CN209115072U - 一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置。它包括下芯管套联结口、中芯管套联结口、上芯管套联结口以及设于芯管上的上芯管孔和下芯管孔；芯管套顶部设有压盖、底部设有栓塞接头，栓塞接头上端设置有与芯管套连通的第一连接口、下端设置有第二连接口；芯管上端向上伸出压盖，芯管下端向下伸出芯管套、且位于栓塞接头内；有密封件设置于芯管与芯管套之间；有上芯管套联结口、中芯管套联结口和下芯管套联结口至上而下依次设置于密封件上，芯管套上设有与钻孔连通的芯管套排水孔。本实用新型具有简化管路装置，胶囊止水可靠，胶囊快速完全卸压方便等优点。

Description

一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置

技术领域

本实用新型涉及钻孔压水试验技术领域，更具体地说它是一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置。更具体地说它是一种适用于地下水大埋深条件的钻孔压水试验止水栓塞快速卸压装置。更具体地说它是适用于水利水电地质钻探一般压水试验和深孔高压压水试验的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置。

背景技术

钻孔压水试验是一种在钻孔内进行的岩体原位渗透试验，主要任务是测定岩体的透水性，为评价岩体的渗透特性提供基本资料。

钻孔压水试验作为一种岩体原位测试技术，已经被广泛应用到工程地质勘察，主要工作原理是用栓塞将钻孔隔离出一定长度的试验段，并向该试验段压水，根据压力与流量的关系确定岩体渗透特性的一种原位渗透试验。栓塞是压水试验阻塞隔离试验段的主要设备，经过现场大量试验，水压式栓塞较其他类型栓塞可靠、灵活，但一直存在试验结束后排水卸压难题，特别是在地下水较深的钻孔中进行压水试验后，由于钻杆中的水头较高，而钻孔内没有相应高的地下水位平衡压力，在试验段内外形成较大的水头差，胶囊受钻杆内的高水头压力作用始终处于膨胀状态，很难卸压恢复原状，试验过程中极易造成胶囊卡孔事故，导致直接损失，甚至导致整孔报废。

发明内容

本实用新型的目的是为了提供一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，通过上下运动芯管，使芯管上芯管孔、下芯管孔与胶囊通道孔相互配合进行多通道转换，实现胶囊充水封隔试验段、试验压水和胶囊快速排水卸压，从而完成压水试验，有效地解决压水试验中胶囊很难卸压造成卡孔的难题；本实用新型简化管路装置(一套钻杆作为充塞和试验公用工作管)，胶囊止水可靠，胶囊快速完全卸压方便，单次下入设备可连续多试段依次压水，操作简单，劳动强度小，减少工序、节约上下钻时间、节约成本费用等优点，可解决胶囊快速排水卸压的难题，在深孔压水试验中可实现全孔不间断连续压水目的。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，包括芯管、设置于芯管下端的芯管堵头和套于芯管外周的芯管套，其特征在于：还包括下芯管套联结口、中芯管套联结口、上芯管套联结口以及设于芯管上的上芯管孔和下芯管孔；芯管套顶部设有压盖、底部设有栓塞接头，栓塞接头与芯管套相连通，栓塞接头呈中空结构，栓塞接头上端设置有与芯管套连通的第一连接口、下端设置有第二连接口；

芯管上端向上伸出压盖、且连接有变径接头，芯管下端向下伸出芯管套、且位于栓塞接头内；有密封件设置于芯管与芯管套之间；

芯管套上设有胶囊通道孔，有上芯管套联结口、中芯管套联结口和下芯管套联结口至上而下依次设置于密封件上，芯管套上设有与钻孔连通的芯管套排水孔，上芯管套联结口与芯管套排水孔相连通；

有胶囊进出水接头设置于芯管套的侧壁下端、且位于胶囊通道孔下方。

在上述技术方案中，下芯管套联结口、中芯管套联结口、上芯管套联结口内均设有减阻套，减阻套设置于芯管外壁上。

在上述技术方案中，有间隔套设置于密封件上，间隔套设置于上芯管套联结口与中芯管套联结口之间。

在上述技术方案中，上芯管套联结口、中芯管套联结口、下芯管套联结口和间隔套均环向设置于芯管的外周；有压盖通过压盖紧定螺钉固定连接于芯管套上端。

在上述技术方案中，下芯管孔和上芯管孔呈间隔布置，芯管下部设有芯管回位弹簧和芯管位置调节螺母；套于芯管上的芯管位置调节螺母位于芯管回位弹簧下方、且位于芯管堵头上端。

