CN115165701A - 一种低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置及方法，包括高压泵及地面管路、钻塔、钻机或卷扬设备、置于钻孔中自上而下串联在一起的钻杆及接手、钻杆水位控制组件、提压式水路转换组件、上栓塞、压水花管、下栓塞，提压式水路转换组件在上栓塞上方，可以转换水路分别向栓塞和通过压水花管向试验段岩体注水；钻杆水位控制组件在钻杆和提压式水路转换组件之间，可以自动控制钻杆内的水位。通过提压式水路转换组件实现向钻孔内两个部位注水加压功能，优化了试验过程中的安装拆卸步骤，提高了试验效率；钻杆水位控制组件避免了在低水位钻孔中进行高压压水测试时栓塞由于承压膨胀发生卡塞和设备脱落的风险及损失，降低了试验成本。

Description

一种低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置及方法

技术领域

本发明涉及水电、水利、交通、矿山等工程地质现场原位测量技术领域，尤其是水电水利工程现场岩体高压压水测试领域的低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置及方法。

背景技术

水电水利工程具有高水头，大埋深地下洞室的特点，进行此类工程的勘察时需要详细了解地下洞室的围岩在高内水压力作用下渗透特性及渗透稳定性，这类参数往往通过现场岩体高压压水试验获得，以为后续高内水压力引水隧洞、高压岔管的衬砌形式比选设计提供数据支撑。

高压压水试验是在钻孔内用高压管路通过止水装置，一般是一对橡胶栓塞，打压使栓塞膨胀，隔离需要进行高压压压水测试的钻孔岩体，然后用另一个管路向隔离的测试岩体内注入高压水流，测量实时压力和流量，便可计算得到测段岩体的渗透系数。

传统的高压压水试验采用双回路双栓塞进行试验，双回路栓塞试验需要用钻杆和高压管两路管路分别给栓塞和测试段钻孔岩体注水加压，试验前，需要将高压管路用扎带或胶带将高压管固定到钻杆上，试验后还需要将二者分离，操作繁琐，效率较低，采用单回路双栓塞法是只用钻杆一路加压管路，在钻杆与栓塞之间增设水路转换组件，试验时先向栓塞注水加压，之后再通过水路转换组件转换水路至测试段钻孔岩体，进行测试。

单回路双塞法在全孔满水或水能灌满到孔口的完整或较完整岩体钻孔，试验效率比较理想。但由于孔位所处地质条件的不同孔内水位深度也不尽相同，很多情况下钻孔为无水钻孔，钻杆内却是满水，造成钻杆内外的水位差的存在，此时栓塞膨胀，收缩不彻底，提升测试装置转换测试段位置时，其与孔壁摩阻力增加而造成提升困难，甚至造成封隔栓塞破坏，或者孔口钻机、钢丝绳的破坏，这都增加测试风险和试验成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置及方法，能够有效调节钻孔及装置内水位，避免由于钻杆内外水位压差大导致提钻困难卡塞等问题

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置，包括高压泵及地面压力管路、钻塔、钻机或卷扬设备、置于钻孔中自上而下串联在一起的钻杆及接手、钻杆水位控制组件、提压式水路转换组件、上栓塞、压水花管、下栓塞；

提压式水路转换组件包括提压过水轴、第一上限位套筒、第一“O”型密封圈、水路分流轴芯、水路分流体，提压过水轴上设有轴向通孔的第一过水孔，底部设有环形限位台阶，过水孔底部设有内螺纹；第一上限位套筒为顶部开孔、底部开口筒状结构，底部开口处设有内螺纹；水路分流轴芯顶端设有与第一过水孔底部的内螺纹连接的外螺纹，中心轴线上设有轴向的第二过水孔，在水路分流轴芯中部设有多个径向过水孔，轴向的第二过水孔与径向过水孔连通；水路分流体为一上部中空的圆柱体，圆柱体顶部的外侧设置有与第一上限位套筒底部开口处内螺纹连接的外螺纹，水路分流体上部中空的内腔的直径小于第一上限位套筒的内径，水路分流体管壁中分别设置有栓塞加压水路和岩体加压水路，水路分流体底部依次设置有与栓塞内过水杆连接的上部螺纹和与栓塞连接的下部螺纹，上部中空的圆柱体的空腔体壁上设有四道“O”型密封圈槽，栓塞加压水路进口在一、二道“O”型密封圈槽之间、出口与栓塞连接的下部螺纹相通，岩体加压水路进口在三、四道“O”型密封圈槽之间、出口与栓塞内过水杆连接的上部螺纹相通；提压过水轴通过螺纹与水路分流轴芯连接，中间有第一“O”型密封圈密封；上限位套筒下方的内螺纹与水路分流体顶端外螺纹连接在一起，中间形成一个圆柱空腔，提压过水轴上部穿过第一上限位套筒顶部的开孔，连接在提压过水轴下方的水路分流轴芯插入水路分流体上部中空的圆柱体中，提压过水轴底部环形限位台阶与第一上限位套筒的内壁相匹配，能在第一上限位套筒和水路分流体形成的圆柱空腔上下移动，进行提拉和压推，提压过水轴处于提拉状态时，水路分流轴芯的径向过水孔与栓塞加压水路连通，提压过水轴处于压推状态时，水路分流轴芯的径向过水孔与岩体加压水路连通；

