CN113236181A - 一种勘探井抽水试验用止水装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种勘探井抽水试验用止水装置，属于地质勘探领域，其包括套管和止水器，井内形成有抵接台阶，抵接台阶与套管的端面抵接，止水器包括注浆管和连接管，注浆管位于套管内，连接管与注浆管固定连接，注浆管和套管与井壁之间的缝隙通过连接管连通，套管上开设有供连接管对准的注浆孔，止水器还包括相互连通的通气管和充气管，通气管与注浆管固定连接，充气管外接气源，套管上且位于注浆孔远离抵接台阶的一侧开设有充气孔，套管与井壁之间且位于充气孔处固定连接有限位气囊。本申请通过限位气囊对灌充的水泥进行限位拦截，使水泥在指定位置充满套管与井壁之间的缝隙内，凝固后的水泥分布均匀且封堵效果好。
Description
技术领域
本申请涉及地质勘探的技术领域，尤其是涉及一种勘探井抽水试验用止水装置。
背景技术
水文地质勘探指为查明一个地区的水文地质条件而进行的水文地质调查研究工作，意图在于掌握地下水和地表水的成因、分布及其运动规律，为合理开采利用水资源，正确进行基础、打桩工程的设计和施工提供依据。地下水监测是指通过向地下岩层钻井，从井中采集地下水样品进行检测的工作。
单管多层监测井是最常规和施工数量最多的地下水多层监测井，它是在一个钻孔内安装一根井管，管外经分层填砾、止水所成的井，然而，由于其井管内并没有进行分层，井中的水位为混合水位，水样也为混合水样，因此采集的地下水样品很可能受到其他层污染，影响对该层地下水的检测准确性。
相关技术中，获得不同地质层中的水样有两种方法：第一种是针对每一个含水层位都钻出一眼探井，分别进行抽水检验；第二种便是在同一个勘探钻孔中通过止水装置将不同含水层相互隔离，只对目标水层进行水样抽取。对于第二种方法，水泥封堵法是通常被采用的方式，其先在井内插入套管，止水器伸入套管内，止水器将水泥填充至待分层的位置处的套管与井壁之间的空间内，水泥凝固后便可实现水层封堵。实现水泥封堵需使隔离封堵位置的井壁处产生径向尺寸变化，使位于套管和井壁之间的位置产生台阶结构，使此处具有对套管和水泥的支撑点，减小水泥的向下流失。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷：封堵位置位于井内，套管与井壁之间的的空间为扁环状缝隙，水泥不断向套管与井壁之间灌充，易导致形成密封体的水泥的空间分布不均，且位于地面的操作者不易观察到井下的具体情况，需灌充的水泥量也无法保证，易造成水泥量过多即原料浪费，或易造成水泥量不足即封堵效果不佳。
发明内容
为了改善上述的问题，本申请提供一种勘探井抽水试验用止水装置。
本申请提供的一种勘探井抽水试验用止水装置采用如下的技术方案：
一种勘探井抽水试验用止水装置，包括套管和止水器，井内形成有抵接台阶，所述抵接台阶与套管的端面抵接，所述止水器包括注浆管和连接管，所述注浆管位于套管内，所述连接管与注浆管固定连接，所述注浆管和套管与井壁之间的缝隙通过连接管连通，所述套管上开设有供连接管对准的注浆孔，所述止水器还包括相互连通的通气管和充气管，所述通气管与注浆管固定连接，所述充气管外接气源，所述套管上且位于注浆孔远离抵接台阶的一侧开设有充气孔，所述套管与井壁之间且位于充气孔处固定连接有限位气囊。
通过采用上述技术方案，灌充水泥前，向充气管内充气，使限位气囊膨胀，膨胀后的限位气囊与井壁抵接以将二者之间的缝隙封堵，从而使限位气囊与抵接台阶之间形成了固定的可供水泥填充的空间，空间大小被确定，即水泥的填充范围也被确定，且当水泥的填充压力足够时，水泥将此处的缝隙填满，从而使填充封度的水泥整体分布均匀且充实，提高隔离效果。
