一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆方法
阅读说明：本技术 一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆方法 (Method for sealing and reversely grouting orifice of ground-immersed drill hole ) 是由 闫纪帆 李喜龙 原渊 张勇 张万亮 赵生祥 阮志龙 赵明 曹俊鹏 杨少武 王丽坤 于 2020-05-06 设计创作，主要内容包括：提供一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆工艺,在井管内下放注浆管至钻孔底部,将地表孔口密封,利用化工泵,将水泥浆通过注浆管,由井管底端注入井管与裸孔形成的环形空间,替换环形空间内的钻井泥浆,根据帕斯卡定律原理,钻井泥浆不断从地表返出,当有水泥浆从地表返出后,证明水泥浆已经将环形空间内钻井泥浆全部替换,完成逆向注浆。对比分段正向注浆固井方法,逆向注浆固井更为密实,彻底解决了注浆过程中存在的质量隐患。(The utility model provides a ground soaks drilling hole drill way sealing and reverse slip casting technology, transfer the slip casting pipe to the drilling bottom in the well casing, seal the ground surface drill way, utilize chemical pump, pass through the slip casting pipe with grout, the annular space that forms with the naked hole is injected into to the well casing by the well casing bottom, replace the drilling mud in the annular space, according to Pascal's law principle, drilling mud constantly returns from the earth's surface, after grout returns from the earth's surface, prove that grout has all replaced the drilling mud in the annular space, accomplish reverse slip casting. Compared with a segmented forward grouting well cementation method, the reverse grouting well cementation is more compact, and the potential quality hazard in the grouting process is thoroughly solved.)
技术领域
本发明属于地浸采铀矿山生产钻孔施工工艺技术领域，具体涉及一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆工艺。
背景技术
长期以来，我国地浸采铀工艺井、水文试验井的固井施工都选取正向注浆的方法，主要施工工序为：①钻孔完成裸孔施工后，下放井管；②在井管与裸孔形成的环形空间内，下放注浆管至井管最底部；③将水泥浆利用化工泵，通过注浆管注入钻孔底部；④注入一定量水泥浆后，将注浆管上提一定距离，再次注入水泥浆，注入后再次上提一定距离，反复操作，分段注浆；⑤将注浆管提升至井口处，完成注浆，固井结束。
正向注浆的固井方法，施工过程水泥浆的瞬时注入量无法准确控制，注入量过大，会导致水泥浆通过钻孔底部进入套管内，钻孔报废；注入量过小，水泥浆会在井管与裸孔形成的环形空间内形成“架桥”现象，降低固井强度，导致钻孔在使用过程中出现井管断裂的现象。