水位控制组件包括内过水端子、第二上限位套筒、第二“O”型密封圈、承重弹簧、第二下限位套筒；内过水端子上设有中部环形限位台阶、底部承重弹簧支撑台阶，其轴线上设有贯通第二过水孔，中间部位均匀设有多个第二径向排水孔，第二径向排水孔与轴向贯通第二过水孔；第二上限位套筒顶端有开孔，孔壁上设有两道“O”型密封圈槽，第二上限位套筒底部外侧有与第二下限位套筒连接的外螺纹；第二下限位套筒为一中空筒状结构，中空的空腔内径略大于内过水端子组件的最大处外径，可以使其上下移动，第二下限位套筒底部有宽径变窄径台阶，用于限制内过水端子的移动范围，第二下限位套筒下部开有轴向贯通第三过水孔，外壁设有外螺纹。

还包括地面设备，地面设备包括便携式笔记本电脑、数字压力计、电子流量计、压力表，高压泵与地面压力管路连接在一起的管路上设有数字压力计、流量计、压力表，数字压力计、流量计通过数据线直接与便携笔记本电脑连接，瞬时压力、流量数据能实时显示和存储记录在电脑中。

所述内过水端子中部环形台阶直径大于第二上限位套筒顶端开孔的直径，限制了内过水端子向第二上限位套筒移动的距离，保护承重弹簧不被过度压缩而损坏，当内过水端子向上移动至限制位置后，内过水端子中间部位的第二径向过水孔伸出第二上限位套筒的顶端开孔，与外界连通，此时内过水端子轴向孔内的水便向外排出，控制设备内水位。

所述水位控制组件的承重弹簧自然伸展状态时，其长度与上下限位形成的筒状腔体的高度一致，且其长度、外径、内径、绕圈匝数、压缩行程量满足整个组件的尺寸要求，承重力大于为其下方连接所有设备重量之和。

所述水路分流轴芯上的径向过水孔和内过水端子上的第二过水孔均为均匀分布4-8个。

所述水路分流轴芯底部设有安装及拆卸用的内六棱扳手孔。

一种低水位钻孔单回路双塞高压压水试验方法，采用上述的装置进行，所述试验方法包括如下步骤：

步骤1，试验前设备的组装与试压，按照权利要求1的设备连接顺序，将设备连接起来，并置于与钻孔等径的厚壁钢管中，测试设备密封性能以及管路的连通情况，达到要求压力后再进行下一步，否则检查漏水部位，加强密封措施后继续测试，直至满足要求；

步骤2，用地面钻机、井架、钢丝绳及提升装置，将连接好的测试装置下放到钻孔预设测试部位；

步骤3，启动高压泵，将水流泵入整个测试装置，此时，提压式水路转换组件处于提拉状态，组件的水路分流轴芯的径向过水孔与栓塞加压水路连通，并由一、二道O型密封圈槽内的O型密封圈确保水路的密封性；此时，水位控制组件处于伸展过水保压状态，承重弹簧支撑着其下方连接的包括水路转换组件、栓塞、试验段压水花管所有设备重量之和，水位控制组件的内过水端子的中部径向排水孔被上限位套筒顶部小孔中的两道O型密封圈封住，水流只能存储在设备中，不能排出，实现保压过水功能；高压泵继续泵入水流，此时，管路中压力不断升高，栓塞不断膨胀，紧密的与钻孔孔壁接触，将钻孔测段岩体隔离为一个密闭空间；

