一种水平定向钻孔口保压封堵装置及应用该装置的涌水处理方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水平定向钻孔口保压封堵装置，包括钢管主体和钢套管，所述的钢管主体外表面固接法兰片Ⅰ；所述的钢管主体内依次设置后压组件、橡胶密封组件、前压组件、密封件和固定板；后压组件设置在钢管主体一端；后压组件、橡胶密封组件、前压组件、密封件活动活动固定在钢管主体内。所述的钢管主体焊接在钢套管的一端；所述的钢套管上设置压力表、高压阀门和蝶阀.本发明专利技术还公开一种应用该装置的涌水处理方法。本发明专利技术采用保压封堵注浆装置，可以利用多重橡胶密封件进行保压注浆堵漏，保证钻杆不被抱死，可以带压转动和钻进。同时，采用本发明专利技术处理方法，可以快速有效的解决钻孔涌水问题。

A pressure maintaining and plugging device for horizontal directional drilling and its water gushing treatment method

【技术实现步骤摘要】
一种水平定向钻孔口保压封堵装置及应用该装置的涌水处理方法
本专利技术涉及一种水平定向钻孔口保压封堵装置及应用该装置的涌水处理方法，属于工程建设领域。
技术介绍
随着定向钻施工工艺的提升，在克服了来自河流、道路穿越中的施工难题。注浆工艺是近年来新型的施工工艺，广泛应用于地下工程的防水堵漏、建筑物地基加固、隧道内渗水及其他工程的防水处理、裂缝补强等方面。目前，注浆堵漏工艺已逐步运用到定向钻穿越施工当中，并且堵漏效果显著。施工工艺主要是利用机械的高压动力，将化学灌浆材料注入裂缝中，使该材料发生化学反应，形成弹性胶状或固体结晶，从而达到止水的目的，是新一代的防水堵漏补强的工艺。其施工速度快，止水效果立竿见影，而且不受季节、天气限制，其施工综合费用低，经济效益显著。在定向钻穿越山体钻孔施工过程中，会出现钻孔内的涌水导致施工现场泥浆池及泥浆罐溢满，多余泥浆不易处理，给穿越施工增添了较大难度，这种涌水原因往往都是山体中存在泄压点和出水点。常规操作是在泥浆中加入堵漏剂方式进行堵漏，但在后续稳压补浆过程中，会出现冒浆现象,导向孔内涌水量并未减少，因些，在泥浆中添加堵漏剂进行堵漏针对较大流水量堵漏效果不大。通过我们检索，目前仅在油气竖井中见到封堵装置，常规施工方法钻孔内的涌水导致施工现场泥浆池及泥浆罐溢满，多余泥浆不易处理，给穿越施工增添了较大难度，并未见到用于水平定向钻穿越山体涌水工况下的孔口封堵保压工艺。
技术实现思路
为克服上述不足，本专利技术采取了用钻具孔口封堵保压法进行堵漏，解决钻孔涌水问题。本专利技术的方案如下：一种水平定向钻孔口保压封堵装置，包括钢管主体和钢套管，所述的钢管主体外表面固接法兰片Ⅰ；所述的钢管主体内依次设置后压组件、橡胶密封组件、前压组件、密封件和固定板；所述的后压组件设置在钢管主体一端，由两块环形钢板及一块法兰片Ⅱ依次焊接而成，所述的法兰片Ⅱ和法兰片Ⅰ之间通过加压螺母连接固定；所述的橡胶密封组件由多件环状的橡胶密封件依次排列构成；所述的前压组件由两件环形钢板焊接而成；所述的固定板焊接在钢管主体另一端内；所述的前压组件与固定板之间设置密封件。所述的钢管主体焊接在钢套管的一端；所述的钢套管上设置压力表、高压阀门和蝶阀。进一步，所述的后压组件包括法兰片Ⅱ、第一环形钢板和第二环形钢板；所述的法兰片Ⅱ外环、内环均高于第一环形钢板和第二环形钢板；所述的第一环形钢板与第二环形钢板的外环等高，第一环形钢板内环和外环之间的距离小于第二环形钢板内环和外环之间的距离。进一步，所述的密封内环直径小于前压组件中环形钢板的内环直径。进一步，所述的后压组件、橡胶密封组件、前压组件、密封件活动活动固定在钢管主体内。