本發(fā)明涉及一種集抽水和疏放水試驗(yàn)于一體的地面直通井下鉆孔裝置，屬于抽水、疏放水試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，對(duì)某一含水層進(jìn)行抽水試驗(yàn)和疏放水試驗(yàn)普遍采取各自獨(dú)立的方式進(jìn)行，一般通過地面施工鉆孔進(jìn)行抽水試驗(yàn)，通過井下施工的疏放水鉆孔進(jìn)行疏放水試驗(yàn)。因此需要施工兩個(gè)鉆孔，且井下疏放水鉆孔的施工和監(jiān)測(cè)受巷道條件限制較多，不易采集數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種集抽水和疏放水試驗(yàn)于一體的地面直通井下鉆孔裝置，可實(shí)現(xiàn)抽水和疏放水試驗(yàn)，同時(shí)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)某含水層的水位、水溫等狀態(tài)，解決目前抽水和疏放水試驗(yàn)均單獨(dú)施工鉆孔導(dǎo)致的環(huán)節(jié)繁瑣，工藝復(fù)雜，不易控制和不能用于地面遠(yuǎn)距離自動(dòng)監(jiān)測(cè)的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的一種集抽水和疏放水試驗(yàn)于一體的地面直通井下鉆孔裝置，包括用于進(jìn)行抽水試驗(yàn)的抽水試驗(yàn)裝置和安裝在井下巷道內(nèi)用于進(jìn)行疏放水試驗(yàn)的疏放水試驗(yàn)裝置，還包括由地面直通井下的鉆孔以及用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)含水層狀態(tài)的地面綜合接收裝置，所述鉆孔內(nèi)由地面至井下依次布置有反絲止水套管a、錐度止水器、濾水花管、沉砂實(shí)管和反絲止水套管b，濾水花管位于含水層，沉砂實(shí)管內(nèi)布置有沉砂套管；所述反絲止水套管a、錐度止水器、沉砂實(shí)管及反絲止水套管b均通過水泥漿全固管；鉆孔內(nèi)安裝有水位水溫傳感器；所述疏放水試驗(yàn)裝置包括五個(gè)直徑大小不一的法蘭盤以及連接法蘭盤的放水管道，五個(gè)法蘭盤逐級(jí)變徑布置在井下巷道內(nèi)，分別為第一法蘭盤、第二法蘭盤、第三法蘭盤、第四法蘭盤和第五法蘭盤，第一法蘭盤與第二法蘭盤之間的放水管道為T型管道，T型管道內(nèi)安裝有用于過濾砂粒的砂網(wǎng)，T型管道的底部安裝有泄砂閥；第三法蘭盤與第四法蘭盤之間的放水管道上安裝有用于檢測(cè)疏放水流量的磁旋渦流量傳感器；鉆孔底部通過排水管道與疏放水試驗(yàn)裝置連接，排水管道上安裝有閘閥；水位水溫傳感器、磁旋渦流量傳感器將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送給地面綜合接收裝置；通過鉆孔，利用閘閥，可隨時(shí)進(jìn)行抽水試驗(yàn)或疏放水試驗(yàn)，并于地面進(jìn)行水位和水溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收，從而準(zhǔn)確量化判斷所監(jiān)測(cè)的含水層水文地質(zhì)參數(shù)。

所述濾水花管的外側(cè)焊有鐵絲，外包三層尼龍網(wǎng)，尼龍網(wǎng)的外側(cè)分段捆扎有鐵絲。

所述地面綜合接收裝置包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主控站、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份服務(wù)器和地面遙測(cè)系統(tǒng)分站，地面遙測(cè)系統(tǒng)分站接收水位水溫傳感器、磁旋渦流量傳感器檢測(cè)到的水位水溫、疏放水流量信號(hào)，并將其備份至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份服務(wù)器，同時(shí)發(fā)送至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主控站，實(shí)現(xiàn)對(duì)含水層水文地質(zhì)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、處理和查詢功能。

所述鉆孔的具體結(jié)構(gòu)是：

(1)0-124.94m孔徑Ф270mm，下入Ф194×8mm反絲止水套管a及Ф240mm錐度止水器，并用水泥漿全固管；

(2)124.94-154.20m孔徑Ф250mm，其中，127.94-154.20m下入Ф194×6mm濾水花管，管外焊8#鐵絲8道，外包120目尼龍網(wǎng)三層，外用間距0.15m的16#鐵絲分段捆扎；156.00-158.00m下入Ф146×8mm沉砂實(shí)管和Ф127×4mm沉砂套管，并用水泥漿全固管；