为了解决上述问题，亟需研发一种地浸钻孔逆向注浆工艺。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆工艺，在井管内下放注浆管至钻孔底部，将地表孔口密封，利用化工泵，将水泥浆通过注浆管，由井管底端注入井管与裸孔形成的环形空间，替换环形空间内的钻井泥浆，根据帕斯卡定律原理，钻井泥浆不断从地表返出，当有水泥浆从地表返出后，证明水泥浆已经将环形空间内钻井泥浆全部替换，完成逆向注浆。对比分段正向注浆固井方法，逆向注浆固井更为密实，彻底解决了注浆过程中存在的质量隐患。
本发明的技术方案如下：一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆方法，包括如下步骤：
(a)地浸采铀钻孔井管材质为UPVC，内径80～130mm，壁厚10～12mm，井管耐压2.5～3.0Mpa，地浸采铀钻孔施工裸孔时，孔径为250～350mm，裸孔施工完成后，下放井管，井管下放深度为矿层上端2～3m，井管采用丝扣连接；
(b)在井管内下入注浆管，采用丝扣连接，丝扣深度为1.0～1.5mm，连接处耐压2.0～2.5Mpa；
(c)利用专用密封盖对井管的井口进行密封，专用密封盖与井管采用丝扣连接；注浆管穿过专用密封盖进入井管内部，
(d)在钻机钻塔上设置横梁；
(e)在横梁(5)与专用密封盖之间，左右两侧，各设置一个液压千斤顶，调节液压千斤顶，使其压力示数为0.4～0.5Mpa；
(f)注浆管与泥浆泵相连接，开启泥浆泵，水泥浆通过注浆管注入钻孔井管底部，水泥浆从井管底部进入井管与裸孔形成的环形空间，替换环形空间内的钻井泥浆，替换的钻井泥浆不断从地表返出，调节泥浆泵工作频率，水泥浆的注入压力控制在1.3～1.5Mpa，保障钻井泥浆的地表涌出速度为1.0m3/h，当有水泥浆从地表返出后，证明水泥浆已经将环形空间内钻井泥浆全部替换，关闭泥浆泵；
(g)水泥浆凝结24h后，依次拆除注浆设备，取出注浆管，完成逆向注浆
所述步骤(a)中，丝扣深度为2～3mm，连接处缠绕生料带并涂抹804胶，丝扣处耐压1.5～1.6Mpa。
所述步骤(b)中，注浆管为Φ40×3.5mm碳钢管。
所述步骤(b)中，注浆管底端下放深度与井管底端深度一致
所述步骤(c)中，注浆管与专用密封盖连接处采用焊接的方法固定，焊接处耐压2.0Mpa。
所述步骤(c)中，专用密封盖为碳钢材质。
所述步骤(c)中，丝扣深度2～3mm，连接部位缠绕生料带，连接部位耐压1.5～1.6Mpa。
所述步骤(d)中，横梁为碳钢材质，厚度5～6mm，耐压大于3Mpa，横梁(5)与地表垂向距离0.5～0.8m。
所述步骤(f)中，逆向注浆采用425#水泥，水灰比1:1。
专用密封盖两侧为对称碳钢板，碳钢板宽度100mm，碳钢板厚度5mm，单侧长度400mm，专用密封盖为整体装置，各部位采用焊接方式，专用密封盖整体耐压2.5Mpa。
本发明的显著效果在于：解决了正向注浆固井施工过程中，因水泥浆的瞬时注入量无法准确控制，导致的水泥浆通过钻孔底部进入套管内、井管与裸孔形成的环形空间内形成“架桥”等问题。逆向注浆固井后，水泥浆可均匀分布在井管与裸孔形成的环形空间内，解决了钻孔固井施工过程中因水泥浆进入井管导致钻孔报废的问题，解决了井管与裸孔形成的环形空间内出现“架桥”导致井管变形的问题。该施工方法具有成本低、易操作、便于野外施工作业大范围推广的特点。该方法的应用，避免了地浸采铀工艺钻孔施工过程中，因固井施工失败，而重新施工对地表自然环境的破坏，具有绿色环保的优点。
附图说明
图1为地浸钻孔孔口密封与逆向注浆示意图；
图中：1.钻塔；2.井管；3.注浆管；4.专用密封盖；5.横梁；6.液压千斤顶；7.环形空间
具体实施方式
一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆工艺，其包括如下步骤：
(a)地浸采铀钻孔井管材质为UPVC，内径80～130mm，壁厚10～12mm，井管耐压2.5～3.0Mpa，地浸采铀钻孔施工裸孔时，孔径为250～350mm，裸孔施工完成后，下放井管2，井管2下放深度为矿层上端2～3m，井管2采用丝扣连接，丝扣深度为2～3mm，连接处缠绕生料带并涂抹804胶，丝扣处耐压约1.5～1.6Mpa；
(b)在井管2内下入注浆管3，注浆管3为Φ40×3.5mm碳钢管，采用丝扣连接，丝扣深度为1.0～1.5mm，连接处耐压2.0～2.5Mpa，注浆管3底端下放深度与井管2底端深度一致；
(c)利用专用密封盖4对井管2的井口进行密封，专用密封盖4为碳钢材质，专用密封盖4与井管2采用丝扣连接，丝扣深度2～3mm，连接部位缠绕生料带，连接部位耐压1.5～1.6Mpa；
