CN214660168U - 地层冻结装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地层冻结装置，包括外管和内管，外管侧壁贯通设有介质出口，外管下端设有锥形密封管底，内管上端设置为介质入口，所述外管为同心异径管，外管内腔设置有密封卡件，密封卡件置于介质出口上方固定内管外壁，内管下部垂直连接有触头，内管与触头间设有介质通道。通过外管、内管、密封卡件的设置，以达到同时实现地层分期冻结、局部冻结及加强局部冻结的目的。

Description

地层冻结装置

技术领域

本实用新型属于冻结法凿井技术领域，尤其涉及一种地层冻结装置。

背景技术

近年来，冻结法凿井施工技术应用越来越广泛，尤其对于冲积层较厚的煤矿建井施工能有效起到安全快速的作用。冻结法凿井施工是利用人工冻结技术将井筒周围的含水土体、岩体冻结，形成抵抗地压和水压切断水力联系的冻结壁，起到临时加固的作用，来保证井筒的安全施工。井筒往往穿过深厚地层，采用一次全深冻结方法往往造成冷量浪费，若采用差异管冻结方法，下段冻结壁有时交圈慢或者难以交圈；在富水基岩段或者含水层会是冻结壁的薄弱部位，单纯以局部薄弱位置为控制条件，往往会使得其他位置冻结过度，造成井筒开挖困难，并且浪费冷量，延长工期。

在申请号为CN202010195246.4的中国发明专利中记载了一种双向加强冻结装置及工作方法，提出了在冻结管上焊钢片增加换热面积，和将双向加强冻结装置插入软弱地层或者冻结壁的薄弱位置进行加强冻结的技术方案，用以加强冻结效果，但这种技术方案施工难度大，施工成本高；在申请号为CN202010134041.5的中国发明专利中记载了一种能实现分期冻结的冻结器及分期冻结方法，包括配液圈、集液圈、三通、冻结管、上段冻结供液及下段冻结回液管和下段冻结供液管，上段冻结供液及下段冻结回液管和下段冻结供液管的底端沿冻结管的轴线伸入到冻结管内部，上段冻结供液及下段冻结回液管和下段冻结供液管的上端伸出冻结管顶端；下段冻结供液管的底端与冻结管底部的距离小于上段冻结供液及下段冻结回液管与冻结管底部的距离的技术方案，用以分期冻结可以合理使用冷量，加快了井筒上部的冻结，但该冻结器构造复杂、操作困难，并且在对上段冻结时，在下段亦有盐水循环，效果不佳。为此，设计出一种地层冻结装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种地层冻结装置，以解决背景技术中无法同时实现地层分期冻结、局部冻结及加强局部冻结的的问题。

为实现上述目的，本实用新型的一种地层冻结装置的具体技术方案如下：

一种地层冻结装置，包括外管和内管，外管侧壁贯通设有介质出口，外管下端设有锥形密封管底，内管上端设置为介质入口，所述外管为同心异径管，外管内腔设置有密封卡件，密封卡件置于介质出口上方固定内管外壁，内管下部垂直连接有触头，内管与触头间设有介质通道。

进一步的，所述密封卡件包括密封外套和密封嵌件，密封外套贯穿设有垂直的通管口，通管口内径大于内管外径，密封外套与外管内壁密封贴合，密封嵌件密封夹持内管外壁与通管口密封贴合。

进一步的，所述通管口包括内螺纹管。

进一步的，所述内螺纹管为上粗下细的锥形内螺纹管。

进一步的，所述密封嵌件包括与内螺纹管配用的螺纹卡件和密封塞，螺纹卡件贯穿设有通孔，密封塞与通孔密封贴合。

进一步的，所述通孔为上粗下细的锥形孔。

进一步的，所述密封嵌件上方设有限制内管位移的卡固装置。

进一步的，所述内管外壁设有扰流部件。

进一步的，所述触头为锥形触头，锥形触头包括弹性套，弹性套中部设有定位锥头，定位锥头锥角不大于锥形密封管底的锥角。

进一步的，所述弹性套侧面设有两个以上排压槽。

相比较现有技术而言，本实用新型具有以下有益效果：

1、该冻结装置通过采用外管和内管的配合，进而能够实现分期、分段的冻结方式，不仅结构简单，且有效缩短了作业工期，提高了作业效率，降低了作业成本。

2、外管设置为同心异径管，可以使冻结介质由内管，介质通道进入到外管的锥形密封管底时，由锥形密封管底逐步上升，同心异径管由细至粗，实现冻结交圈时间的差异性，从而更好控制地层的分期冻结效果。

3、内螺纹管和螺纹卡件的设置，使得本装置更换冻结区域更为便捷，可以灵活实现分段式地层冻结。

4、弹性套和定位锥头的设置，使得触头在外管内腔中移动时，基本保持在外管内腔的轴线上，使得触头位置不至于影响冻结交圈效果。

5、排压槽的设置，可以有效减少弹性套在外管内腔中前后移动时压力变化带来的阻力。

附图说明

图1为本实用新型冻结装置的结构示意图；

图2为本实用新型触头结构示意图；

图3为本实用新型内管和触头连接示意图；

图4为本实用新型内部连接结构示意图；

图中标号说明：1.外管，11.介质出口，12.锥形密封管底，2.内管，21.介质入口，22.扰流部件，3.密封卡件，31.密封外套，311.通管口，32.密封嵌件，321.螺纹卡件，3211.通孔，322.密封塞，4.触头，41.弹性套，411.排压槽，42.定位锥头，5.介质通道，6.卡固装置。