在上述技术方案中，下芯管孔与上芯管孔之间的距离小于上芯管套联结口与下芯管套联结口之间的距离。

在上述技术方案中，第一连接口套于芯管套的下端连接口外壁上，芯管外径小于芯管套下端连接口内径，第二连接口内设置有连通孔；胶囊通道孔包括排水孔和进出水孔，排水孔位于进出水孔上方，排水孔与中芯管套联结口相对应，进出水孔与下芯管套联结口相对应；排水孔、进出水孔与胶囊进出水接头通过管道连通。

在上述技术方案中，密封件为V型密封圈组。

在上述技术方案中，上芯管孔呈十字型；下芯管孔呈十字型。

本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型能有效的按要求随意的切换管路通道，可靠性强；本实用新型密封性强，可调节密封效果，采用本实用新型装置后胶塞封堵效果好、分隔效果好、胶囊很快自由恢复形态；现有技术试验采用充塞、压水通道独立，钢鞭胶管和钻杆操作不当常出现打绕卡孔现象，直接导致设备报废和出现钻孔报废事件，而采用本实用新型未出现此种状况；本实用新型多通道转换快速卸压装置，在进行压水试验时先通过下芯管孔与止水胶囊通道孔配合形成的进水通道向止水胶囊内充水，使其膨胀紧贴孔壁，封隔试验段后进行压水试验，压水试验结束后向上提芯管，通过上下芯管孔与芯管套连接口、芯管套外侧口配合形成的排水通道使止水胶囊快速排水卸压，有效地解决压水试验中胶囊很难卸压造成卡孔的难题；

(2)本实用新型芯管可在芯管套内上下活动，以实现充塞-试验-栓塞胶囊泄压，芯管套上设有上芯管套联结口，中芯管套联结口，下芯管套联结口及胶囊接口，能配合芯管实现通道切换，以完成从充胶囊通道-试段通道-排水泄压通道转换，其中上芯管套联结口外侧与钻孔接通，实现实验系统泄压；栓塞接头上连接芯管套、下连接试验胶塞、中空结构提供芯管轴上下行控制及提供试验注水通道；本实用新型通过上下运动芯管，使上下芯管孔与胶囊通道孔相互配合进行多通道转换，实现胶囊充水封隔试验段、试验压水和胶囊快速排水卸压，从而完成压水试验，本实用新型止水可靠，卸压方便，操作简单，可解决胶囊快速排水卸压的难题，特别是在深孔压水试验中可实现全孔连续分段压水；

(3)采用本实用新型多通道转换快速卸压装置于压水试验，时效高、劳动强度低，安全可靠，避免了卡塞事故的发生；采用现有技术上下充压胶管和钻杆两套管路设备做一段500米孔深的压水需要4小时；而采用本实用新型完成压水实验只需2小时，时效提高50％，而且安全可靠，未出现卡塞事故；

(4)本实用新型装置主要解决深钻孔，特别是千米级超深钻孔中地下水埋深大、内外水头高压差条件下的钻孔压水试验过程中止水胶囊快速排水卸压难题；

(5)本实用新型装置总成体积小，重量轻，上部连接钻杆，下部接双栓塞上试验接头，安装方便，其进排水通道固定于芯管套管壁内，加工制作简单，钻孔压水试验过程中只需通过上下运动芯管，使芯管进出水孔与胶囊进出水孔相互配合进行多通道转换，就可实现对胶囊快速充水与排水卸压，与其他类似装置相比操作更方便，也不存在机械磨损问题，且在一段压水试验结束后，通过装置底部的芯管回位弹簧可自行恢复至初始状态，便于继续下段试验；本实用新型根据需要通过(高压)软管可组接成双塞，实现一次成孔，全孔连续多段压水试验，特别适用于采用绳索钻探工艺钻进之后的钻孔多段连续快速压水试验，有利于提高现场勘探及试验工作效率，使其能有效实用到水利水电工程的常规压水试验及深孔的高压压水试验中去；

(6)本实用新型适用性强，适用于水利水电工程的常规压水，1000米深孔和高压压水，全孔连续分段压水，灌浆孔，水力劈裂试验、孔内旁压试验、和其它工程地质渗透试验等领域。

