一种适用深井接地极钢套管的底部注浆系统及注浆方法与流程

本发明涉及直流输电工程接地技术领域，特别是涉及一种适用深井接地极钢套管的底部注浆系统及注浆方法。

背景技术：

直流接地极作为直流输电工程的重要组成部分，现常用的陆地接地极技术有水平接地极和垂直接地极两种。现有的接地极存在占地面积较大、选址困难、对极址周边浅层环境影响大等缺点。深井接地极技术可有效规避了上述问题，但深井存在钻孔埋深太大、孔径太小、设备安装工序复杂、底部焦炭难于直接灌填等问题。由于深井钻孔完成后，为了后续设备顺利下放安装，需要将先将护壁钢套管下放，再进行引流馈电棒的下放，为了增大馈电棒与地层接触面积，加快散流效率，降低馈电棒腐蚀速率，深井接地极散流段需要填充焦炭颗粒，为了能使焦炭颗粒快速且完整地填充于深井散流段，需要设计一种可结合馈电棒和钢套管的底部注浆系统。

焦炭颗粒是接地极的重要组成部分，在常规的水平接地极和垂直接地极建设中，常采用直接填埋的方式，但深井接地极孔径小、埋深大、设备多，无法采取直接填埋的方式，因此考虑采用孔底压浆的方式进行灌填，孔底压浆在石油、天然气、地热等勘探与开采工艺中广泛采用，但多用于固井工艺，与深井接地极焦炭填充工艺存在较大差别。

现有的底部注浆设备并没有考虑深井接地极的施工工序和电气设备安装要求，固井以及单向注浆工艺与深井接地极焦炭填充工艺存在较大差别，需要在考虑深井中已有钢套管的情况下，设计出一种能够将焦炭浆液进行底部注浆后能够在散流段完整且快速的填充的注浆设备，对于深井接地极安装，突破工程难题具有重要意义。

技术实现要素：

基于此，本发明的目的在于，提供一种适用于深井接地极钢套管的，能够将焦炭浆液进行底部注浆后能够在散流段完整且快速的填充的注浆系统。

一种适用深井接地极钢套管的底部注浆系统，包括：

底部钢柱；

内层花管，其一端与所述底部钢柱的顶部固接；

外层花管，套设在内层花管外，其一端与所述底部钢柱固接；

注浆插座，与所述内层花管及外层花管的另一端固接，其开设有与所述内层花管连通的注浆口；

单向阀，设置在所述注浆插座中，在无注浆压力情况下，所述单向阀的头部抵住所述注浆插座的注浆口；在注浆压力下，所述单向阀的头部下缩，浆液可通过单向阀；

注浆抽头，其一端插入所述注浆插座的注浆口并抵住所述单向阀；

钻杆，所述钻杆中空，其一端与所述注浆抽头的另一端对接；

钢套管，套设在所述注浆抽头和钻杆外，其一端与所述注浆插座固接。

作为上述适用深井接地极钢套管的底部注浆系统的进一步改进，所述注浆插座中部开设有凹槽，所述单向阀设置所述凹槽中，所述注浆抽头的一端插入所述凹槽并抵住所述单向阀。

作为上述适用深井接地极钢套管的底部注浆系统的进一步改进，所述外层花管与所述钢套管的直径相等。

作为上述适用深井接地极钢套管的底部注浆系统的进一步改进，所述内层花管的直径不大于外层花管直径的二分之一，同时不小于外层花管直径的四分之一。

作为上述适用深井接地极钢套管的底部注浆系统的进一步改进，所述外层花管和内层花管的长度相等。

作为上述适用深井接地极钢套管的底部注浆系统的进一步改进，所述外层花管和内层花管同轴设置。

作为上述适用深井接地极钢套管的底部注浆系统的进一步改进，所述外层花管和内层花管的管壁均开设有若干通孔。

作为上述适用深井接地极钢套管的底部注浆系统的进一步改进，所述外层花管和内层花管的一端与所述底部钢柱焊接，另一端与所述注浆插座焊接。

另外，本发明还包含一种适用深井接地极馈电棒的注浆方法，包括以下步骤：

进行深井钻孔；

将钢套管与底部设备连接，下放底部设备和钢套管到深井中，所述底部设备包括底部钢柱、内层花管、外层花管、注浆插座和单向阀，其中，所述外层花管套设在内层花管外，所述内层花管和外层花管的一端与底部钢柱固接，另一端与注浆插座固接，所述单向阀设置在注浆插座中，所述钢套管与注浆插座固接；

