CN219401656U - 可自动防堵的原位修复钻具及原位注药装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于土壤修复技术领域，具体涉及一种可自动防堵的原位修复钻具及原位注药装置，钻具包括：具有内腔的钻杆，并通过上限位部将内腔分隔为注药通道和封堵件临时容纳腔，在顶端和底端分别设有入药孔和注药孔；封堵件，其封堵头滑动设置在封堵件临时容纳腔中，其封堵杆滑动设置在上限位部的内孔中，其限位环滑动设置在注药通道中；弹性件，设置在限位环与上限位部之间，用于将封堵件进行限位；钻头，固定在钻杆底端。本申请的原位修复钻具及原位注药装置中，特别是当注药孔在进入修复环境后且还未进行注药或暂停注药这一时间段内，封堵件能够在弹性件作用下自动封堵注药孔，从而有效避免修复环境中的土壤或地下水中的杂物将注药孔进行堵塞。

Description

可自动防堵的原位修复钻具及原位注药装置

技术领域

本申请属于土壤修复技术领域，具体涉及一种可自动防堵的原位修复钻具及原位注药装置。

背景技术

在污染土壤和地下水的原位修复中，需要使用设备将药剂注入到地下，通过药剂与土壤和地下水中的污染物发生反应，将其浓度降低到可接受的标准以下，或使污染物转化为无毒或低毒的物质，以达到修复土壤和地下水的目的。

在修复过程中，药剂需要借助注入装置才能注入到土壤或地下水中。现有的原位修复工艺关于药剂的注入方式主要分两类，一类为通过直推注入设备注药，一类为注入井注药。原位直推注入是指将修复药剂以一定压力通过直推注入设备的钻杆注入污染土壤和地下水中。注入井注药通过建设注入井将药剂添加到土壤或地下水中。

目前的现有技术中存在以下不足，首先，直推注入一次只能进行一个点位的注药，完成该点位注药后，需将钻杆拔出，进行下一个点位的注药，注药完成后如果需要对该点位再次进行注药，需要再次钻入；其次，钻杆上的注药通道没有防堵措施，钻入土壤后很容易被土壤堵塞导致药剂无法注入，需要经常清理，严重影响修复周期；最后，注入井注药需要用设备建设注入井，提高了修复成本、延长修复周期，修复完成后地面残留注入井，可能会对地块的开发利用造成影响，而且由于注入井成井质量无法保证，有时候难以满足修复工程的要求，甚至在施工中发生损坏，影响施工。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的至少一个技术问题，本申请提供了一种可自动防堵的原位修复钻具及原位注药装置。

第一方面，本申请公开了一种可自动防堵的原位修复钻具，包括：

钻杆，其内部具有一个沿轴向延伸的内腔，以及在所述钻杆的靠近其轴向底端的内壁上，向内凸出设置有一环形的上限位部，所述上限位部将所述内腔分隔为上下两个相互连通的注药通道和封堵件临时容纳腔，另外，在所述钻杆的靠近其轴向顶端的侧壁上，开设有至少一个与注药通道连通的入药孔，在所述封堵件临时容纳腔位置处的钻杆的侧壁上，开设有至少一个与封堵件临时容纳腔连通的注药孔；

封堵件，其包括封堵头以及沿轴向固定在所述封堵头顶端的封堵杆，在所述封堵杆的靠近其顶端的外壁上，沿径向方向凸出设有一限位环，其内径大于所述上限位部内孔的内径；其中，所述封堵头能够在封堵件临时容纳腔中沿轴向上下滑动，所述封堵杆能够沿轴向穿过所述上限位部的内孔，并跟随所述封堵头滑动，所述限位环被所述上限位部截留在所述注药通道中；所述封堵头的外轮廓形状和尺寸还被设置成：当所述封堵头向上滑动至其顶面抵靠住所述上限位部时，能够封堵所述注药孔，以及，当所述封堵头向下滑动至预定位置时，能够使得所述注药孔与所述注药通道连通从而使注药通道中的药液在压力下能从所述注药孔注入周围环境中；