(3)158.00-225.00m孔徑Ф113mm，下入Ф89×4.5mm反絲止水套管b，并用水泥漿全固管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過借助在地面容易施工的特點(diǎn)，結(jié)合井上下對(duì)照?qǐng)D，施工集抽水和疏放水試驗(yàn)于一體的地面直通井下鉆孔裝置，可對(duì)地下一定深度預(yù)探查的含水層性質(zhì)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過地面施工直通井下鉆孔，利用在巷道中事先安裝的閘閥，可隨時(shí)進(jìn)行抽水試驗(yàn)或疏放水試驗(yàn)，并于地面進(jìn)行水位和水溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收，從而準(zhǔn)確量化判斷所監(jiān)測(cè)的含水層水文地質(zhì)參數(shù)。該裝置特別適應(yīng)于井下巷道不適宜施工疏放水鉆孔，然后根據(jù)井上下對(duì)照位置圖在地面便于施工的情況。最終，實(shí)現(xiàn)了抽水和疏放水試驗(yàn)的同時(shí)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)某含水層的水位、水溫等狀態(tài)，解決目前抽水和疏放水試驗(yàn)均單獨(dú)施工鉆孔導(dǎo)致的環(huán)節(jié)繁瑣，工藝復(fù)雜，不易控制和不能用于地面遠(yuǎn)距離自動(dòng)監(jiān)測(cè)的問題。總的來說，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)地面方便施工，集三部分于一體，抽水與疏放水可根據(jù)需要交互進(jìn)行；

(2)可自動(dòng)實(shí)時(shí)采集和分析數(shù)據(jù)，計(jì)算數(shù)據(jù)易得可靠；

(3)節(jié)省鉆探費(fèi)用，根據(jù)需要調(diào)節(jié)疏放量，并可長期使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的綜合裝置示意圖；

圖2是本發(fā)明抽水試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D；

圖3是本發(fā)明疏放水試驗(yàn)裝置的示意圖。

圖中：1、地面綜合接收裝置，2、鉆孔，3、水位水溫傳感器，4、上法蘭盤，5、閘閥，6、下法蘭盤，7、疏放水試驗(yàn)裝置，8、反絲止水套管a，9、錐度止水器，10、濾水花管，11、沉砂實(shí)管，12、沉砂套管，13、反絲止水套管b，14、第一法蘭盤，15、泄砂閥，16、砂網(wǎng)，17、第二法蘭盤，18、第三法蘭盤，19、磁旋渦流量傳感器，20、第四法蘭盤，21、第五法蘭盤，22、放水管道出口，23、流量自動(dòng)記錄儀。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1至圖3所示，一種集抽水和疏放水試驗(yàn)于一體的地面直通井下鉆孔裝置，用于進(jìn)行抽水試驗(yàn)的抽水試驗(yàn)裝置、安裝在井下巷道內(nèi)用于進(jìn)行疏放水試驗(yàn)的疏放水試驗(yàn)裝置7、由地面直通井下的鉆孔2以及用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)含水層狀態(tài)的地面綜合接收裝置1，所述鉆孔2內(nèi)由地面至井下依次布置有反絲止水套管a8、錐度止水器9、濾水花管10、沉砂實(shí)管11和反絲止水套管b13，濾水花管10位于含水層，沉砂實(shí)管11內(nèi)布置有沉砂套管12；所述反絲止水套管a8、錐度止水器9、沉砂實(shí)管11及反絲止水套管b13均通過水泥漿全固管；鉆孔2內(nèi)安裝有水位水溫傳感器3；所述疏放水試驗(yàn)裝置7包括五個(gè)直徑大小不一的法蘭盤以及連接法蘭盤的放水管道，五個(gè)法蘭盤逐級(jí)變徑布置在井下巷道內(nèi)，分別為第一法蘭盤14、第二法蘭盤17、第三法蘭盤18、第四法蘭盤20和第五法蘭盤21，第一法蘭盤12與第二法蘭盤17之間的放水管道為T型管道，T型管道內(nèi)安裝有用于過濾砂粒的砂網(wǎng)15，T型管道的底部安裝有泄砂閥16；第三法蘭盤18與第四法蘭盤20之間的放水管道上安裝有用于檢測(cè)疏放水流量的磁旋渦流量傳感器19；鉆孔2底部通過排水管道與疏放水試驗(yàn)裝置7連接，排水管道上安裝有閘閥5；水位水溫傳感器3、磁旋渦流量傳感器19將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送給地面綜合接收裝置1；通過鉆孔2，利用閘閥5，可隨時(shí)進(jìn)行抽水試驗(yàn)或疏放水試驗(yàn)，并于地面進(jìn)行水位和水溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收，從而準(zhǔn)確量化判斷所監(jiān)測(cè)的含水層水文地質(zhì)參數(shù)。其中，抽水試驗(yàn)裝置是除了鉆孔之外進(jìn)行抽水試驗(yàn)所必需的設(shè)備，如抽水泵、堰槽等。

