CN110702871A - 一种地下水分层抽水试验模块化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水分层抽水试验模块化装置，包括套管、测试管道、潜水泵、上封隔器、下封隔器，套管上均匀开设有用于透水的通孔，还包括连接头部件和潜水泵外壳。本发明装置的上封隔器、潜水泵外壳、下封隔器在套管内通过同样的连接头部件连接，实现模块化组装，装配方式和连接顺序依据地层结构和实验深度进行优化配置，各个部件受损后易于快速更换，延长抽水设备稳定性和使用寿命，同时可以可靠实现深地层中的抽水试验。

Description

一种地下水分层抽水试验模块化装置

技术领域

本发明涉及水文地质领域中，特别是一种地下水分层抽水试验模块化装置。

背景技术

在水文地质领域中，地下水分层抽水试验至关重要，该实验可以有效获取地下不同深度各个含水层中相关水文地质参数，对合理评价、利用和保护地下水资源，具有重要的科学和实用意义。

目前，现有的分层采水实验采用的是上、下封隔器连接潜水泵的一体式设备，整体设备放置在套管内部，在地下进行多层抽水试验时，潜水泵作为受力件承接件直接和上下部件进行连接，将潜水泵下放到抽水目的段，然后对上、下封隔器进行坐封操作，之后开启水泵便能进行抽水试验。但是在实际应用中，潜水泵一直是系统中的短板，由于用于水分层抽水试验的钻孔孔径所限制，用于分层抽水试验的潜水泵都为定制的小直径潜水泵，其下放的工作深度有限，当需要抽水试验水深较深时，将无法实施抽水作业；若采用大潜深度的潜水泵，其体积尺寸又不能满足放进钻孔的要求，其次，潜水泵作为上下承力部件，在钻孔不正或井斜超过一定幅度后，一体式抽水装备的下放和提升将会对潜水泵的结构造成损坏；为保证潜水泵受力良好，就必须进行单独设计和定制，导致后期水泵的使用受到很大限制。

发明内容

为了克服现有的地下水分层抽水试验装置不足，本发明提供一种地下水分层抽水试验模块化装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种地下水分层抽水试验模块化装置，包括，套管、测试管道、潜水泵、上封隔器、下封隔器，所述套管上均匀开设有用于透水的通孔，还包括连接头部件和潜水泵保护罩，所述潜水泵保护罩设有进水孔；所述潜水泵固定安装于潜水泵保护罩内；

所述上封隔器、内置有潜水泵的潜水泵保护罩、下封隔器在套管内自上而下依次通过连接头部件串联连接，所述测试管道贯通上封隔器连接潜水泵的出水口，在所述上封隔器和下封隔器所对应位置的套管外壁位置分别设有上止水膨胀环和下止水膨胀环。

进一步优选的，所述上封隔器、潜水泵保护罩和下封隔器均设有与连接头部件相匹配的接口结构，便于在现场对装置进行组装和零部件的更换。

优选的，所述连接头部件设有密封件，加强各部件连接的密封可靠性。

优选的，所述连接头部件为螺纹连接套管，实现在施工现场进行快速连接安装。

优选的，所述上止水膨胀环和下止水膨胀环采用遇水膨胀橡胶材料制成，上止水膨胀环和下止水膨胀环通过自身弹性嵌套在套管外壁，用于在套管外间隙的分层封闭止水。

优选的，所述上封隔器和下封隔器为柔性材料制成的封闭空腔结构，并分别连接有外部加压装置，可在井外控制对套管内进行分层封闭止水。

优选的，所述潜水泵通过线缆连接有外部电源，便于在井外对潜水泵进行抽水控制。

进一步的技术方案，本发明提供一种采用潜水泵为上置的地下水分层抽水试验模块化装置，包括，套管、测试管道、潜水泵、上封隔器、下封隔器，所述套管上均匀开设有用于透水的通孔，还包括连接头部件、潜水泵保护罩和潜水泵进水部件，所述潜水泵固定安装于潜水泵保护罩内；

