专利名称：一种煤田钻孔堵漏系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种堵漏系统，具体是一种煤田钻孔堵漏系统，属于煤田钻孔技术领域。
背景技术：
钻孔漏失是钻探工程中最严重的、耗费资金最多的孔内事故之一，钻孔漏失一旦发生，严重影响着钻进效率，导致钻探成本增加，严重影响施工进度和质量，并延长钻孔施工工期。目前，煤田钻探常用的水泥浆浆液、化学浆液、惰性材料等通过地面投放或泵入的方式实施堵漏，但是在堵漏材料没有发挥作用时，即被地下水冲走，因此传统的堵漏装置和堵漏工艺不适用于地下水位高的多层位漏失地层等复杂漏失地层。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种煤田钻孔堵漏系统，通过泥浆泵泵送泥浆加压，利用膨胀套膨胀分离钻孔漏失空间和非漏失空间，通过隔离液隔离地层，通过堵漏液堵塞漏失层位，具有操作方便，堵漏效率高，堵漏范围大的优点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种煤田钻孔堵漏系统，包括灌注系统、钻杆连接系统和浆液系统，
所述灌注系统包括灌注管，单向阀，管靴，灌注底孔，灌注圆孔，以及自下而上分别设置于灌注管内部的一级活塞和二级活塞；单向阀安装于一级活塞底部，置于一级活塞和二级活塞之间，管靴通过孔用螺纹与灌注管连接，灌注圆孔分布于灌注管下部，灌注底孔置于灌注管底部；
所述钻杆连接系统包括钻杆接头，卡簧，缠套于钻杆接头凹槽处的膨胀套，以及设于钻杆接头中部凹槽的冲压孔；膨胀套通过卡簧与钻杆接头连接，钻杆通过钻杆接头与灌注管连接；
所述浆液系统包括隔离液和堵漏液，隔离液和堵漏液分别填充于管靴、一级活塞和二级活塞之间；
进一步地，灌注圆孔有4个，均勻分布在灌注管下部，并用密封胶密封；
进一步地，冲压孔有4个，均勻分布于钻杆接头中部的凹槽处；
进一步地，一级活塞和二级活塞由尼龙六或加强尼龙制成；
进一步地，单向阀由玻璃珠和弹簧构成；
进一步地，隔离液为聚丙烯酰胺水溶液；
进一步地，堵漏液为水泥、水玻璃和细砂的混合物；
进一步地，膨胀套由橡胶膜制作而成。工作原理开启泥浆泵，泥浆通过冲压孔向钻孔孔壁挤压膨胀套，使膨胀套紧贴孔壁，形成孔底至灌注装置间的独立灌注空间；灌注管下部充填的隔离液在一级活塞推动下顶开灌注圆孔和灌注底孔处的密封胶，进入钻孔漏失层，在孔壁上形成薄膜，隔离地下水；待隔离液与钻孔漏失层充分接触，再次开启泥浆泵，灌注管上部填充的堵漏液在二级活塞的推动下灌注入钻孔漏失层，并在独立的堵漏环境中实现堵漏液的初凝与终凝，堵塞漏失地层孔隙、裂隙和溶隙。本发明的有益效果是①浆液系统采用了隔离液和堵漏液两种浆液，隔离液为聚丙烯酰胺水溶液，在孔壁间形成有机高分子薄膜，有效隔离地下水。堵漏液为水玻璃、水泥和细砂组成的混合物，具有凝结快、凝结强度高的特点，两种液体对漏失地层分别起作用， 极大提高堵漏效率和堵漏效果；
②由于堵漏系统采用了隔离液和堵漏液及两级活塞，可以分阶段控制注入漏失层，在钻孔孔壁形成有机高分子薄膜情况下，进行孔壁岩体孔隙、裂隙和溶隙的封堵，提高了堵漏效果，有效地发挥了隔离液和堵漏液的作用，堵漏效果明显；
③由于堵漏系统采用了膨胀套，使孔底至灌注装置间灌注空间相对独立，减少其他层位与地下水对堵漏层位的干扰和影响，有利于堵漏液向漏失地层的定性运动；
