专利名称：一种用于仰角钻孔止水套管封闭的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于仰角钻孔止水套管封闭的工艺，主要应用于矿山、交通等探 放水和注浆堵水工程中。
背景技术：
目前在施工钻孔中，除了施工垂直钻孔和负倾角钻孔使用正循环方式封闭外，仰 角钻孔的封闭存在着封固材料难以在钻孔内存留的问题。按照传统的封闭操作工艺，主要 是在钻孔孔口处堵塞水泥块，然后从套管内注入水泥浆液。等水泥浆液凝固后再复钻扫孔， 一般一次封闭时间最少要72小时。存在的问题是水泥浆材料凝固时间长，因为孔口水泥块 堵塞钻孔，往往使使钻孔封闭因留有空气室而不完全，严重时存在着封闭不良，有时一次封 闭失败的现象。特别是在矿山探放水钻孔施工中，因为仰角钻孔封闭质量差，套管固结后耐压强 度低，给探放水工程尤其是高压水下的探放水工程留下安全隐患。在注浆堵水钻孔中，因为 封闭质量差，钻孔周围涌水现象和套管封固后耐压强度低，在注浆中被拔出的现象很多。因 此给注浆堵水施工带来很大困难。
发明内容
本发明的目的在于解决仰角钻孔封固质量差、封固时间较长和封固失败的问题， 提供一种用于仰角钻孔止水套管封闭的工艺，较好解决了钻孔套管的封闭。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种用于仰角钻孔止水套管封闭的工艺，它的步骤为(1)实现按照钻孔设计参数(主要是钻孔的方位角和倾角)在岩壁的一定高度向 岩石内施工钻孔，到达钻孔套管所下深度后，停止钻进。(2)准备套管，在套管靠近钻孔孔口位置设置止水器，并套管下入等长的一根细软 管II，细软管II在套管的正上方，细软管II内侧还附着一条细软管I与止水器连接；在套 管的正下方附着下入一条细软管II，在套管、细软管I、细软管II、细软管III的外侧分别安 装截门I、截门II、截门III和截门IV ；将备好的套管下入钻孔内；(3)进行套管封固；依次通过软管I、截门II向止水器注入速凝材料；待止水器 材料充填满后逐渐膨胀，在达到设定压力后关闭截门II候凝；待止水器达到止水合格要求 后，打开截门IV，依次通过注浆管、截门I向套管内注入稠泥浆，待细软管II通过截门IV流 出泥浆时，关闭截门I ；然后分别打开截门III、截门IV，通过细软管II向套管和钻孔的环状间隙内注入 封固材料；待浆液从细软管I通过截门III流出，则关闭截门III，继续注入固结材料；待注 浆压力达到1. OMPa时，停止注浆，关闭截门IV，侯凝；侯凝时间到后，将钻孔外部的所有软管割掉，完成套管封固；(4)向钻孔内下入钻具，扫孔，扫孔结束抽出钻具，检验套管封固后是否满足压力要求，满足压力要求则为合格。所述步骤(2)中，所述套管在下入到钻孔内前焊接扶正器，扶正器焊接后其环状 外径不得大于钻孔直径，要比钻孔直径小5mm，套管和排扶正器外径应在一个同心圆上。所述步骤(3)中，速凝材料为水泥-水玻璃双液或速凝高分子材料(如玛丽散，威 尔浮等)。所述步骤(3)中，封固材料为普通硅酸盐水泥浆、水泥-水玻璃浆液或速凝高分子 材料(如玛丽散，威尔浮等)等。本发明的有益效果是①因设计使用扶正器较好解决了仰角钻孔套管无法在钻孔 内居中的问题；②因设计使用扶正器解决了套管在注浆中因承受高压被拔出的问题；③因 设计使用止水器解决了套管孔口处无法迅速止水的问题；④设计使用排气软管较好解决了 钻孔内因存在压缩空气而使钻孔环状间隙无法封闭完全的难题，并起到检验封闭是否完全 的作用；提高套管的封固质量。⑤在套管内灌满稠泥浆解决了封固材料到达孔底后向套管 内流动充填的弊端，不仅节约了注浆封固材料，还避免了套管内重新复钻的工作量；⑥套 管封固材料使用速凝材料可以大大缩短套管封固时间；比传统的単液水泥浆封固每次可减 少70小时之多；⑦通过关闭阀门后的带压封闭，封固浆液对钻孔围岩内裂隙的有效充填加 固，较好解决了钻孔周围围岩裂隙渗水或者涌水的难题，并起到了加固围岩增强其耐压强 度的作用；⑧本发明除具有上述明显效果外，还具有操作简单，安全的特点。