附图说明

图1为本实用新型压水试验全套安装图。

图2为本实用新型充塞状态示意图。

图3为图2中的间隔套处横切图。

图4为图2中胶囊通道孔和下芯管孔处横切图。

图5为实用新型实试验状态示意图。

图6为本实用新型卸压状态示意图。

图7为本实用新型工作结构示意图。

图8为本实用新型止水胶囊在孔内充水胀大状态示意图。

图中1-变径接头,2-芯管,3-压盖紧定螺钉,4-压盖，5-芯管套,5.1-芯管套排水孔，6-密封件,7-间隔套,8-胶囊通道孔,8.1-排水孔，8.2-进出水孔，9-胶囊进出水接头,10-栓塞接头,10.1-第一连接口，10.2-第二连接口，10.21-连通孔，11-芯管堵头,12-芯管位置调节螺母,13-芯管回位弹簧,14-下芯管孔,15-上芯管孔,16-下芯管套联结口,17-中芯管套联结口，18-上芯管套联结口,19-减阻套,20-多通道转换快速卸压装置,21-止水胶囊,21.1-第一充水孔,21.2-第二充水孔,22-压水试验段,23-水泵,24-水泵压力表,25-钻孔,26-钻杆,27-钻架,28-压力传感器,29-观测记录系统，30-高压软管，31-止水胶囊芯管,32-栓塞试验花管。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，包括芯管2、设置于芯管2下端的芯管堵头11和套于芯管2外周的芯管套5，还包括下芯管套联结口16、中芯管套联结口17、上芯管套联结口18以及设于芯管2上的上芯管孔15和下芯管孔14；芯管套5顶部设有压盖4、底部设有栓塞接头10，栓塞接头10与芯管套5相连通，栓塞接头10呈中空结构，栓塞接头10上端设置有与芯管套5连通的第一连接口10.1、下端设置有与试验段连通的第二连接口10.2；

芯管2上端向上伸出压盖4、且连接有变径接头1，芯管2下端向下伸出芯管套5、且位于栓塞接头10内；有密封件6设置于芯管2与芯管套5之间；

芯管套5上设有胶囊通道孔8，有上芯管套联结口18、中芯管套联结口17和下芯管套联结口16至上而下依次设置于密封件6上，芯管套5上设有与钻孔25连通的芯管套排水孔5.1，上芯管套联结口18与芯管套排水孔5.1相连通，实现试验结束后的卸压排水；

有胶囊进出水接头9设置于芯管套5的侧壁下端、且位于胶囊通道孔8下方。

下芯管套联结口16、中芯管套联结口17、上芯管套联结口18内均设有减阻套19，减阻套19设置于芯管2外壁上，减阻套用于减少芯管2与芯管套5及密封组件6之间相对滑动阻力，达到很好的密封效果，延长使用寿命。

有间隔套7设置于密封件6上，间隔套7设置于上芯管套联结口18与中芯管套联结口17之间，间隔套用以提供芯管套腔内密封件与芯管套联结口之间的距离调节。

上芯管套联结口18、中芯管套联结口17、下芯管套联结口16和间隔套7均环向设置于芯管2的外周、并依次上下排列(如图2、图3、图4、图5、图6所示)，相互分隔呼应，以达到使上芯管孔与上芯管套联结口按需要联通与有效分隔的目的；有压盖4通过压盖紧定螺钉3固定连接于芯管套5上端。

下芯管孔14和上芯管孔15呈间隔布置，芯管2下部设有芯管回位弹簧13和芯管位置调节螺母12；套于芯管2上的芯管位置调节螺母12位于芯管回位弹簧13下方、且位于芯管堵头11上端，用以调节多通道转换快速卸压装置下部配重，以达到多通道转换快速卸压装置芯管在不同载荷条件下，能处于正确的位置状态，提高工作状态的可靠性。

下芯管孔14与上芯管孔15之间的距离小于上芯管套联结口18与下芯管套联结口16之间的距离，根据上芯管套联结口18、上芯管孔15与下芯管套联结口16与下芯管孔14相互隔离与联通需要而设计，以达到确保有效隔离区间，防止互串泄压目的。

第一连接口10.1套于芯管套5的下端连接口外壁上，芯管2外径小于芯管套5下端连接口内径，第二连接口10.2内设置有连通孔10.21，主要为本实用新型多通道转换快速卸压装置的芯管轴提供下部工作室和下部胶囊试段联通需要，以实现钻杆、通过芯管轴孔内经接头、与试段联通，达到为试段供水目的；胶囊通道孔8包括排水孔8.1和进出水孔8.2，排水孔8.1位于进出水孔8.2上方，排水孔8.1与中芯管套联结口17相对应，进出水孔8.2与下芯管套联结口16相对应；排水孔8.1、进出水孔8.2与胶囊进出水接头9通过管道连通，排水孔8.1主要提供高压排水通道，进出水孔8.2可提供胶囊充水又可提供胶囊初排水，目的在于为试验胶囊通道既提供进水，又能有效完全排水。