④采用加强尼龙或者尼龙六为材质的活塞，稳定性较高，有效控制活塞质量及其下行阻力对隔离液和堵漏液的影响。⑤本系统结构简单，操作方便，工程费用低，对于煤田钻孔复杂漏失地层堵漏的效果更为显著。钻孔漏失堵漏系统对钻孔漏失地层要求不高，可适用于各种漏失地层和不同地下水位钻孔漏失的堵漏，可有效增强漏失地层结构和强度。
图1为本发明整体结构示意图。图中1、灌注管，2、一级活塞，3、二级活塞，4、单向阀，5、管靴，6、灌注底孔，7、灌注圆孔，8、密封胶，9、钻杆接头，10、密封圈，11、冲压孔，12、膨胀套，13、卡簧，14、隔离液，15、
堵漏液。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，一种煤田钻孔堵漏系统，由灌注系统、钻杆连接系统和浆液系统组成，灌注系统由灌注管1、一级活塞2、二级活塞3、单向阀4、管靴5、灌注底孔6，灌注圆孔7、 及密封胶8组成；灌注管1内部至下而上分别设置一级活塞2与二级活塞3，单向阀4设置于一级活塞2底部，管靴5下部设有灌注底孔6，灌注管1下部均布四个直径为IOmm的灌注圆孔7，并用密封胶8密封，管靴5通过孔用螺纹与灌注管1连接，且管靴5中间留有直径为 IOmm的灌注底孔6，并用密封胶8密封；
所述的灌注管1是长度1300mm、直径89mm的无缝钢管； 所述的一级活塞2和二级活塞3由尼龙六或加强尼龙制成； 所述的单向阀4由玻璃珠和弹簧构成。钻杆连接系统由钻杆接头9、密封圈10、冲压孔11、膨胀套12和卡簧13组成；钻杆接头9为连接灌注管1与钻杆的接头，钻杆接头9与灌注系统的连接处由密封圈10密封， 钻杆接头9中部凹槽处均布有4个直径为IOmm的冲压孔11，凹槽处外缠有膨胀套12，膨胀套12通过卡簧13与钻杆接头9连接。通过泥浆泵泵送泥浆至钻孔和钻杆连接系统，泥浆
4泵泵送压力和泵量可以通过地面的泥浆泵读出，一部分泥浆通过冲压孔11向钻孔孔壁挤压膨胀套12，使膨胀套12紧贴孔壁，形成孔底至灌注装置间的独立灌注空间，另一部分泥浆推动一级活塞2和二级活塞3向下运动，分别挤出隔离液14和堵漏液15，堵塞漏失孔壁。膨胀套12由橡胶膜制作而成。浆液系统包括由聚丙烯酰胺溶液组成的隔离液14，由水泥、水玻璃和细砂组成的堵漏液15，隔离液14和堵漏液15分别填充于管靴、一级活塞2和二级活塞3之间；隔离液 14起到隔离钻孔与地下水、孔壁地层的作用，堵漏液15起到封堵漏失地层岩体孔隙、裂隙和溶隙，加强漏失地层结构的作用。拆开钻杆接头9、管靴5，取出一级活塞2和二级活塞3，将灌注底孔6和灌注圆孔 7分别用密封胶8密封，膨胀套12用卡簧13固定于钻杆接头9，并分别将聚丙烯酰胺水溶液的隔离液14和水泥、细砂、水玻璃的堵漏液15置入灌注管1中，并相应安放一级活塞2和二级活塞3、钻杆接头9、密封圈10、管靴5，单向阀4起到导流灌注管1中气体的作用。钻杆通过钻杆连接系统与灌注系统连接，并利用钻机下放至漏失层位，泥浆泵通过钻杆向堵漏系统泵送泥浆，泵送过程有两个目的，目的一，泥浆从冲压孔11挤出，将膨胀套12膨胀挤压至钻孔孔壁，形成漏失层位与孔底之间的密闭的堵漏空间；目的二，推动一级活塞2和二级活塞3向下运动，隔离液14冲开灌注底孔6和灌注圆孔7处的密封胶8，进入漏失地层， 隔离地下水与钻孔内环境，关闭泥浆泵；静止一到二小时，再次开启泥浆泵，二级活塞3向下运动，压缩单向阀4的弹簧，露出灌注圆孔7，推动堵漏液15涌入漏失地层，关闭泥浆泵， 待堵漏液15初凝前提钻，卸载并清洗堵漏装置；待堵漏液15终凝，堵塞孔壁岩体孔隙、裂隙和溶隙，加强孔壁岩体强度和结构，完成漏失层堵漏任务后扫孔，检验堵漏效果。钻杆通过钻杆接头9与灌注管1连接，泥浆泵通过钻杆向堵漏系统泵送泥浆，推动一级活塞2和二级活塞3向下运动，分阶段将隔离液14和堵漏液15挤入漏失地层，钻杆连接处的膨胀套12经过冲压孔11处溢出泥浆的挤压，膨胀贴紧孔壁，形成密闭的有效堵漏空间；隔离液14和堵漏液15分别在泥浆压力作用下，顶开灌注底孔6和灌注圆孔7处的密封胶8，进入漏失地层，起到隔离地层、封堵漏失层位的作用；可对煤田钻孔中的泥岩、砂岩和灰岩等漏失地层堵漏，可对部分漏失和全漏失特征的钻孔堵漏，并完成不同地下水位钻孔漏失的堵漏。
