繩索取心孔內灌注器的製作方法

2023-11-11 21:00:07 2

專利名稱：繩索取心孔內灌注器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種繩索取心孔內灌注器。
背景技術：
繩索取心鑽探方法具有鑽進效率高、成本低、鑽孔質量好等優點，是目前巖心地質鑽探的主要施工方法。然而，在複雜地層鑽進時，鑽孔漏失現象普遍存在。與其它鑽進方法相比較，繩索取心鑽探方法成孔的特點決定了它的漏失情況更加複雜，既嚴重影響了鑽進效率，增加鑽進成本，又危及鑽進安全。解決繩索取心鑽進中的漏失問題，目前普遍採用 低密度衝洗液鑽進方法，如充氣泡沫泥漿鑽進等，以平衡地層壓力，防治漏失，但這種方法局限於解決一般性漏失問題。對於嚴重漏失現象，仍需提鑽堵漏，而且有效的治理方法不多，採用常規堵漏方法在技術上仍存在著問題。目前解決地層漏失問題已經受到人們普遍重視，而快速堵漏技術的效果如何，除了與堵漏材料的性能有關之外，堵漏灌注器的性能好壞，也是堵漏成敗的關鍵。以聚合物為基礎的化學灌漿材料在國內外均得到了廣泛應用。我國在應用脲醛樹月旨、聚亞胺膠脂(馬麗散)等固化劑處理鑽孔漏失，穩定孔壁等方面也積累了一定的實踐經驗。但是在推廣應用速凝化學漿液進行護壁堵漏工作中，一個突出的問題就是目前還缺乏操作簡單性能良好的灌注器，為了解決繩索取心鑽探中嚴重漏失的快速封堵問題，鞏固該鑽探方法優質高效的特點，必須開發了一種與繩索取心鑽具配套使用的堵漏灌注器。
發明內容本實用新型的目的是為解決現有技術存在的問題，而提供一種具有結構緊湊，製造技術要求低，使用安全可靠，性價比高的繩索取心孔內灌注器，用於解決繩索取心鑽進過程中遇到的孔內漏失問題。為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是提供一種繩索取心孔內灌注器，包括外殼及其內安裝的導杆和活塞盤，所述的外殼由頂部連接鑽杆、上腔缸套、上腔密封盤、下腔缸套、下腔密封盤和底部連接鑽杆順序連接構成，所述的頂部連接鑽杆內有錐形盤和頂部導杆，錐形盤通過螺母固定在頂部導杆上端，頂部連接鑽杆下端設有4個洩流口 ；所述的上腔活塞盤通過螺母固定在頂部導杆下端和上腔導杆上端，上腔活塞盤與上腔缸套之間由大密封圈密封，上腔活塞盤中通過緊定螺釘安裝有上腔單向閥，彈卡機構安裝於上腔活塞盤內；彈卡機構由彈卡和彈卡彈簧組成，彈卡彈簧置於彈卡的尾部，將彈卡壓入上腔缸套內壁上的彈卡槽內，通過彈卡機構卡住上腔活塞盤；所述的上腔密封盤由螺紋連接在上腔缸套與下腔缸套之間，上腔密封盤中安裝有上腔溢流閥，上腔導杆插在上腔密封盤中，上腔導杆與上腔密封盤之間由小密封圈密封；所述的下腔活塞盤通過螺母固定在上腔導杆下端和下腔導杆的上端，下腔活塞盤中安裝有下腔單向閥，下腔活塞盤與下腔缸套之間由大密封圈密封；所述的下腔導杆的下端插在下腔密封盤中，下腔導杆與下腔密封盤之間由小密封圈密封；下腔密封盤中安裝有下腔溢流閥，下腔密封盤中還設有下注入孔蓋和導杆密封圈。所述的上腔活塞盤、上腔缸套、下腔活塞盤、下腔缸套和下腔密封盤之間均通過螺紋連接。本實用新型的繩索取心孔內灌注器也可按功能將灌注器的結構分為投注機構、彈卡機構、容納機構、溢流機構和密封組件五個部分。