步骤4，当栓塞压力超过设定压力后，关闭高压泵，整个管路及设备处于保压状态；通过地面钻机、钢丝绳及提升器，下放孔内钻杆，此时上、下栓塞由于压力膨胀已经稳固卡在钻孔壁上，不能移动；钻杆向下移动，压推提压式水路转换组件内的提压过水轴及水路分流轴芯向下移动，水路分流轴芯的径向过水孔移动到水路分流体的三、四道密封圈槽之间，与岩体加压水路连通，完成水路转换，此时栓塞水路仍处于带压力密封状态，水位控制组件处于伸展过水保压状态；

步骤5，完成水路转换后，管路及测试设备与栓塞隔离起来预定钻孔岩体连接，将管路压力清零后，启动高压泵，开始对测试段岩体进行高压压水试验，按照相应测试规范开展；

步骤6，完成测段岩体高压压水试验后，打开地面高压管路阀门，排掉管路压力，通过地面钻机、卷扬及提升器，向上提升钻杆及设备，此时栓塞仍然处于膨胀，仍然卡在钻孔测段位置附近处于静止状态，钻杆向上移动，提拉提压式水路转换组件内的提压过水轴及水路分流轴芯向上移动，水路分流轴芯的径向过水孔再次回到水路分流体的一、二道密封圈槽之间，与栓塞加压水路再次连通，完成二次水路转换；同时，水位控制组件上方承受地面钻机及钻杆的较大的拉力，而下方栓塞尚未处于膨胀静止状态，施加在承重弹簧超过限定值，承重弹簧被压缩，水位控制组件的内过水端子的中部径向排水孔伸出限位套筒顶部小孔，与钻孔连通，钻杆及栓塞内的水流瞬间从内过水端子中部径向排水孔排出，实现压缩排水功能；

步骤7，提升测试装置到下一测段，进行下一测段的测试工作。

本发明的有益效果是：提供一种单回路双塞高压压水试验测试装置，有效的实现钻孔内水路转换，能够有效调节钻孔及装置内水位，避免由于钻杆内外水位压差大导致提钻困难卡塞等问题，结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本发明的低水位钻孔单回路双塞高压压水试验测试装置结构布置示意图。

图2为本发明的低水位钻孔单回路双塞高压压水试验测试装置的提压式水路转换组件结构示意图。

图3为本发明的低水位钻孔单回路双塞高压压水试验测试装置的水位控制组件结构示意图。

图4为本发明的低水位钻孔单回路双塞高压压水试验测试装置的水路分流体-上栓塞-上栓塞内过水杆结构示意图。

图中：100-提压式水路转换组件；200-水位控制组件；300A-上栓塞；300B-下栓塞；310-上下栓塞连接高压管；400-压水花管；500-钻杆；600-钻杆接头；700-低水位钻孔；710-钻机；720-钻塔；730-钢丝绳；740-提升器；810-水箱；820-高压泵；830-笔记本电脑；840-数据线；910-电子流量计；920-高压泵泵头、压力表；930-数字压力计；940-地面高压管路；110-提压过水轴；111-第一过水孔；112-圆形限位台阶；113-提压过水轴的下方连接螺纹；120-第一上限位套筒；121-第一上限位套筒的下方连接螺纹；130-第一“O”型密封圈；140-水路分流轴芯；141-第二过水孔；142-径向过水孔；150-水路分流体；151-栓塞加压水路；152-岩体加压水路；153-上部螺纹；154-下部螺纹；210-内过水端子；211-第二过水孔；212-第二径向排水孔；213-中部环形限位台阶；213-底部支撑台阶；220-第二上限位套筒；221-第二上限位套筒与第二下限位套筒的连接螺纹；230-第二“O”型密封圈；24—承重弹簧；250-第二下限位套筒；251-第三过水孔；310A-栓塞上限制环；310B-栓塞下限制环；320-栓塞端子；321-栓塞端子连接高压管通孔螺纹；322-栓塞端子连接栓塞螺纹；323-栓塞端子连接栓塞内过水杆通孔螺纹；410-上栓塞内过水杆顶端O型圈；420-上栓塞内过水杆；430-上栓塞内过水杆贯通过水孔。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上方”、“下方”、“顶端”、“上部”、“中部”、“底部”、“轴向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连通”、“安装”、“设有”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置，包括高压泵及地面压力管路、钻塔、钻机或卷扬设备、置于钻孔中自上而下串联在一起的钻杆及接手、钻杆水位控制组件、提压式水路转换组件、上栓塞、压水花管、下栓塞。