具体实施方式：

为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的理解。

如图1-4，设计出一种地层冻结装置，包括外管1和内管2，外管1侧壁贯通设有供冻结介质排出的介质出口11，冻结介质可选用低温盐水。外管1下端设有锥形密封管底12，锥形密封12底端采用与外管1材料相同或相似的材料与外管焊接一起，并经过试压合格方可现场使用，试验压力为外管内液体盐水柱与外管外清水柱的压力差及泵工作压力之和的2倍；锥形的密封管底可以更加便捷的置入施工现场预设的冻结孔中，内管2上端设置为介质入口21，所述外管1为同心异径管，外管1内腔设置有密封卡件3，密封卡件3置于介质出口11上方固定内管2外壁，内管2下部垂直连接有触头4，可以使用钢条等材料将触头与内管使用焊接等手段均匀固定连接，内管2与触头4间设有介质通道5，供冷冻介质由内管2流向外管1。

其中，密封卡件3包括密封外套31和密封嵌件32，密封外套31贯穿设有垂直的通管口311，密封外套可以使用橡胶制成，通管口311内径大于内管2外径，密封外套31与外管1内壁密封贴合，密封嵌件32密封夹持内管2外壁与通管口311密封贴合。

使用时，将外管1置于待冻结的地层内，根据作业要求将内管2设于外管1内指定位置，冻结介质如特体低温盐水自介质入口21进入内管2内，并沿所述外管1的锥形密封管底12的上部环形空间上升，由介质出口11流出，实现对外管1锥形底端上部地层的冻结；随后将内管2提起，再将外管1和内管2继续下放至下一指定位置，重复上述步骤，实现地层的分段、分期冻结。

以上实施方式中，列举出3种实施例实现上述技术方案：

实施例1

本实施例是外管1优选为三阶同心异径管，所述通管口311包括内螺纹管，所述内螺纹管为上粗下细的锥形内螺纹管。所述密封嵌件32包括与内螺纹管配用的螺纹卡件321和密封塞322，螺纹卡件321使用固体金属材料制成，密封塞322使用橡胶材料制作，螺纹卡件321贯穿设有通孔3211，密封塞322与通孔3211密封贴合，所述通孔3211为上粗下细的锥形孔。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，进一步设计，所述密封嵌件32上方设有限制内管2位移的卡固装置6，卡固装置6优选为卡箍，卡箍收紧内管2，从而限制内管2上下位移；在密封卡件3下方的内管2外壁设有扰流部件22，扰流部件22为波浪状凸起部，冻结介质在流经扰流部件22时，会产生扰流效果，从而增加冻结介质与外管1内壁的接触面积，从而增强冻结效果。

实施例3

本实施例时在实施例2的基础上，进一步设计，所述触头4为锥形触头。所述锥形触头包括弹性套41，弹性套41使用弹性材料制成，比如橡胶材料，进而使得该弹性套41具有弹性伸缩功能，弹性套41由外管1的粗径进入细径时，弹性套41的外层受到同心异径管内壁挤压而收缩，且弹性套41始终与外管1的内壁紧贴，弹性套41中部设有定位锥头42，定位锥头可以使用钢等硬材料制作，定位锥头42锥角不大于锥形密封管底12的锥角。所述弹性套41侧面设有4个排压槽411，进而使得内管2下放时，触头4下部的液体和气体通过排压槽411进入到外管1，减轻下放时的阻力。

可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种地层冻结装置，包括外管（1）和内管（2），外管（1）侧壁贯通设有介质出口（11），外管（1）下端设有锥形密封管底（12），内管（2）上端设置为介质入口（21），其特征在于：所述外管（1）为同心异径管，外管（1）内腔设置有密封卡件（3），密封卡件（3）置于介质出口（11）上方固定内管（2）外壁，内管（2）下部垂直连接有触头（4），内管（2）与触头（4）间设有介质通道（5）。

2.根据权利要求1所述的地层冻结装置，其特征在于:所述密封卡件（3）包括密封外套（31）和密封嵌件（32），密封外套（31）贯穿设有垂直的通管口（311），通管口（311）内径大于内管（2）外径，密封外套（31）与外管（1）内壁密封贴合，密封嵌件（32）密封夹持内管（2）外壁与通管口（311）密封贴合。

3.根据权利要求2所述的地层冻结装置，其特征在于:所述通管口（311）包括内螺纹管。

4.根据权利要求3所述的地层冻结装置，其特征在于:所述内螺纹管为上粗下细的锥形内螺纹管。

5.根据权利要求3或4所述的地层冻结装置，其特征在于:所述密封嵌件（32）包括与内螺纹管配用的螺纹卡件（321）和密封塞（322），螺纹卡件（321）贯穿设有通孔（3211），密封塞（322）与通孔（3211）密封贴合。

6.根据权利要求5所述的地层冻结装置，其特征在于:所述通孔（3211）为上粗下细的锥形孔。

7.根据权利要求2所述的地层冻结装置，其特征在于:所述密封嵌件（32）上方设有限制内管（2）位移的卡固装置（6）。

8.根据权利要求1所述的地层冻结装置，其特征在于:所述内管（2）外壁设有扰流部件（22）。

9.根据权利要求1所述的地层冻结装置，其特征在于:所述触头（4）为锥形触头，锥形触头包括弹性套（41），弹性套（41）中部设有定位锥头（42），定位锥头（42）锥角不大于锥形密封管底（12）的锥角。

10.根据权利要求9所述的地层冻结装置，其特征在于:所述弹性套（41）侧面设有两个以上排压槽（411）。

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