一种应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式制造技术

技术编号:20615049 阅读:40 留言:0更新日期:2019-03-20 11:40
本发明专利技术提供一种应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,包括:控制冻结系统,所述控制冻结系统位于井筒外围,沿井筒周向分布,用于控制不同深度地层的区别冻结,为井筒修复施工过程中提供稳定的施工环境;泄压系统,所述泄压系统位于所述井筒与所述控制冻结系统之间,所述泄压系统沿所述井筒周向分布,用于释放冻结时产生的早期冻胀力,以减小所述井筒的井壁受冻胀影响;测温系统,所述测温系统位于所述井筒与所述控制冻结系统之间以及所述控制冻结系统内部,用于对地层的冻结温度场进行监控。本发明专利技术可以实现对不同层位深度地层的控制冻结,既能够达到较好的封水效果又可以避免施工过程中对既有完好的井壁产生较大的冻胀压力。

A layout method of freezer used in repairing damaged shaft

The invention provides a freezer arrangement method applied in repairing damaged wellbore, which includes: controlling freezing system, which is located in the periphery of the wellbore and distributes along the circumference of the wellbore, controlling differential freezing of different depth strata, providing a stable construction environment for the wellbore repairing construction process; pressure relief system, which is located between the wellbore and the wellbore. Among the control freezing systems, the pressure relief system is distributed along the circumferential direction of the wellbore to release the early frost heave force generated during freezing so as to reduce the influence of frost heave on the wellbore wall; the temperature measuring system, which is located between the wellbore and the control freezing system and inside the control freezing system, is used to monitor the freezing temperature field of the stratum. The invention can realize controlled freezing of strata with different depth, achieve better water sealing effect and avoid large frost heaving pressure on existing intact shaft lining in construction process.