所述濾水花管10的外側(cè)焊有鐵絲，外包三層尼龍網(wǎng)，尼龍網(wǎng)的外側(cè)分段捆扎有鐵絲，可進(jìn)一步阻止含水層內(nèi)的砂粒進(jìn)入濾水花管，降低進(jìn)入濾水花管內(nèi)水的含砂量。

所述地面綜合接收裝置1包括監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主控站、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份服務(wù)器和地面遙測(cè)系統(tǒng)分站，地面遙測(cè)系統(tǒng)分站接收水位水溫傳感器、磁旋渦流量傳感器檢測(cè)到的水位水溫、疏放水流量信號(hào)，并將其備份至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份服務(wù)器，同時(shí)發(fā)送至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主控站，實(shí)現(xiàn)對(duì)含水層水文地質(zhì)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、處理和查詢功能。

實(shí)施例：

結(jié)合華北型煤田兗礦集團(tuán)某礦巨厚松散層底部含水層(底含)已有成功事例進(jìn)行具體說明，首先，如圖2所示，第四系底含抽水試驗(yàn)鉆孔的結(jié)構(gòu)如下：

(1)0-124.94m孔徑Ф270mm，下入Ф194×8mm反絲止水套管a及Ф240mm錐度止水器，并用水泥漿全固管；

(2)124.94-154.20m孔徑Ф250mm，其中，127.94-154.20m下入Ф194×6mm濾水花管，管外焊8#鐵絲8道，外包120目尼龍網(wǎng)三層，外用間距0.15m的16#鐵絲分段捆扎；156.00-158.00m下入Ф146×8mm沉砂實(shí)管和Ф127×4mm沉砂套管，并用水泥漿全固管；

(3)158.00-225.00m孔徑Ф113mm，下入Ф89×4.5mm反絲止水套管b，并用水泥漿全固管。

其次，所述鉆孔的施工方法和順序如下：

(1)開孔選用Ф146mm鉆頭無芯鉆進(jìn)至70.00m，改用Ф94mm鉆頭取芯鉆進(jìn)至180.73m，并進(jìn)行數(shù)字測(cè)井。

(2)數(shù)字測(cè)井后，選用Ф270mm擴(kuò)孔鉆頭擴(kuò)孔至124.94m，改用Ф250mm鉆頭擴(kuò)孔至158.00m。下入Ф146mm套管、Ф194mm套管、Ф194mm花管及Ф240mm錐度止水器進(jìn)行止水，采用蓋帽注漿法固管，固管用水泥4900kg、清水2940kg。水泥凝固后進(jìn)行止水檢查。

(3)止水檢查采用壓力法，即在套管內(nèi)注滿水，觀測(cè)管內(nèi)水位連續(xù)觀測(cè)3小時(shí)，每小時(shí)管內(nèi)水位上升或下降小于2cm，即認(rèn)為合格；

(4)止水檢查合格后，投開止水盤，采用Ф94mm取芯鉆進(jìn)至215.02m，換用Ф113mm無芯鉆進(jìn)至224.40m，進(jìn)行數(shù)字測(cè)井。

(5)測(cè)井后下入Ф89mm套管，固管用水泥500kg和清水300kg。

(6)水泥凝固后，下鉆探孔224.35m，采用黃泥水泥配成泥球封堵孔，采用鉆具壓至152.00m。

(7)采用鉆桿噴射法、化學(xué)成份浸泡法、提桶提水、活塞及深井泵抽水等洗井方法結(jié)合進(jìn)行洗井。

(8)抽水試驗(yàn)結(jié)束后，復(fù)測(cè)坐標(biāo)，工程結(jié)束。

最后，進(jìn)行抽水試驗(yàn)：根據(jù)需求，本孔對(duì)第四系下組砂層進(jìn)行抽水試驗(yàn)。

(1)含水層

本次抽水段為第四系下組砂層段，埋深為139.15～154.20m，層厚15.05m，巖性為細(xì)砂、粘土質(zhì)細(xì)砂、粘土質(zhì)粉砂組成。其中細(xì)砂厚10.65m，粘土質(zhì)細(xì)砂厚3.42m，粘土質(zhì)粉砂厚0.98m。其中含水層總厚為15.05m。

(2)洗井、試抽及靜止水位的觀測(cè)

止水檢查合格后，先用花鉆桿對(duì)該孔進(jìn)行噴射法、提桶提水方法及深井泵抽水法共同洗井至水清砂凈；試抽測(cè)得單位涌水量q約為0.048L/(s.m)。