可选的，所述注浆管内且靠近井底的一端设有止逆阀，所述止逆阀用于减小水泥的回流量。
通过采用上述技术方案，在水泥灌注的过程中，止逆阀起到单向阀的作用，使水泥持续稳定的流向连接管内。
可选的，所述止逆阀包括端盖、止逆弹簧和阀芯，所述端盖与注浆管连接，所述止逆弹簧的一端与端盖连接，另一端与阀芯连接，所述阀芯包括止逆板，所述止逆板用于将连接管的管口封堵。
通过采用上述技术方案，在自然状态下或停止灌注水泥的情况下，止逆板将从注浆管内将连接管与注浆管之间的通路隔断，从而减小套管与井壁之间的缝隙内的水泥回流的量。
可选的，所述注浆管上且位于连接管远离通气管的一端固定连接有辅助气囊，所述辅助气囊与充气管之间连通有连接气管。
通过采用上述技术方案，对限位气囊进行通气膨胀的同时，辅助气囊也被充气而膨胀，其与井壁上的抵接台阶相抵接，将本装置端部处与井壁实现密封，减小水泥受压而进入下一层含水层的量。
可选的，所述连接管的截面呈矩形，所述套管朝向充浆管的一侧且位于注浆孔处固定连接有定位托板，所述定位托板位于注浆孔远离通气管的一侧边缘处，所述定位托板的相对两侧固定连接有止转挡边，所述定位托板与连接管的外侧壁抵接，所述止转挡边与连接管的相对侧壁抵接。
通过采用上述技术方案，定位托板与止转挡边形成了可供连接管的端部放置的槽，对套管与连接管以及止水器整体起到定位作用。
可选的，所述止水器还包括阻断机构，所述阻断机构用于将连接管与注浆孔之间的水泥阻断，所述阻断机构包括拦截板，所述拦截板位于连接管朝向注浆孔的管口处且与连接管滑移连接，所述阻断机构还包括用于控制拦截板移动的主控组件。
通过采用上述技术方案，水泥凝固之前，阻断机构通过拦截板将连接管与套管支架的水泥截断，待后期将止水器从套管中取出时，可减小水泥对止水器的阻挡作用。
可选的，所述主控组件包括主控气囊、主控板和主控绳，所述主控气囊固定连接于通气管上，所述通气管上开设有供主控气囊连通的控制孔，所述通气管上且位于控制孔处固定有主控围管，所述主控气囊位于主控围管内，所述主控板位于主控围管滑移，且所述主控板位于主控气囊远离控制孔的一侧，所述主控绳的一端与主控板连接，另一端与拦截板连接，所述注浆管上设有用于使拦截板复位的复位件。
可选的，所述复位件为复位拉簧，所述复位拉簧的一端与注浆管连接，另一端与拦截板连接，所述复位拉簧的长度方向与拦截板的滑移方向一致。
通过采用上述技术方案，充气管充气的同时，主控气囊膨胀从而将主控板顶起，主控板拉动拦截板以将连接管导通；而当主控气囊泄气后，在复位拉簧的作用下，拦截板再次复位将连接管封堵，同时将未凝固的液态水泥切断，实现阻断目的。
可选的，阻断机构还包括辅控组件，所述辅控组件包括辅控绳，所述注浆管上且位于连接管远离通气管的一侧开设有辅控孔，所述辅控绳的一端与拦截板连接，另一端穿过辅控孔并与止逆阀的阀芯连接。
通过采用上述技术方案，水泥停止灌充后止逆阀复位，止逆弹簧的弹力部分通过辅控绳向拦截板传递，辅助拦截板复位，提高拦截板将水泥完全截断的成功率。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过限位气囊的设置，灌充水泥前，先通过向充气管内充气，使限位气囊膨胀，膨胀后的限位气囊与井壁抵接以将二者之间的缝隙封堵，从而使限位气囊与抵接台阶之间形成了固定的可供水泥填充的空间，空间大小被确定，即水泥的填充范围也被确定，且当水泥的填充压力足够时，水泥将此处的缝隙填满，从而使填充封度的水泥整体分布均匀，隔离效果更佳；
