承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺制造技术

本发明专利技术公开承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，(A)分别安装设置钻机、泥浆池、泥浆泵、孔口密封装置和固液分离装置；(B)将泥浆池的泥浆出口与泥浆泵的泥浆入口连通，将泥浆泵的泥浆出口与钻机的泥浆入口连通；(C)固液分离装置的泥浆入口与孔口密封装置的泥浆出口连通，固液分离装置的泥浆出口与泥浆池的泥浆入口连通；(D)根据钻孔开孔处位置的承压水压力及地层深度设定固液分离装置内的压力阀值，使得钻孔内的泥浆与地层的水土形成压力平衡；(E)钻机的钻杆穿过孔口密封装置进行钻孔施工。本发明专利技术承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺既不造成水土流失又不影响钻孔在泥浆保护的情况下正常推进。

Semi closed slurry pressure maintaining and circulating process for drilling in confined water formation

The present invention discloses drilling mud stratum confined water pressure semi closed cycle technology (A), separately arranged drilling, mud pool, mud pump, orifice sealing device and solid-liquid separation device; (B) the mud pit mud mud mud pump outlet and the entrance connected, mud outlet and drilling mud pump. Mud entrance connectivity; (C) mud entrance and orifice solid-liquid separation device sealing device of the mud outlet, solid-liquid separation device and mud mud mud outlet pool entrance connected; (D) according to the water pressure and formation pressure deep drilling hole position setting pressure threshold of solid-liquid separation device, making the soil mud with the formation in the borehole pressure balance; (E) drill pipe through the orifice sealing device for drilling construction. The invention relates to a semi closed slurry pressure maintaining circulation process for drilling in confined water formations, which does not cause soil erosion and does not affect drilling, and normally advances under the condition of slurry protection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及承压水地层钻孔施工
的设备，特别涉及承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺。
技术介绍
在市政隧道、深基坑以及地铁建设施工中，钻孔施工的部分工作面位于地下水位以下或开孔位置位于承压水地层中，未采取措施施工时，多出现涌水、涌砂等事故，造成地层水土流失严重，甚至地面塌陷，损害周围结构物。因此，在承压水地层中进行水平钻孔施工过程中，泥浆与地层的水土压力平衡可减缓或避免钻孔施工对原有地层的扰动影响，减少水土流失。如在地勘或煤矿垂直钻孔过程中，泥浆比重产生的水土压力平衡可避免塌孔等事故发生。现今常用的解决方法是采用孔口管、阀门及压紧装置进行密封钻进(如图1所示)。在该钻孔装置下施工，存有以下弊端：1)孔内泥浆压力不稳定，难以形成泥浆与地层的水土压力平衡；2)钻孔排渣只能依靠孔口管旁通阀的开启，易造成涌水、涌砂。因此，在稳定泥浆压力下孔内排渣是重点，如何在泥浆保压下能有效排渣成为承压水地层钻孔施工的关键。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术在于提供一种既不造成水土流失又不影响钻孔在泥浆保护的情况下正常推进的承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺。本专利技术是通过如下技术方案实现的：承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，包括如下步骤：(A)分别安装设置钻机、泥浆池、泥浆泵、孔口密封装置和固液分离装置；(B)将所述泥浆池的泥浆出口与所述泥浆泵的泥浆入口连通，将所述泥浆泵的泥浆出口与所述钻机的泥浆入口连通；(C)所述固液分离装置的泥浆入口与所述孔口密封装置的泥浆出口连通，所述固液分离装置的泥浆出口与所述泥浆池的泥浆入口连通；(D)根据钻孔开孔处位置的承压水压力及地层深度设定所述固液分离装置内的压力阀值，使得钻孔内的泥浆与地层的水土形成压力平衡；所述固液分离装置内的压力超过设定的压力阀值时，所述固液分离装置的泥浆出口打开并将泥浆排出到所述泥浆池内；所述固液分离装置内的压力低于设定的压力阀值时，所述固液分离装置的泥浆出口关闭；(E)所述钻机的钻杆穿过所述孔口密封装置进行钻孔施工，泥浆通过所述孔口密封装置排出并进入到所述固液分离装置内。