下放注浆设备到所述钢套管中，所述注浆设备包括依序连接的钻杆和注浆抽头；所述注浆抽头与注浆插座对接，然后进行注浆，所述单向阀在注浆压力下打开，使浆液穿过所述内层花管及外层花管填充至井壁和钢套管管壁之间，注浆完毕后停止注浆，所述单向阀关闭；

抽出所述注浆设备。

相比于现有技术，本发明所述的适用深井接地极钢套管的底部注浆系统至少具有如下技术效果：

1、通过采用单向阀控制注浆，当注浆开始时在单向阀在注浆压力作用下开启，注浆完毕后，单向阀自动关闭，可分步注浆且互不干扰，两次注浆的时间间隔不限，为其它电气设备安装腾出时间。

2、该注浆系统可循环多次注浆，保证焦炭液注浆的成功。

3、该注浆系统采用底部注浆，注浆的焦炭液密度稍大于深井中的水，因此可采用置换方式进行注浆，注浆量及注浆时间可控，能准确判断最终焦炭液填充深度。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明所述适用深井接地极钢套管的底部注浆系统的结构示意图；

图2为本发明所述适用深井接地极馈电棒的注浆方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种适用于深井接地极钢套管的，能够将焦炭浆液进行底部注浆后能够在散流段完整且快速的填充的注浆系统。

请参阅图1，图1显示了本发明所述适用深井接地极钢套管的底部注浆系统的一个实施例。然而，本发明可体现为多种不同的形式，并且不应理解为限于本文中所提出的特定实施例。

除非另外限定，否则，本文中所使用的术语(包括技术性和科学性术语)应理解为具有与本发明所属的领域中的技术人员通常所理解的意义相同的意义。而且，要理解的是，本文中所使用的术语应理解为具有与本说明书和相关领域中的意义一致的意义，并且不应通过理想的或者过度正式的意义对其进行解释，除非本文中明确这样规定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，图1为本发明所述适用深井接地极钢套管的底部注浆系统的结构示意图。

一种适用深井接地极钢套管的底部注浆系统包括底部钢柱1、内层花管2、外层花管3、注浆插座4、单向阀5、注浆抽头6、钻杆7和钢套管8组成的注浆系统，在深井钻孔完成后，将所述注浆系统下放于井底，然后进行注浆，所述注浆抽头6抵住单向阀5，在注浆压力下，使得单向阀5在压力下下缩，单向阀5打开，焦炭液通过单向阀5进入内层花管2，然后流入外层花管3，通过外层花管3进行浆液置换，使得井壁与钢套管8管壁之间填充焦炭液，在注浆满足设计要求后，停止注浆，所述注浆抽头6和钻杆7抽出深井。

以下分别对本实施例适用深井接地极钢套管的底部注浆系统的各个组成部分进行详细描述。

一种适用深井接地极钢套管的底部注浆系统，包括：

所述底部钢柱1，作为该注浆系统的底座，嵌入深井底部以保持注浆不被堵塞。在本实施例中，该底部钢柱1的长度不小于0.5m。

所述内层花管2，用于将钻杆7的浆液排出，也起到过滤作用，其一端与所述底部钢柱1的顶部固接。

所述外层花管3，用于将钻杆7的浆液排出，也起到过滤作用，套设在内层花管外，其一端与所述底部钢柱1固接。

具体地，所述外层花管3采用钢套管8制作，即其直径与所述钢套管8相同，其长度部小于4m。所述内层花管2的直径不大于外层花管3直径的二分之一，同时不小于外层花管3直径的四分之一。所述外层花管3和内层花管2的长度相等，且同轴设置。此外，所述外层花管3和内层花管2的管壁均开设有若干通孔，该通孔纸巾不小于1cm，每一层不少于3个孔，开孔间距不大于30cm。所述内层花管2和外层花管3均与所述底部钢柱1焊接固定。