密封件6为V型密封圈组，密封圈组件为配合芯管轴2、芯管套5、间隔套7、减阻套19等相关组件的有效配合，达到芯管轴在芯管套上下既能有效滑动又能在高压力下有效密封的目的。

上芯管孔15呈十字型；下芯管孔14呈十字型，上芯管孔15和下芯管孔14孔径的大小和排列主要是根据装置的外径和芯管的大小来确定，上芯管孔15和下芯管孔14一般呈十字型，也可呈品字型或多孔排列型。

本实用新型芯管材质为高强度不锈钢，其抗拉、光洁度、加工配合精度符合实际需求；本实用新型芯管加工精度高、调压弹簧与下部配重适应性较好。

有第一充水孔21.1设于止水胶囊21上部，有第二充水孔21.2设于止水胶囊21下部；高压软管30一端连接于胶囊通道孔8上、另一端连接于第一充水孔21.1上，第二充水孔21.2可用于连接另一止水胶囊21上的充水孔；

有止水胶囊芯管31连接于栓塞接头10下端、且与所述栓塞接头10相连通，止水胶囊芯管31下端穿过止水胶囊21、且与栓塞试验花管32相连通；栓塞试验花管32下端可用于连接另一个止水胶囊21(如图1、图7、图8所示)。

本实用新型所述的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置的卸压方法，包括如下步骤：

步骤一：将多通道转换快速卸压装置20安装于止水胶囊21上，钻杆26连接于变径接头1上，止水胶囊21和胶囊通道孔8之间通过高压软管30连接；

将钻架27、压力传感器28、观测记录系统29、水泵23、压力表24、多通道转换快速卸压装置20和止水胶囊21按压水试验全套安装图完成连接就绪(如图1、图7所示)，这时多通道转换快速卸压装置的芯管2处于初始状态(如图2、图3、图4所示)，管路通道中的下芯管孔14对准下芯管套联结口16并与胶囊通道孔的进出水孔8.2和胶囊进出水接头9及止水胶囊21形成通道，止水胶囊21为充水预备状态，开动水泵23向管路送水加压，止水胶囊21逐步充胀，水泵压力表24读数达10～15MPa稳定后，止水胶囊21充水完成(如图8所示)；

步骤二：止水胶囊21充胀结束，两个止水胶囊21紧贴钻孔25的孔壁，压水试验段22通过充胀且紧贴钻孔25孔壁的两个止水胶囊21与上下孔段隔离，这时水泵压力表24读数仍保持稳定，操作钻机把钻杆26下移约8cm至图5状态，多通道转换快速卸压装置中的芯管2下行，下芯管孔14与下芯管套联结口16隔离、且与栓塞接头10接通，即关闭止水胶囊栓塞进水通道，打开压水试验段22接口，接通压水试验段22；刚接通压水试验段22时水泵压力表24读数会出现短时段下降，随后即上升，同时调整水泵压力读数至试验所需压力且保持稳定，压水试验段22封堵完成；经试压确认，转入压水试验阶段；

步骤三：压水试验结束后，停止水泵23供水加压，打开地面排水阀，使钻杆26内的注水通过排水阀与大气相通泄压，待钻杆26内水压稳定后，上提钻杆26约8cm至图2状态，这时多通道转换快速卸压装置20中的芯管2上行至管路通道中的下芯管孔14对准下芯管套联结口16，这时压水试验段22接口关闭、接通下芯管套联结口16，胶囊内高压水泄压，处于相对松弛恢复状态；

步骤四：当钻孔25深在100米以内、地下水位较高时，水头压力不高，胶囊内压与孔内压力基本相等，胶囊可快速自行恢复，即可操作钻机上提或下放钻杆，孔内设施按需要转入下一试验段，按上述操作继续孔内另一选定试验下段试验，这时孔内多通道转换快速卸压装置处于图2状态，试验从步骤一中开动水泵23向胶囊冲水加压开始即可；

当钻孔25深在100米以上乃至1000米，钻孔25内水位很低，钻杆内水柱压力使胶囊仍然充胀，胶囊仍紧贴钻孔25的孔壁，胶囊难以收缩或恢复不理想而导致提动胶囊遇阻，这时采用本实用新型多通道转换快速卸压装置20实施卸压排水操作，继续上提钻杆26约8cm，使芯管2压迫栓塞接头10内的芯管回位弹簧13上行，这时上芯管孔15和中芯管套联结口17、与止水胶囊21、钻杆26与钻孔25形成通道(如图6所示)，工作管内水头通过上芯管套联结口18外侧联通口联通钻孔25快速卸压，同时压水试验段22随通道排到钻孔25内，止水胶囊21快速卸压回缩，止水胶囊21与钻孔25孔壁形成空隙而松弛；止水胶囊21处于自由活动状态，在芯管回位弹簧13作用下多通道转换快速卸压装置20自行恢复至初始状态，如图2所示；