弹性件，其设置在所述限位环与所述上限位部之间，用于在所述注药通道的内部压力不大于预设压力值时，通过其弹性性能限制所述限位环的位移，将所述封堵头保持在最高位置从而以封堵所述注药孔，以及在所述注药通道的内部压力大于所述预设压力值，允许所述限位环带动封堵杆和封堵头向下滑动至所述预定位置从而使得所述注药孔与所述注药通道连通；

钻头，其固定设置在所述钻杆的轴向底端端部。

优选的，所述弹性件为螺旋弹簧，且同轴套设在所述封堵杆上。

优选的，所述封堵件临时容纳腔与封堵头的横截面形状呈圆形，在所述封堵件临时容纳腔的内壁与所述封堵头的外壁之间设置有密封圈，其中，是在所述封堵头外壁上沿周向设置密封槽，所述密封圈则设置在所述密封槽内。

优选的，在位于所述封堵件临时容纳腔与钻头之间所述钻杆的内侧，开设有一个与所述封堵件临时容纳腔连通的缓冲孔，所述封堵件临时容纳腔的横截面积大于缓冲孔的横截面积，从而在二者连接处形成环状的下限位部，用于对所述封堵头向下移动的范围进行限制。

优选的，所述钻头与钻杆为一体成型构件。

优选的，所述钻杆上入药孔的数量为一个。

优选的，所述钻杆上注药孔的数量为二至四个，在位于所述钻杆的同一横截面上且沿周向均匀分布。

优选的，在所述钻杆的轴向顶端端部固定设置有提引接头。

第二方面，本申请还公开了一种原位注药装置，包括药剂罐、注药泵、输药管以及钻具，所述钻具采用上述第一方面中任一项所述的可自动防堵的原位修复钻具；

其中：

所述药剂罐用于盛放待注药剂；

所述输药管一端通过所述注药泵与所述药剂罐连通，另一端与所述钻具的入药孔密封连通，用于通过所述注药泵将所述药剂罐中的待注药剂以大于或等于所述预设压力值的压力泵送至所述钻杆的注药通道中；

另外，在所述输药管上还设置有用于控制管路通断的阀门以及用于测量管内压力的压力表。

优选的，所述原位注药装置还包括钻机，用于与所述钻具适配连接，从而控制所述钻具进行钻地作业。

本申请至少存在以下有益技术效果：

1)本申请的原位修复钻具及原位注药装置中，由于封堵件是滑动设置在注药孔中，并通过弹性件进行限位，特别是在注药孔在进入修复环境后且还未进行注药或暂停注药这一时间段内，能够通过封堵件实现自动防堵，从而有效避免修复环境中的土壤或地下水中的杂物将注药孔进行堵塞；

2)同样是基于上述1)的优点，使得申请的原位修复钻具及原位注药装置可以在钻具及其注药孔达到目标位置时再注入药剂，即随时控制药剂的注入，以保证药剂注入效果和修复周期，大大提高修复效率和修复效果；

3)申请的原位修复钻具及原位注药装置中，由于不用担心注药孔被堵塞，使得药剂的注入时间和注入量更可控，从而可以实现多点同时注药(即可以钻多个点位且将对应钻具及其注药孔达到对应点位的目标位置时再同时进行药剂注入操作)，以提高修复效率和修复效果；

4)申请的原位修复钻具及原位注药装置中，钻杆上注药孔的数量为2-4个，注药孔位于同一横截面且沿周向均匀分布，从而能够实现药剂的均匀注入，改善修复效果；

5)相对直推注入设备和注入井，申请的原位修复钻具及原位注药装置更适用于小试、中试或规模较小的原位修复场地；

6)相对注入井，申请的原位修复钻具及原位注药装置更适于修复渗透性不好的地块，其次，本申请可通过调整钻具实现分层注药，另外，本申请的钻具可以重复利用，成本更低，且孔径小，钻孔时间短，修复效率高。