所述的錐形盤、頂部導杆、上腔活塞盤、上腔導杆、下腔活塞盤、下腔導杆以及在井孔中投入的鋼球組成投注機構，投注機構能在外殼內壁相對行程中滑動，所述的相對行程為投注機構的錐形盤從初始處運行至洩流口下部。所述的彈卡和彈卡彈簧組成彈卡機構。灌注器未進行灌注時，彈卡位於上腔缸套 上部的彈卡槽內，彈卡彈簧對彈卡施加一定徑向力，使彈卡不易滑出彈卡槽。投入鋼球之後，鋼球被卡在錐形盤的上方，堵住錐形盤中間的孔，截斷灌注器內泥漿的通道，錐形盤以上的泥漿壓力逐漸增大，泵壓上升，泥漿對錐形盤的壓力也逐漸增大，壓力通過錐形盤下方的頂部導杆和上腔活塞盤傳遞到彈卡上，當壓力增大到啟動值，彈卡沿著彈卡槽下部的斜坡滑出彈卡槽，此時，整個投注機構開始沿著外殼內壁向下滑動，上、下活塞盤的滑動縮小了上、下腔體盛裝固化劑的體積，壓出腔體內的固化劑，達到灌注的效果。當投注機構向下運行至行程末端，灌注器完成灌注作業，被上提到地面後，卸下底部連接鑽杆，露出下腔導杆，推動下腔導杆，可將投注機構退回到初始位置。所述的容納機構用於盛裝固化劑。所述的上腔活塞盤下表面、上腔缸套內壁、上腔導杆外壁、上腔密封盤上表面之間的空腔為上容納腔；下腔活塞盤下表面、下腔缸套內壁、下腔導杆外壁、下腔密封盤上表面之間的空腔為下容納腔；上、下容納腔體積相等，用於盛裝固化劑的上、下腔固化劑溢流體積比為I : I。所述的上腔單向閥、上腔溢流閥、下腔單向閥、下腔溢流閥、頂部鑽杆下部的洩流口以及上腔導杆下方的流通孔組成溢流機構，灌注作業時上腔單向閥和下腔單向閥為關閉狀態，上腔溢流閥和下腔溢流閥打開，上、下容納腔內的固化劑從溢流閥流到環空內，上腔導杆內的泥漿通過上腔導杆下方的流通孔流入下腔活塞盤上部。完成灌注作業，上提灌注器時，鑽具內錐形盤以上的泥漿通過頂部鑽杆下部的洩流口流到環空內。所述的密封組件是由密封上、下容納腔的大、小密封圈和導杆密封圈組成。大密封圈安裝在上腔活塞盤與上腔缸套之間，小密封圈安裝在上腔導杆與上腔密封盤之間，安裝密封圈可保證上、下容納腔的密封性，防止固化劑洩露。本實用新型灌注器與現有技術相比具有以下優點(I)本灌注器與現有的灌注器在工作原理以及整體構造上有很大不同，採用了獨特的活塞式灌注方式以及雙腔灌注的結構，使本灌注器能避免泥漿流入容納腔內，並且利用溢流閥保證其單向性，確保了固化劑不會在容納腔內凝固，提高了灌注器的科學性。(2)本灌注器在未投注鋼球之前，內通道暢通，為泥漿提供了很好的過流路徑，並且在灌注結束以後，灌注器上的洩流口可以為鑽具內的泥漿提供洩流通道，避免了卸鑽杆時鑽具內的泥漿產生噴濺，提高了其安全性。(3)本實用新型採用上、下雙容納腔為灌注器提供了進行雙液同時灌注的條件，為選擇兩種固化劑提供了保障。灌注器的導杆活塞盤之間用螺紋連接，這樣不僅加工工藝簡單，而且安裝方便，密封性好，牢固可靠。[0017](4)本灌注器在進行灌注作業時，只要在地面實時監控泵壓值的變化，即可掌握灌注器所處的工作階段，若遇到緊急情況，可以實時採取相關的有效措施處置。使用本灌注器勞動強度低，保障工人的人身安全，可有效解決地質巖心鑽探過程中井眼漏失的問題。(5)本灌注器總體結構緊湊，工作原理簡單，技術要求低，成本低廉，使用安全可靠，性價比高，適應環境能力強，推廣應用市場前景十分廣闊。

圖I為本實用新型的繩索取心孔內灌注器裝配結構剖視示意圖。圖2為圖I中A-A向結構示意圖。