图1为本发明的安装示意图；图2为图1的A-A剖视图。其中，1注浆管，2截门1，3接头，4异径接头，5截门11，6截门III，7细软管1，8 岩石，9细软管II，10钻孔，11扶正器，12套管，13细软管III，14止水器，15岩壁，16截门 IV。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。图1、图2中，本发明所采用的技术方案1、封固套管的准备工作及步骤(1)首先按照钻孔施工技术规范或技术要求(主要是钻孔的方位角和倾角)在岩 壁15的一定高度向岩石8上施工，到达钻孔套管所下深度后，完成钻孔10，停止钻进；并再 次用钻具修整钻孔10，然后用所下套管12连接成不短于钻孔10深度1/4的套管进行试验， 套管12能顺利下入到孔底后方可正式下套管12。(2)套管12在下入到钻孔10内前要焊接扶正器11，扶正器11焊接后其环状外径 不得大于钻孔10直径，要比钻孔10直径小5mm左右。其目的是保证套管12在钻孔10内 居中，并在套管12封固后由于穿插在封固材料中，起到加强筋和阻挡的作用，防止套管12 在高压水作用下或者注浆压力作用下被拔出。(3)在套管12下入前，要在套管12最后一节靠近钻孔10孔口位置捆绑止水器 14 (长度约1. 5m左右)，并随套管12下入等长的一根细软管119，细软管119要求附在套管12的正上方。在套管12正下方附着下入一条接有截门IV16的细软管11113。(4)分别在套管12、细软管17、细软管119、细软管III13外侧安装截门12、截门 115、截门III6和截门IV16。(5)上述准备工作准备完毕后，可以把套管12下入钻孔10内，形成如图1所示的结构。2、套管封固工艺上述准备工作完毕后，开始实施套管封固操作工艺，其工艺步骤及工作原理如 下(1)首先检查止水器14、各细软管及各截门安装是否合格。确保安装合格后，依次 通过细软管17、截门115向止水器14内注入速凝材料(速凝材料可以选择水泥-水玻璃双 液、速凝高分子材料或者速凝无机材料等)，止水器14被材料充填满后逐渐膨胀，在达到一 定压力后关闭截门115候凝。由于使用了速凝材料，会在很短时间内(约30-60分钟)具 有一定的结石强度，起到了迅速止水的作用。(2)止水器14止水合格后，打开截门IV16。依次通过注浆管1、截门12、接头3、异 径接头4向套管12内注入密度较高的稠泥浆，等细软管III13内通过截门IV16流出泥浆 时，说明内泥浆已经充满套管并溢出，关闭截门12。在套管12内注入稠泥浆的作用是由于密度较高的稠泥浆和封固材料密度接近 甚至超过封固材料密度，封固材料在充满钻孔时，不会渗入到套管12内，既起到保护套管 12的作用，也起到减少封固材料浪费的作用，还减少了在套管12内复孔时的钻探固结后的 封固材料的工作量。(3)分别打开截门1116、截门IV16，通过细软管III13向套管12和钻孔10的环 状间隙内注入封固材料(可以根据需要选择単液水泥浆、水泥_水玻璃浆液、有机高分子速 凝材料或者无机速凝材料等)。浆液面在环状空间内逐渐升高到达孔底，一旦浆液从细软 管119通过截门III6流出，说明封固材料浆液已经充满整个钻孔10的环状空间。关闭截 门1116，继续注入固结材料，随着材料的注入，环状间隙内的浆液逐渐被压缩，压缩浆液会 在一定压力下向钻孔孔壁15岩石内的裂隙渗入，起到加固钻孔围岩的作用。