附图说明

图1是本申请可自动防堵的原位修复钻具的部分结构示意图(剖视图)；

图2是本申请原位注药装置的结构示意图；

其中：1-钻杆；101-上限位部；102-缓冲孔；103-下限位部；2-注药通道；3-封堵件临时容纳腔；4-入药孔；5-注药孔；6-封堵件；601-封堵头；602-封堵杆；603-限位环；604-密封圈；7-弹性件；8-钻头；9-提引接头、10-输药管；11-阀门；12-压力表。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

需要理解的是，在本申请的描述中可能涉及到的技术术语，例如“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶端”、“底端”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1和图2对本申请的可自动防堵的原位修复钻具及原位注药装置做进一步详细说明。

第一方面，本申请公开了一种可自动防堵的原位修复钻具；参见图1和图2右侧部分的剖视图部分所示，该钻具可以包括钻杆1、固定设置在钻杆1轴向底端端部的钻头8以及设置在钻杆1上的封堵件6、弹性件7。

具体的，钻杆1可以采用常规材料和外形(截面为圆形的直杆)的钻杆，其内部设置有一个沿轴向延伸的内腔(即该钻杆1为中空管)；另外，在钻杆1的靠近其轴向底端的内壁上，向内凸出设置有一环形的上限位部101，通过该上限位部101能够将内腔分隔为上下两个的注药通道2和封堵件临时容纳腔3，且注药通道2与封堵件临时容纳腔3是通过上限位部101中部的通孔同轴连通；

进一步，在钻杆1的靠近其轴向顶端的一侧壁上，开设有至少一个与注药通道2连通入药孔4，该入药孔4用于与后续的输药管10连接；另外，在钻杆1的靠近其轴向底端的一侧壁上开设有至少一个与封堵件临时容纳腔3连通的注药孔5，该注药孔5用于向土壤或地下水中注入药剂。

可以理解的是，入药孔4数量以及具体分布位置可以根据需要注入的药剂的种类而定，本实施例中，如图2所示，优选每根钻杆1上入药孔4的数量为一个。

同样，注药孔5的数量以及具体分布位置可以根据需要进行适合的设置，本实施例中，如图1所示，优选每根钻杆1上注药孔5的数量为四个，四个注药孔5位于钻杆1的同一横截面上且沿周向均匀分布(即以钻杆1轴心为对称中心对称分布，每两个相邻的注药孔5之间夹角是90°)，从而可以实现药剂的均匀注入，避免注药不均匀的情况，改善修复效果。

进一步的，封堵件6包括封堵头601以及沿轴向固定在封堵头601顶端的封堵杆602，另外，在封堵杆602的靠近其顶端的外壁上，沿径向方向凸出设有一限位环603，其内径大于上限位部101内孔的内径；其中，封堵头601能够在封堵件临时容纳腔3中沿轴向上下滑动，封堵杆602能够沿轴向穿过上限位部101的内孔，并跟随封堵头601滑动，限位环603则被上限位部101截留(即限制)在注药通道2中；进一步，封堵头601的外轮廓形状和尺寸(这里至少包括横截面形状、大小以及轴向高度等)还被设置成：当封堵头601向上滑动至其顶面抵靠住所述上限位部101时，能够封堵注药孔5，以及，当封堵头601向下滑动至预定位置时，能够使得注药孔5与与注药通道2连通从而使注药通道中的药液在压力下能从注药孔5注入周围环境中(也即是开启注药孔5)。