所述的提压式水路转换组件在上栓塞上方，该组件可以转换水路分别向栓塞和通过压水花管向试验段岩体注水，提压式水路转换组件实现了向钻孔内两个部位注水加压功能，优化了试验过程中的安装拆卸步骤，提高了试验效率。

所述的钻杆水位控制组件在钻杆和提压式水路转换组件之间，可以自动控制钻杆内的水位，避免了在低水位钻孔中进行高压压水测试时栓塞由于承压膨胀发生卡塞和设备脱落的风险及损失，降低了试验成本。

所述的地面设备还包括便携式笔记本电脑、数字压力计(压力传感器)、电子流量计(流量传感器)、压力表，高压泵与地面压力管路连接在一起的管路上设有数字压力计、流量计、压力表，数字压力计、流量计通过数据线直接与便携笔记本电脑连接，瞬时压力、流量数据能实时显示和存储记录在电脑中。

所述提压式水路转换组件包括：提压过水轴、上限位套筒、O型密封圈、水路分流轴芯、水路分流体。

进一步的，提压过水轴上设有轴向通孔的过水孔，底部设有圆形限位台阶，过水孔底部设有下方连接螺纹。

进一步的，上限位套筒为顶部开孔、底部开口筒状结构，底部开口处设有下方连接螺纹。

进一步的，水路分流轴芯顶端设有连接螺纹，中心轴线上设有轴向过水孔，在该水路分流轴芯中部设有均匀分布的4-8个径向过水孔，轴向过水孔与径向过水孔连通，水路分流轴芯底部设有安装及拆卸用的内六棱扳手孔。

进一步的，水路分流体为一上部中空的圆柱体，其空腔柱体壁上设有四道O型密封圈槽，在一、二道O型密封圈槽之间设有为栓塞注水加压的栓塞加压水路，在三、四道O型密封圈槽之间设有为测试钻孔岩体注水加压的岩体加压水路，水路分流体底部设有分别与栓塞和栓塞内过水杆连接的螺纹。

所述提压式水路转换组件的提压过水轴通过螺纹与水路分流轴芯连接，中间有O型密封圈密封；上限位套筒与水路分流体通过螺纹连接在一起，中间形成一个圆柱空腔；提压过水轴穿过上限位套筒，下方的水路分流轴芯插入水路分流体中；提压过水轴可以在上限位套筒和水路分流体形成的圆柱空腔上下移动，其底部环形限位台阶使其有两种工作状态，提拉状态和压推状态。

所述水路分流轴芯可以在水路分流体上部空腔圆柱体内上下移动，其与提压过水轴螺纹紧密连接在一起，当提压过水轴处于提拉状态时，水路分流轴芯的径向过水孔与栓塞加压水路连通，并由一、二道O型密封圈槽内的O型密封圈确保水路的密封性；当提压过水轴处于压推状态时，水路分流轴芯的径向过水孔与岩体加压水路连通，并由三、四道O型密封圈槽内的O型密封圈确保水路的密封性。

所述的水位控制组件包括：内过水端子、上限位套筒、O型密封圈、承重弹簧、下限位套筒。

进一步的，内过水端子上设有中部环形限位台阶、底部承重弹簧支撑台阶，其轴线上设有贯通过水孔，在其中间部位均匀设有4-8个径向排水孔，放水孔与轴向贯通过水孔连通。

进一步的，上限位套筒顶端有开孔，孔壁上设有两道O型密封圈槽，套筒底部外侧有与下限位套筒连接的连接螺纹。

进一步的，下限位套筒为一中空筒状结构，中空的空腔内径略大于内过水端子组件的最大处外径，可以使其上下移动，下限位套筒底部有宽径变窄径台阶，用于限制内过水端子的移动范围。

所述的水位控制组件的上限位套筒和下限位套筒通过螺纹连接，内有筒状腔体，内过水端子和承重弹簧置于筒状腔体中，通过压缩和恢复承重弹簧，内过水端子可以在筒状腔体内上下移动。

进一步的，内过水端子中部环形台阶直径大于上限位套筒顶部孔的直径，限制了内过水端子向上限位套筒移动的距离(或者可以表述为限制了上限位套筒向下方移动的距离)，使内过水端子与上限位套筒之间有一个最小环形空间，以保护承重弹簧不被过度压缩而损坏。