(3)正式抽水

本次抽水所采用器材有三角堰、電測(cè)水位計(jì)、鋼卷尺、溫度計(jì)、水樣桶等。共計(jì)進(jìn)行了一次降深的抽水試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)時(shí)間為2016年2月15日12時(shí)至2016年2月17日18時(shí)，共計(jì)進(jìn)行了54小時(shí)，水位穩(wěn)定時(shí)間為8小時(shí)，第一次動(dòng)水位139.47m，降深5.15m；第二次動(dòng)水位144.67m，降深10.35m；第三次動(dòng)水位149.79m，降深15.47m。抽水過程中每2小時(shí)測(cè)量一次水溫，測(cè)得水溫平均為27℃，變化不大。抽水結(jié)束之后進(jìn)行恢復(fù)水位的觀測(cè)，水位恢復(fù)至134.31m，標(biāo)高為-91.91m?；謴?fù)水位觀測(cè)結(jié)束后，探孔深為151.89m。

操控閘閥，可通過直徑大小不一的五個(gè)法蘭盤逐級(jí)變徑在井下合適的巷道內(nèi)進(jìn)行疏放水試驗(yàn)。考慮到是疏放第四系松散含水層的水，該含水層有松散砂會(huì)隨著水混合一起，故在開始設(shè)置一個(gè)砂網(wǎng)，下部安裝一個(gè)泄砂閥，可定期打開泄砂閥清理沉淀的細(xì)砂，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。疏放水的流量可通過磁旋渦流量傳感器傳輸?shù)骄铝髁孔詣?dòng)記錄儀后23自動(dòng)記錄流量數(shù)據(jù)，也可通過電話線或?qū)ｉT鋪設(shè)相關(guān)網(wǎng)線傳遞到地面綜合接收系統(tǒng)。由于第四系底含屬于弱富水性，為了使流量傳感器能感應(yīng)到流量，井下放水管道進(jìn)行了五次變徑，逐級(jí)縮小放水管道的直徑，效果更佳。其中，流量自動(dòng)記錄儀23可安裝在傳感器保護(hù)罩內(nèi)。

綜上所述，本發(fā)明針對(duì)目前對(duì)某一含水層進(jìn)行抽水試驗(yàn)和疏放水試驗(yàn)普遍采取各自獨(dú)立方式進(jìn)行，一般通過地面施工鉆孔進(jìn)行抽水試驗(yàn)，疏放水鉆孔在井下施工的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)和實(shí)施了一種集抽水和疏放水試驗(yàn)于一體的地面直通井下鉆孔裝置。該鉆孔裝置主要由地面綜合接收系統(tǒng)、抽水試驗(yàn)和疏放水試驗(yàn)三部分組成，充分考慮抽水試驗(yàn)或疏放水試驗(yàn)的需要，一孔兩用，克服井下一般不方便施工的缺點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)地面實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)目標(biāo)含水層的水位和水溫等量化數(shù)據(jù)。

本發(fā)明通過借助在地面容易施工的特點(diǎn)，結(jié)合井上下對(duì)照?qǐng)D，施工集抽水和疏放水試驗(yàn)于一體的地面直通井下鉆孔裝置，可對(duì)地下一定深度預(yù)探查的含水層性質(zhì)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過地面施工直通井下鉆孔，利用在巷道中事先安裝的閘閥，可隨時(shí)進(jìn)行抽水試驗(yàn)或疏放水試驗(yàn)，并于地面進(jìn)行水位和水溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收，從而準(zhǔn)確量化判斷所監(jiān)測(cè)的含水層水文地質(zhì)參數(shù)。該裝置特別適應(yīng)于井下巷道不適宜施工疏放水鉆孔，然后根據(jù)井上下對(duì)照位置圖在地面便于施工的情況。實(shí)現(xiàn)了抽水和疏放水試驗(yàn)的同時(shí)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)某含水層的水位、水溫等狀態(tài)，解決目前抽水和疏放水試驗(yàn)均單獨(dú)施工鉆孔導(dǎo)致的環(huán)節(jié)繁瑣，工藝復(fù)雜，不易控制和不能用于地面遠(yuǎn)距離自動(dòng)監(jiān)測(cè)的問題?？偟膩碚f，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)地面方便施工，集三部分于一體，抽水與放水可根據(jù)需要交互進(jìn)行；

(2)可自動(dòng)實(shí)時(shí)采集和分析數(shù)據(jù)，計(jì)算數(shù)據(jù)易得可靠；

(3)節(jié)省鉆探費(fèi)用，根據(jù)需要調(diào)節(jié)疏放量，并可長期使用。