气水压力平衡式地下防渗止水工艺及所用的设备的制作方法

本发明涉及一种地下防渗止水工艺，特别涉及一种用于油页岩原位开采的防渗止水工艺及所用的设备。

背景技术：

近年来，煤、气、油页岩油开采过程中需要建造防渗止水结构。防渗止水结构一般建在施工区域周围，它能够有效阻挡周围地下水涌入施工区。因此，诸多相关研究单位及企业开发了多种多样的防渗止水结构及施工工艺，现在常用的多为地下连续墙或者采用深搅桩和高压旋喷桩；中国发明专利cn103806457a公开的“一种新型止水帷幕的施工工艺”，其采用在钻孔内高压旋喷注水泥浆的方式固结地下透水地层，多个钻孔联合形成止水帷幕，这种工艺固结地下透水地层效果较好，但是施工工艺较复杂且影响地下固有的地层结构，施工结束后难以恢复原状。再如中国发明专利cn102278116a公开的“一种冬季寒冷地区制作地下冷冻墙装置及制作冷冻墙的方法”，其采用冬季寒冷地区空气作为冷源注入到施工区域周边的注冷井中，然后冷源空气将地下地质体冻结形成防渗止水冷冻墙，这种方法能够大幅降低施工造价，但是受季节影响较大，实际应用性不强。在油页岩原位开采领域为了防止周围地下水的涌入影响地下原位加热裂解油页岩现在多使用地下冷冻墙，其采用冷源在注入井内循环从而将周围地层和地下水冻结在一起形成防渗止水结构；这种地下冷冻墙能够有效阻隔地下水，但是采用冷源也会提高工程成本。

因此，本发明专利提出一种气水平衡式地下防渗止水工艺，该工艺在施工区域周围多个钻孔中注入高压气体，使高压气体与施工区域周围的地下水压力平衡，从而自然形成防渗止水帷幕。该工艺能够有效的将施工区域和周围地下水隔离开，并且止水压力可调，施工工艺简便，造价低，施工完成后能较好的恢复地层结构原状。

技术实现要素：

本发明提供一种适用于油页岩原位开采的气水平衡式地下防渗止水工艺，该防渗止水工艺简单，建造的防渗止水结构能够将施工区域外的地下水有效的与施工区域分隔，并且造价较低。

一种气水平衡式地下防渗止水工艺所需设备包括压缩机、缓冲罐、输气管道、注气井和阀门。

所述压缩机用来压缩气体（气体可为空气、惰性气体等），并将压缩气体通过输气管道输送到注气井内，输出气体的压力的大小根据目的地层地下水压力调整，一般地，输出气体压力要大于目的地层地下水压力。

所述缓冲罐连接在压缩机的出气端，缓冲罐对压缩机产生的脉冲高压气体起缓冲作用。

所述输气管道能够承受较高内压力，输气管道可将压缩机产生的压缩气体输送到各注气井。

所述阀门安装在各注气井的前端，通过各阀门的开合控制对各注气井的注气量；另外，缓冲罐前后各安装有阀门。

本发明之一种气水平衡式地下防渗止水工艺的步骤如下：

步骤一：在施工区域周围按照所需间距打注气井，井深比最终施工地层底板大5-20米；

步骤二：将各注气井用输气管道首尾串联在一起，然后连接到压缩机上，压缩机出气端连接缓冲罐，并在各注气井前端以及缓冲罐前后端安装阀门。

步骤三：启动压缩机，压缩机产生的压缩气体通过输气管道注入各注气井，压缩气体在井内通过地层裂隙、缝隙向周围扩散。

步骤四：随着压缩气体的注入注气井内气体压力逐步提高直至注气井内气体压力高于地下水压力；此时各注气井周围的气体压力与地下水压力平衡，并且各注气井周围的气体-地下水平衡区域相互联结咬合，自然地，气体-地下水平衡区域在施工区域周围形成防渗止水帷幕墙；各注气井的阀门适当开合可控制注气量进而调整各注气井内的气体压力。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为本发明的实原理图。

图3为本发明实例中气体-地下水平衡原理图。

图中：1-施工区域、2-注气井、3-输气管道、4-压缩机、5-缓冲罐、6-阀门、7-地下水压力、8-气体压力、9-开采井、10-帷幕墙、11-潜水泵、12-高压水、13-高压气体、14-油页岩层、15-压裂缝、16-输油管道、17-排水管道。