2.通过阻断机构的设置，在水泥灌充完毕后至水泥凝固之前，拦截板将连接管与套管之间的水泥截断，连接管内的水泥和套管外的水泥相互分离，由于两部分水泥无直接的连接关系，后期将止水器取出套管时，连接管内的水泥可随止水器一同移出，套管外的水泥便不会对连接管的移动造成较大的影响。
附图说明
图1是本申请实施例中用于体现勘探井抽水试验用止水装置未处于工作状态时的结构示意图。
图2是本申请实施例中用于体现止水器在未处于工作状态下的结构示意图。
图3是本申请实施例中用于体现勘探井抽水试验用止水装置在通气并注浆时的结构示意图。
图4是本申请实施例中用于体现止水器在工作状态下的结构示意图。
附图标记说明：1、井壁；11、抵接台阶；2、套管；21、注浆孔；22、定位托板；221、止转挡边；23、充气孔；231、限位气囊；3、止水器；31、注浆管；311、辅控孔；32、止逆阀；321、端盖；322、止逆弹簧；323、推板；324、止逆板；33、连接管；331、滑移凹槽；34、通气管；341、控制孔；342、密封条；35、充气管；351、连接气管；352、辅助气囊；4、阻断机构；41、拦截板；411、滑移凸条；42、复位拉簧；5、主控组件；51、主控围管；512、配合滑槽；52、主控气囊；53、主控板；531、配合滑块；54、主控绳；6、辅控组件；61、辅控绳；62、钢筋杆；63、导向轮。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种勘探井抽水试验用止水装置，如图1所示，包括套管2和止水器3，止水器3位于套管2内，套管2位于水井内且水井与套管2同轴。套管2与水井的井壁1之间形成均匀间隙，止水器3用于向此间隙内灌充水泥。
如图1和2所示，水井内且位于相邻两个含水层之间的井壁1处成型有抵接台阶11，套管2朝向井底的端面与抵接台阶11的台面抵接，套管2靠近抵接台阶11之处的侧壁上开设有注浆孔21，套管2的侧壁上且位于注浆孔21远离抵接台阶11的一侧开设有充气孔23，套管2的外侧壁上且位于充气孔23处固定连接有限位气囊231，限位气囊231呈环状，其在套管2的外壁上环绕一周。止水器3包括注浆管31、连接管33、通气管34和充气管35，注浆管31与套管2的长度方向一致且二同轴，连接管33与注浆管31焊接固定且二者连通，通气管34的一端焊接固定于注浆管31的管壁上，但二者并不连通，充气管35的一端与通气管34连通，另一端位于井外且连接气泵（图中未示出）；通过充气管35与通气管34向限位气囊231内充气后，限位气囊231膨胀可将套管2与井壁1之间的缝隙封堵。在止水器3安装于套管2内的状态下，连接管33远离注浆管31的端部管口与注浆孔21对准连通，通气管34远离注浆管31一端的管口与充气孔23对准连通；同时，充气管35朝向充气孔23的端面上贴设有密封条342，密封条342与套管2的内壁紧密贴合。
如图1和2所示，连接管33的截面呈正方形，套管2的内壁上且位于注浆孔21处焊接固定有定位托板22，定位托板22的板面与套管2的轴线垂直，定位托板22的长度方向与连接管33的长度方向垂直，定位托板22朝向注浆孔21的板面与连接管33朝向抵接台阶11的侧壁贴合抵接。定位托板22长度方向的两端均一体成型有止转挡边221，止转挡边221与连接管33的相对侧壁相互贴合，即定位托板22与止转挡边221形成了一个放置连接管33管口处的槽，此槽与连接管33相互配合时，止水器3便与套管2相互定位完毕。本实施例中，通气管34、充气孔23、连接管33和注浆孔21的数量均为三，在止水器3与套管2相互定位完成的状态下，充气孔23和通气管34、连接管33和注浆孔21均一一对应。