·[0021]圖3為圖I中B-B向剖視示意圖。圖4為圖2中C處結構放大示意圖。圖5為本灌注器中彈卡滑到錐形斜坡下投注機構整體向下運行時的結構示意圖。圖6為本實用新型灌注器注漿作業過程中泵壓值變化曲線圖。上述圖中1-錐形盤、2-頂部連接鑽杆、3-頂部導杆、4-螺母、5-上腔活塞盤、6-上腔單向閥、7-彈簧、8-緊定螺釘、9-上腔缸套、10-上腔導杆、11-小密封圈、12-上腔密封盤、13-上腔溢流閥、14-下腔活塞盤、15-下腔單向閥、16-下腔缸套、17-下腔導杆、18-下腔密封盤、19-下腔溢流閥、20-底部連接鑽杆、21-鋼球、22-大密封圈、23-彈卡、24-彈卡彈黃、25-上注入孔蓋、26-下注入孔蓋、27-導杆密封圈、28-洩流口、29_流通孔。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。實施例I :本實用新型的一種繩索取心孔內灌注器，其結構如圖1、2所示。包括外殼及其內安裝的導杆和活塞盤。外殼由頂部連接鑽杆2、上腔活塞盤5、上腔缸套9、下腔活塞盤14、下腔缸套16、下腔密封盤18和底部連接鑽杆20順序連接構成，所述的頂部連接鑽杆2內有錐形盤I和頂部導杆3，錐形盤I通過螺母4固定在頂部導杆3上端，頂部連接鑽杆2下端設有4個洩流口 28 ;所述的上腔活塞盤5通過螺母4固定在頂部導杆3下端和上腔導杆10上端，上腔活塞盤5與上腔缸套9之間由大密封圈22密封，上腔活塞盤5中通過緊定螺釘8安裝有上腔單向閥6，彈簧7、彈卡23、彈卡彈簧24 ;其中彈簧7為上腔單向閥6的彈簧，沿軸向布置，彈簧7壓住頂端的上腔單向閥6的閥體；彈卡機構安裝於上腔活塞盤5內；彈卡機構參見圖3、4，灌注初始狀態時，彈卡23位於上腔缸套9內壁的彈卡槽內，彈卡彈簧24置於彈卡23的尾部，通過彈卡機構卡住上腔活塞盤5 ;所述的上腔密封盤12由螺紋連接在上腔缸套9與下腔缸套16之間，上腔導杆10插在上腔密封盤12中，上腔導杆10與上腔密封盤12之間有小密封圈11密封；所述的下腔活塞盤14分別通過螺母固定在上腔導杆10的下端和下腔導杆17的上端，上腔密封盤12中安裝有上腔溢流閥13，及設有上注入孔蓋25和流通孔29 ;下腔活塞盤14中安裝有下腔單向閥15，下腔活塞盤14與下腔缸套16之間由大密封圈22密封；所述的下腔導杆17的下端插在下腔密封盤18中，下腔導杆17與下腔密封盤18之間由小密封圈11密封；下腔密封盤18中安裝有下腔溢流閥19，下腔密封盤18中還設有下注入孔蓋26和導杆密封圈27。所述的錐形盤I、頂部導杆3、上腔活塞盤5、上腔導杆10、下腔活塞盤14、下腔導杆17以及在井孔中投入的鋼球21組成投注機構。灌注器下放到井孔預定深度，先清理孔內殘渣，再投入鋼球21落在錐形盤I上，鋼球將錐形盤中間的頂部導杆3通孔口堵住，錐形盤上面的泥漿壓力逐漸增大，壓力通過頂部導杆3和上腔活塞盤5傳遞到彈卡23上，泵壓上升，當壓力增大到啟動值，啟動灌注，參見圖4，彈卡23沿著彈卡槽下邊緣的斜坡向下滑動，當彈卡滑出彈卡槽之後，整個投注機構開始沿著外殼內壁向下運動，參見圖5，當投注機構向下運行至行程末端，灌注器完成灌注作業，被上提到地面後，卸下底部連接鑽杆20，露出下腔導杆17，推動下腔導杆17，可將投注機構退回到初始位置。