【技术实现步骤摘要】
一种应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式
本专利技术属于人工地层冻结法施工领域,具体涉及一种应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式。
技术介绍
1987年以来,我国黄淮和东北地区已有200多个立井井筒相继发生破损,严重威胁矿井生产安全,造成重大经济损失,对破损井筒的修复技术已经成为矿山建设领域的一个新的发展方向。井筒破损处的涌水问题一直是井筒修复面临的一大难题,而人工地层冻结法通过冻结管中的低温冷媒与被冻土体之间不断的热量交换,形成一道具有一定强度、且具有良好封水性能的冻结壁,可为井壁的修复施工提供一个稳定的施工环境,为了防止冻结法施工过程中对既有井筒产生较大的冻胀压力,需要根据井壁的破损情况进行控制冻结。现有技术中,对井壁破损处的修复采用的冻结法通常是全深冻结,这种冻结法对地层进行冻结时不仅对井筒下部破损突水处的地层产生冻结,还会同样对井筒上部完好的井壁同样产生较大的冻胀压力,这样就使得上部完好的井壁受到冻胀力造成损坏,这种全深冻结法不能对井筒的上部和下部采取区别控制冻结。因此,需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式。本专利技术可以基于井筒的破损情况实现对不同层位深度地层的控制冻结,既能够达到较好的封水效果又可以避免施工过程中对既有完好的井壁产生较大的冻胀压力。为了实现上述目的,本专利技术提供如下技术方案:一种应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,所述布置方式包括:控制冻结系统,所述控制冻结系统位于井筒外围,沿井筒周向分布,所述控制冻结系统用于控制不同深度地层的区别冻结,为井筒修复施工过程中提供稳定的施工环境,防止冻结对既有井筒产生损坏;泄压系统,所述泄压系统位于所述井筒与所述控制冻结系统之间,所述泄压系统沿所述井筒周向分布,所述泄压系统用于释放冻结时产生的早期冻胀力,以减小所述井筒的井壁受冻胀影响;测温系统,所述测温系统位于所述井筒与所述控制冻结系统之间以及所述控制冻结系统内部,所述测温系统用于对地层的冻结温度场进行监控。在如上所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,优选,所述控制冻结系统包括多个控制冻结器和多个全深冻结器,所述控制冻结器沿井筒周向均匀排布,所述控制冻结器设在内排冻结孔内;所述全深冻结器设置在所述控制冻结器的外围,所述全深冻结器沿井筒周向均匀排布,所述全深冻结器设在外排冻结孔内。在如上所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,优选,所述内排冻结孔与所述井壁的距离范围是1.4~1.8m,相邻两个所述内排冻结孔的孔间距范围是1.2~1.4m;所述外排冻结孔与冻结壁外峰面的距离范围是1~1.5m,相邻两个所述外排冻结孔的孔间距范围是1.2~1.5m;优选地,所述内排冻结孔与所述井壁的距离是1.6m,相邻两个所述内排冻结孔的孔间距是1.2m;所述外排冻结孔与所述冻结壁外峰面的距离是1.2m,相邻两个所述外排冻结孔的孔间距是1.4m。在如上所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,优选,所述控制冻结器包括上层冻结外管、底层冻结外管、第一进液管、第一回液管和第一隔板,所述上层冻结外管和所述底层冻结外管固定连接并形成密封环境,所述第一隔板位于所述上层冻结外管的下部;所述第一进液管贯通所述第一隔板,进入所述控制冻结器内部,所述第一进液管的上端口位于所述上层冻结外管的上方,用于通入冷媒介质,所述第一进液管的下端口位于所述底层冻结外管的底部;所述第一回液管贯通所述第一隔板,进入所述上层冻结外管内部,所述第一回液管的上端口位于所述上层冻结外管的上方,用于排出冷媒介质到地表,所述第一回液管的下端口位于所述第一隔板下方,用于收集从所述第一进液管排出的冷媒介质。在如上所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,优选,所述上层冻结外管的直径大于所述底层冻结外管的直径;优选地,所述第一进液管和所述第一回液管的直径均为60~80mm;再优选地,所述第一进液管和所述第一回液管的直径均为70mm。在如上所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,优选,所述全深冻结器包括全深冻结管、第二进液管和第二回液管,所述第二进液管进入到所述全深冻结管底部,所述第二进液管的上端口位于所述全深冻结管的上方,用于通入冷媒介质;所述第二回液管位于所述全深冻结管的上方侧壁,并连通所述全深冻结管,用于将所述全深冻结管内的冷媒介质排出。优选地,所述第二进液管和所述第二回液管的直径均为60~80mm;再优选地,所述第二进液管和所述第二回液管的直径均为70mm。在如上所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,优选,所述内排冻结孔的深度为穿过所述井壁底部的壁座支撑圈10m以上;所述外排冻结孔的深度为穿过地层稳定基岩5m以上。在如上所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,优选,所述泄压系统包括多个水文孔和设置在所述水文孔中的水文管,所述水文孔设置在所述井筒与所述控制冻结系统之间,所述水文孔沿所述井筒外围周向均匀排布;优选地,所述水文孔和所述水文管分别适配设置有四个。在如上所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,优选,所述水文管包括外层导管、花管、内导水管和第二隔板,所述花管设于所述水文管的下部,所述花管的表面具有多个透水孔,所述内导水管从地面上方延伸至所述花管的一定深度,所述第二隔板位于地层的隔水层和含水层的分界面,所述第二隔板与所述内导水管的下端面连接,将地层中含水层和隔水层中的冻胀水分别从所述水文管的内导水管和外层导管处导出地层;优选地,所述透水孔均匀分布在所述花管表面上,所述透水孔的孔径为1~2cm。在如上所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,优选,所述测温系统包括多个测温孔和测温孔内的测温管,所述测温孔设在所述井筒与所述控制冻结系统之间、所述控制冻结系统内部和所述控制冻结系统外围;优选地,设置在所述井筒与所述控制冻结系统之间、所述控制冻结系统内部和所述控制冻结系统外围的测温孔的深度不同。与最接近的现有技术相比,本专利技术提供的技术方案具有如下优异效果:本专利技术采用控制冻结系统、泄压系统和测温系统的三重监控系统,实现对破损井筒修复过程中的分层控制冻结,采用本专利技术的冻结器布置方式之后,上部控制冻结的地层温度较下部冻结地层的温度高5℃左右,因此说明采取冻结器布置方式可以实现对上部地层的冻胀力的有效控制,从而达到保护上部完好井壁免受冻胀破坏的目的。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解,本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术,并不构成对本专利技术的不当限定。其中:图1为本专利技术实施例的冻结管在地层中的布置方式剖面图;图2为本专利技术实施例的冻结管布置方式平面图;图3为本专利技术实施例的控制冻结器结构示意图;图4本专利技术实施例的全深冻结器结构示意图;图5本专利技术实施例的水文管的正视图;图6本专利技术实施例的水文管的剖面图;图7本专利技术实施例的内排测温孔测温数据。图中:1、控制冻结器;11、底层冻结外管;12、第一隔板;13、上层冻结外管;14、第一进液管;15、第一回液管;2、全深冻结器;21、全深冻结管;22、第二进液管;23、第二回液管;3、水文管;31、花管;32、外层导管;33、内导水管;本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,其特征在于,所述布置方式包括:控制冻结系统,所述控制冻结系统位于井筒外围,沿井筒周向分布,所述控制冻结系统用于控制不同深度地层的区别冻结,为井筒修复施工过程中提供稳定的施工环境,防止冻结对既有井筒产生损坏;泄压系统,所述泄压系统位于所述井筒与所述控制冻结系统之间,所述泄压系统沿所述井筒周向分布,所述泄压系统用于释放冻结时产生的早期冻胀力,以减小所述井筒的井壁受冻胀影响;测温系统,所述测温系统位于所述井筒与所述控制冻结系统之间以及所述控制冻结系统内部,所述测温系统用于对地层的冻结温度场进行监控。