进一步的，当内过水端子向上移动至限制位置后，内过水端子中间部位的径向过水孔伸出上限位套筒的顶部小孔，与外界连通，此时内过水端子轴向孔内的水便向外排出，实现控制设备内水位功能。

优选地，水位控制组件的承重弹簧自然伸展状态时，其长度与上下限位形成的筒状腔体的高度一致，且其长度、外径、内径、绕圈匝数、压缩行程量应满足整个组件的尺寸要求，承重力也应大于某一数值，该数值为其下方连接的水路转换组件、栓塞、试验段压水花管等所有设备重量之和。

所述的提压式水路转换组件的水路分流体底部的两个螺纹，分别于上栓塞和上栓塞内过水杆连接。

进一步的，上栓塞内过水杆顶端和低端连接处均设有O型密封圈确保水路的密封性，上栓塞内过水杆与下方的试验段压水花管连接。

进一步的，上栓塞顶端与水路分流体底部螺纹连接，上栓塞底部与栓塞端子螺纹连接，栓塞端子还设有螺纹孔，通过中间高压管使上栓塞与下栓塞连接在一起，使上下栓塞连通且等压力。

一种低水位钻孔单回路双塞高压压水试验方法，其采用上述装置进行，所述方法包括如下步骤：

步骤1，试验前设备的组装与试压，按照顺序连接设备，并置于与钻孔等径的厚壁钢管中，测试设备密封性能以及管路的连通情况，达到要求压力后再进行下一步，否则检查漏水部位，加强密封措施后继续测试，直至满足要求。

步骤2，用地面钻机、井架、钢丝绳及提升装置，将连接好的测试装置下放到钻孔预设测试部位(自下而上开展测试工作)。

步骤3，启动高压泵，将水流泵入整个测试装置，此时，提压式水路转换组件处于提拉状态，组件的水路分流轴芯的径向过水孔与栓塞加压水路连通，并由一、二道O型密封圈槽内的O型密封圈确保水路的密封性。

此时，水位控制组件处于伸展过水保压状态，承重弹簧支撑着其下方连接的水路转换组件、栓塞、试验段压水花管等所有设备重量之和，水位控制组件的内过水端子的中部径向排水孔被上限位套筒顶部小孔中的两道O型密封圈封住，水流只能存储在设备中，不能排出，实现保压过水功能。

高压泵继续泵入水流，此时，管路中压力不断升高，栓塞不断膨胀，紧密的与钻孔孔壁接触，将钻孔测段岩体隔离为一个密闭空间。

步骤4，当栓塞压力超过设定压力后(比测段最大压水压力高2-5MPa)，关闭高压泵，整个管路及设备处于保压状态；通过地面钻机、钢丝绳及提升器，下放孔内钻杆，此时上、下栓塞由于压力膨胀已经稳稳卡在钻孔壁上，不能移动；钻杆向下移动，压推提压式水路转换组件内的提压过水轴及水路分流轴芯向下移动，水路分流轴芯的径向过水孔移动到水路分流体的三、四道密封圈槽之间，与岩体加压水路连通，完成水路转换。

此时栓塞水路仍处于带压力密封状态。

此时，水位控制组件处于伸展过水保压状态。

步骤5，完成水路转换后，管路及测试设备与栓塞隔离起来预定钻孔岩体连接，将管路压力清零后，启动高压泵，开始对测试段岩体进行高压压水试验，按照相应测试规范开展。

步骤6，完成测段岩体高压压水试验后，打开地面高压管路阀门，排掉管路压力，通过地面钻机、卷扬及提升器，向上提升钻杆及设备，此时栓塞仍然处于膨胀，仍然卡在钻孔测段位置附近处于静止状态，钻杆向上移动，提拉提压式水路转换组件内的提压过水轴及水路分流轴芯向上移动，水路分流轴芯的径向过水孔再次回到水路分流体的一、二道密封圈槽之间，与栓塞加压水路再次连通，完成二次水路转换。

同时，水位控制组件上方承受地面钻机及钻杆的较大的拉力，而下方栓塞尚未处于膨胀静止状态，施加在承重弹簧超过限定值，承重弹簧被压缩，水位控制组件的内过水端子的中部径向排水孔伸出限位套筒顶部小孔，与钻孔连通，钻杆及栓塞内的水流瞬间从内过水端子中部径向排水孔排出，实现压缩排水功能。

进一步地，提升测试装置到下一测段，进行下一测段的测试工作。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