如上所述的注浆管(3)穿过专用密封盖(4)进入井管(2)内部，注浆管(3)与专用密封盖(4)连接处采用焊接的方法固定，焊接处耐压2.0Mpa，保障注浆过程中焊接处的密封性；
(d)在钻机钻塔1上设置横梁5，横梁5为碳钢材质，厚度5～6mm，耐压大于3Mpa，横梁5与地表垂向距离0.5～0.8m；
(e)在横梁5与专用密封盖4之间，左右两侧，各设置一个液压千斤顶6，调节液压千斤顶6，使其压力示数为0.4～0.5Mpa；
(f)逆向注浆采用425#水泥，水灰比1:1，注浆管3与泥浆泵相连接，开启泥浆泵，水泥浆通过注浆管3注入钻孔井管2底部，水泥浆从井管2底部进入井管2与裸孔形成的环形空间7，替换环形空间7内的钻井泥浆，替换的钻井泥浆不断从地表返出，调节泥浆泵工作频率，水泥浆的注入压力控制在1.3～1.5Mpa，保障钻井泥浆的地表涌出速度为1.0m3/h左右，当有水泥浆从地表返出后，证明水泥浆已经将环形空间7内钻井泥浆全部替换，关闭泥浆泵。
(g)水泥浆凝结24h后，依次拆除注浆设备，取出注浆管，完成逆向注浆
专用密封盖(4)两侧为对称碳钢板，碳钢板宽度100mm，碳钢板厚度5mm，单侧长度400mm，专用密封盖(4)为整体装置，各部位采用焊接方式，专用密封盖整体耐压2.5Mpa。
横梁5是焊接固定在钻机钻塔1上，焊接点要求耐压大于2.0Mpa。
液压千斤顶(6)的作用是利用钻塔(1)固有重力，通过液压千斤顶(6)，将固有重力传递至专用密封盖(4)上，向专用密封盖(4)施加向下的压力，辅助丝扣密封，减少丝扣部位承受的压力，保障井管(2)的井口密封性。
保障井管(2)的井口密封性是施工关键点，根据帕斯卡定律，井口密封性不严，会导致部分水泥浆进入井管内部，导致钻孔报废。
如上所述的逆向注浆过程中井管(2)内压力为1.3Mpa，与专用密封盖(4)与井管(2)连接处耐压上限值1.5Mpa接近，液压千斤顶(6)的设置，可有效辅助专用密封盖(4)对井管(2)的井口密封，使专用密封盖(4)与井管(2)连接处的耐压上限提升至1.9Mpa，保障逆向注浆过程中井口的密封性。
逆向注浆过程中全程不需要上提注浆管(3)，水泥浆自下而上逐渐充满环形空间(7)，简化了分段式注浆的操作步骤，增强了施工稳定性。
实施实例1：
(a)1-1111为内蒙古某地浸采铀矿山注液钻孔，矿层位于地下302～310米处，使用Φ215牙轮钻头裸孔钻进，钻进至310m处，完成裸孔施工，孔径约250mm；下放井管(2)，井管(2)为Φ100×10的UPVC管，采用丝扣连接，丝扣深度为2.5mm，连接处缠绕生料带并涂抹804胶，丝扣处耐压1.5Mpa，井管(2)下放至裸孔300m深度位置；
(b)在井管(2)内下入注浆管(3)，注浆管(3)为Φ40×3.5mm碳钢管，采用丝扣连接，丝扣深度1.5mm，连接处耐压2.2Mpa，注浆管(3)下放至300m位置，注浆管(3)底端出口位置与井管(2)底端深度一致；
(c)使用专用密封盖(4)对井管(2)的上端井口密封，专用密封盖(4)为碳钢材质，专用密封盖(4)与井管(2)采用丝扣连接，丝扣深度为2.5mm，连接部位缠绕生料带，连接部位耐压1.5Mpa；
(d)在钻塔(1)上设置横梁(5)，，横梁(5)为碳钢材质，厚度5mm，耐压3.0Mpa，横梁(5)与地表垂向距离0.6m；
(e)在横梁(5)，与专用密封盖(4)之间，左右两侧，各设置一个液压千斤顶(6)，调节液压千斤顶(6)，使其压力示数为0.4Mpa；
(f)逆向注浆采用425#水泥，水灰比1:1，注浆管(3)与泥浆泵相连接，开启泥浆泵，水泥浆通过注浆管(3)注入钻孔井管(2)底部，水泥浆从井管(2)底部进入井管与裸孔形成的环形空间(7)，替换环形空间(7)内的钻井泥浆，替换的钻井泥浆不断从地表返出，调节泥浆泵工作频率，水泥浆的注入压力控制在1.3Mpa，保障钻井泥浆的地表涌出速度为1.0m3/h左右，当有水泥浆从地表返出后，证明水泥浆已经将环形空间(7)内钻井泥浆全部替换，关闭泥浆泵。
(g)水泥浆凝结24h后，依次拆除注浆设备，取出注浆管，完成逆向注浆。
如上所述的注浆管(3)穿过专用密封盖(4)进入井管(2)内部，注浆管(3)与专用密封盖(4)连接处采用焊接的方法固定，焊接处耐压2.0Mpa，保障注浆过程中焊接处的密封性。
如上所述的专用密封盖(4)两侧为对称碳钢板，碳钢板宽度100mm，碳钢板厚度5mm，单侧长度400mm，专用密封盖(4)为整体装置，各部位采用焊接方式，专用密封盖整体耐压2.5Mpa。