可以理解的是，封堵头601的外轮廓形状主要可根据封堵件临时容纳腔3横截面的形状和大小、封堵件临时容纳腔3轴向高度以及注药孔5在封堵件临时容纳腔3中的轴向位置而定，其外形可以是例如圆柱形、正方体形等，本实施例中，为使得加工更方便，优选封堵件临时容纳腔3的横截面为圆形，对应封堵头601的形状为圆柱形，封堵头601的外径略微小于封堵件临时容纳腔3的内径(便于封堵头601滑动的同时确保密封性能)，并且当封堵头601位于封堵件临时容纳腔3最底部时，封堵头601顶面高度低于注药孔5在封堵件临时容纳腔3中的位置，以确保注药孔5的通畅。

为进一步确保封堵头601外壁与封堵件临时容纳腔3内壁的密封性，如图1所示，优选在封堵件临时容纳腔3的内壁与封堵头601的外壁之间设置密封圈604，具体的，是在封堵头601外壁上沿周向设置密封槽，密封圈604则设置在密封槽内。

同样的，封堵杆602的外轮廓形状主要是由上限位部101内孔的形状以及轴向高度而定，本实施例中，优选上限位部101内孔的横截面为圆形，封堵杆602为圆柱形，且封堵杆602的轴向长度大于上限位部101内孔的轴向高度，从而为封堵头601的向下滑动留有余量，又由于限位环603的横截面积大于上限位部101内孔的面积，从而能够防止封堵杆602的向下滑动至脱离上限位部101的内孔。

为进一步加强对封堵头601及封堵杆602的向下滑动范围的限制，如图1所示，在本实施例中，优选在位于封堵件临时容纳腔3与钻头8之间钻杆1的内侧，开设有一个与封堵件临时容纳腔3连通的缓冲孔102，封堵件临时容纳腔3的横截面积大于缓冲孔102的横截面积，从而在二者连接处形成环状的下限位部103，通过该下限位部103能够对封堵头601向下移动的范围进行限制。

进一步的，弹性件7是设置在限位环603与上限位部101之间，用于在注药通道2的内部压力不大于预设压力值时，通过其弹性性能(如图1中是通过压缩弹簧产生的弹性力)来限制限位环603的位移，从而将与限位环603间距(中间还有封堵杆602)连接封堵头601保持在最高位置，以封堵注药孔5；以及在注药通道2的内部压力大于预设压力值，允许限位环603带动封堵杆602及封堵头601向下滑动至预定位置，从而使得注药孔5与注药通道2连通(也即是开启注药孔5)。

同样需要说明的是，弹性件7可以采用多种已知的弹性件，例如螺旋弹簧、弹性片等；另外，弹性件7可以采用多种适合的安装形式，例如采用螺旋弹簧时，螺旋弹簧的数量可以选择为多个，多个螺旋弹簧沿着封堵杆602外壁面均匀分布；本实施例中，如图1所示，是优选弹性件7为螺旋弹簧，并且该螺旋弹簧(数量可以为一个或其他数量)是同轴套设在封堵杆602上。此处不再对其他形式的弹性件及其安装形式进行赘述，只要能够实现上述目的均在本申请保护范围内。

进一步的，上述涉及的预设压力值是可以根据安装后弹性件7的弹性力、封堵件6移动行程(也即弹性件7的压缩行程)等而进行适合选择的，具体的，可以在封堵件6和弹性件7后，向入药孔4中注入药剂或水，同时观察注入压力，当封堵件6被推着向下滑动至注药孔5完全开启，注药孔5中顺利流出药剂或水时，记录该注入压力即可作为预设压力值。

进一步的，为提高原位修复钻具整体刚度，本实施例中优选钻头8与钻杆1为一体成型构件。

进一步的，如图2所示，本申请的可自动防堵的原位修复钻具还可以包括提引接头9；具体的，提引接头9是固定设置在钻杆1的轴向顶端端部，其作用是便于钻具与后续的钻机进行适配连接。

