孔壁成型裝置的結構與工作原理
孔壁塑造技術借助孔壁成型裝置將特殊化學漿液送至孔內指定位置,並使漿液滲入地層裂隙中膨脹固結,將破碎地層固結為壹個整體,形成連續致密、具有壹定強度和抗滲性的“人工孔壁”。該技術克服了復雜地層中傳統護壁方法的缺陷,具有快速同徑護壁效果好、成本低、對後續鉆進作業影響小等特點。
(壹)孔壁成型裝置的結構
孔壁成型裝置如圖5-15所示,由旁通閥、膨脹機構、漿液倉、活塞機構、導正裝置等組成。
圖5-15 孔壁成型裝置結構圖
1—漿液倉;2—活塞座;2(1)—活塞體;2(2)—環形凹槽;3—芯桿;3(1)—小孔;4—膨脹管;5—彈簧;6—下壓管;7—上壓管;8—O型密封圈;9—上接頭;9(1)—徑向孔;10—封堵螺栓;11—鎖緊螺母;12—下接頭;13—導正接頭;14—下活塞;15—堵頭
(二)工作原理
使用時,首先在地表組裝孔壁成型裝置(見圖5-15)。安裝下接頭12及導正接頭13。用圓臺形的下活塞14封堵住漿液倉的通道,當裝置下到深井內時,下活塞受外界壓力越塞越緊,密封性更好。然後在漿液倉1內裝入化學漿液,安裝活塞座2,並沿活塞座2的中心孔將漿液倉註滿,之後用封堵螺栓10密封。將膨脹管4套接在芯桿3上。膨脹管的上下端分別用上壓管7、下壓管6壓緊在芯桿上,下壓管6與漿液倉1螺紋連接,上壓管7的上端以鎖緊螺母11鎖緊在芯桿3上。將上接頭9螺紋連接在芯桿3上端。上接頭9的內螺紋與鉆桿連接。
裝配完成後緩緩下入鉆孔內預定位置,然後從鉆桿內投放堵頭15,待堵頭下到預定位置後,即可封堵住上接頭9側壁的小孔9(1),小孔在封堵前可保證芯桿內外、漿液倉內外壓力基本平衡,使鉆桿內外液流連通,減小下鉆阻力。開啟泥漿泵,在鉆桿內液體壓力推動下活塞座2下行,壓力經化學漿液傳遞使下活塞14下行,圓臺形通道開啟,化學漿液被擠進鉆孔中。同時當芯桿3內液體壓力升高時,液體自芯桿3的徑向孔3(1)射入膨脹管內腔,為防止膨脹管被水流擊破,徑向孔9(1)的軸線與芯桿3的軸線成30°左右的夾角。膨脹管4逐漸膨脹,待活塞座2行至底時,將化學漿液全部擠出,此時鉆桿內液體壓力急劇升高,膨脹管迅速膨脹,使孔壁成型裝置與孔壁之間的環狀間隙被完全密封。穩壓1～2分鐘即可卸壓。卸壓後將孔壁成型裝置提出孔口。孔壁塑造技術的工作原理如圖5-16所示。
圖5-16 孔壁塑造原理示意圖