上述承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，所述孔口密封装置包括孔口管、球阀和压紧装置，所述孔口管的一端伸入到钻孔内，所述压紧装置安装在所述孔口管的另一端上，所述球阀安装在钻孔入口与所述压紧装置之间的所述孔口管上；所述钻杆依次穿过所述压紧装置、所述孔口管远离钻孔一端的管口、以及所述球阀进行钻孔施工。上述承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，所述固液分离装置包括第一管道、第二管道、储浆罐和可调自动泄压阀；所述第一管道的入口与孔口管导通，所述第一管道的出口与所述第二管道的入口导通；所述第二管道的出口与所述储浆罐的入口导通，所述可调自动泄压阀安装在所述储浆罐顶部的泥浆出口处。所述第二管道的管孔横截面积大于所述第一管道的管孔横截面积,所述储浆罐的横截面积大于所述第二管道的管孔横截面积。所述第一管道的管孔横截面积、所述储浆罐的横截面积以及所述第二管道的管孔横截面积三者之间的大小比例，其确定原则是保证流体降速后能够将泥浆中的钻屑等固体与泥浆充分分离。本领域普通技术在获知本专利技术技术方案的基础上，不需要花费任何创造性劳动就可以具体确定，因此在本专利技术中不再根据具体施工情况详细进行一一赘述。但是，根据通过改变流速实现固液分离的经验，所述第二管道的管孔横截面积与所述第一管道的管孔横截面积之比最小为2:1；所述储浆罐的横截面积与所述第二管道的管孔横截面积之比最小为9:1。上述承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，所述孔口密封装置还包括旁通阀和泥浆排出管，所述泥浆排出管与所述球阀和钻孔入口之间的所述孔口管连通，所述旁通阀安装在所述泥浆排出管上；所述第一管道的入口与所述泥浆排出管的出口连通。上述承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，所述储浆罐的底部设置有出渣口，所述出渣口处安装有出渣阀门。上述承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，所述出渣阀门的下方安装有储渣槽，所述储渣槽的入口与所述出渣阀门的出口连通。上述承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，所述储浆罐的顶部安装有泥浆流出管，所述泥浆流出管的旁侧导管上安装有排气阀及压力表。上述承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，所述泥浆流出管的出口与所述可调自动泄压阀的入口导通，所述可调自动泄压阀的出口与泥浆池导通。上述承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，所述第二管道包括固定连接并相互导通的直管段和弯管段，所述直管段的一端穿过所述储浆罐中部的罐壁并深入到所述储浆罐内，所述弯管段位于所述储浆罐内，所述弯管段的出口朝向所述储浆罐的底部。上述承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，所述第一管道的流体入口方向垂于所述孔口管的流体入口方向；所述第一管道的流体出口方向垂直于所述直管段的轴线；所述直管段内的流体流向垂直于所述弯管段出口的流体流向。上述承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，所述直管段的另一端上安装有排水兼检修阀门。本专利技术的有益效果是：1、排水兼检修阀门的设置，使得打开后即可泄压排水，又可用作冲洗罐内残渣的通道。2、与孔口管连接的阀门及第一管道在第二管道的旁侧，用于第一次泥浆改变方向与降速。3、弯管段出口设置成朝向储浆罐底部，用于第二次泥浆改变方向与降速。4、罐内泥浆压力超过顶部设置的可调自动泄压阀阀值，自动泄压阀自动开启，形成泥浆循环通路，泥浆流入配浆池，反之，则关闭保压。5、储浆罐底部通过阀门密封安装了储渣槽。底部阀门的启闭用于在保压条件下尽量少甚至不排浆情况达到排渣的目的。6、既不造成水土流失又不影响钻孔在泥浆保护的情况下正常推进，可与现有的孔口装置配套使用。本专利技术利用在闭式循环系统的保压作用下改变流体流速和流动方向，实现固(砂石)液(泥浆)分离。7、本专利技术的工艺应用于在承压水地层中进行钻孔施工过程中，泥浆与地层的水土压力平衡可减缓或避免钻孔施工对原有地层的扰动影响，减少水土流失，保证钻进正常推进。附图说明图1为现有技术钻孔施工密封钻进时的示意图。图2本专利技术承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺的结构示意图。图3为本专利技术承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺在钻孔施工工作时的示意图。1-第一管道；2-第二管道；21-直管段；22-弯管段；3-储浆罐；31-出渣口；32-出渣阀门；33-泥浆流出管；34-旁侧导管；4-可调自动泄压阀；5-排气阀及压力表；6-储渣槽；7-排水兼检修阀门；100-孔口管；200-钻杆；300-泥浆池；400-逆止阀；500-压紧装置；600-钻机；700-泥浆泵；800-球阀；900-旁通阀。具体实施方式为清楚说明本专利技术中的方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。如图3所示，本实施例承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺包括如下步骤：(A)分别安装设置钻机600、泥浆池300、泥浆泵700、孔口密封装置和固液分离装置；(B)将所述泥浆池300的泥浆出口与所述泥浆泵700的泥浆入口连通，将所述泥浆泵700的泥浆出口与所述钻机600的泥浆入口连通；(C)所述固液分离装置的泥浆入口与所述孔口密封装置的泥浆出口连通，所述固液分离装置的泥浆出口与所述泥浆池300的泥浆入口连通；(D)根本文档来自技高网...