内置有潜水泵的潜水泵保护罩、上封隔器、潜水泵进水部件和下封隔器在套管内自上而下依次通过连接头部件串联连接；所述潜水泵的出水口连接测试管道、潜水泵的进水口贯通上封隔器后与潜水泵进水部件连接；在所述上封隔器和下封隔器所对应位置的套管外壁位置分别设有上止水膨胀环和下止水膨胀环。

优选的，所述上封隔器、潜水泵保护罩、潜水泵进水部件和下封隔器均设有与连接头部件相匹配的接口结构，便于在现场对装置进行组装和零部件的更换。

优选的，所述潜水泵进水部件呈管状、并设有进水孔，用于潜水泵通过潜水泵进水部件进行抽水，潜水泵的进水的深度位置得以向下延伸。

本发明的有益效果是：本发明装置的上封隔器、潜水泵保护罩、下封隔器在套管内通过同样的连接头部件连接，实现模块化组装，装配方式和连接顺序依据地层结构和实验深度进行优化配置，各个部件受损后易于快速更换，延长抽水设备稳定性和使用寿命，同时可以可靠实现深地层中的抽水试验。

具体地创新和技术效果在于：1、潜水泵安装于潜水泵保护罩内，潜水泵通过与潜水泵保护罩的接口结构连接，潜水泵可以在同一直径规格系列中任意更换，潜水泵无须再使用特殊定制型号规格，可根据不同地下水储量选取合适的潜水泵，后期使用和维护更换方便，大大提高了抽水试验的可靠性和连续性。

2、由潜水泵保护罩承受应力，潜水泵本身不再承受上下部件连接的作用力，潜水泵无需定制，潜水泵不易变形或损坏，大大降低故障率，使用更加稳定。

3、各部件均可以作为设备的单个模块，通过同样的连接头部件连接，部件模块之间通过不同组装方式，可实现潜水泵上置、中置的技术方案，可实现不同类型含水层抽水试验作业，不再受水泵参数的技术局限。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明连接头部件结构示意图；

图3是本发明的实施示意图。

图中零部件及编号：

1-套管；2-测试管道；3-潜水泵；4-上封隔器；41-上止水膨胀环；5-下封隔器；51-下止水膨胀环；6-连接头部件；7-潜水泵保护罩；8-潜水泵进水部件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

如图1～图2所示，潜水泵3中置的技术方案：一种地下水分层抽水试验模块化装置，包括，套管1、测试管道2、潜水泵3、上封隔器4、下封隔器5，所述套管1上均匀开设有用于透水的通孔，还包括连接头部件6和潜水泵保护罩7，所述潜水泵保护罩7设有进水孔；所述潜水泵3固定安装于潜水泵保护罩7内；所述上封隔器4、内置有潜水泵3的潜水泵保护罩7、下封隔器5在套管1内自上而下依次通过连接头部件6串联连接，所述测试管道2贯通上封隔器4连接潜水泵3的出水口，在所述上封隔器4和下封隔器5所对应位置的套管1外壁位置分别设有上止水膨胀环41和下止水膨胀环51。

在抽水试验设备实施前，在工地现场钻100-200m的深井，通过挖掘上来的土质样本，了解各水层的分布，计算出本抽水实验设备的下放深度位置。将若干根套管1连接后送到深井内，在预计的隔水层试验深度范围内，在套管1外设置好上止水膨胀环41和下止水膨胀环51，其由遇水膨胀橡胶制成，通过自身弹性嵌套在套管1外壁。

上止水膨胀环41和下止水膨胀环51入水后遇水膨胀，对套管1外的间隙进行封闭，让深井内套管1外的各水层不能互通。抽水区域的套管1壁上有用于透水的通孔，使该试验深度的水层的水能正常浸水到套管1内。

试验装置在地面进行组装，所述潜水泵3设置于潜水泵保护罩7内，所述上封隔器4、潜水泵保护罩7、下封隔器5内自上而下依次通过连接头部件6串联连接，所述测试管道2贯通上封隔器4连接潜水泵3的出水口。

上封隔器4、潜水泵保护罩7和下封隔器5均设有与连接头部件6相匹配的接口结构。连接头部件6可采用螺纹套管的快速连接方式，连接头部件6设有密封件，加强各部件连接的密封可靠性。

