CN109443852A - 一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置 - Google Patents

一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置 Download PDF

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胡睿
戚俊杰
崔雪松
刘泉
吴双红
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，包括管壁底部设有窗口的空腔管体，且，管体内窗口处设有压力传感器；使用完毕后，可抽离实验所在地点。达到现场快速试验、多种深度同时测压、取样、即时出结果的目的，从而摆脱普通层析法由于水井而产生的误差以及减少对环境的破坏，增加反演的确定性，提高工程实施的效率，为建立地下水模型解决各种与地下水有关的工程（如浅层地热和地下水环境工程）提供重要的基础信息。其可以有效提高应用效率，在增加观测数据量的同时，提升反演的分辨率。其结构简单，造价低，操作快捷，可重复使用，有利于优化整套系统。

Description

一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置
技术领域
本发明涉及一种压力检测及取样装置，具体涉及一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，属于水文地质与工程地质、浅层地热及地下水环境领域。
背景技术
对于大多数地下水问题，地下水资源管理和环境项目，例如地下水的污染治理，在很大程度上都取决于水文地质条件调查的准确性，特别是确定优先流动路径或水力帷幕的连续性。对于这些调查，需要对地下水力特征的进行测绘，其过程监测以及异质含水层的单个水力特征的空间分布需要进行评估。然而，已经证明，即使在良好的地下水研究试验场地，也难以预测详细的运输过程。
近年来，水力层析法（hydraulic tomography）逐渐被证明为一种能够获取含水层水力参数空间高分辨率异质性的可靠方法，该方法基于大量的地下水动力学试验，通过特定的反演方法和算法，能够从海量的水力信息中获取高分辨率的异质性水力参数空间分布信息。
而普通层析式地下水动力学试验对地下水井的建造要求较高，在激发井和观测井内需要采用封隔器以隔断井内测试段和其他位置的水力联系。同时，由于建井时井筒存储（Wellbore storage）和表皮因子（Skin factor）对压力信号传输的阻尼作用，在测试前需要进行大量的井开发（Well development）工作以消除这些影响。除此之外，大量的水井也对自然环境造成或多或少的改变。这些井构造的不足点、造井和维护成本以及环境保护等因素往往是制约水力层析法推广应用的主要影响因素。
目前，国内外的基于走时反演等方法的水力层析法还局限在于现有的水井之间进行，尚缺乏一套成型的临时井间走时反演层析设计。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高应用效率，增加观测数据量的同时，可提升反演分辨率的适用于野外水力层析的即插即用型测压及取样装置。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，包括管壁底部设有窗口的空腔管体，且，管体内窗口处设有压力传感器。窗口用于提供和含水层的水力联通；压力传感器用于测量窗口相对位置的压力变化。
沿圆周方向，上述空腔内设有若干同圆心的井壁，将空腔均隔为若干井腔；各井腔的管壁分别设有窗口，且，井腔内窗口处均设有压力传感器。
进一步的，沿管体的长度方向，上述窗口设置在不同位置。
上述窗口为栅格状。
上述窗口的上檐和/或下檐设有保护条，呈凸起线条形。保护条用于对推入地下的过程中对护窗口起到提供保护作用，使得窗口不受阻塞。
沿管体的长度方向，上述管体的外壁设有刻度条。
上述管壁的两端分别设有相互匹配的凹凸槽，呈“Ω”型；通过凹凸槽，若干管体可沿长度方向串联。
进一步的，上述井壁的两端分别设有相互匹配的凹凸槽，呈“V”型。
上述管体的长度为1米或2米。
上述压力传感器接数据采集仪。
本发明的有益之处在于：
本发明可采取高频夯击或高压推进的方式，将带有多个腔室的压力检测装置打入地下，此装置包含多个井腔通道，包含嵌入式压力传感器，并连接高频率数据采集仪，用于和不同深度的含水层进行水力联通，从而获取来自不同深度的含水层压力响应数据以及地下水样品，应用于反演含水层水力参数的分布。结束各深度的观测以后，可取出各个位置的临时装置并回收，用于二次使用，并减少对原始地层的破坏。
本发明提供了一套基于水力层析法的即插即用型推入式压力检测及取样装置，达到快速实地实验、多种深度同时测压、取样、即时出结果的目的，从而摆脱普通层析法由于水井而产生的误差以及减少对环境的破坏，增加反演的确定性，提高工程实施的效率，为建立地下水模型解决各种与地下水有关的工程（如浅层地热和地下水环境工程）提供重要的基础信息。
本发明的一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，有效提高应用效率，增加观测数据量的同时，提升反演的分辨率。其结构简单，造价低，操作快捷，有利于优化整套系统，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的测压及取样装置的结构示意图。
图2为本发明的测压及取样装置的应用示意图。