如图2和3所示，注浆管31靠近井底的侧壁上固定连接有辅助气囊352，辅助气囊352与充气管35之间连通有连接气管351，辅助气囊352环绕注浆管31的外侧一周。当充气管35内充入气体时，连接管33向辅助气囊352内传输气流，辅助气囊352膨胀，可将注浆管31与抵接台阶11侧壁之间的缝隙封堵。
如图1和3所示，注浆管31内且位于靠近井底的端部处设置有止逆阀32，止逆阀32包括端盖321、止逆弹簧322和阀芯，端盖321位于注浆管31朝向井底的端面处且二者通过螺纹连接实现同轴固定。阀芯包括相互焊接固定的推板323和止逆板324，推板323的板面与端盖321的盖面平行，止逆板324为直板卷圆成型，其整体为筒状，止逆板324形成的筒的外侧壁与注浆孔21的内侧壁贴合接触，止逆板324位于推板323朝向端盖321的一侧。止逆弹簧322的一端焊接固定于端盖321朝向注浆管31内腔的一端，另一端与推板323焊接固定。在自然状态下，止逆板324将注浆管31与连接管33之间连通的管口封堵。
如图1和3所示，通过注浆管31和连接管33向套管2外输送水泥，待水泥凝固后，需将止水器3取出，但由于连接管33内的水泥与套管2外的水泥存在一定的连接关系，取出止水器3的过程伴随着将连接管33内的水泥剪断的动作，对设备形成损伤。故止水器3还包括阻断机构4，阻断机构4用于在水泥凝固之前将连接管33与套管2之间的水泥截断，为止水器3的取出提供便利。
如图2和4所示，阻断机构4包括拦截板41、复位拉簧42、主控组件5和辅控组件6，拦截板41位于连接管33朝向注浆孔21的管口处且二者滑移连接，拦截板41的滑移方向与注浆管31的轴线平行。当拦截板41滑移至最靠近抵接台阶11的行程位置时，拦截板41的一部分位于连接管33的管路中并将连接管33的管路封闭，且此部分的三侧边缘同时分别与连接管33的三个侧壁抵接；拦截板41伸入连接管33的部分的相对侧边处一体成型有滑移凸条411，连接管33内的相对侧壁上开设有供滑移凸条411滑移的滑移凹槽331，滑移凸条411和滑移凹槽331的长度方向便为拦截板41的滑移方向。每个拦截板41上连接的复位拉簧42有两个，两个复位拉簧42分别位于连接管33的相对两侧，复位拉簧42的一端与连接管33的外侧壁固定连接，另一端固定连接于拦截板41上，复位拉簧42始终对拦截板41传递拉力。
如图3和4所示，主控组件5包括主控围管51、主控板53、主控绳54和主控气囊52。通气管34背离连接管33的一侧的侧壁上开设有控制孔341，主控气囊52固定连接于控制孔341处并将控制孔341封堵；主控围管51固定连接于通气管34上且位于控制孔341处，主控气囊52位于主控围管51内，主控围管51的长度方向与注浆管31的轴线平行；主控板53位于主控围管51内，主控板53的相对侧边处一体成型有配合滑块531，主控围管51的管壁上开设有供配合滑块531配合滑移的配合滑槽512，配合滑槽512的长度方向与主控围管51的长度方向一致，主控板53通过配合滑块531和配合滑槽512的相互配合与主控围管51实现滑移连接，主控板53位于主控气囊52远离控制孔341的一侧；主控绳54的数量同样为二，主控绳54的一端与配合滑块531固定连接，另一端与拦截板41固定连接。当通气管34内充入气体时，通气管34内的气压可使主控气囊52膨胀扩大，主控气囊52推动主控板53远离通气管34移动，主控板53通过主控绳54拉动拦截板41移动，从而将拦截板41沿复位拉簧42伸长的方向移动，以使连接管33导通。