如图1所示，本发明的低水位钻孔单回路双塞高压压水试验测试装置，主要包括水箱810、高压水泵820及地面压力管路940、钻塔720、钻机710或卷扬设备、钢丝绳730、提升器740、笔记本电脑830、数据线840、电子流量计920、数字压力计930；置于钻孔中自上而下串联在一起的钻杆500及接手600、钻杆水位控制组件200、提压式水路转换组件100、上栓塞300A、上下栓塞连接高压管310、压水花管400、下栓塞300B。

如图2所示，所述提压式水路转换组件100包括提压过水轴110、上限位套筒120、O型密封圈130、水路分流轴芯140、水路分流体150。

如图3所示，水位控制组件200包括内过水端子210、上限位套筒220、O型密封圈230、承重弹簧240、下限位套筒250。

如图4所示，水路转换组件的水路分流体150下端通过上栓塞内过水杆连接螺纹153、上栓塞连接螺纹154分别连接上栓塞内过水杆420栓塞。

本发明的低水位钻孔单回路双塞高压压水试验测试装置及方法，一种典型的实施例，在低水位钻孔中开展高压压水试验，如图1所示，将本测试装置的孔内部分按照顺序连接安装好，在地面测试密封性和连通性后，用地面钻机710、井架钻塔720、钢丝绳730及提升器740，将连接好的测试装置下放到钻孔预设测试部位自下而上开展测试工作。

连接好水箱810、高压泵820、笔记本电脑830、数据线840、流量计910、数字压力计930、高压管路940等地面设备，并与孔内设备连通；启动高压泵820，将水流泵入整个测试装置。

水流从地面高压管路940进入钻杆500及提压式水路转换组件100，此时水路转换组件100处于提拉状态，组件的水路分流轴芯140的径向过水孔142与水路分流体150内的栓塞加压水路151连通，并由一、二道O型密封圈槽内的O型密封圈160确保水路的密封性。

此时，位于钻杆500和水路转化组件100之间的水位控制组件200处于伸展过水保压状态，承重弹簧240支撑着其下方连接的水路转换组件100、栓塞300、试验段压水花管400等所有设备重量之和，水位控制组件的内过水端子210的中部径向排水孔212被上限位套筒220顶部小孔中的两道O型密封圈230封住，水流只能存储在设备中，不能排出，实现保压过水功能。

高压泵820继续泵入水流，此时，管路及设备中压力不断升高，栓塞300不断膨胀，紧密的与钻孔孔壁700接触，将钻孔测段岩体隔离为一个密闭空间。

栓塞300压力达到设定压力后比测段最大压水压力高2-5MPa，关闭高压泵820，整个管路及设备处于保压状态；通过地面钻机710、井架钻塔720、钢丝绳730及提升器740，下放孔内钻杆500，此时上、下栓塞300A、300B由于压力膨胀已经稳稳卡在钻孔壁700上，不能移动；钻杆500在自身重力作用下向下移动，压推提压式水路转换组件100内的提压过水轴110及水路分流轴芯140向下移动，水路分流轴芯140的径向过水孔142移动到水路分流体150的三、四道密封圈槽之间，与岩体加压水路152连通，完成水路转换，如图2所示。此时栓塞水路151仍处于带压力密封状态；此时，水位控制组件200处于伸展过水保压状态。

完成水路转换后，管路及测试设备与栓塞300隔离起来预定钻孔岩体连接，将管路压力清零后，启动高压泵820，开始对测试段岩体进行高压压水试验，按照相应测试规范进行高压压水试验工作；此时水位控制组件200处于伸展过水保压状态。

完成测段岩体高压压水试验后，打开地面高压管路阀门，排掉管路压力，通过地面钻机710、井架钻塔720、钢丝绳730及提升器740，向上提升钻杆500及设备，此时栓塞300A、300B仍然处于膨胀状态，仍然卡在钻孔700测段位置附近并处于静止状态，钻杆500向上移动，提拉提压式水路转换组件100内的提压过水轴110及水路分流轴芯140向上移动，水路分流轴芯140的径向过水孔142再次回到水路分流体150的一、二道密封圈槽之间，与栓塞加压水路151再次连通，完成二次水路转换。

同时，水位控制组件200上方承受地面钻机710、井架钻塔720、钢丝绳730、提升器740及孔内钻杆500的拉力，而下方栓塞300尚未处于膨胀静止状态，施加在承重弹簧240超过限定值，承重弹簧被压缩，水位控制组件的内过水端子210的中部径向排水孔212伸出限位套筒220顶部小孔，与钻孔700连通，钻杆500及栓塞300A、300B内的水流瞬间从内过水端子210中部径向排水孔212排出，实现压缩排水功能。

