CN205100933U - 一种水文地质勘探用止压力水塞子 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水文地质勘探用止压力水塞子，其包括中心管、设置于中心管外侧两端的托盘，所述两个托盘之间设置有膨胀橡胶圈。本实用新型塞入水文地质勘探前期形成的注浆的通道后，可用于层压力水流动排泄的通道；不依靠外源性力量，就能长期发挥止水性能；通过采用膨胀橡胶作为密封材料后，膨胀橡胶遇水膨胀形成紧贴于密封槽的密封圈，即可达到止水效果。

Description

一种水文地质勘探用止压力水塞子

技术领域

本实用新型涉及一种水文地质勘探用止压力水塞子。

背景技术

在水文地质勘探活动中，为了消除地表水对地下水的影响或者出现多层地下水时为了消除各层地下水之间的影响时，成孔后需要按技术要求对指定位置进行止水隔水工作。

在止水隔水工作中，常用的止水隔水材料分为如下几类：

1.分散类：主要是指黏土、水泥浆等呈细小分散颗粒状材料。

该类材料适用于在静止水中进行止水工作，使用工艺一般有两种：一是套管安装完成后从套管与孔壁之间的环状间隙投放黏土球或水泥球，依靠自重到达预定深度后经与地下水结合膨胀或水化固结，发挥隔水止水效果；二是采用压注的方式对裸孔或套管底部采用一定压力值压入水泥浆液，待水化固结后发挥隔水止水、固定套管等作用。使用分散类材料的缺点是若孔内存在强烈的地下水活动时，该类细分散颗粒材料容易被冲散稀释，降低结合膨胀或水化固结性能，甚至不能水化固结，严重影响隔水止水效果。

2.生物材料类：主要是指黄豆、海带等一些遇水容易膨胀的材料。

该类止水材料充分利用了生物制品具有遇水后体积增大的特性；对隔离上层地表水对孔内地下水的影响和深层多层地下水之间的相互影响均可使用，该类产品的优点是一定程度上解决了止水材料容易被孔内水流冲散的问题，但该类产品的缺点是容易被地下水腐蚀，在长期动态观测时止水效果不可靠。

3.工具类：如引用钻孔注浆的水压式注浆塞、卡瓦式注浆塞、扭力压盘等。

该类止水工具具有止水效果好、可重复使用、止水位置埋深大、止水压力大、不受孔内水流影响等优点。但该类工具具有一个共同点就是需要依靠外源性的力量支撑才能发挥止水效果，如水压式注浆塞需要在井口配合使用手压泵才能将塞子撑开发挥隔水止水作用，在进行长期永久观测时，保持水压力的管路及各处连接位置难免泄漏压力而导致止水失效；若采用卡瓦式注浆塞进行长期永久观测，随着时间的推移，保持巨大拉力的管件会发生应力变形而导致止水失效。

在水文地质工程地质勘探中，钻孔揭露的地下水不止一层，并有强烈的涌水现象（例如涌水压力近2.5MPa，96mm孔径涌水量约80m3/h），且隔水层埋深大（超过500m），但又需要长期分层观测时，以上止水材料或工艺不能满足技术需要，因此需要研发一种能够在以上复杂条件叠加的孔内环境中依然能够充分止水隔水的工具，用以隔离多层地下水并各自观测各层地下水水位及其变化情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、可在强烈涌水的钻孔中安装、不受钻孔涌水影响、实现可靠止水、能够实现多层地下水分层观测的水文地质勘探用止压力水塞子。

为了实现上述技术目的，本实用新型工具所采用的技术方案如下：

一种水文地质勘探用止压力水塞子，其包括中心管、设置于中心管外壁两端的托盘，两个所述托盘之间设置有膨胀橡胶圈。

进一步的，本实用新型所述托盘的外端设置有卡箍，所述卡箍连接另一个中心管或观察管或配重管。

进一步的，本实用新型所述卡箍与中心管和/或观察管为螺纹连接。

进一步的，本实用新型所述中心管外侧还设置有垫片，所述膨胀橡胶圈设置于垫片与托盘之间。

进一步的，本实用新型所述中心管外侧设置有至少一个垫片。

进一步的，本实用新型所述托盘和垫片的外径大于膨胀橡胶圈的外径。

进一步的，本实用新型所述托盘为锥状托盘。

进一步的，本实用新型所述托盘和/或垫片固定设置于所述中心管外侧。

通过上述技术方案，本实用新型的技术效果如下：

本实用新型的水文地质勘探用止压力水塞子塞入水文地质勘探前期形成的注浆的通道后，可用于层压力水流动排泄的通道。不依靠外源性力量，就能长期发挥止水性能；通过采用膨胀橡胶作为密封材料后，膨胀橡胶遇水膨胀形成紧贴于密封槽的密封圈，即可达到止水效果。并且止水性能可靠，止水率达到99%以上，采用工业制品的橡胶代替生物制品，长期停留于孔内环境中不受地下水腐蚀；膨胀后均匀、与孔壁、铁管等物体的接触面紧密无缝隙。