所述的上腔活塞盤5下表面、上腔缸套9內壁、上腔導杆10外壁、上腔密封盤12上表面之間的空腔為上容納腔；下腔活塞盤14下表面、下腔缸套16內壁、下腔導杆17外壁、下腔密封盤18上表面之間的空腔為下容納腔，上、下腔體積相等，上、下雙容納腔為灌注器提供了進行雙液同時灌注的條件，為選擇兩種固化劑提供了保障。所述的上腔單向閥6、上腔溢流閥13、下腔單向閥15、下腔溢流閥19、頂部鑽杆2 下部的洩流口 28以及上腔導杆10下方的流通孔29組成溢流機構。在進行灌注作業的過程中，上腔單向閥6和下腔單向閥15關閉，上腔溢流閥13和下腔溢流閥19打開，上、下腔內的固化劑從溢流閥流到環空內，上腔導杆內的泥漿通過上腔導杆下方的流通孔29流入下腔活塞盤14上部，以補充下腔的空間。錐形盤運行至洩流口 28下部，灌注完成後，上提灌注器的過程中，鑽具內錐形盤以上的泥漿通過頂部鑽杆下部的洩流口 28流到環空內，避免泥漿封閉在鑽具內卸鑽杆時導致泥漿噴濺。實施例2 :製作一種適配外徑89_鑽具的繩索取心孔內灌注器，其結構如圖1、2、3和4所示。灌注器總體質量10. 4kg,外殼主體長度5106mm，主體外徑90mm，內通道直徑15mm，活塞盤活動行程1200mm，使用2個小密封圈11，2個大密封圈22，小密封圈安裝上、下腔導杆與密封盤之間，大密封圈安裝在上、下腔活塞盤與缸套之間。灌注器總零件數39件，其中非標準件15件，標準件24件。將製作的本實用新型灌注器與繩索取心鑽具配套使用，用於嚴重漏失地層堵漏及破碎不穩定地層的護壁加固灌注作業，灌注參數啟動泵壓2. 24MPa ;灌注泵量30L/min ；灌注環空井段長(係數為I) :10100mm ；灌注固化劑凝固時間S :1 30min ；上腔和下腔中的2種固化劑體積比I : I同時灌注；允許最大液位差207. 6m ；本實用新型的灌注器工作過程將上、下容納腔分別裝滿固化劑的灌注器下入井孔，灌注器導杆內部形成通道，泥漿可順利通過。灌注器下入預定位置，進行掃孔，雖然循環的泥眾對錐形盤有一定向下的壓力，但彈卡槽內的彈卡提供一定的軸向反作用力，使投注機構不會向下移動。掃孔完畢以後，投入鋼球21封堵泥漿通道，鑽具內泥漿泵壓上升，當泵壓大到對錐形盤I的壓力足以使彈卡23滑出彈卡槽，投注機構開始向下運動，啟動灌注。灌注作業時上腔單向閥6和下腔單向閥15關閉，上腔溢流閥13和下腔溢流閥19打開，上、下容納腔內的固化劑從溢流閥流到環空內，上腔導杆10內的泥漿通過上腔導杆下方的流通孔29流入下腔活塞盤14上部；當投注機構運行至行程末端，錐形盤I運行至洩流口 28下部，灌注結束，鑽具內部與環空通過洩流口 28形成通道，泵壓下降。提升鑽具的過程中，鑽具內的泥漿通過洩流口 28流入環空內。整個灌注過程，可以從泵壓表的壓力變化來觀察，參見圖6，在0 SI段為掃孔段，SI S2段為啟動段，投入鋼球之後，泵壓開始緩慢上升，當壓力升至一定值時，一般為2. 0 2. 5MPa，S2 S3段為注漿段，彈卡滑出彈卡槽，泵壓突然回落，注漿開始，注漿過程中，泵壓保持恆定。待投注機構運行至行程末端，注漿結束，進入S3 S4段為洩壓段錐形盤運行至洩流口下部，洩流口打開，泥漿通道順暢，泵壓逐漸下降回零。整個注漿作業顯示泵壓值變化過程是上升-突降-恆定-回零。實時監控注漿作業過程中泵壓值變化就可以了解整個過程中的各個工序了。本灌注器總體結構緊湊，工作原理簡單，技術要求低，成本低廉，適應環境能力強，經濟可靠，性價比高，應用領域廣，可以應用於各類鑽井灌注堵漏護壁作業中，如地浸礦山、天然氣、煤炭、石油、海洋等資源勘探開發行業。
