一种土壤和地下水原位修复用单管喷射导向一体化钻具

1.本发明涉及土壤及地下水原位修复领域，尤其涉及一种土壤和地下水原位修复用单管喷射导向一体化钻具。


背景技术：

2.土壤和地下水污染已呈现从点状污染向带状和面状污染发展的态势，原位注入方法因无需开挖、可减少污染物暴露、施工影响小成为污染场地修复的发展方向。
3.典型的原位修复技术有循环井、压裂注入和喷射注入，其中喷射注入可使药剂切割重构地层，实现较好的混合效果，但与此同时也会出现一系列技术难题，即由于水的喷射速度大，容易引起返浆和地面冒浆的情况，传统的垂直喷射注入技术在修复大面积污染区域时，采用垂直钻进喷射，修复效率低，因此水平井喷射注入修复技术成为了研究热点。但采用双管导向钻水平井进行修复，井底钻具不易拆卸，对施工造成了麻烦。
4.针对上述中的相关技术，传统的注入设备在注入修复过程中会存在有返浆和地面冒浆的缺陷，垂直钻进喷射修复效率低，双管导向钻进喷射设备拆卸困难。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供了一种用于土壤和地下水原位修复的单管导向井底喷射钻具，以解决现有技术中出现的返浆、地面冒浆、垂直钻进喷射施工效率低、现有双管导向喷射注入装备拆卸难的问题，提高了钻机在污染场地修复时的施工效率。
6.本发明公开了一种土壤和地下水原位修复用单管喷射导向一体化钻具，包括密封内钻杆、外钻杆、外钻杆接头、单管封隔器、喷射节、钻具主体和导向装置。其中，密封内钻杆包括内钻杆、密封钻杆扶正圈和孔用弹性挡圈组成，内钻杆之间采取插接的形式连接，形成了由内钻杆中心孔组成的中间流道，实现了钻杆之间的快速连接；外钻杆采用螺纹连接，且设计有双台阶金属密封装置，防止了高压液体的泄露；单管封隔器的胶囊通过胶囊压圈包覆于封隔器外筒外壁上，当钻具处于喷射状态时，上下两个单管封隔器膨胀，防止了地层的交叉污染，减小了施工过程中返浆、冒浆的问题；钻具主体包括钻具内钻杆、阀芯外筒、反向密封壳体和三个阀芯等部件，阀芯a控制中间流道的启闭，阀芯b控制钻具主体的安装，阀芯c控制井底喷射钻具下部流道的启闭，钻具主体采取插接的方式连接，实现了井底喷射钻具的快速装配和精准装配，阀芯a和阀芯c实现了钻机钻进、喷射注入的高压切割和低压注药的流道切换。
7.进一步地，所述内钻杆上端采取插接的形式与上部内钻杆连接，另一端与钻具内钻杆插接，形成了中间贯通的中间流道，钻具内钻杆上端设计o型圈，防止了中间流道流体的泄露。
8.进一步地，所述外钻杆为双台阶螺纹密封的标准钻杆，与内钻杆形成了环空流道，双台阶金属密封机构的设计可大幅度减少环控流体的泄露。
9.进一步地，所述单管封隔器包含封隔器外筒、胶囊、胶囊上部压圈、胶囊下部压圈
和胶囊底座，胶囊硫化于胶囊底座之上，通过胶囊上部压圈和胶囊下部压圈固定于封隔器外筒侧壁，封隔器外筒上设有小孔，可保证环空流体流入封隔器外筒与胶囊之间使封隔器膨胀。
10.进一步地，所述上端单管封隔器一端通过外钻杆接头与外钻杆连接，另一端通过转换接头与喷射节连接，且与钻具内钻杆形成了环空流道。
11.进一步地，所述喷射节一端通过转换接头与上端单管封隔器连接，另一端与下端单管封隔器外筒螺纹连接，且与钻具内钻杆形成了环空流道。
12.进一步地，所述钻具主体包含钻具内钻杆、阀芯外筒、反向密封壳体和阀芯等部件。安装弹簧c的阀芯c与反向密封壳体插接，反向密封壳体与公接头插接。阀芯a插接到阀芯外筒底端，并通过销子固定，阀芯b一端与阀芯外筒插接另一端与公接头插接，钻具内钻杆与阀芯外筒插接。以插接为主的钻具主体解决了钻具拆卸难题，阀芯b使钻具安装更方便，阀芯a和阀芯c的切换满足了施工的流道要求。
13.进一步地，所述外钻杆与密封内钻杆环空、钻具内钻干与封隔器外筒和喷射节外筒环空、公接头、阀芯c通孔、导向钻接头中心孔和钻头自上而下依次连接形成了互相连通的环空流道，此环空流道用于钻进过程中钻井液的流动。
14.进一步地，所述外钻杆与密封内钻杆环空、钻具内钻干与封隔器外筒和喷射节外筒环空形成了依次连接的高压水环空流道，环空流道的高压水打开上下端单管封隔器并从喷射节喷出，以切割土体，增加喷射注入的效果。
15.进一步地，所述密封内钻杆、钻具内钻杆、阀芯a和通孔形成中间流道，修复液到达通过通孔到达高压水环空流道，从喷射节喷出修复污染场地。
16.进一步地，所述导向钻接头一端与公接头螺纹连接，且固定反向密封壳体，另一端与导向钻头螺纹连接。
17.本发明的有益技术效果如下：
18.1.本发明的单管导向井底喷射钻具，外钻杆使用外钻杆，内部使用插接形式的密封内钻杆，解决了喷射钻具拆卸难题；
19.2.本发明的单管导向井底喷射钻具包含上下端封隔器，在喷射注入时可起到封隔作用，增加了喷射注入距离、减少了注浆过程中冒浆、返浆问题的产生、防止了地层之间的交叉污染；
20.3.钻具主体包含三个阀芯，实现了钻进注入低压钻井液、喷射注入高压水和低压修复药剂的切换，提高了喷射注入的效果；
21.4.单管导向喷射钻具可通过导向装置钻水平井喷射修复液修复污染地层，提高了污染场地修复施工的效率。
