆与密封圈1之间射水，则退出第一个连接手时，加压使液(气)压内膨胀塞3膨胀，使之与钻杆抱死并密封，下第一根钻杆后，将推进器丝扣与第二根连接，松开液(气)压内膨胀塞，退钻至第二个连接手重复以上工作，直至钻具全部退出灌浆密封系统。钻具退出高压阀后，即可通过高压阀封闭前段灌浆系统。本发明所述的高压阀也称为高压止浆阀。
特别的，本发明将压力密封装置设置于密封圈的后方。这样设置的效果是，在最后一段钻具退出高压止浆阀的时候，即使已经脱离了密封圈，仍可确保钻杆受到液(气)压内膨胀塞的作用，保证了密封效果。
以下对各部件的作用作单独描述。
密封圈1用于钻孔时突遇高压水时封闭高压水。钻进工作时，液(气)压内膨胀塞3处于未加压状态。
内膨胀塞加压管2是对液(气)压内膨胀塞3加压和卸压的进(出)液(气)管。
液(气)压内膨胀塞3的作用是完全封闭高压水和对钻杆加压抱死，使钻杆在高内压状态下不至于射出孔口。正常钻进状态下，液(气)压内膨胀塞是处于未加压状态。当须加钻杆时，加压使钻杆完全抱死固定，退去连接钻杆头部的钻机动力头，加钻杆，再连接钻杆动力头，液(气)压内膨胀塞3卸压，钻杆在动力头推进下钻孔或下入孔内。当须退钻杆时，钻杆在动力头带动下退出，当钻杆连接手退出前段孔口管，加压使钻杆完全抱死固定，退去连接钻杆头部的钻机动力头，卸钻杆，再连接钻杆动力头，液(气)压内膨胀塞3卸压。当有多根钻杆退出时，重复以上动作，逐根退出钻杆。
高压阀4用于退钻完毕后对钻孔进行封闭，避免高压水射出孔口的装置，在钻进、加钻杆的过程中该部件一直处于打开状态。在退钻杆时，当最后一根钻杆(或钻具)退至液(气)压内膨胀塞3以内时，即可关闭高压阀4。高压阀4也可用作纯压式灌浆的密闭阀门之一。
参见图2。
钻具受力包括：膨胀作用力F1、重力G、摩擦力f和高压水推力F2，以此类工程常用的直径76的钻具为例，长度为0.5米的内膨胀塞作受力分析，膨胀塞可加压至6MPa。
f＝(G+F1)×η系数
其中F1等于外加压强乘以表面积，钢管与橡胶摩擦系数η等于0.5算，G可忽略。
实验计算显示，内膨胀塞可承受的最大压强约79MPa，远大于目前工程上所遇最大压强12MPa，可认为此系统膨胀塞是安全可靠的。
结合本发明的装置，本发明还提出一种钻孔(灌浆)加钻方法，下文结合具体工况进行描述：
工况一：钻杆钻进加钻时
(1)此工况所述高压阀一直为打开状态，当一根钻杆钻进完毕，仅余连接装置时，启动内膨胀塞，使其与将钻杆抱互并形成密封；
(2)退出钻杆动力头，将前一连接装置与新加钻杆的连接，再松开液(气)压内膨胀塞，然后钻进；
(3)重复(1)，(2)直至钻至设计孔深。
工况二：已钻孔内加钻杆(射浆管)进行循环式灌浆时
(1)此工况所述高压阀为关毕状态，动力头带动第一根钻杆(射浆管)进入膨胀塞，启动内膨胀塞使其与钻杆(射浆管)抱死并形成密封。打开高压阀，此后高压阀为打开状态。
(2)退出钻杆动力头，将前一连接装置与新加钻杆的连接，再松开液(气)压内膨胀塞。
(3)重复步骤(1)～(2)，直到加完最后一要钻杆(射浆管)；步骤(2)所述的“连接装置”可以是丝扣，也可以是更前方一段钻杆的连接手。因其处于将被卸下的钻杆的前方，故称为“前一连接装置”。
前述各步骤中的“一段钻杆”通常可以理解为一节钻杆，即两个相邻连接手之间的一根钻杆。当然，如果是一次卸下连续的两根钻杆，也属于本发明的“一段钻杆”的范围内。
工况二所述钻杆通常也作为循环式灌浆的射浆管，与钻进时不同的是钻进时钻杆前加钻具和钻头，灌浆时不要钻具和钻头。
Claims (6)
1.高压水岩层钻孔/加钻/退钻封闭装置，包括前段孔口管(20)和后段孔口管(10)，前段孔口管(20)内设置有密封圈(1)，其特征在于，在前段孔口管(20)和后段孔口管(10)之间，串接有高压阀(4)。
2.如权利要求1所述的高压水岩层钻孔/加钻/退钻封闭装置，其特征在于，在前段孔口管(20)内还设置有一个压力密封装置(3)。
3.如权利要求2所述的高压水岩层钻孔/加钻/退钻封闭装置，其特征在于，所述压力密封装置包括液压内膨胀密封塞或气压内膨胀密封塞。
4.如权利要求1所述的高压水岩层钻孔/加钻/退钻封闭装置，其特征在于，所述高压阀(4)与前段孔口管、后段孔口管之间通过法兰盘连接。
5.如权利要求1所述的高压水岩层钻孔/加钻/退钻封闭装置，其特征在于，所述压力密封装置设置于密封圈(1)的前方。
6.灌浆退钻方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)退出一段钻杆，然后停止；
(2)启动膨胀密封装置，使其与钻杆形成密封；
(3)卸下退出的一段钻杆，将前一连接装置与后一段钻杆的连接装置连接，再退出后一段钻杆；
(4)重复步骤(1)～(3)，直到余下最后一段钻杆；
(5)关闭高压阀，然后退出最后一节钻杆和钻头。
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