然后，提升测试装置到下一测段，进行下一测段的测试工作。

以上所述仅为本发明的一种较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置，其特征在于，包括高压泵及地面压力管路、钻塔、钻机或卷扬设备、置于钻孔中自上而下串联在一起的钻杆及接手、钻杆水位控制组件、提压式水路转换组件、上栓塞、压水花管、下栓塞；

提压式水路转换组件(100)包括提压过水轴(110)、第一上限位套筒(120)、第一“O”型密封圈(130)、水路分流轴芯(140)、水路分流体(150)，提压过水轴(100)上设有轴向通孔的第一过水孔(111)，底部设有环形限位台阶(112)，过水孔底部设有内螺纹；第一上限位套筒(120)为顶部开孔、底部开口筒状结构，底部开口处设有内螺纹；水路分流轴芯(140)顶端设有与第一过水孔底部的内螺纹(113)连接的外螺纹，中心轴线上设有轴向的第二过水孔(141)，在水路分流轴芯中部设有多个径向过水孔(142)，轴向的第二过水孔(141)与径向过水孔(142)连通；水路分流体(150)为一上部中空的圆柱体，圆柱体顶部的外侧设置有与第一上限位套筒(120)底部开口处内螺纹连接的外螺纹，水路分流体(150)上部中空的内腔的直径小于第一上限位套筒(120)的内径，水路分流体(150)管壁中分别设置有栓塞加压水路(151)和岩体加压水路(152)，水路分流体底部依次设置有与栓塞内过水杆连接的上部螺纹(153)和与栓塞连接的下部螺纹(154)，上部中空的圆柱体的空腔体壁上设有四道“O”型密封圈槽(160)，栓塞加压水路(151)进口在一、二道“O”型密封圈槽之间、出口与栓塞连接的下部螺纹(154)相通，岩体加压水路(152)进口在三、四道“O”型密封圈槽之间、出口与栓塞内过水杆连接的上部螺纹(153)相通；提压过水轴(110)通过螺纹与水路分流轴芯(140)连接，中间有第一“O”型密封圈(130)密封；上限位套筒下方的内螺纹与水路分流体顶端外螺纹连接在一起，中间形成一个圆柱空腔，提压过水轴(110)上部穿过第一上限位套筒(120)顶部的开孔，连接在提压过水轴(110)下方的水路分流轴芯(140)插入水路分流体(150)上部中空的圆柱体中，提压过水轴(110)底部环形限位台阶(112)与第一上限位套筒(120)的内壁相匹配，能在第一上限位套筒(120)和水路分流体(150)形成的圆柱空腔上下移动，进行提拉和压推，提压过水轴(110)处于提拉状态时，水路分流轴芯的径向过水孔(142)与栓塞加压水路(151)连通，提压过水轴处于压推状态时，水路分流轴芯的径向过水孔(142)与岩体加压水路(152)连通；

水位控制组件(200)包括内过水端子(210)、第二上限位套筒(220)、第二“O”型密封圈(230)、承重弹簧(240)、第二下限位套筒(250)；内过水端子(210)上设有中部环形限位台阶(213)、底部承重弹簧支撑台阶(214)，其轴线上设有贯通第二过水孔(211)，中间部位均匀设有多个第二径向排水孔(212)，第二径向排水孔(212)与轴向贯通第二过水孔(211)；第二上限位套筒(220)顶端有开孔，孔壁上设有两道“O”型密封圈槽，第二上限位套筒(220)底部外侧有与第二下限位套筒(250)连接的外螺纹；第二下限位套筒(250)为一中空筒状结构，中空的空腔内径略大于内过水端子组件的最大处外径，可以使其上下移动，第二下限位套筒(250)底部有宽径变窄径台阶，用于限制内过水端子的移动范围，第二下限位套筒(250)下部开有轴向贯通第三过水孔(251)，外壁设有外螺纹。

2.根据权利要求1所述低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置，其特征在于，还包括地面设备，地面设备包括便携式笔记本电脑、数字压力计、电子流量计、压力表，高压泵与地面压力管路连接在一起的管路上设有数字压力计、流量计、压力表，数字压力计、流量计通过数据线直接与便携笔记本电脑连接，瞬时压力、流量数据能实时显示和存储记录在电脑中。