钻孔涌水处理方法，处理步骤如下：步骤一，从钻孔的孔口向孔内下入钢套管，利用钻机旋转钻进钢套管，直至钢套管下至完整岩层为止；步骤二，将暴露在孔口外部的钢套管进行加固，钻杆进入钻孔，然后进行孔口封堵，在孔口钢套管与钻杆之间加设如权利要求1-3任一所述的封堵装置；步骤三，调配的水泥-水玻璃双液浆取样留存，然后进行注浆封堵施工；针对泄压点，完成注浆施工后，待水泥凝固24小时后，首先观测取样的水泥-水玻璃双液浆凝固状态，凝固效果满足要求时打开封堵检查孔内封堵效果，当达到封堵效果后，注浆完成；针对出水点，利用带泥浆马达的正常钻头清除水泥后，注水泥浆，直到压力不再上升或上升困难，表明泥浆压力和水压达到停止注浆，稳压24小时；其中，需要向封堵点位置往前钻进10m，将前期孔内水泥凝固残留物清除，然后将钻杆回撤至需封堵点位置后15m处，方可开始注水泥浆；注完后注入泥浆冲刷注浆泵和钻具里的水泥浆，边注泥浆边回撤钻杆，回撤距离为9m；施工过程中为了确保钻具安全，初凝阶段不大于1小时一次，时长约2小时，终凝阶段不大于半小时一次，时长约2小时；当达到封堵效果后，此次注浆完成；前期观测到的汇压点和出水点均处理完成后，水泥浆初凝固后撤出孔内所有钻具，更换正常导向施工钻具，即无磁钻杆+泥浆马达+岩石导向钻头后，继续后期导向孔施工。进一步，水泥-水玻璃双液浆配合比是，水泥浆：水玻璃浆=1：0.5，水泥浆水灰比0.6，注浆终压0.5-1.0MPa，浆液凝结时间20s～30min。进一步，封堵装置的装配方法为，将钢管主体一端焊接套管上，然后依次往钢管主体内装入密封件、前压组件、第一橡胶密封组件、后压组件，利用加压螺母将法兰片Ⅱ和法兰片Ⅰ连接固定水平定向钻在涌水段的常规施工方法，由于钻孔内的涌水将导致施工现场泥浆池及泥浆罐溢满，多余泥浆不易处理，本专利技术采用保压封堵注浆装置，可以利用多重橡胶密封件进行保压注浆堵漏，保证钻杆不被抱死，可以带压转动和钻进。同时，采用本专利技术处理方法，可以快速有效的解决钻孔涌水问题。附图说明图1为本专利技术封堵装置的部分结构示意图。图2为本专利技术封堵装置的装配图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。以北京西六环中段天然气定向穿越工程为例。此次穿越国内难度较高，全岩石山体长为1920.47米，有林场防火公路沿隧道地表通过，隧道穿行于丘陵区，地形起伏大，海拔高程140m-370m,相对高程15-250m，山坡坡脚20°-45°，山坡处多基岩裸露，山间谷地内覆盖碎石土，植被茂密；本次工程有主管与光缆管两次穿越施工，主管为φ1016mm×17.5mmL485M钢管；光缆套管为φ159mm×8mm无缝钢管；主管平行于光缆套管，间距10m。由于穿越段山体岩层裂隙较丰富，穿越施工过程中钻孔出现涌水现象，给施工造成较大的阻碍。山体涌水原因分析以及导致的施工问题：1、勘探孔未封孔此次导向孔前800m两处漏水点分别在BNZ-7和BNZ-4附近，经调查，以往施工勘探孔均未进行封孔，其中S1Z-2孔处于汇水区，且勘探钻孔距定向钻曲线平面距离仅3～42m，部分勘探孔与光缆管导向孔间距不满足规范GB50423—2013相关要求，可能成为隧道出水的充水水源，存在重大的安全隐患。勘探孔未封孔的隐患：本次穿越岩层裂隙水丰富，但裂隙连通性较差，勘探孔将周围裂隙水路连通，形成一个个“集水井”，在勘探孔内形成了竖向的水柱，水压力大，且距离导向孔较近，导致导向孔周围裂隙水水压增大，泥浆形成的泥膜无法承受周围裂隙水的水压，泥浆护壁系统无法建立，最终导致孔内涌水。2、涌水导致施工问题此次因钻孔内涌水造成孔内泥浆稀释，将已形成的环形泥浆泥皮破坏，孔内残留岩屑不能及时排出孔外，从而造成钻具扭矩大。同时施工所需的泥浆存储量会大大增加，为保证泥浆综合性能等问题，施工成本也会随之增高。出水点的判断及分析：1、为了避免泥浆池内泥浆溢出，封闭导向孔口，发现BNZ-7勘探孔内有清水返出，表明此处容易泄压。2、穿越施工至350m（F2断层附近）出水，出水量10～15m3/h，12h后水量逐渐疏干，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水平定向钻孔口保压封堵装置，其特征在于，包括钢管主体和钢套管，所述的钢管主体外表面固接法兰片Ⅰ；/n所述的钢管主体内依次设置后压组件、橡胶密封组件、前压组件、密封件和固定板；/n所述的后压组件设置在钢管主体一端，由两块环形钢板及一块法兰片Ⅱ依次焊接而成，所述的法兰片Ⅱ和法兰片Ⅰ之间通过加压螺母连接固定；/n所述的橡胶密封组件由多件环状的橡胶密封件依次排列构成；/n所述的前压组件由两件环形钢板焊接而成；/n所述的固定板焊接在钢管主体另一端内；所述的前压组件与固定板之间设置密封件；/n所述的钢管主体焊接在钢套管的一端；所述的钢套管上设置压力表、高压阀门和蝶阀。/n