组装完成后从套管1内下放到深度试验的位置，即上封隔器4和下封隔器5分别与套管1外壁的上止水膨胀环41和下止水膨胀环51位置深度相同。

所述上封隔器4和下封隔器5为柔性材料制成的封闭空腔结构，并连接有外部加压装置。由外部加压装置对上封隔器4和下封隔器5进行加压注液体，在套管1内上封隔器4和下封隔器5膨胀后坐封进行封闭止水，直至在套管1内的各水层区域被分隔开。

接着再开启潜水泵3抽水，抽水区域的水受到潜水泵3的负压抽吸作用经过套管1壁上的用于透水的通孔进入套管1内，再通过潜水泵保护罩7的进水孔进入潜水泵3进水口，潜水泵3的出水通过测试管道2到达地面，实现对设定深度的水层的抽水检测实验。此外，本装置中还可安有各类传感器，可以对水压，水温，水流量等相关参数的测量，同时配置有各类线缆的行走通道。

实施例2

潜水泵3上置的技术方案：如图3所示，一种地下水分层抽水实验模块化装置，包括，套管1、测试管道2、潜水泵3、上封隔器4、下封隔器5，所述套管1上均匀开设有用于透水的通孔，还包括连接头部件6、潜水泵保护罩7和潜水泵进水部件8，所述潜水泵3固定安装于潜水泵保护罩7内；

内置有潜水泵3的潜水泵保护罩7、上封隔器4、潜水泵进水部件8和下封隔器5在套管1内自上而下依次通过连接头部件6串联连接；所述潜水泵3的出水口连接测试管道2、潜水泵3的进水口贯通上封隔器4后与潜水泵进水部件8连接；在所述上封隔器4和下封隔器5所对应位置的套管1外壁位置分别设有上止水膨胀环41和下止水膨胀环51。

所述上封隔器4、潜水泵保护罩7、连接头部件6、潜水泵进水部件8和下封隔器5均设有与连接头部件6相匹配的接口结构。

所述潜水泵进水部件8呈管状、并设有进水孔，用于潜水泵3通过潜水泵进水部件8进行抽水，潜水泵3的进水的深度位置得以向下延伸。

试验准备工作与实施例1相同。在抽水实验设备实施前，在工地现场钻100-200m的深井，通过挖掘上来的土质样本，了解各水层的分布，计算出本抽水实验设备的下放深度位置。将若干根套管1连接后送到深井内，下放在设定的隔水层试验深度范围内，套管1外设置好上止水膨胀环41和下止水膨胀环51，其由遇水膨胀橡胶制成，通过自身弹性嵌套在套管1外壁。

上止水膨胀环41和下止水膨胀环51遇水膨胀，对套管1外的间隙进行封闭，让深井内套管1外的各水层不能互通。抽水区域的套管1壁上有用于透水的通孔，使该试验深度的水层的水能正常浸水到套管1内。

实验装置在地面进行组装，所述潜水泵3设置于潜水泵保护罩7内，所述潜水泵保护罩7、上封隔器4、潜水泵进水部件8、下封隔器5在套管1内自上而下依次通过接头部件6串联连接，所述潜水泵3的出水口连接测试管道2、潜水泵3的进水口贯通上封隔器4后与潜水泵进水部件8连通。

组装完成后从套管1内下放到设定试验深度的位置，即上封隔器4和下封隔器5分别与套管1外壁的上止水膨胀环41和下止水膨胀环51深度位置相同。

所述上封隔器4和下封隔器5为柔性材料制成的封闭空腔结构，并连接有外部加压装置。由外部加压装置对上封隔器4和下封隔器5进行加压注液体，在套管1内，上封隔器4和下封隔器5膨胀后坐封进行封闭止水，直至在套管1内的各水层区域被分隔开。

接着再开启潜水泵3抽水，抽水区域的水受到潜水泵3的负压抽吸作用经过套管1壁上的用于透水的通孔进入套管1内，再通过潜水泵进水部件8进入潜水泵3，潜水泵3的出水再通过测试管道2到达地面，实现对设定深度的水层的抽水检测实验。此外，本装置中还可安有各类传感器，可以对水压，水温，水流量等相关参数的测量，同时配置有各类线缆的行走通道。