附图中标记的含义如下：1、井腔，2、井壁，3、窗口，4、保护条，5、检测装置，6、注水装置，7、注水口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
本发明提供了两种适用于野外水力层析的测压及取样装置的实施例。
（1）单腔单开口管
空腔管体，其管壁的底部设有栅格型窗口3，窗口3的上檐和下檐设有保护条4，呈凸起线条形，空腔内窗口3处设有接数据采集仪的压力传感器。
管体长度优选为1米或2米，沿长度方向，管体外壁设有刻度条。
管壁的两端分别设有匹配的凹凸槽，呈“Ω”型；通过“Ω”型凹凸槽，多个管体可沿长度方向串联。
使用时，选择需求的检测窗口3，密闭其余的窗口3即可。
（2）多腔多开口管
空腔管体；沿圆周方向，空腔内设有6个同圆心的井壁2，将空腔均隔为6个井腔1；各井腔1的管壁分别设有栅格型窗口3，沿管体长度方向，优选等间距设置；窗口3的上檐和下檐设有保护条4，呈凸起线条形，井腔1内窗口3处均设有接数据采集仪的压力传感器。
管壁的两端分别设有匹配的凹凸槽，呈“Ω”型；通过“Ω”型凹凸槽，多个管体可沿长度方向串联；同时，井壁2的两端分别设有相互匹配的凹凸槽，呈“V”型。串联后的多个管体，井壁2可依次串联，并将井腔1依次串联分隔。实际串联时，可于凹凸槽添加少许硅胶，增加密封度。
如果研究地层很浅，只需使用一根多腔管，并打开所有6个通道窗口3；如果研究的地层较厚或者较深，则需使用设计相同的多腔管，彼此连接并做连接处的密封处理后，选择性的关闭和打开不同深度的通道窗口3。
管体长度优选为1米或2米，沿长度方向，管体外壁设有刻度条，便于从管体的顶部记录管体深入地面的深度及各窗口3（压力传感器）所处位置的深度。
实际使用时，
管体的材质优选为铁管或不锈钢管。
在打入地下的过程中，保持对各个腔室的少量连续注水，从而防止各个腔室所对应的水力联通开口位置被杂质堵塞。待多腔井到达指定深度时，在各腔内放置压力传感器，并连接电脑和数据采集仪进行实时压力观测。
同时，本发明的单腔单开口管或多腔多开口管，可用于作为临时注水井，可用于取样，和观测位类似，临时注水井也是通过高频夯压的方式打入地下，并在打入地下的过程中保持少量连续的注水。不同之处在于，注水位置的装置只含有一个注水口7（窗口3）以及其对应位置的压力感应器。
注水装置6被到达单次试验的指定深度后，在指定的观测位置将检测装置5夯压至含水层，单次注水即可获取6组检测数据，在不同的深度重复注水试验和观测，辅以特定的反演方法就可获取含水层水动力学参数分布。
根据对地下反演结果分辨率的要求不同，可以在不同的特定深度反复进行注水试验。如果只有一个注水位和一个检测位，则反演结果为2D剖面。如果有多个注水位（或多个检测位），则反演结果重现地下的3D分布特征。每次试验结束后，检测位和注水位的装置全部抽回，及时清洁后可二次使用。
本发明结合野外实际应用的要求，采用即插即用式的临时层析注水方式和观测方式，脱离了层析法对现有水井的依赖，低成本高效率的通过多次短时间注水测得含有含水层水力异质性信息的压力响应数据，并利用各种高效率联合反演方法，最终可以实现在野外现场的地下水力参数二维甚至是三维空间分布的即时获取。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，其特征在于，包括管壁底部设有窗口的空腔管体，且，管体内窗口处设有压力传感器。
2.根据权利要求1所述的一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，其特征在于，沿圆周方向，空腔内设有若干同圆心的井壁，将空腔均隔为若干井腔；各井腔的管壁分别设有窗口，且，井腔内窗口处均设有压力传感器。
3.根据权利要求2所述的一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，其特征在于，沿管体的长度方向，所述窗口设置在不同位置。
4.根据权利要求1所述的一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，其特征在于，所述窗口为栅格状。
5.根据权利要求1所述的一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，其特征在于，所述窗口的上檐和/或下檐设有保护条，呈凸起线条形。
6.根据权利要求1所述的一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，其特征在于，沿管体的长度方向，所述管体的外壁设有刻度条。
7.根据权利要求1所述的一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，其特征在于，所述管壁的两端分别设有相互匹配的凹凸槽，呈“Ω”型；
通过凹凸槽，若干管体可沿长度方向串联。
8.根据权利要求2所述的一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，其特征在于，所述管壁的两端分别设有相互匹配的凹凸槽，呈“Ω”型；通过凹凸槽，若干管体可沿长度方向串联；
所述井壁的两端分别设有相互匹配的凹凸槽，呈“V”型。
9.根据权利要求2所述的一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，其特征在于，所述管体的长度为1米或2米。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种用于含水层层析检测的即插即用型测压及取样装置，其特征在于，所述压力传感器接数据采集仪。
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