【技术保护点】
承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，其特征在于，包括如下步骤：(A)分别安装设置钻机(600)、泥浆池(300)、泥浆泵(700)、孔口密封装置和固液分离装置；(B)将所述泥浆池(300)的泥浆出口与所述泥浆泵(700)的泥浆入口连通，将所述泥浆泵(700)的泥浆出口与所述钻机(600)的泥浆入口连通；(C)所述固液分离装置的泥浆入口与所述孔口密封装置的泥浆出口连通，所述固液分离装置的泥浆出口与所述泥浆池(300)的泥浆入口连通；(D)根据钻孔开孔处位置的承压水压力及地层深度设定所述固液分离装置内的压力阀值，使得钻孔内的泥浆与地层的水土形成压力平衡；所述固液分离装置内的压力超过设定的压力阀值时，所述固液分离装置的泥浆出口打开并将泥浆排出到所述泥浆池(300)内；所述固液分离装置内的压力低于设定的压力阀值时，所述固液分离装置的泥浆出口关闭；(E)所述钻机(600)的钻杆(200)穿过所述孔口密封装置进行钻孔施工，泥浆通过所述孔口密封装置排出并进入到所述固液分离装置内。

【技术特征摘要】
1.承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，其特征在于，包括如下步骤：(A)分别安装设置钻机(600)、泥浆池(300)、泥浆泵(700)、孔口密封装置和固液分离装置；(B)将所述泥浆池(300)的泥浆出口与所述泥浆泵(700)的泥浆入口连通，将所述泥浆泵(700)的泥浆出口与所述钻机(600)的泥浆入口连通；(C)所述固液分离装置的泥浆入口与所述孔口密封装置的泥浆出口连通，所述固液分离装置的泥浆出口与所述泥浆池(300)的泥浆入口连通；(D)根据钻孔开孔处位置的承压水压力及地层深度设定所述固液分离装置内的压力阀值，使得钻孔内的泥浆与地层的水土形成压力平衡；所述固液分离装置内的压力超过设定的压力阀值时，所述固液分离装置的泥浆出口打开并将泥浆排出到所述泥浆池(300)内；所述固液分离装置内的压力低于设定的压力阀值时，所述固液分离装置的泥浆出口关闭；(E)所述钻机(600)的钻杆(200)穿过所述孔口密封装置进行钻孔施工，泥浆通过所述孔口密封装置排出并进入到所述固液分离装置内。2.根据权利要求1所述的承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，其特征在于，所述孔口密封装置包括孔口管(100)、球阀(800)和压紧装置(500)，所述孔口管(100)的一端伸入到钻孔内，所述压紧装置(500)安装在所述孔口管(100)的另一端上，所述球阀(800)安装在钻孔入口与所述压紧装置(500)之间的所述孔口管(100)上；所述钻杆(200)依次穿过所述压紧装置(500)、所述孔口管(100)远离钻孔一端的管口、以及所述球阀(800)进行钻孔施工。3.根据权利要求2所述的承压水地层钻孔施工半封闭泥浆保压循环工艺，其特征在于，所述固液分离装置包括第一管道(1)、第二管道(2)、储浆罐(3)和可调自动泄压阀(4)；所述第一管道(1)的入口与孔口管(100)导通，所述第一管道(1)的出口与所述第二管道(2)的入口导通；所述第二管道(2)的出口与所述储浆罐(3)的入口导通，所述可调自动泄压阀(4)安装在所述储浆罐(3)顶部的泥浆出口处；所述钻杆(200)穿过所述孔口管(100)的管孔，所述第二管道(2)的管孔横截面积大于所述第一管道(1)的管孔横截面积,所述储浆罐(3)的横截面积大于所述第二管道(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈红蕾，李方政，崔灏，高伟，韩玉福，李宁，姜国静，崔兵兵，宁方波，付财，张松，王恒，李林，王跃，孔令辉，李志军，刘伟民，孙右好，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，北京中煤矿山工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11