本实用新型中心管作为泄压通道，当加大中心管内径时，可以减小涌水对止压力水塞子下入过程中的阻力；中心管泄压时，内径越大，涌水压力作用于塞子端面积越小，塞子下入过程中受涌水阻力越小；本实用新型止压力水塞子的外径与成孔内径相同时，可以避免止压力水塞子与孔壁发生卡阻现象。

本实用新型外侧设置有膨胀橡胶圏用于密封，为了防止膨胀橡胶圈的上下滑动，每组塞子上的橡胶圈穿插隔挡用垫片，不仅可防止膨胀橡胶圈的纵向滑动，还可防止井壁对塞子造成的破坏刻划、形成密封圈槽增强塞子的密封性能。

本实用新型的卡箍用于连接作用，当最上端的止压力水塞子的卡箍连接观察管时，可方便的用于水位观测；当所用地层多于1层时，可以用位于止压力水塞子下端的卡箍连接另一个止压力水塞子的中心管，实现多组止压力水塞子重叠安装或者下部连接配重管。根据各个隔水层埋深重复安装本止压力水塞子。

本实用新型的止压力水塞子设置有托盘，当托盘为锥形托盘时，可以防治止压力水塞子下入是与孔内可能存在的飞管头和变径台阶发生阻卡。

当需要观测的地下层数多于两层时，最上层和最下层之间层位的水位通过压力传感器和电缆与地面相连接，最上层和最下层之间层位的水位通过安装于该层地下水中的压力传感器所测压力值，即可换算成该层地下水位标高，可实现多层地下水的水位观测。本实用新型的止压力水塞子，可在钻孔中达到对多层地下水的分开观测；从观测管中能观测下层地下水的稳定水位，若稳定水位高出井口还可测得涌水流量；从观测管外能够观测上层地下水的稳定水位；从压力传感器可观测最上层和最下层之间层位地下水的稳定水位。

本实用新型止压力水塞子安装埋深大，在止压力水塞子上下端压力差小于3.0MPa时，可用于任意孔深位置安装。

附图说明

图1为实施例1止压力水塞子的结构剖视图；

图2为实施例2止压力水塞子的结构剖视图；

图2a为实施例2止压力水塞子的A向剖视图；

图2b为实施例2止压力水塞子的B向剖视图；

图2c为实施例2止压力水塞子的C向剖视图；

图2d为实施例2止压力水塞子的D向剖视图；

图2e为实施例2止压力水塞子的E向剖视图；

图2f为实施例2止压力水塞子的F向剖视图；

在附图中，1—接箍、2—中心管、3—托盘、4—膨胀橡胶圈、5—垫片、6—观测管；7—压力传感器、8—电缆、9—绑扎胶带、10—配重管。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实用新型止压力水塞子包括接箍1、中心管2、托盘3、膨胀橡胶圈4、垫片5和观测管6。根据本次所需要隔水止水的钻孔孔径96mm，涌水压力2.5MPa，20mm试验管涌水流量20m3/h，地下水层数为两层，止压力水塞子安装深度为530-540m之间。为了降低涌水对塞子下入时的阻力，本次分层观测止压力水塞子采用2寸管作为中心管2及观测管6。

中心管2与观测管6相互的连接均采用相应直径的接箍1连接。

根据本次止水钻孔特征，采用外径91mm托盘3和垫片5与外径89、mm膨胀橡胶密封圈4结合。为了增加膨胀橡胶水化膨胀效果和便于安装、制造，膨胀橡胶制作成单个高度2cm、符合内外径要求的胶圈设计；为运输、保存、制造、安装提供最大便利。

安装中心管2及观测管6是作为将塞子安装到井下预定埋深的刚性支撑部分，是作为丈量塞子安装深度的实体依据；是隔离上下两层地下水并形成观测下层地下水的通道。为了保证密封性及加工制造因此相互之间的连接采用螺纹连接。

本实用新型止压力水塞子的上下托盘3设计成锥状结构，可防止塞子在下入孔内时与变径位置、飞管上头存在的台阶发生阻卡；止压力水塞子的上下托盘3及垫片5的外径稍大于膨胀橡胶圈4的外径，可防止塞子在下入孔内过程中橡胶圈4与孔壁发生刮蹭导致擦出沟痕或者塞子上的橡胶圈4撸脱。