所述注浆插座4，其承接作用，用于固定所述单向阀5和注浆抽头5，以及连接内、外层钢管和钢套管8。所述注浆插座4与所述内层花管2及外层花管3的另一端固接，其开设有与所述内层花管2连通的注浆口。具体地，所述注浆插座4的直径与钢套管8相同，且其中部开设有凹槽，凹槽总体长度不小于0.4m。

所述单向阀5，用于阻止或释放浆液从钻杆7流到内层花管2，其设置在所述注浆插座4中，在无注浆压力情况下，所述单向阀5的头部抵住所述注浆插座4的注浆口；在注浆压力下，所述单向阀5的头部下缩，浆液可通过单向阀5。

所述注浆抽头6，用于使钻杆7对准注浆口并固定，也用于对单向阀5施加压力从而实现开阀，其一端插入所述注浆插座4的注浆口并抵住所述单向阀5。

所述钻杆7，用于注浆，该钻杆7中空，其一端与所述注浆抽头6的另一端对接。具体地，压力注浆时，焦炭液通过钻杆7和注浆抽头6进入内层花管2进行底部压力注浆，注浆完毕后需要拔出于钢套管8。

所述钢套管8，为保护电器设备及稳固钻孔的部件，其套设在所述注浆抽头6和钻杆7外，其一端与所述注浆插座4固接。

工作原理：在深井钻孔完成后，先将底部钢柱1、内层花管2、外层花管3、注浆插座4、单向阀5和钢套管连接完成后下放与井底，然后将钻杆7和注浆抽头6组合后下放到钢套管8中，所述注浆抽头6与所述注浆插座4对接，在注浆压力下，使得单向阀5在压力下下缩，单向阀5打开，焦炭液通过单向阀5进入内层花管2，然后流入外层花管3，通过外层花管3进行浆液置换，使得井壁与钢套管8管壁之间填充焦炭液，在注浆满足设计要求后，停止注浆，所述注浆抽头6和钻杆7抽出深井。

如图2所示，图2为本发明所述适用深井接地极馈电棒的注浆方法的流程图。另外，本发明还包含一种适用深井接地极馈电棒的注浆方法，包括以下步骤：

步骤1：进行深井钻孔；

步骤2：将钢套管与底部设备连接，下放底部设备和钢套管到深井中，所述底部设备包括底部钢柱1、内层花管2、外层花管3、注浆插座4和单向阀5，其中，所述外层花管3套设在内层花管2外，所述内层花管2和外层花管3的一端与底部钢柱1固接，另一端与注浆插座4固接，所述单向阀5设置在注浆插座4中，所述钢套管8与注浆插座4固接；

步骤3：下放注浆设备到所述钢套管8中，所述注浆设备包括互相连接的注浆抽头6和钻杆7，所述注浆抽头6与所述注浆插座4对接，然后进行注浆，所述单向阀5在注浆压力下打开，使浆液穿过内层花管2及外层花管3填充至井壁和钢套管8管壁之间，注浆完毕后停止注浆，所述单向阀5关闭；

步骤4：抽出所述注浆设备。

抽出所述注浆设备后，再更换设备进行下一步的注浆工序。

相比于现有技术，本发明所述的适用深井接地极钢套管的底部注浆系统及方法至少具有如下技术效果：

1、通过采用单向阀控制注浆，当注浆开始时在单向阀在注浆压力作用下开启，注浆完毕后，单向阀自动关闭，可分步注浆且互不干扰，两次注浆的时间间隔不限，为其它电气设备安装腾出时间。

2、该注浆系统可循环多次注浆，保证焦炭液注浆的成功。

3、该注浆系统采用底部注浆，注浆的焦炭液密度稍大于深井中的水，因此可采用置换方式进行注浆，注浆量及注浆时间可控，能准确判断最终焦炭液填充深度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。