土壤地层双管导向喷射注入机具

1.本发明涉及土壤及地下水原位修复领域，尤其涉及土壤地层双管导向喷射注入机具。


背景技术：

2.随着工业的高速发展，我国土壤和地下水污染逐步恶化，已呈现从点状污染向带状和面状污染发展的态势。原位修复技术因无需开挖、成本低、施工效率高等优点被广泛的应用。
3.原位修复过程中，修复材料是否能成功注入地下是修复是否成功的前提，国内外目前主要有井注入、钻孔注入、喷射注入等方式，其中，井注入方式则是首先完成直径较大的井，通过常压会一定的加压注入，钻孔注入则是钻进的同时进行注入，这两种方法采用的均为静压注入原理，均较适用于液态材料的砂层或者疏松等渗透性高的地层，如遇渗透率比较低的地层，则一般通过加大压力，甚至对地层进行压裂注入；而旋喷注入则是先钻孔，提升过程中利用水力压力进行切割重建土体的形式注入。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为传统修复材料投放工艺粗糙、在含水介质中难扩散，且地下水存在分层、赋存状态多变，注入参数控制难度大，易导致各层水交叉污染等问题。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明公开了一种用于土壤和地下水原位修复的双管井底喷射钻具，以解决传统修复材料投放工艺粗糙、在含水介质中难扩散，且地下水存在分层、赋存状态多变，注入参数控制难度大，易导致各地层交叉污染等问题，提高土壤和地下水原位修复综合效率，减少修复过程对周边的人员和环境负面影响。
6.本发明公开了土壤地层双管导向喷射注入机具，包括钻杆、封隔器、导向装置转换接头、双管导向装置和钻具主体。其中，钻杆是由标准的钻杆组成，内外钻杆接头采用双台阶密封，防止了高压流体的泄露；封隔器包括内钻杆、外钻杆以及固结于外钻杆外侧壁上的胶囊，实现了内外管独立旋转，减小了施工过程中返浆、冒浆问题的产生；双管导向装置包括柔性钻杆、探棒仓、导向节外筒，提高了水平定向喷射注入的精准度；钻具主体包括锁紧装置、壳体后、轴承组、隔圈、v型密封圈、波型密封圈、壳体前、压紧装置、钻头轴和钻头等部件，钻具主体具有高压水流道、低压修复材料流道，在钻进过程中高压水流道可通入低流量的泥浆，在注入修复材料时高压水流道可注入高压水切割土体，低压修复材料流道通修复材料修复污染区域，减少了修复材料与钻井液之间的污染。
7.进一步地，所述内外钻杆采取双台阶螺纹密封机构，一端与上部钻杆连接，另一端与内、外钻杆接头通过螺纹连接，双台阶密封减少了修复材料在接头处地泄露，内外钻杆形成内钻杆中心孔的高压流道及内外钻杆环空的低压流道。
8.进一步地，所述封隔器一端通过内、外钻杆接头与上部钻杆连接，另一端封隔器内
钻杆与柔性钻杆通过钻具变径螺纹连接，且封隔器公接头与导向装置转换接头连接。
9.进一步地，所述封隔器包括封隔器内钻杆、封隔器外钻杆、胶囊及其他部件，胶囊安装与胶囊底座上，通过上部、下部压圈将胶囊固定在封隔器外钻杆侧壁。
10.进一步地，所述封隔器内钻杆中心孔形成高压流道，封隔器内、外钻杆之间形成低压流道。封隔器外钻杆设有孔，可将环空流体导入胶囊与封隔器外钻杆之间使封隔器膨胀，从而达到防止返浆和冒浆的作用。
11.进一步地，所述双管导向装置包括导向装置外筒、柔性钻杆、探棒仓等部件。柔性钻杆一端与钻具变径，另一端钻头轴连接，形成了中心高压流道。导向装置外筒一端与导向装置转换接头，另一端与壳体后螺纹连接，形成环空低压流道。
12.进一步地，所述导向装置外筒上设有探棒仓，施工时可将探棒放入，保证了钻进的精准导向。
13.进一步地，所述内钻杆、封隔器内钻杆、柔性钻杆、钻头轴和钻头自上而下依次连接并在内部形成互相连通的高压流道，所述封隔器外钻杆上端通过外钻杆接头与外钻杆螺纹连接，所述导向装置外筒通过导向装置转换接头与封隔器外钻杆另一端螺纹连接，所述钻头轴开有流道将内外管环空流体与喷嘴出口联通，使得封隔器外钻杆、封隔器内钻杆、柔性钻杆、导向装置外筒和钻头轴形成低压流道。
14.进一步地，所述钻头轴设有两个径向通道，一个径向通道上部与柔性钻杆连接形成高压通道，另一个通道通过钻头轴上设有的开口与内外管环空连接，形成低压通道。
15.进一步地，所述钻头轴侧壁设有两个出口，两个出口呈180
°
分布，一个与高压通道连接形成高压出口，一个与低压通道连接形成低压出口。
16.本发明的有益技术效果如下：
17.1.本发明的双管井底喷射钻具基于双管导向钻进和旋喷为一体的测控机具，通过双壁导向钻具的测量，及时调节地下钻具位置，合理控斜、纠斜、造斜，精确控制注入位置；
18.2.双管井底喷射钻具的钻头轴设有两个出口，形成了两个独立通道，多通道井底喷射钻具可以满足水平导向施工时修复材料的多种注入工艺，即可注入颗粒型修复材料也可注入液体型修复材料，对注入工艺的适用性更强；