权利要求
1.一种煤田钻孔堵漏系统，其特征在于，包括灌注系统、钻杆连接系统和浆液系统，所述灌注系统包括灌注管(1)，单向阀(4)，管靴(5)，灌注底孔(6)，灌注圆孔(7)，以及自下而上分别设置于灌注管(1)内部的一级活塞(2)和二级活塞(3);单向阀(4)安装于一级活塞(2)底部，置于一级活塞(2)和二级活塞(3)之间，管靴(5)通过孔用螺纹与灌注管 (1)连接，灌注圆孔(7)分布于灌注管(1)下部，灌注底孔(6)置于灌注管(1)底部；所述钻杆连接系统包括钻杆接头(9)，卡簧(13)，缠套于钻杆接头(9)凹槽处的膨胀套 (12)，以及设于钻杆接头(9)中部凹槽的冲压孔(11)；膨胀套(12)通过卡簧(13)与钻杆接头(9 )连接，钻杆通过钻杆接头(9 )与灌注管(1)连接；所述浆液系统包括隔离液(14)和堵漏液(15)，隔离液(14)和堵漏液(15)分别填充于管靴、一级活塞(2)和二级活塞(3)之间。
2.根据权利要求1所述的一种煤田钻孔堵漏系统，其特征在于，所述的灌注圆孔(7) 有4个，均勻分布于灌注管(1)下部，并用密封胶(8)密封。
3.根据权利要求1所述的一种煤田钻孔堵漏系统，其特征在于，所述的冲压孔(11)有 4个，均勻分布于钻杆接头(9)中部的凹槽处。
4.根据权利要求1所述的一种煤田钻孔堵漏系统，其特征在于，所述的一级活塞(2) 和二级活塞(3)由尼龙六或加强尼龙制成。
5.根据权利要求1所述的一种煤田钻孔堵漏系统，其特征在于，所述的单向阀(4)由玻璃珠和弹簧构成。
6.根据权利要求1所述的一种煤田钻孔堵漏系统，其特征在于，所述的隔离液(14)为聚丙烯酰胺水溶液。
7.根据权利要求1所述的一种煤田钻孔堵漏系统，其特征在于，所述的堵漏液(15)为水泥、水玻璃和细砂的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种煤田钻孔堵漏系统，其特征在于，所述的膨胀套(12)由橡胶膜制作而成。
全文摘要
本发明涉及一种煤田钻孔堵漏系统，属于煤田钻孔技术领域，包括灌注系统、钻杆连接系统和浆液系统，灌注系统包括灌注管，单向阀，管靴，灌注底孔，灌注圆孔，以及自下而上分别设置于灌注管内部的一级活塞和二级活塞；钻杆连接系统包括钻杆接头，卡簧，缠套于钻杆接头凹槽处的膨胀套，以及设于钻杆接头中部凹槽的冲压孔；浆液系统包括隔离液和堵漏液。有益效果是分阶段注入隔离液和堵漏液，在钻孔孔壁形成有机高分子薄膜情况下，进行孔壁岩体孔隙、裂隙和溶隙的封堵，提高了堵漏效果；膨胀套在泥浆压力作用下，膨胀贴紧钻孔壁，形成有效的封堵空间，有利于隔离液和堵漏液定性流动。本系统结构简单，操作方便，工程费用低。
文档编号E21B33/13GK102337859SQ20111027915
公开日2012年2月1日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者唐文颖, 姬炳中, 曹丽文, 李为民, 温文富, 王三元, 王勇, 王晚中, 蒋建支, 赵小敏 申请人:山西潞安环保能源开发股份有限公司