【技术特征摘要】
1.一种应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,其特征在于,所述布置方式包括:控制冻结系统,所述控制冻结系统位于井筒外围,沿井筒周向分布,所述控制冻结系统用于控制不同深度地层的区别冻结,为井筒修复施工过程中提供稳定的施工环境,防止冻结对既有井筒产生损坏;泄压系统,所述泄压系统位于所述井筒与所述控制冻结系统之间,所述泄压系统沿所述井筒周向分布,所述泄压系统用于释放冻结时产生的早期冻胀力,以减小所述井筒的井壁受冻胀影响;测温系统,所述测温系统位于所述井筒与所述控制冻结系统之间以及所述控制冻结系统内部,所述测温系统用于对地层的冻结温度场进行监控。2.如权利要求1所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,其特征在于,所述控制冻结系统包括多个控制冻结器和多个全深冻结器,所述控制冻结器沿井筒周向均匀排布,所述控制冻结器设在内排冻结孔内;所述全深冻结器设置在所述控制冻结器的外围,所述全深冻结器沿井筒周向均匀排布,所述全深冻结器设在外排冻结孔内。3.如权利要求2所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,其特征在于,所述内排冻结孔与所述井壁的距离范围是1.4~1.8m,相邻两个所述内排冻结孔的孔间距范围是1.2~1.4m;所述外排冻结孔与冻结壁外峰面的距离范围是1~1.5m,相邻两个所述外排冻结孔的孔间距范围是1.2~1.5m;优选地,所述内排冻结孔与所述井壁的距离是1.6m,相邻两个所述内排冻结孔的孔间距是1.2m;所述外排冻结孔与所述冻结壁外峰面的距离是1.2m,相邻两个所述外排冻结孔的孔间距是1.4m。4.如权利要求2所述的应用在破损井筒修复过程中的冻结器布置方式,其特征在于,所述控制冻结器包括上层冻结外管、底层冻结外管、第一进液管、第一回液管和第一隔板,所述上层冻结外管和所述底层冻结外管固定连接并形成密封环境,所述第一隔板位于所述上层冻结外管的下部;所述第一进液管贯通所述第一隔板,进入所述控制冻结器内部,所述第一进液管的上端口位于所述上层冻结外管的上方,用于通入冷媒介质,所述第一进液管的下端口位于所述底层冻结外管的底部;所述第一回液管贯通所述第一隔板,进入所述上层冻结外管内部,所述第一回液管的上端口位于所述上层冻结外管的上方,用于排出冷媒介质到地表,所述第一回液管的下端口位于所述第一隔板下方,用于收集从所述第一进液管排出的冷媒介...

【专利技术属性】
技术研发人员:荣传新王彬程桦姚直书陆卫国
申请(专利权)人:安徽理工大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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