附图说明
22.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。
23.图1是本发明一实施例的结构示意图；
24.图2是本发明一实施例的单管导向井底喷射钻具内部剖视图；
25.图3是本发明一实施例的单管导向井底喷射钻具主体结构图。
26.其中，附图标记
27.1、密封内钻杆；101、内钻杆；102、密封钻杆扶正圈；103、孔用弹性挡圈；2、外钻杆；3、外钻杆接头；4、单管封隔器；401、封隔器外筒；402、胶囊；403、胶囊上部压圈；404、胶囊下部压圈；405、胶囊底座；5、喷射节；501、转换接头502、喷射节外筒；6、钻具主体；601、o型圈；602、钻具内钻杆；603、阀芯外筒；604、阀芯a；605、弹簧a；606、销子；607、弹性圆柱销；608、阀芯b；609、弹簧b；610、公接头；611、阀芯c；612、弹簧c；613、反向密封壳体；614、弹性挡圈；615、通孔；7、导向装置；701、导向钻接头；702、导向钻头。
具体实施方式
28.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。
29.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。
30.以下结合附图1-3对本发明进一步详细说明。
31.参见附图1-3，本发明提供了一种土壤和地下水原位修复用单管喷射导向一体化钻具，包括密封内钻杆1、外钻杆2、外钻杆接头3、单管封隔器4、喷射节5、钻具主体6和导向装置7。
32.内钻杆101上端采取插接的形式与上部内钻杆101连接，另一端与钻具内钻杆602插接，形成了中间贯通的中间流道，钻具内钻杆602上端设计o型圈601，防止了中间流道流体的泄露。
33.外钻杆2为双台阶螺纹密封的标准钻杆，与内钻杆101形成了环空流道，双台阶金属密封机构的设计可大幅度减少环控流体的泄露。
34.单管封隔器4包含封隔器外筒401、胶囊402、胶囊上部压圈403、胶囊下部压圈404和胶囊底座405，胶囊402硫化于胶囊底座405之上，通过胶囊上部压圈403和胶囊下部压圈404固定于封隔器外筒401侧壁，封隔器外筒上401设有小孔，可保证环空流体流入封隔器外筒与胶囊之间使封隔器膨胀。
35.上端单管封隔器4一端通过外钻杆接头3与外钻杆连接2，另一端通过转换接头501与喷射节5连接，且与钻具内钻杆602形成了环空流道。
36.喷射节5一端通过转换接头501与上端单管封隔器4连接，另一端与下端单管封隔器外筒401螺纹连接，且与钻具内钻杆602形成了环空流道。
37.钻具主体6包含钻具内钻杆602、阀芯外筒603、反向密封壳体613和阀芯等部件。安装弹簧c612的阀芯c611与反向密封壳体613插接，反向密封壳体613与公接头610插接。阀芯
a604插接到阀芯外筒603底端，并通过销子606固定，阀芯b608一端与阀芯外筒603插接另一端与公接头610插接，钻具内钻杆602与阀芯外筒603插接。
38.喷射节5的喷射节外筒502的侧壁加工有四个螺纹孔，每个螺纹孔均安装有一个喷嘴，进入喷射节外筒502与钻具内钻杆602环空的高压水与修复液通过喷嘴喷射。
39.导向钻接头701一端与公接头610螺纹连接，且固定反向密封壳体613，另一端与导向钻头702螺纹连接。
40.利用上述的单管导向井底喷射钻具进行土壤及地下水原位修复，具体包括如下步骤：
41.钻进时，向外钻杆2和密封钻杆1环空流道通入压力较低的水，低压水从环空流道流入公接头610的流道中，因为水压力较低，阀芯c611与弹簧c612处于自然状态，阀芯c611下部流道保持通畅，此时，低压水可通过导向钻接头701到达导向钻头702，起到润滑的作用；
42.当钻进到达预定深度后，向外钻杆2和密封钻杆1环空流道通入高压水，高压水到达阀芯c611，因此压力较高，推动阀芯c611向下运动，下部流道封闭，高压水存储于环空流道使单管封隔器4张开，从而封闭钻杆与井壁之间的环空，达到防治返浆和冒浆的效果，且高压水从喷射节外筒502上开设的螺纹孔喷出，切割、重构地层，增大修复液注入的距离；
43.在通入高压水一段时间后，向密封钻杆1中间流道通入低压修复液，修复液经过钻具内钻杆602到达阀芯a604，使阀芯a604向下运动，修复液从通孔615流入环空流道，流入环空流道的修复液经公接头610流道到达阀芯c611，推动阀芯c611向下运动堵住下部流道，使得修复液可从中间流道赋存于环空流道，单管封隔器4在修复液压力的作用下张开，起到封隔作用，防治修复液与地层的交叉污染；
44.当修复液喷射一定量后，停止向井底钻具注入流体，单管封隔器4的胶囊402恢复原始状态，提钻一定距离，按照上述步骤喷射注入修复液，直至达到喷射注入目的，提钻，进行下一阶段的施工。
45.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。