本实用新型止压力水塞子的托盘3、垫片5与膨胀橡胶圈4宜采用直接穿到中心管2上的方式安装，其目的也是为了便于加工制造及保存运输。

本实用新型止压力水塞子单组长度为1m，为了保障止水性能、提高可靠止水的安全系数，根据本次分层止水需要增加塞子的组数至4组，同样是通过螺纹连接；与其他形式的液压或机械式设备不能叠加使用相比具有更加优越的可靠性。

本实用新型止压力水塞子在安装时，为了防止膨胀橡胶圈4、上下托盘3和垫片5与心管之间发生相互滑动；须将上下托盘3、垫片5与心管2之间采用焊接方式固定。

实施例2

如图2及2a~2f所示，本实施例包括多组重复设置的水文地质勘探用止压力水塞子，每个水文地质勘探用止压力水塞子包括中心管2、设置于中心管2外侧两端的托盘3；所述托盘3为锥状托盘。所述托盘3的外端设置有卡箍1，所述卡箍1与中心管2和/或观察管6为螺纹连接。最下端的卡箍1连接配重管10；配重管10为选用，用于涌水流量和压力过大时。所述中心管2外侧均匀设置有两个垫片5；所述托盘3与垫片5以及两个垫片5之间设置有膨胀橡胶圈4。所述托盘3和垫片5的外径大于膨胀橡胶圈4的外径；所述托盘3和/或垫片5固定设置于所述中心管2外侧。两个水文地质勘探用止压力水塞子之间的观察管6外侧通过绑扎胶带9固定有压力传感器7，并通过电缆8与地面设备相连，最上层和最下层之间层位的水位通过安装于该层地下水中的压力传感器所测压力值，即可换算成该层地下水位标高，可实现多层地下水的水位观测。

本实用新型的使用过程如下：

1.将按照设计图组装完成的止压力水塞子运送至需要安装的钻孔位置，运送时注意防潮、注意弯曲变形，同时根据技术资料准备好需要安装到井下的观测管6及接箍1、工具等。

2.从止压力水塞子开始接触水开始计时，及时下入止压力水塞子至预定钻孔埋深位置，止压力水塞子上部以观测管6连接至孔口外面。

3.本塞子上面的密封膨胀橡胶4从接触水至固定结束的时间长不能超过橡胶发挥膨胀效果的最短时间，根据实验实测为24小时。

4.本止压力水塞子安装至预定深度后应当予以固定，不得使其相对于钻孔发生纵向的活动或转动，避免膨胀橡胶4与孔壁生成的密封接触面破坏。

5.待止压力水上的膨胀橡胶4完全膨胀以后，即可从观测管6的内外两处进行上下层水位的观测工作，既是用于检验本次止压力水塞子的止水效果，同时也是为水文地质提供上下各层地下水的稳定水位参数，了解地下水的长期动态变化。

本实用新型止压力水塞子能在压力超过2.5MPa、涌水流量80m³/h以上的孔径96mm钻孔中依靠自重下入孔内预定深度；采用了较大内径设计和选择性加配加重体设计，可抵消钻孔涌水对塞子下入过程中的阻力，保证该分层止压力水塞子能顺利下入到预定位置。

本实用新型止压力水塞子的密封材料具有一定的初始形状及强度：能够克服强烈涌水对止水材料的冲散作用，达到在该类钻孔中充分止水的目标。

Claims (8)

1.一种水文地质勘探用止压力水塞子，其特征在于其包括中心管（2）、设置于中心管（2）外壁两端的托盘（3），两个所述托盘(3)之间设置有膨胀橡胶圈（4）。

2.根据权利要求1所述的一种水文地质勘探用止压力水塞子，其特征在于所述托盘（3）的外端设置有卡箍（1），所述卡箍连接另一个中心管或观察管（6）或配重管（10）。

3.根据权利要求2所述的水文地质勘探用止压力水塞子，其特征在于所述卡箍（1）与中心管（2）和/或观察管（6）为螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的水文地质勘探用止压力水塞子，其特征在于所述中心管（2）外侧还设置有垫片（5），所述膨胀橡胶圈（4）设置于垫片（5）与托盘（3）之间。

5.根据权利要求4所述的水文地质勘探用止压力水塞子，其特征在于所述中心管（2）外侧设置有至少一个垫片（5）。

6.根据权利要求4所述水文地质勘探用止压力水塞子，其特征在于所述托盘（3）和垫片（5）的外径大于膨胀橡胶圈（4）的外径。

7.根据权利要求1所述的水文地质勘探用止压力水塞子，其特征在于所述托盘（3）为锥状托盘（3）。

8.根据权利要求2~7任一项所述的水文地质勘探用止压力水塞子，其特征在于所述托盘（3）和/或垫片（5）固定设置于所述中心管（2）外侧。