如图1和3所示，辅控组件6包括辅控绳61和导向轮63，注浆管31上且位于连接管33远离通气管34之处开设有辅控孔311，注浆管31上且位于辅控孔311旁焊接固定有钢筋杆62，导向轮63转动连接在钢筋杆62上；导向轮63用于对辅控绳61进行导向牵引，以使辅控孔311绳可顺利穿过辅控孔311；辅控绳61的一端与拦截板41连接，另一端与止逆阀32的阀芯的推板323固定连接。辅控绳61具有一定的弹性余量长度，即在止逆阀32的移动形成范围内，辅控绳61可一直保持张紧状态。
如图2、3和4所示，阻断机构4的工作机制为：在自然状态下，复位拉簧42与辅控绳61均对拦截板41施加拉力，此时连接管33处于被拦截板41封堵的状态。充气管35充气，主控气囊52膨胀将主控板53顶开，主控板53通过主控绳54将拦截板41拉起从而将连接管33导通，复位拉簧42伸长，同时拦截板41通过辅控绳61拉动止逆阀32的阀芯移动一定距离，但此距离并不足以使注浆管31与连接管33导通。而后随着向注浆管31内充入水泥，止逆阀32的阀芯受压而朝向端盖321移动，连接管33与注浆管31导通后，水泥通过连接管33涌出套管2外。当水泥将限位气囊231与抵接台阶11之间的空隙填满之后，停止水泥灌注，同时通过充气管35将限位气囊231、辅助气囊352和主控气囊52内的气体放出，随着止逆弹簧322和复位拉簧42的形变恢复，拦截板41在双重拉力的作用下发生移动，从而再次将连接管33封堵，同时也将连接管33与套管2之间处的水泥成功截断。
本申请实施例一种勘探井抽水试验用止水装置的实施原理为：
在将本装置伸入井内之前，先将套管2与止水器3完成相互配合连接，而后将其整体下放，当套管2的端部与抵接台阶11相互抵接时，即可开始进行止水封堵工作。先向充气管35内通入气体，限位气囊231、辅助气囊352和主控气囊52同时膨胀，限位气囊231与抵接台阶11之间形成了密封的间隙，同时辅助气囊352提高了抵接台阶11处的密封性，减小后期水泥溢流的量，且拦截板41被移动以将连接管33导通，完成后便可开始灌充水泥。向注浆管31内充入水泥，水泥通过连接管33流入套管2与井壁1之间的缝隙中，当灌充水泥所需的压力明显增大时，证明水泥已将限位气囊231和抵接台阶11之间的缝隙填充完毕，此时停止水泥灌充并开始通过充气管35排出三个气囊内的气体，阻断机构4随之自行启动以将连接管33处的水泥截断隔离。待装置内的水泥完全凝固后，即可取出止水器3，开始分层抽水试验工作，将从套管2中取出的止水器3的注浆管31、连接管33内的水泥敲击破碎后取出，并对止水器3进行清理后便可重复利用。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种勘探井抽水试验用止水装置，包括套管(2)和止水器(3)，井内形成有抵接台阶(11)，所述抵接台阶(11)与套管(2)的端面抵接，所述止水器(3)包括注浆管(31)和连接管(33)，所述注浆管(31)位于套管(2)内，所述连接管(33)与注浆管(31)固定连接，所述注浆管(31)和套管(2)与井壁(1)之间的缝隙通过连接管(33)连通，所述套管(2)上开设有供连接管(33)对准的注浆孔(21)，其特征在于：所述止水器(3)还包括相互连通的通气管(34)和充气管(35)，所述通气管(34)与注浆管(31)固定连接，所述充气管(35)外接气源，所述套管(2)上且位于注浆孔(21)远离抵接台阶(11)的一侧开设有充气孔(23)，所述套管(2)与井壁(1)之间且位于充气孔(23)处固定连接有限位气囊(231)。