采用潜水泵3上置方式，可减小潜水泵3的下放深度，大大降低抽水阻力。

本发明采用模块化的部件，便于安装，运输、运用方便，部件互换性好，整体设备成本低廉，可以重复使用；潜水泵3受力小，无需进行定制设计，直径满足要求的潜水泵3就可用于抽水试验，潜水泵3的可替换性强；潜水泵保护罩7承受应力并起到保护潜水泵3的作用，增强了潜水泵3的使用寿命；部件配置方案自由，组装的实施方案可以依据地层结构和深度进行配置，可以满足地下深井段水层的抽水试验要求。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种地下水分层抽水试验模块化装置，包括，套管（1）、测试管道（2）、潜水泵（3）、上封隔器（4）、下封隔器（5），所述套管（1）上均匀开设有用于透水的通孔，其特征在于，还包括，连接头部件（6）和潜水泵保护罩（7），所述潜水泵保护罩（7）设有进水孔；所述潜水泵（3）固定安装于潜水泵保护罩（7）内；

所述上封隔器（4）、内置有潜水泵（3）的潜水泵保护罩（7）、下封隔器（5）在套管（1）内自上而下依次通过连接头部件（6）串联连接，所述测试管道（2）贯通上封隔器（4）连接潜水泵（3）的出水口，在所述上封隔器（4）和下封隔器（5）所对应位置的套管（1）外壁位置分别设有上止水膨胀环（41）和下止水膨胀环（51）。

2.根据权利要求1所述的一种地下水分层抽水试验模块化装置，其特征在于，所述上封隔器（4）、潜水泵保护罩（7）和下封隔器（5）均设有与连接头部件（6）相匹配的接口结构。

3.根据权利要求1 所述的一种地下水分层抽水试验模块化装置，其特征在于，所述连接头部件（6）设有密封件。

4.根据权利要求1所述的一种地下水分层抽水试验模块化装置，其特征在于，所述连接头部件（6）为螺纹连接套管。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种地下水分层抽水试验模块化装置，其特征在于，所述上止水膨胀环（41）和下止水膨胀环（51）采用遇水膨胀橡胶材料制成，上止水膨胀环（41）和下止水膨胀环（51）通过自身弹性嵌套在套管（1）外壁。

6.根据权利要求1～4任一项所述的一种地下水分层抽水试验模块化装置，其特征在于，所述上封隔器（4）和下封隔器（5）为柔性材料制成的封闭空腔结构，并分别连接有外部加压装置。

7.根据权利要求1～4任一项所述的一种地下水分层抽水实验模块化装置，其特征在于，所述潜水泵（3）通过线缆连接有外部电源。

8.一种地下水分层抽水试验模块化装置，包括，套管（1）、测试管道（2）、潜水泵（3）、上封隔器（4）、下封隔器（5），所述套管（1）上均匀开设有用于透水的通孔，其特征在于，还包括连接头部件（6）、潜水泵保护罩（7）和潜水泵进水部件（8），所述潜水泵（3）固定安装于潜水泵保护罩（7）内；

内置有潜水泵（3）的潜水泵保护罩（7）、上封隔器（4）、潜水泵进水部件（8）和下封隔器（5）在套管（1）内自上而下依次通过连接头部件（6）串联连接；所述潜水泵（3）的出水口连接测试管道（2）、潜水泵（3）的进水口贯通上封隔器（4）后与潜水泵进水部件（8）连接；在所述上封隔器（4）和下封隔器（5）所对应位置的套管（1）外壁位置分别设有上止水膨胀环（41）和下止水膨胀环（51）。

9.根据权利要求8所述的一种地下水分层抽水试验模块化装置，其特征在于，所述上封隔器（4）、潜水泵保护罩（7）、潜水泵进水部件（8）和下封隔器（5）均设有与连接头部件（6）相匹配的接口结构。

10.根据权利要求8或9所述的一种地下水分层抽水试验模块化装置，其特征在于，所述潜水泵进水部件（8）呈管状、并设有进水孔。

Images