CN215213477U - 一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于钻孔分层水文地质试验领域，具体涉及一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，该装置包括测温光纤、上引线器、上栓塞、下引线器、连接杆和测温主机；其中，上引线器、上栓塞、下引线器、连接杆依次连接；测温光纤一端穿过上引线器、上栓塞、下引线器后，缠绕于连接杆外部；测温光纤另一端和测温主机连接。本实用新型将分布式光纤测温系统集成到既有的双栓塞水文地质试验设备中，通过一次操作既完成了试验段的分层试验获得了其渗透系数，且可以对试验段内主要的导水裂隙进行定位。根据裂隙定位的结果，可以制定更为精确的后续试验方案，避免反复调整试验段长度增加额外的工作量和现场工作风险。

Description

一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置

技术领域

本实用新型属于钻孔分层水文地质试验领域，具体涉及一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置。

背景技术

裂隙岩体非均质性强，不同性质的裂隙导水能力呈现明显的差异，获得不同性质裂隙的导水特征，可进一步分析赋水空间展布，进而指导地下工程设计和施工。低渗透性裂隙岩体的渗透参数一般利用双栓塞水文地质试验设备通过分层试验的方法获得，传统的双栓塞水文地质试验设备试验段长度一般设在几米到几十米之间，其中可能包含多组不同性质的裂隙，因此无法判断其中某组裂隙是否导水；若将试验段长度缩短至仅包含一组或一条裂隙，试验段数量和现场工作量将大大增加；传统的双栓塞水文地质试验设备测量的是孔内每一部分的平均压力值，当试验段与其上下部分存在水力联系时，仅通过压力变化无法快速判断产生水力联系的位置。

因此需要提供一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，以解决现有技术存在的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，将分布式光纤测温系统集成到既有的双栓塞水文地质试验设备中，通过一次操作既完成了试验段的分层试验获得了其渗透系数，且可以对试验段内主要的导水裂隙进行定位。根据裂隙定位的结果，可以制定更为精确的后续试验方案，避免反复调整试验段长度增加额外的工作量和现场工作风险。

实现本实用新型目的的技术方案：

一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，该装置包括测温光纤、上引线器、上栓塞、下引线器、连接杆和测温主机；

其中，上引线器、上栓塞、下引线器、连接杆依次连接；测温光纤一端穿过上引线器、上栓塞、下引线器后，缠绕于连接杆外部；测温光纤另一端和测温主机连接。

所述的上引线器上设有引线孔，测温光纤一端穿过上引线器的引线孔。

所述的下引线器上设有引线孔，测温光纤一端穿过下引线器的引线孔。

所述的测温光纤以与连接杆相同的半径缠绕于连接杆外部。

所述的上引线器、上栓塞、下引线器、连接杆依次通过螺纹连接。

所述的下栓塞和连接杆、井下滤管、下引线器、上栓塞、上引线器连接，尼龙管一端与上栓塞连接；另一根尼龙管穿过密封螺帽，依次穿过上引线器、上栓塞、下引线器、密封螺帽，抽拉至与下栓塞连接；试验段下部测压尼龙管上端与压力传感器连接，依次穿过上引线器、上栓塞、下引线器密封螺帽后，穿过下栓塞并固定。

所述的试验段测压尼龙管上端与压力传感器连接后，依次穿过密封螺帽，依次穿过上引线器、上栓塞、下引线器、密封螺帽；密封螺帽通过螺纹与密封对丝连接固定，实现穿过上下栓塞的密封；尼龙管、试验段下部测压尼龙管均与连接杆连接固定。

本实用新型的有益技术效果在于：

(1)本实用新型将传统的双栓塞水文地质试验设备与测温光纤结合使用，实现了进行分层水文地质试验的同时对钻孔进行高密度测温；

(2)本实用新型通过将测温光纤均匀缠绕于连接杆外侧的方式，提高了测温光纤的定位精度；

(3)本实用新型通过一次试验实现了对试验段不同类别裂隙导水性强弱的判别，方便制定后续针对性的试验方案，极大的提高了试验效率；且实现了当试验段与其上下段产生水力联系时快速判别产生水力联系的位置。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置结构示意图；

图2为本实用新型所提供的一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置使用装配图；

图3为本实用新型所提供的一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置中上引线器局部放大示意图；

图中：1-测温光纤；2-钻杆；3-钻孔；4-上引线器；5-上栓塞；6-下引线器；7-连接杆；8-下栓塞；9-井下潜水泵；10-压力传感器；11-两根尼龙管；12-试验段测压尼龙管；13-试验段下部测压尼龙管；14-井下滤管；15-压力数据线；16-进水排水管；17-高压氮气控制器；18-压力数据采集器；19-测温主机；20-电脑；21-多级流量计；22-地面潜水泵；23-蓄水池；24-八个密封螺帽；25-两个密封垫；26-密封对丝。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型进行进一步描述：