2.根据权利要求1所述的一种勘探井抽水试验用止水装置，其特征在于：所述注浆管(31)内且靠近井底的一端设有止逆阀(32)，所述止逆阀(32)用于减小水泥的回流量。
3.根据权利要求2所述的一种勘探井抽水试验用止水装置，其特征在于：所述止逆阀(32)包括端盖(321)、止逆弹簧(322)和阀芯，所述端盖(321)与注浆管(31)连接，所述止逆弹簧(322)的一端与端盖(321)连接，另一端与阀芯连接，所述阀芯包括止逆板(324)，所述止逆板(324)用于将连接管(33)的管口封堵。
4.根据权利要求1所述的一种勘探井抽水试验用止水装置，其特征在于：所述注浆管(31)上且位于连接管(33)远离通气管(34)的一端固定连接有辅助气囊(352)，所述辅助气囊(352)与充气管(35)之间连通有连接气管(351)。
5.根据权利要求1所述的一种勘探井抽水试验用止水装置，其特征在于：所述连接管(33)的截面呈矩形，所述套管(2)朝向充浆管的一侧且位于注浆孔(21)处固定连接有定位托板(22)，所述定位托板(22)位于注浆孔(21)远离通气管(34)的一侧边缘处，所述定位托板(22)的相对两侧固定连接有止转挡边(221)，所述定位托板(22)与连接管(33)的外侧壁抵接，所述止转挡边(221)与连接管(33)的相对侧壁抵接。
6.根据权利要求3所述的一种勘探井抽水试验用止水装置，其特征在于：所述止水器(3)还包括阻断机构(4)，所述阻断机构(4)用于将连接管(33)与注浆孔(21)之间的水泥阻断，所述阻断机构(4)包括拦截板(41)，所述拦截板(41)位于连接管(33)朝向注浆孔(21)的管口处且与连接管(33)滑移连接，所述阻断机构(4)还包括用于控制拦截板(41)移动的主控组件(5)。
7.根据权利要求6所述的一种勘探井抽水试验用止水装置，其特征在于：所述主控组件(5)包括主控气囊(52)、主控板(53)和主控绳(54)，所述主控气囊(52)固定连接于通气管(34)上，所述通气管(34)上开设有供主控气囊(52)连通的控制孔(341)，所述通气管(34)上且位于控制孔(341)处固定有主控围管(51)，所述主控气囊(52)位于主控围管(51)内，所述主控板(53)位于主控围管(51)滑移，且所述主控板(53)位于主控气囊(52)远离控制孔(341)的一侧，所述主控绳(54)的一端与主控板(53)连接，另一端与拦截板(41)连接，所述注浆管(31)上设有用于使拦截板(41)复位的复位件。
8.根据权利要求7所述的一种勘探井抽水试验用止水装置，其特征在于：所述复位件为复位拉簧(42)，所述复位拉簧(42)的一端与注浆管(31)连接，另一端与拦截板(41)连接，所述复位拉簧(42)的长度方向与拦截板(41)的滑移方向一致。
9.根据权利要求7所述的一种勘探井抽水试验用止水装置，其特征在于：阻断机构(4)还包括辅控组件(6)，所述辅控组件(6)包括辅控绳(61)，所述注浆管(31)上且位于连接管(33)远离通气管(34)的一侧开设有辅控孔(311)，所述辅控绳(61)的一端与拦截板(41)连接，另一端穿过辅控孔(311)并与止逆阀(32)的阀芯连接。
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