综上，本申请的可自动防堵的原位修复钻具中，当修复药剂在无额外压力或压力小于预设压力值的条件下，从入药孔4进入到注药通道2中时，封堵件6的封堵头601在弹性件7(即螺旋弹簧)的作用下停留在上限位部101的下边缘，并堵住侧面的注药孔5，此时钻具处于防止修复药剂从注药孔5中流出的密封状态，既能够防止土壤从注药孔5进入到封堵件临时容纳腔3和注药通道2中，又能够防止修复药剂通过注药孔5进入土壤或地下水中，实现控制注药的效果；另外，由于上限位部101的限制，使得封堵头601被不至于在弹性件7的作用下向上部移动过大，从而起不到堵住注药孔5的作用。

当注药泵以大于或等于预设压力值的压力，将修复药剂从入药孔4泵送到注药通道2中时，修复药剂作用在封堵件6(主要作用到封堵杆602顶面以及限位环603顶面)上时，通过压缩弹簧使得封堵头601向下滑动，直至将注药孔5打开，此时钻具处于注药状态，修复药剂通过注药孔5进入到土壤或地下水中，进行修复。另外，由于下限位部103的限制，使得封堵头601即便在修复药剂的压力作用下也不会向下移动过大。即通过上限位部101和下限位部103共同作用，约束了封堵件6的运动轨迹，防止封堵件6脱离固有轨迹。

第二方面，本申请还公开了一种原位注药装置；该原位注药装置包括药剂罐(图中未示出)、注药泵(图中未示出)、输药管10以及钻具，其中，钻具则采用上述第一方面中任一项所述的可自动防堵的原位修复钻具。这里需要强调的是，图2主要用于体现钻具与输药管10等设备的连接关系，图中的钻具仅仅示意出一个简易结构图，其具体结构(特别是底部部分的结构)可以参加图1。

具体的，药剂罐用于盛放待注药剂，其数量可根据盛放药剂类型而进行选择。

输药管10的一端通过注药泵与药剂罐连通，另一端则与钻具的入药孔4密封连通，从而可通过注药泵将药剂罐中的待注药剂以大于或等于预设压力值(参照上述第一方面所述的预设压力值)的压力泵送至钻杆1的注药通道2中。

另外，在输药管10上还设置有用于控制管路通断的阀门11以及用于测量管内压力的压力表12。

进一步的，本申请的注药装置还包括钻机(图中未示出)，钻机可以采用已知的多种适合的钻机，其能够与钻具(的提引接头9)适配连接，并控制钻具进行钻地作业(通常不需要旋转，是直接推动钻具到达目标位置)。当钻地作业完成后(即钻探到目标位置后)，可实行药剂泵送作业。

综上，本申请的可自动防堵的原位修复钻具及原位注药装置，可以在到达目标位置时再注射修复药剂，并且可以通过调节注药泵的压力来调节注药压力和流量(例如调节大于预设压力值的压力值范围)，控制注药时间，而且注药状态的开启和关闭很容易切换和控制，从而使得本申请注药装置的应用范围更广；并且，作为本申请的主要构件的钻具是采用普通的材料和加工技术即可实现，因此更便于推广和普及。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种可自动防堵的原位修复钻具，其特征在于，包括：

钻杆(1)，其内部具有一个沿轴向延伸的内腔，以及在所述钻杆(1)的靠近其轴向底端的内壁上，向内凸出设置有一环形的上限位部(101)，所述上限位部(101)将所述内腔分隔为上下两个相互连通的注药通道(2)和封堵件临时容纳腔(3)，另外，在所述钻杆(1)的靠近其轴向顶端的侧壁上，开设有至少一个与注药通道(2)连通的入药孔(4)，在所述封堵件临时容纳腔(3)位置处的钻杆(1)的侧壁上，开设有至少一个与封堵件临时容纳腔(3)连通的注药孔(5)；

