[发明专利]一种环境友好型囊袋式井下溶洞封堵装置及其封堵方法

说明书

本发明提供了一种环境友好型囊袋式井下溶洞封堵装置及方法，涉及到石油钻井领域领域，主要用于对井下溶洞的封堵，本发明包括连杆、铰链、弹簧、单向阀、铰链、滑轨、传感器、棘轮、电磁铁等机械零部件组合传动方式，通过囊袋的方式实现整个环境友好型囊袋式井下溶洞封堵装置的自动封堵溶洞，减少了对堵漏材料和钻杆的要求，大大降低了封堵溶洞的成本与时间，并可在大的溶洞以及蜂窝状溶洞场合使用。

技术领域

本发明属于石油钻井领域，具体是涉及一种环境友好型囊袋式井下溶洞封堵装置及其封堵方法。

背景技术

在钻头向地下钻井时，由于钻井过深，经常会遇到极度恶劣的地质情况，如溶洞、裂缝非常发育、地下岩石硬脆、土质疏松等，这些情况将会导致钻井过程中钻井液与水泥等浆液的大量流失，将会产生浆液的极大浪费和严重的环境污染，造成大量的人力、物力、财力损失，甚至可能导致卡钻、井塌和井喷等一系列严重事故。因此，加强对钻井施工过程中溶洞的封堵处理刻不容缓。

从目前的溶洞堵漏技术来看，主要是对堵漏材料的完善，以及从井口向井底投入水泥球、碎石、粗砂和稻草树枝等物，然后添加堵漏剂。此类方法对地质情况良好的溶洞可以奏效，但是不能对体积比较大的溶洞以及蜂窝状溶洞进行封堵，往往这种方式成本高、效率低，对堵漏材料的速凝性、环境友好性要求很高。在遇到蜂窝状孔隙时，堵漏材料往往会渗漏严重，大多数堵漏材料尚未凝固即流入地下裂缝中，进而污染地下暗河，会造成严重的环境污染和资源浪费，大大增加了钻井所需的时间，严重影响封堵溶洞的效率和成本，这对封堵溶洞造成很大的困难。因此传统的堵漏方案只能适合溶洞较小、溶洞内部环境相对较好的情况下使用。

发明内容

为了解决现有堵漏技术对大溶洞、蜂窝状溶洞堵漏效率低的的问题，本发明提供一种环境友好型囊袋式井下溶洞封堵装置来对溶洞进行封堵，从井口向井底的囊袋中缓慢灌注水泥，直至囊袋将溶洞填满，再将装满水泥的囊袋投入溶洞中，等到囊袋中的水泥凝固时再进行进一步的钻井工作。这样不仅可以让快速堵住溶洞从而预防安全问题，而且还可以有效解决钻井液流失、水泥渗漏等问题，大大提高了溶洞堵漏工作的效率，减少了堵漏工作的成本。

为达到上述目的，本发明采用机械传动，利用连杆、铰链、弹簧、单向阀、滑轨、超声波传感器、棘轮、电磁铁等机械零部件组合传动方式，采用囊袋灌装水泥，逐渐膨胀至溶洞大小，最后囊袋坠落从而堵洞，以实现整个环境友好型囊袋式井下溶洞封堵装置自动封堵溶洞的功能，减少了对堵漏材料的要求，并可在较大的溶洞以及蜂窝状溶洞场合使用。

实现本发明的具体方案是：

一种环境友好型囊袋式井下溶洞封堵装置，其特征在于，包括套筒、水泥接收装置、开合装置、传感控制系统、钻具、注液系统；所述套筒中部和底部分别具有用于安装开合装置和水泥接收装置的第一阶梯型空腔和第二阶梯型空腔；所述套筒第一阶梯型空腔处的侧壁上对称开设有两个钻井液开孔，所述第一阶梯型空腔的侧壁上对称设置两个纵向滑块轨道，所述第一阶梯型空腔的侧壁上还设有两个对称布置的径向滑块一的安装槽，所述两个径向滑块一的安装槽分别位于纵向滑块轨道的中间段处；所述第一阶梯型空腔的底面上固定四个周向均匀分布的齿条，所述套筒位于第一阶梯型空腔上部的侧壁上设有两个对称布置的传感器安装槽，所述第一阶梯型空腔与第二阶梯型空腔之间的侧壁上设有两个径向滑块三的安装槽；所述套筒顶端设有夹紧销，所述第一阶梯型空腔与夹紧销之间设置接收管一，所述第一阶梯型空腔与第二阶梯型空腔之间设置接收管二；

所述的开合装置包括棘爪、橡胶塞、从动摇杆、圆环、纵向滑块、连接板、连接柱、连接块、铰链一、铰链二、铰链三、径向滑块二；两个所述纵向滑块分别装在两个纵向滑块轨道上，所述连接板焊接在纵向滑块上，连接柱的一端焊接在连接板上、另一端与圆环焊接连接，两个从动摇杆的一端通过铰链一铰接在圆环上、且对称布置，所述两个从动摇杆的另一端通过铰链二与一个径向滑块二铰接，所述径向滑块二的底面与第一阶梯型空腔的底面接触、且能将接收管二的管道遮盖，所述径向滑块二朝向钻井液开孔的一侧装有橡胶塞，所述棘爪过铰链三铰接在径向滑块二上、且与齿条构成棘轮机构；