如上所述的一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆工艺，其所述的横梁，是焊接固定在钻机钻塔上，焊接点要求耐压大于2.0Mpa。
如上所述液压千斤顶(6)的作用是利用钻塔(1)固有重力，通过液压千斤顶(6)，将固有重力传递至专用密封盖(4)上，向专用密封盖(4)施加向下的压力，辅助丝扣密封，减少丝扣部位承受的压力，保障井管(2)的井口密封性。
如上所述的逆向注浆施工过程中，保障井管(2)的井口密封性是施工关键点，根据帕斯卡定律，井口密封性不严，会导致部分水泥浆进入井管内部，导致钻孔报废。
如上所述的逆向注浆过程中井管(2)内压力为1.3Mpa，与专用密封盖(4)与井管(2)连接处耐压上限值1.5Mpa接近，液压千斤顶(6)的设置，可有效辅助专用密封盖(4)对井管(2)的井口密封，使专用密封盖(4)与井管(2)连接处的耐压上限提升至1.9Mpa，保障逆向注浆过程中井口的密封性。
如上所述的逆向注浆过程中全程不需要上提注浆管(3)，水泥浆自下而上逐渐充满充满环形空间(7)，简化了分段式注浆的操作步骤，增强了施工稳定性。
实施实例2：
(a)2-1111为内蒙古某地浸采铀矿山抽液钻孔，矿层位于地下402～410米处，使用Φ311牙轮钻头裸孔钻进，钻进至410m处，完成裸孔施工，孔径约350mm；下放井管(2)，井管(2)为Φ152×12的UPVC管，采用丝扣连接，丝扣深度为3.0mm，连接处缠绕生料带并涂抹804胶，丝扣处耐压1.6Mpa，井管(2)下放至裸孔400m深度位置；
(b)在井管(2)内下入注浆管(3)，注浆管(3)为Φ40×3.5mm碳钢管，采用丝扣连接，丝扣深度1.5mm，连接处耐压2.2Mpa，注浆管(3)下放至400m位置，注浆管(3)底端出口位置与井管(2)底端深度一致；
(c)使用专用密封盖(4)对井管(2)的上端井口密封，专用密封盖(4)为碳钢材质，专用密封盖(4)与井管(2)采用丝扣连接，丝扣深度为3.0mm，连接部位缠绕生料带，连接部位耐压1.6Mpa；
(d)在钻塔(1)上设置横梁(5)，横梁(5)为碳钢材质，厚度5mm，耐压3.0Mpa，横梁(5)与地表垂向距离0.6m；
(e)在横梁(5)，与专用密封盖(4)之间，左右两侧，各设置一个液压千斤顶(6)，调节液压千斤顶(6)，使其压力示数为0.5Mpa；
(f)逆向注浆采用425#水泥，水灰比1:1，注浆管(3)与泥浆泵相连接，开启泥浆泵，水泥浆通过注浆管(3)注入钻孔井管(2)底部，水泥浆从井管(2)底部进入井管与裸孔形成的环形空间(7)，替换环形空间(7)内的钻井泥浆，替换的钻井泥浆不断从地表返出，调节泥浆泵工作频率，水泥浆的注入压力控制在1.5Mpa，保障钻井泥浆的地表涌出速度为1.0m3/h左右，当有水泥浆从地表返出后，证明水泥浆已经将环形空间(7)内钻井泥浆全部替换，关闭泥浆泵。
(g)水泥浆凝结24h后，依次拆除注浆设备，取出注浆管，完成逆向注浆。
如上所述的注浆管(3)穿过专用密封盖(4)进入井管(2)内部，注浆管(3)与专用密封盖(4)连接处采用焊接的方法固定，焊接处耐压2.0Mpa，保障注浆过程中焊接处的密封性。
如上所述的专用密封盖(4)两侧为对称碳钢板，碳钢板宽度150mm，碳钢板厚度5mm，单侧长度400mm，专用密封盖(4)为整体装置，各部位采用焊接方式，专用密封盖整体耐压2.5Mpa。
如上所述的一种地浸钻孔孔口密封与逆向注浆工艺，其所述的横梁，是焊接固定在钻机钻塔上，焊接点要求耐压大于2.0Mpa。
如上所述液压千斤顶(6)的作用是利用钻塔(1)固有重力，通过液压千斤顶(6)，将固有重力传递至专用密封盖(4)上，向专用密封盖(4)施加向下的压力，辅助丝扣密封，减少丝扣部位承受的压力，保障井管(2)的井口密封性。
如上所述的逆向注浆施工过程中，保障井管(2)的井口密封性是施工关键点，根据帕斯卡定律，井口密封性不严，会导致部分水泥浆进入井管内部，导致钻孔报废。
如上所述的逆向注浆过程中井管(2)内压力为1.5Mpa，与专用密封盖(4)与井管(2)连接处耐压上限值1.6Mpa接近，液压千斤顶(6)的设置，可有效辅助专用密封盖(4)对井管(2)的井口密封，使专用密封盖(4)与井管(2)连接处的耐压上限提升至2.1Mpa，保障逆向注浆过程中井口的密封性。
如上所述的逆向注浆过程中全程不需要上提注浆管(3)，水泥浆自下而上逐渐充满充满环形空间(7)，简化了分段式注浆的操作步骤，增强了施工稳定性。
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