如图1、图2和图3所示，本实用新型提供的一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，该装置包括测温光纤1、上引线器4、上栓塞5、下引线器6、连接杆7和测温主机19；

其中，上引线器4、上栓塞5、下引线器6、连接杆7通过螺纹连接；所述的测温光纤1一端穿过上引线器4的引线孔、上栓塞5内、下引线器6引线孔后，以与连接杆7相同的半径，密集缠绕于连接杆7外部；所述的测温光纤1另一端插入测温主机19相应端口实现连接。

一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置的定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、将测温组件、压力监测组件与双栓塞水文地质试验设备连接

步骤(1.1)按照双栓塞水文地质试验设备的连接方法，在地面将下栓塞8和连接杆7、井下滤管14、下引线器6、上栓塞5、上引线器4连接，将尼龙管11一端与上栓塞5连接；将另一根尼龙管11穿过密封螺帽24，依次穿过上引线器4、上栓塞5、下引线器6、密封螺帽24，抽拉至适当长度与下栓塞8连接；将试验段下部测压尼龙管13上端与压力传感器10连接，依次穿过上引线器4、上栓塞5、下引线器6密封螺帽24后，穿过下栓塞8并固定；将试验段测压管12上端与压力传感器10连接后，依次穿过密封螺帽24，依次穿过上引线器4、上栓塞5、下引线器6、密封螺帽24；将上述密封螺帽24通过螺纹与密封对丝26连接固定，实现穿过上下栓塞的密封；将尼龙管11、试验段下部测压管13均与连接杆7捆扎固定。

在试验段长度不变的情况下，此步骤仅需操作一次；

步骤(1.2)将测温光纤1的一端依次套入密封螺帽24、密封垫25后，穿过上引线器4的引线孔，并依次穿过上栓塞5、下引线器6，依次套入密封垫25、密封螺帽24，测温光纤1穿过上述器件，暂不将密封螺帽24与密封对丝26连接；

步骤(1.3)将测温光纤1下端自由端按照等间距等角度的方式，在其允许最大弯曲角度范围内，沿同一方向缠绕于连接杆7及附着于连接杆7上的尼龙管11、试验段下部测压管13外侧，测温光纤1底端尽可能靠近下栓塞8顶端，缠绕的测温光纤1上端尽可能靠近下引线器6底端；

步骤(1.4)量取并计算下引线器6和下栓塞8之间缠绕的测温光纤1长度；

步骤(1.5)将测温光纤1上的密封垫25尖端塞入密封对丝26内，利用螺纹将密封螺帽24与密封对丝26连接，在连接过程中，密封垫25逐渐挤入密封对丝内，实现了对测温光纤1的引线和密封；

步骤(1.6)将压力传感器10与压力数据线15连接后，利用钻杆2将压力传感器10以下的设备安装至预定深度，在安装过程中保证压力数据线15、测温光纤1、尼龙管11互不交叉，并固定于钻杆2外侧，防止安装过程中产生挤压，造成其损坏；安装过程中可根据需要安装井下潜水泵9；

步骤(1.7)井下设备安装至钻孔3底部后，将进水排水管16与钻杆2顶端连接，并在进水排水管16中间连接多级流量计21后，将进水排水管16末端与地面潜水泵22连接，并放置于蓄水池23中；

步骤(1.8)将尼龙管11与高压氮气控制器17连接，将测温光纤1末端与测温主机19连接，将压力数据线15与压力数据采集器18连接；

步骤(1.9)将压力数据采集器18、测温主机19与同一台电脑20连接。

步骤2、封隔试验段并测量试验段初始压力和温度值

步骤(2.1)利用高压氮气控制器17通过尼龙管11对上栓塞5、下栓塞8加压使其膨胀，实现对试验段的封隔；

步骤(2.2)利用电脑20内预装软件，控制压力数据采集器18、测温主机19开始采集数据，直至观测值不同测点温度均保持稳定，以次作为钻孔不同深度温度的本底值。

步骤3、利用装置进行分层水文地质试验并分析导水裂隙位置

步骤(3.1)启动井下潜水泵9，开始分层抽水试验后，试验段内地下水通过井下滤管14进入连接杆7内，并依次向上通过下引线器6、上栓塞5、上引线器4进入钻杆2中，并通过进水排水管16排出钻孔，并最终通过多级流量计21排入蓄水池23中；

步骤(3.2)启动井下潜水泵9的同时，试验段的含水层向试验段补充地下水，试验段内压力变化可通过压力传感器10测量，并通过压力数据线15传输至压力数据采集器18中；抽水过程流量可通过多级流量计21测量并记录；

步骤(3.3)将压力和流量数据导入电脑20中，选择合适的数据解译方法，即可获得试验段渗透性参数；

步骤(3.4)抽水试验过程中，试验段不同位置的水温通过测温光纤1测量，并最终传输至测温主机19；

步骤(3.5)通过电脑20将数据导出，通过将试验段内缠绕后的测温光纤换算为垂直距离，即可获得试验段内不同位置的温度变化幅度和速率，变化幅度最大或变化速率最快的位置，即为主要导水裂隙的位置；