具体实施方式

如图1所示，本发明之工艺所需设备包括压缩机4、缓冲罐5、输气管道3、注气井2和阀门6。

所述压缩机4用来压缩气体（气体可为空气、惰性气体等），并将压缩气体通过输气管道3输送到注气井2内，输出气体的压力的大小根据最终施工地层地下水压力7调整，一般地，输出气体压力要大于最终施工地层地下水压力7。

所述缓冲罐5连接在压缩机4的出气端，缓冲罐5对压缩机4产生的脉冲高压气体起缓冲作用。

所述输气管道3能够承受较高内压力，输气管道3可将压缩机4产生的压缩气体输送到各注气井2。

所述阀门6安装在各注气井2的前端，通过各阀门6的开合控制对各注气井2的注气量；另外，缓冲罐5前后各安装有阀门6。

本发明的步骤如下：如图1所示；

步骤一：在施工区域1周围按照所需间距打注气井2，井深比最终施工地层底板大5-20米；

步骤二：将各注气井2用输气管道3首尾串联在一起，然后连接到压缩机4上，压缩机4出气端连接缓冲罐5，并在各注气井2前端以及缓冲罐5前后端安装阀门6。

步骤三：启动压缩机4，压缩机4产生的压缩气体通过输气管道3注入各注气井2，压缩气体在井内通过地层裂隙、缝隙向周围扩散。

步骤四：随着压缩气体注入注气井2内，气体压力8逐步提高，直至注气井2内气体压力8高于地下水压力7；此时各注气井2周围的气体压力8与地下水压力7平衡，并且各注气井2周围的气体-地下水平衡区域相互联结咬合，自然地，气体-地下水平衡区域在施工区域1周围形成防渗止水帷幕墙10；各注气井2的阀门6适当开合可控制注气量进而调整各注气井2内的气体压力8。

所述的注气井2内安装排水管17，排水管17末端位于油页岩层14底板以下10米，排水管17末端安装潜水泵11，涌入注气井2内的高压水12可利用潜水泵11通过排水管17抽出井外实现降水，如图3所示。

下面结合发明的实例之一种油页岩地下原位热解用防渗止水工艺来详细说明本发明的具体实施方式。如图2和图3所示，

某油页岩地下原位热解试验油页岩层14底板深为500米，500米深处地下水压力7约为5mpa。在施工区域1边缘按照3米间距施工多个注气井2，注气井2孔底比油页岩层14底板深15米。将各注气井2用输气管道3首尾串联在一起，然后连接到压缩机4上。启动压缩机4，压缩机4产生的高压气体13通过输气管道3注入各注气井2与排水管17的环空中。随着高压气体13的注入，注气井2内的气体压力逐步提高至5mpa，此时注气井2内气体压力8逐步高于地下水压力7，各注气井2周围的气体压力7与地下水压力8平衡，并且各注气井2周围的气体-地下水平衡区域相互联结咬合，自然地，气体-地下水平衡区域在施工区域1边缘外形成防渗止水帷幕墙10。若部分地层的地下水压力7高于注气井2内的气体压力7，这部分地下水将涌入注气井2内，此时，注气井2孔底的潜水泵11工作将井底涌入的高压水12通过排水管17抽出井外实现降水。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种气水平衡式地下防渗止水工艺及所用的设备，所用的设备包括压缩机、缓冲罐、输气管道、注气井和阀门。该工艺是在施工区域周围按照一定间距打注气井，将压缩机产生的压缩气体通过输气管道注入各注气井，压缩气体在井内通过地层裂隙、缝隙向周围扩散，随着压缩气体的注入注气井内气体压力逐步提高直至注气井内气体压力高于地下水压力；此时各注气井周围的气体压力与地下水压力平衡，并且各注气井周围的气体‑地下水平衡区域相互联结咬合，自然地，气体‑地下水平衡区域在施工区域周围形成防渗止水帷幕墙。

技术研发人员：孙友宏;刘召;李强;赵帅;韩婧;康世杰;陈强;王振东
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2017.09.13
技术公布日：2018.01.16