19.3.双管导向装置的喷射钻具可以实现精准定位，从而实现水平钻进修复带状和面状污染区域，也可用不带有双管导向装置的喷射钻具，从而实现垂直钻进喷射修复点状污染区域，实现了水平和垂直钻进的灵活切换，保证了该钻具具有较好的地层适应性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
21.图1是本发明提供的土壤地层双管导向喷射注入机具的整体示意图；
22.图2是本发明提供的一种双管井底喷射钻具内部剖视图；
23.图3是本发明提供的一种双管井底喷射钻具内外钻杆结构图；
24.图4是本发明提供的一种双管井底喷射钻具封隔器结构图；
25.图5是本发明提供的一种双管井底喷射钻具双管导向装置结构图；
26.图6是本发明提供的一种双管井底喷射钻具钻具主体结构图。
27.其中，附图标记
28.1、钻杆；101、外钻杆；102、内钻杆；2、封隔器；201、外钻杆接头；202、内钻杆接头；203-a、上部压圈；203-b、下部压圈；204、封隔器外钻杆；205、封隔器内钻杆；206、胶囊；207、胶囊底座；208、封隔器公接头；209、钻具变径；3、导向装置转换接头；4、双管导向装置；401、导向装置外筒；402、柔性钻杆；403、探棒仓；5、钻具主体；501、锁紧装置；502-a、壳体后；503-b、壳体前；503、轴承组；504、隔圈；505、v型密封圈；506、波形密封圈；507、压紧装置；508、钻头轴；509、钻头；510、低压出口；511、高压出口。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。
31.以下结合附图1-6对本发明进一步详细说明。
32.参见附图1-2，本发明公开了一种土壤和地下水原位修复用双管导向井底喷射钻具，包括钻杆1、封隔器2、导向装置转换接头3、双管导向装置4和钻具主体5。
33.参见图3，钻杆1包括外钻杆101和内钻杆102，形成内钻杆102中心孔流道与外钻杆101和内钻杆102环空流道。外钻杆101和内钻杆102采用双台阶密封，减少了液体的泄露。在钻进时，内钻杆102中心孔通入低流量的钻井液防止钻头温度过高。在喷射修复时，内钻杆102中心孔通入高压水，且外钻杆101和内钻杆102环空流道通入低压修复材料。
34.参见图4，封隔器2包括外钻杆接头201、内钻杆接头202、上部压圈203-a、下部压圈203-b、封隔器外钻杆204、封隔器内钻杆205、胶囊206、胶囊底座207、封隔器公接头208和钻具变径209。所述胶囊206固结于胶囊底座207，通过上部压圈203-a和下部压圈203-b与封隔器外钻杆204连接。所述封隔器外钻杆204设有孔，可将封隔器外钻杆204和封隔器内钻杆205环空的流体引入封隔器外钻杆204与胶囊206之间，使胶囊206膨胀，有效防止返浆、地面冒浆。
35.参见图4，内钻杆接头202与上部内钻杆102、外钻杆接头201与上部外钻杆101采取螺纹连接。在钻进过程中，上部内钻杆102中心孔钻井液流入封隔器内钻杆205中。在喷射修复时，上部内钻杆102中心孔高压水流入封隔器内钻杆205中，内钻杆102与外钻杆101环空修复材料流入封隔器外钻杆204与封隔器内钻杆205环空，此时一部分修复材料通过封隔器外钻杆204上的孔流入封隔器外钻杆204与胶囊206之间打开封隔器，一部分修复材料沿着环空流道流入下部钻具。
36.参见图5，双管导向装置4包括导向装置外筒401、柔性钻杆402和探棒仓403。所述柔性钻杆402与钻具变径209螺纹连接，形成了中心流道，导向装置外筒401通过导向装置转换接头3与封隔器2连接，形成环空流道。施工之前，将探棒放入探棒仓403，确保水平钻进时精准定位，若进行竖直孔施工可拆除双管导向装置4，实现了水平、垂直钻进喷射注入，大大增加了喷射注入技术的普适性。
37.参见图6，钻具主体5包括锁紧装置501、壳体后502-a、壳体前503-b、轴承组503、隔圈504、v型密封圈505、波形密封圈506、压紧装置507、钻头轴508和钻头509。
38.参见图6，所述钻头轴508设有两个径向通道，一个径向通道上部与柔性钻杆连接形成高压通道，另一个通道通过钻头轴上设有的开口与内外管环空连接，形成低压通道。钻头轴508侧壁设有两个出口，两个出口呈180
°
分布，一个与高压通道连接形成高压出口511，一个与低压通道连接形成低压出口510。钻进时，高压出口511流出钻井液降低钻头的温度。喷射修复时，高压出口511喷出高压水切割土体，低压出口510喷出修复材料修复地层，实现了污染地层与修复材料的充分混合。
39.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。