步骤(3.6)当压力传感器10测得上栓塞5上部压力出现变化时，可能出现试验段与其上部存在水力联系的情况，此时观察上栓塞5上部至钻孔3孔口之间的测温光纤1测得温度出现变化的位置，即可初步实现对产生水力联系位置的判定；

步骤(3.7)停止井下井下潜水泵9，试验段内压力开始恢复，此时测温光纤1可测量每个测点水温的恢复速度，水温恢复速度越快的位置，即为主要导水裂隙的位置；

步骤(3.8)若要进行分层注水/压水试验，则在步骤三开始后，启动地面潜水泵22，此时即可开始进行分层注水试验或分层压水试验，通过注入试验段的水量可通过多级流量计21记录，试验段的压力变化可通过压力传感器10测量并传输至压力数据采集器18保存，将流量和压力数据导入电脑20，选用合适的数据分析方法即可获得试验段渗透系数；与步骤(3.5)、步骤(3.6)、步骤(3.7)相同，即可判断试验段主要导水裂隙的位置及与试验段产生水力联系的位置；

步骤4、停止数据采集并准备下一段试验

步骤(4.1)调节高压氮气控制器17阀门，使上栓塞5、下栓塞8同步排出高压气体后恢复原状；

步骤(4.2)通过测温主机19停止测温光纤1的数据采集，通过压力数据采集器18停止压力传感器10的数据采集；

步骤(4.3)断开进水排水管16与钻杆2的连接；

步骤(4.4)向上提取一定数量的钻杆2至下一个试验段；重复步骤二、步骤三即可；

步骤5、取出钻孔内所有设备并将测温装置、测压装置与双栓塞水文地质试验设备拆分

步骤(5.1)将孔内钻杆2、井下潜水泵9依次取出；

步骤(5.2)断开压力数据线15与压力传感器10的连接；

步骤(5.3)将缠绕于连接杆7外侧的测温光纤1展开，并松开密封螺帽24与密封对丝26的连接，将测温光纤依次抽出下引线器6、上栓塞5、上引线器4；

步骤(5.4)松开尼龙管11与上栓塞5、下栓塞8的连接，将试验段测压尼龙管12与下栓塞8底部的连接断开，将尼龙管11与试验段测压尼龙管12依次抽出下引线器6、上栓塞5、上引线器4；

步骤(5.5)断开连接杆7与下引线器6、下栓塞8、井下滤管14的连接。

上面结合附图和实施例对本实用新型作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。本实用新型中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (7)

1.一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，其特征在于：该装置包括测温光纤(1)、上引线器(4)、上栓塞(5)、下引线器(6)、连接杆(7)和测温主机(19)；

其中，上引线器(4)、上栓塞(5)、下引线器(6)、连接杆(7)依次连接；测温光纤(1)一端穿过上引线器(4)、上栓塞(5)、下引线器(6)后，缠绕于连接杆(7)外部；测温光纤(1)另一端和测温主机(19)连接。

2.根据权利要求1所述的一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，其特征在于：所述的上引线器(4)上设有引线孔，测温光纤(1)一端穿过上引线器(4)的引线孔。

3.根据权利要求2所述的一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，其特征在于：所述的下引线器(6)上设有引线孔，测温光纤(1)一端穿过下引线器(6)的引线孔。

4.根据权利要求3所述的一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，其特征在于：所述的测温光纤(1)以与连接杆(7)相同的半径缠绕于连接杆(7)外部。

5.根据权利要求4所述的一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，其特征在于：所述的上引线器(4)、上栓塞(5)、下引线器(6)、连接杆(7)依次通过螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，其特征在于：该装置还包括下栓塞(8)，所述的下栓塞(8)和连接杆(7)、井下滤管(14)、下引线器(6)、上栓塞(5)、上引线器(4)连接，尼龙管(11)一端与上栓塞(5)连接；另一根尼龙管(11)穿过密封螺帽(24)，依次穿过上引线器(4)、上栓塞(5)、下引线器(6)、密封螺帽(24)，抽拉至与下栓塞(8)连接；试验段下部测压尼龙管(13)上端与压力传感器(10)连接，依次穿过上引线器(4)、上栓塞(5)、下引线器(6)密封螺帽(24)后，穿过下栓塞(8)并固定。

7.根据权利要求6所述的一种钻孔分层试验过程中定位导水裂隙的装置，其特征在于：该装置还包括试验段测压尼龙管(12)，所述的试验段测压尼龙管(12)上端与压力传感器(10)连接后，穿过密封螺帽(24)，依次穿过上引线器(4)、上栓塞(5)、下引线器(6)、密封螺帽(24)；密封螺帽(24)通过螺纹与密封对丝(26)连接固定，实现穿过上下栓塞的密封；尼龙管(11)、试验段下部测压尼龙管(13)均与连接杆(7)连接固定。

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