封堵件(6)，其包括封堵头(601)以及沿轴向固定在所述封堵头(601)顶端的封堵杆(602)；在所述封堵杆(602)的靠近其顶端的外壁上，沿径向方向凸出设有一限位环(603)，其内径大于所述上限位部(101)内孔的内径；其中，所述封堵头(601)能够在封堵件临时容纳腔(3)中沿轴向上下滑动，所述封堵杆(602)能够沿轴向穿过所述上限位部(101)的内孔，并跟随所述封堵头(601)滑动，所述限位环(603)被所述上限位部(101)截留在所述注药通道(2)中；所述封堵头(601)的外轮廓形状和尺寸被设置成：当所述封堵头(601)向上滑动至其顶面抵靠住所述上限位部(101)时，能够封堵所述注药孔(5)，以及，当所述封堵头(601)向下滑动至预定位置时，能够使得所述注药孔(5)与所述注药通道(2)连通从而使注药通道中的药液在压力下能从所述注药孔(5)注入周围环境中；

弹性件(7)，其设置在所述限位环(603)与所述上限位部(101)之间，用于在所述注药通道(2)的内部压力不大于预设压力值时，通过其弹性性能限制所述限位环(603)的位移，将所述封堵头(601)保持在最高位置从而封堵所述注药孔(5)，以及当在所述注药通道(2)的内部压力大于所述预设压力值，允许所述限位环(603)带动封堵杆(602)和封堵头(601)向下滑动至预定位置从而使得所述注药孔(5)与所述注药通道(2)连通；

钻头(8)，其固定设置在所述钻杆(1)的轴向底端端部。

2.根据权利要求1所述的原位修复钻具，其特征在于，所述弹性件(7)为螺旋弹簧，且同轴套设在所述封堵杆(602)上。

3.根据权利要求1所述的原位修复钻具，其特征在于，所述封堵件临时容纳腔(3)与封堵头(601)的横截面形状呈圆形，在所述封堵件临时容纳腔(3)的内壁与所述封堵头(601)的外壁之间设置有密封圈(604)，其中，是在所述封堵头(601)外壁上沿周向设置密封槽，所述密封圈(604)则设置在所述密封槽内。

4.根据权利要求1所述的原位修复钻具，其特征在于，在位于所述封堵件临时容纳腔(3)与钻头(8)之间所述钻杆(1)的内侧，开设有一个与所述封堵件临时容纳腔(3)连通的缓冲孔(102)，所述封堵件临时容纳腔(3)的横截面积大于缓冲孔(102)的横截面积，从而在二者连接处形成环状的下限位部(103)，用于对所述封堵头(601)向下移动的范围进行限制。

5.根据权利要求1所述的原位修复钻具，其特征在于，所述钻头(8)与钻杆(1)为一体成型构件。

6.根据权利要求1所述的原位修复钻具，其特征在于，所述钻杆(1)上入药孔(4)的数量为一个。

7.根据权利要求1所述的原位修复钻具，其特征在于，所述钻杆(1)上注药孔(5)的数量为二至四个，在位于所述钻杆(1)的同一横截面上且沿周向均匀分布。

8.根据权利要求1所述的原位修复钻具，其特征在于，在所述钻杆(1)的轴向顶端端部固定设置有提引接头(9)。

9.一种原位注药装置，其特征在于，所述注药装置包括药剂罐、注药泵、输药管(10)以及钻具，所述钻具采用如权利要求1-8任一项所述的可自动防堵的原位修复钻具；

其中：

所述药剂罐用于盛放待注药剂；

所述输药管(10)一端通过所述注药泵与所述药剂罐连通，另一端与所述钻具的入药孔(4)密封连通，用于通过所述注药泵将所述药剂罐中的待注药剂以大于或等于所述预设压力值的压力泵送至所述钻杆(1)的注药通道(2)中；

另外，在所述输药管(10)上还设置有用于控制管路通断的阀门(11)以及用于测量管内压力的压力表(12)。

10.根据权利要求9所述的原位注药装置，其特征在于，所述原位注药装置还包括钻机，用于与所述钻具适配连接，从而控制所述钻具进行钻地作业。