權利要求1.一種繩索取心孔內灌注器，包括外殼及其內安裝的導杆和活塞盤，其特徵在於所述的外殼由頂部連接鑽杆、上腔缸套、上腔密封盤、下腔缸套、下腔密封盤和底部連接鑽杆順序連接構成，所述的頂部連接鑽杆內有錐形盤和頂部導杆，錐形盤通過螺母固定在頂部導杆上端，頂部連接鑽杆下端設有4個洩流口 ；所述的上腔活塞盤通過螺母固定在頂部導杆下端和上腔導杆上端，上腔活塞盤與上腔缸套之間由大密封圈密封，上腔活塞盤中通過緊定螺釘安裝有上腔單向閥，彈卡機構安裝於上腔活塞盤內；彈卡機構由彈卡和彈卡彈簧組成，彈卡彈簧置於彈卡的尾部，將彈卡壓入上腔缸套內壁上的彈卡槽內，通過彈卡機構卡住上腔活塞盤；所述的上腔密封盤由螺紋連接在上腔缸套與下腔缸套之間，上腔密封盤中安裝有上腔溢流閥，上腔導杆插在上腔密封盤中，上腔導杆與上腔密封盤之間由小密封圈密封；所述的下腔活塞盤通過螺母固定在上腔導杆下端和下腔導杆的上端，下腔活塞盤中安裝有下腔單向閥，下腔活塞盤與下腔缸套之間由大密封圈密封；所述的下腔導杆的下端插在下腔密封盤中，下腔導杆與下腔密封盤之間由小密封圈密封；下腔密封盤中安裝有下腔溢流閥，下腔密封盤中還設有下注入孔蓋和導杆密封圈。
2.根據權利要求I所述的繩索取心孔內灌注器，其特徵在於所述的上腔活塞盤、上腔缸套、下腔活塞盤、下腔缸套和下腔密封盤之間均通過螺紋連接。
3.根據權利要求I所述的繩索取心孔內灌注器，其特徵在於所述的錐形盤、頂部導杆、上腔活塞盤、上腔導杆、下腔活塞盤、下腔導杆以及在井孔中投入的鋼球組成投注機構，投注機構能在外殼內壁相對行程中滑動，所述的相對行程為投注機構的錐形盤從初始處運行至洩流口下部。
4.根據權利要求I所述的繩索取心孔內灌注器，其特徵在於所述的上腔活塞盤下表面、上腔缸套內壁、上腔導杆外壁、上腔密封盤上表面之間的空腔為上容納腔；下腔活塞盤下表面、下腔缸套內壁、下腔導杆外壁、下腔密封盤上表面之間的空腔為下容納腔；上、下容納腔體積相等，用於盛裝固化劑的上、下腔固化劑溢流體積比為I : I。
專利摘要本實用新型涉及一種繩索取心孔內灌注器，包括外殼及其內安裝的導杆和活塞盤，灌注器按功能的結構可分為投注機構、彈卡機構、容納機構、溢流機構和密封組件五部分。採用了活塞式灌注方式以及上、下雙容納腔的雙腔灌注結構，避免泥漿流入容納腔內，並利用溢流閥保證其單向性，確保了固化劑不會在容納腔內凝固，提高了灌注器的科學性。同時上、下雙容納腔提供了進行雙液同時灌注的條件，為選擇兩種固化劑提供了保障。本灌注器結構緊湊，成本低廉，安裝方便，使用時只要在地面實時監控泵壓值的變化，即可掌握灌注器所處的工作階段。本灌注器適應環境能力強，可用於各類鑽井灌注堵漏護壁作業中，推廣應用市場前景十分廣闊。
文檔編號E21B33/13GK202578626SQ20122014897
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月11日 優先權日2012年4月11日
發明者胡鬱樂, 張曉西, 張惠, 劉狄磊, 曲波, 楊國巍, 羅光強 申請人:中國地質大學(武漢)