【技术特征摘要】
1.一种水平定向钻孔口保压封堵装置，其特征在于，包括钢管主体和钢套管，所述的钢管主体外表面固接法兰片Ⅰ；
所述的钢管主体内依次设置后压组件、橡胶密封组件、前压组件、密封件和固定板；
所述的后压组件设置在钢管主体一端，由两块环形钢板及一块法兰片Ⅱ依次焊接而成，所述的法兰片Ⅱ和法兰片Ⅰ之间通过加压螺母连接固定；
所述的橡胶密封组件由多件环状的橡胶密封件依次排列构成；
所述的前压组件由两件环形钢板焊接而成；
所述的固定板焊接在钢管主体另一端内；所述的前压组件与固定板之间设置密封件；
所述的钢管主体焊接在钢套管的一端；所述的钢套管上设置压力表、高压阀门和蝶阀。


2.根据权利要求1所述的一种水平定向钻孔口保压封堵装置，其特征在于，所述的后压组件包括法兰片Ⅱ、第一环形钢板和第二环形钢板；
所述的法兰片Ⅱ外环、内环均高于第一环形钢板和第二环形钢板；所述的第一环形钢板与第二环形钢板的外环等高，第一环形钢板内环和外环之间的距离小于第二环形钢板内环和外环之间的距离。


3.根据权利要求1所述的一种水平定向钻孔口保压封堵装置，其特征在于，所述的密封内环直径小于前压组件中环形钢板的内环直径。


4.根据权利要求1所述的一种水平定向钻孔口保压封堵装置，其特征在于，所述的后压组件、橡胶密封组件、前压组件、密封件活动活动固定在钢管主体内。


5.涌水处理方法，其特征在于,处理步骤如下：
步骤一，从钻孔的孔口向孔内下入钢套管，利用钻机旋转钻进钢套管，直至钢套管下至完整岩层为止；
步骤二，将暴露在孔口外部的钢套管进行加固，钻杆进入钻孔，然后进行孔口封...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启国，石贤增，刘宁，汪国武，李海蕾，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，安徽两淮建设有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34