步骤五：重复上述操作，直至完成钻孔25其它段压水试验，必要时可重复试验对比，也可与常规顶压式压水试验数值对比。

为了能够更加清楚的说明本实用新型所述的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置与现有的采用水压式栓塞的压水试验阻塞卸压装置相比所具有的优点，工作人员将这两种技术方案进行了对比，将两种技术方案应用于西南某水电站钻孔试验中，其对比结果如下表所示：

对比结果表

由上表可知，本实用新型所述的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置与现有的采用水压式栓塞的压水试验阻塞卸压装置相比，完成一段钻孔(钻孔深在100米至1000米，钻孔内水位很低)所需时间较少、所需人工较少、所需费用较少，钻孔效率较高，在深孔压水试验中能实现全孔连续压水实验、压水试验中胶囊栓塞不会造成卡孔的问题。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (9)

1.一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，包括芯管(2)、设置于芯管(2)下端的芯管堵头(11)和套于芯管(2)外周的芯管套(5)，其特征在于：还包括下芯管套联结口(16)、中芯管套联结口(17)、上芯管套联结口(18)以及设于芯管(2)上的上芯管孔(15)和下芯管孔(14)；芯管套(5)顶部设有压盖(4)、底部设有栓塞接头(10)，栓塞接头(10)与芯管套(5)相连通，栓塞接头(10)呈中空结构，栓塞接头(10)上端设置有与芯管套(5)连通的第一连接口(10.1)、下端设置有第二连接口(10.2)；

芯管(2)上端向上伸出压盖(4)、且连接有变径接头(1)，芯管(2)下端向下伸出芯管套(5)、且位于栓塞接头(10)内；有密封件(6)设置于芯管(2)与芯管套(5)之间；

芯管套(5)上设有胶囊通道孔(8)，有上芯管套联结口(18)、中芯管套联结口(17)和下芯管套联结口(16)至上而下依次设置于密封件(6)上，芯管套(5)上设有与钻孔(25)连通的芯管套排水孔(5.1)，上芯管套联结口(18)与芯管套排水孔(5.1)相连通；

有胶囊进出水接头(9)设置于芯管套(5)的侧壁下端、且位于胶囊通道孔(8)下方。

2.根据权利要求1所述的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，其特征在于：所述下芯管套联结口(16)、中芯管套联结口(17)、上芯管套联结口(18)内均设有减阻套(19)，所述减阻套(19)设置于芯管(2)外壁上。

3.根据权利要求1或2所述的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，其特征在于：有间隔套(7)设置于密封件(6)上，所述间隔套(7)设置于上芯管套联结口(18)与中芯管套联结口(17)之间。

4.根据权利要求3所述的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，其特征在于：所述上芯管套联结口(18)、中芯管套联结口(17)、下芯管套联结口(16)和间隔套(7)均环向设置于芯管(2)的外周；有压盖(4)通过压盖紧定螺钉(3)固定连接于芯管套(5)上端。

5.根据权利要求4所述的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，其特征在于：所述下芯管孔(14)和上芯管孔(15)呈间隔布置，芯管(2)下部设有芯管回位弹簧(13)和芯管位置调节螺母(12)；套于所述芯管(2)上的芯管位置调节螺母(12)位于芯管回位弹簧(13)下方、且位于芯管堵头(11)上端。

6.根据权利要求5所述的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，其特征在于：所述下芯管孔(14)与上芯管孔(15)之间的距离小于上芯管套联结口(18)与下芯管套联结口(16)之间的距离。

7.根据权利要求6所述的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，其特征在于：所述第一连接口(10.1)套于芯管套(5)的下端连接口外壁上，芯管(2)外径小于芯管套(5)下端连接口内径；所述第二连接口(10.2)内设置有连通孔(10.21)；所述胶囊通道孔(8)包括排水孔(8.1)和进出水孔(8.2)，排水孔(8.1)位于进出水孔(8.2)上方，排水孔(8.1)与中芯管套联结口(17)相对应，进出水孔(8.2)与下芯管套联结口(16)相对应；排水孔(8.1)、进出水孔(8.2)与胶囊进出水接头(9)通过管道连通。

8.根据权利要求7所述的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，其特征在于：所述密封件(6)为密封圈组。

9.根据权利要求8所述的一种钻孔压水试验多通道转换快速卸压装置，其特征在于：所述上芯管孔(15)呈十字型；所述下芯管孔(14)呈十字型。