等注浆压力达 到1. OMPa时，停止注浆，关闭截门IV16，候凝。另外，在向钻孔环状间隙空间注入材料的同时，细软管119起到排气的作用，把钻 孔10内的空气随着材料液面的升高逐渐排出钻孔；也起到检验钻孔10内浆液是否充满钻 孔的作用。(4)根据注入的不同固结材料选择候凝时间。候凝时间到后，卸掉接头3，套管12 内的泥浆流出，然后卸掉异径接头4。在钻孔10外割掉所有的细软管，卸掉各细软管上的各 截门待用。此时套管12封固操作结束。向钻孔10内下入钻具，扫孔，等扫孔超过套管底口 0. 5m后，抽出钻具，再次在套管12上安装异径接头4、接头3，截门12和注浆管1，通过注浆 泵向钻孔10内压水，检验套管封固后是否满足压力要求，压力达到设计要求时，套管封固 操作工艺顺利完成。
权利要求
一种用于仰角钻孔止水套管封闭的工艺，其特征是，它的步骤为(1)准备套管，在套管靠近钻孔孔口位置设置止水器，并套管下入等长的一根细软管II，细软管II在套管的正上方，细软管II内侧还附着一条细软管I与止水器连接；在套管的正下方附着下入一条细软管II，在套管、细软管I、细软管II、细软管III的外侧分别安装截门I、截门II、截门III和截门IV；将备好的套管下入钻孔内；(2)进行套管封固；依次通过软管I、截门II向止水器注入速凝材料；待止水器材料充填满后逐渐膨胀，在达到设定压力后关闭截门II候凝；待止水器达到止水合格要求后，打开截门IV，依次通过注浆管、截门I向套管内注入稠泥浆，待细软管II通过截门IV流出泥浆时，关闭截门I；然后分别打开截门III、截门IV，通过细软管II向套管和钻孔的环状间隙内注入封固材料；待浆液从细软管I通过截门III流出，则关闭截门III，继续注入固结材料；待注浆压力达到1.0MPa时，停止注浆，关闭截门IV，侯凝；侯凝时间到后，将钻孔外部的所有软管割掉，完成套管封固；(3)向钻孔内下入钻具，扫孔，扫孔结束抽出钻具，检验套管封固后是否满足压力要求，满足压力要求则为合格。
2.如权利要求1所述的用于仰角钻孔止水套管封闭的工艺，其特征是，所述步骤(1) 中，所述套管在下入到钻孔内前焊接扶正器，扶正器焊接后其环状外径不得大于钻孔直径， 要比钻孔直径小5mm，套管和排扶正器外径应在一个同心圆上。
3.如权利要求1所述的用于仰角钻孔止水套管封闭的工艺，其特征是，所述步骤(2) 中，速凝材料为水泥_水玻璃双液或速凝高分子材料。
4.如权利要求1所述的用于仰角钻孔止水套管封闭的工艺，其特征是，所述步骤(2) 中，封固材料为普通硅酸盐水泥浆、水泥_水玻璃浆液或速凝高分子材料。
全文摘要
本发明涉及一种用于仰角钻孔止水套管封闭的工艺。其步骤为(1)准备套管在套管靠近钻孔孔口位置设置止水器，套管外下入等长的一根细软管II，细软管II在套管的正上方，细软管II内侧附着细软管I与止水器连接；在套管的正下方附着下入一条细软管II，在套管、细软管I、细软管II、细软管III的外侧分别安装截门I、截门II、截门III和截门IV；将备好的套管下入钻孔内；(2)进行套管封固；向止水器注入速凝材料；向套管和钻孔的环状间隙内注入封固材料；待注浆压力达到1.0MPa时，停止注浆，关闭截门IV，侯凝；侯凝时间到后，将钻孔外部的所有软管割掉，完成套管封固；(3)检验套管封固后是否满足压力要求，满足压力要求则为合格。
文档编号E21B33/13GK101979820SQ20101051865
公开日2011年2月23日 申请日期2010年10月25日 优先权日2010年10月25日
发明者刘人太, 张伟杰, 张庆松, 张霄, 李海燕, 潘光明, 王凤刚, 韩伟伟 申请人:山东大学