3.根据权利要求1所述低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置，其特征在于，所述内过水端子中部环形台阶(213)直径大于第二上限位套筒顶端开孔的直径，限制了内过水端子向第二上限位套筒移动的距离，保护承重弹簧不被过度压缩而损坏，当内过水端子向上移动至限制位置后，内过水端子中间部位的第二径向过水孔(212)伸出第二上限位套筒的顶端开孔，与外界连通，此时内过水端子轴向孔内的水便向外排出，控制设备内水位。

4.根据权利要求1所述低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置，其特征在于，所述水位控制组件(200)的承重弹簧自然伸展状态时，其长度与上下限位形成的筒状腔体的高度一致，且其长度、外径、内径、绕圈匝数、压缩行程量满足整个组件的尺寸要求，承重力大于为其下方连接所有设备重量之和。

5.根据权利要求1所述低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置，其特征在于，所述水路分流轴芯上的径向过水孔(142)和内过水端子(210)上的第二过水孔(211)均为均匀分布4-8个。

6.根据权利要求1所述低水位钻孔单回路双塞高压压水试验装置，其特征在于，所述水路分流轴芯(140)底部设有安装及拆卸用的内六棱扳手孔。

7.一种低水位钻孔单回路双塞高压压水试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-6中任一项所述的装置进行，所述试验方法包括如下步骤：

步骤1，试验前设备的组装与试压，按照权利要求1的设备连接顺序，将设备连接起来，并置于与钻孔等径的厚壁钢管中，测试设备密封性能以及管路的连通情况，达到要求压力后再进行下一步，否则检查漏水部位，加强密封措施后继续测试，直至满足要求；

步骤2，用地面钻机、井架、钢丝绳及提升装置，将连接好的测试装置下放到钻孔预设测试部位；

步骤3，启动高压泵，将水流泵入整个测试装置，此时，提压式水路转换组件处于提拉状态，组件的水路分流轴芯的径向过水孔与栓塞加压水路连通，并由一、二道O型密封圈槽内的O型密封圈确保水路的密封性；此时，水位控制组件处于伸展过水保压状态，承重弹簧支撑着其下方连接的包括水路转换组件、栓塞、试验段压水花管所有设备重量之和，水位控制组件的内过水端子的中部径向排水孔被上限位套筒顶部小孔中的两道O型密封圈封住，水流只能存储在设备中，不能排出，实现保压过水功能；高压泵继续泵入水流，此时，管路中压力不断升高，栓塞不断膨胀，紧密的与钻孔孔壁接触，将钻孔测段岩体隔离为一个密闭空间；

步骤4，当栓塞压力超过设定压力后，关闭高压泵，整个管路及设备处于保压状态；通过地面钻机、钢丝绳及提升器，下放孔内钻杆，此时上、下栓塞由于压力膨胀已经稳固卡在钻孔壁上，不能移动；钻杆向下移动，压推提压式水路转换组件内的提压过水轴及水路分流轴芯向下移动，水路分流轴芯的径向过水孔移动到水路分流体的三、四道密封圈槽之间，与岩体加压水路连通，完成水路转换，此时栓塞水路仍处于带压力密封状态，水位控制组件处于伸展过水保压状态；

步骤5，完成水路转换后，管路及测试设备与栓塞隔离起来预定钻孔岩体连接，将管路压力清零后，启动高压泵，开始对测试段岩体进行高压压水试验，按照相应测试规范开展；

步骤6，完成测段岩体高压压水试验后，打开地面高压管路阀门，排掉管路压力，通过地面钻机、卷扬及提升器，向上提升钻杆及设备，此时栓塞仍然处于膨胀，仍然卡在钻孔测段位置附近处于静止状态，钻杆向上移动，提拉提压式水路转换组件内的提压过水轴及水路分流轴芯向上移动，水路分流轴芯的径向过水孔再次回到水路分流体的一、二道密封圈槽之间，与栓塞加压水路再次连通，完成二次水路转换；同时，水位控制组件上方承受地面钻机及钻杆的较大的拉力，而下方栓塞尚未处于膨胀静止状态，施加在承重弹簧超过限定值，承重弹簧被压缩，水位控制组件的内过水端子的中部径向排水孔伸出限位套筒顶部小孔，与钻孔连通，钻杆及栓塞内的水流瞬间从内过水端子中部径向排水孔排出，实现压缩排水功能；

步骤7，提升测试装置到下一测段，进行下一测段的测试工作。

Images