专利名称：一孔多层地下水动态监测井的制作方法
技术领域：
本实用新型属于地质学钻探领域的凿井结构，具体涉及一种一孔多层地下水动态 监测井。
背景技术：
地下水动态监测是一项长期的基础工作，是以和掌握地下水动态变化特征，科学 评价地下水资源，制定管理开发利用与有效保护措施，减轻和防治地下水污染及相关的地 质灾害和生态环境的重要基础。地下水动态监测井是获取地下水动态信息的主要工程设 施。目前，在古地理复杂的沉积环境，多向岩性沉积物源组合，形成多水文地质单元镶 嵌的松散沉积地层，垂深向不同含水层组地下水监测井全部为单孔式地下水监测井或丛式 监测井群。一眼井只能监测一个地下水含水层组，存在建设成本高、占地面积大，施工周期 长，不便于仪器的使用和管理等问题。形成了人、财投入大采集信息不便的现象。大口水平幅射井一般深度为20m以内，在含水层部位钻凿小管水平幅射井，目的 是广汇水源增大出水量；石油系统丛式定向井为在很小的区域内斜垂向钻凿不同深度目的 层位成井，井底距可达几百米，但井口距相距很小为几米至十几米，故为丛式定向井。大口水平幅射井达不到一孔多层组地下水动态的观测要求，而且成井较浅；石油 系统丛式井已经被借鉴，但在600m垂深内各层组地下水动态的观测仍是单井，解决不了前 述的问题。在我国一孔多井建设多见为巢式和连续多通道式(大口水平幅射井)，但一般成 井较浅，多为十几米至上百米。无法满足需监测深度在500m以下(井深在500-600m)，以及 不同地区存在地质、水文地质条件的差异的大深度一孔多层监测井的建设。
实用新型内容为了克服现有的开采一个层位一眼井的工程模式存在成本高、占地面积大、施工 周期长等不足的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种一孔多层地下水动态监测井，该地 下水动态监测井可以实现占地面积小，使井位集中，便于管理，降低开发建设和管理成本， 便于新技术的应用，环保节能。本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案如下一种一孔多层地下水动态监测井，所述的地下水动态监测井是在一个大口径钻孔 中，设置二眼或二眼以上的不同深度的单井，形成一孔多层结构；在每一眼单井内安装结构 井管，并在每眼单井的下部各安装滤水管，在每眼井滤水管的外面为砂砾层；各眼单井之间 互不连通。所述的每一眼单井内安装的结构井管为从井口向下依次相连的泵室管、井壁管、 滤水管及沉淀管。由于采用上述技术方案，使本实用新型一孔多层地下水动态监测井与现有的一个层位一眼井的技术相比，具有如下有益效果1)占地面积小，一孔多井(一孔可达成5井，成井深度最大600m)成井后占地面积 小于lm2，加上观测设施专用房占地面积小于10m2。解决了征地难和征地费用问题。2)解决了松散层地下水水源地由分散开发集中供水变为集约式开发集中供水问 题，大幅度地降低开发建设、管理成本，同时便于新技术的应用、环保节能。3)对水质稳定性和质量要求较高而需用水量较大的企业及其有关需求部门，不但 解决了集约性开采的难点又便于操控新技术的应用、便于管理降低成本。4) 一孔多层技术的应用，可解决占地难，井位分散不便管理的问题；又可实现同 含水层组井不同层位的采灌，达到储能而又冷热水不混合的目的，更节约建设资金，进一步 降低运行费，使节能环保的地下水储能冷暖空调应用进一步普及。
下面通过附图和实施例对本实用新型进一步说明。图1是本实用新型一孔多层地下水动态监测井的结构展开剖视示意图。图2是图1原结构的A-A剖视示意图。图3是图1原结构的B-B剖视示意图。图4是图1原结构的C-C剖视示意图。图中，1.咸水层止水水泥球，2. 3#井止水水泥环，3. 3#井止水水泥球，4. 3#井砾 层，5.滤水管，6. 2#井止水水泥环，7. 2#井止水水泥球，8. 2#井砾层，9. 1#井止水水泥环， 10. 1#井止水水泥球，11. 1#井砾层，12.支架，13.泵室管，14.沉淀管，15.变径部分，16. 1# 井，17.井底封，18.井壁管，20.邶井，30. 3#井，40、41、42.大口径钻孔。
具体实施方式
本实用新型一孔多层地下水动态监测井所设置的层数及每一层的深度取决于以 地质分层为基础所形成的地下水含水层的数量及其深度。本实施例为天津地区基岩埋藏较 深、松散沉积层巨厚、地下水已开发利用需要监测的地区，该区域供水井开采地下水已开采 至新近系地层含水层组。以地质分层为基础，依据地下水埋藏条件、水文地质特征开发利用 状况及多年分层组沿用习惯，揭露地层段内发育八个地下水含水层组。各组埋藏深度及水 文地质条件分述如下(1)浅层浅水地下含水层组底界深度为50m左右，地层时代为全新统&和上更新统上部地层β32，即浅层浅水 层组地层时代为仏+3，发育第一海相层。水力特征为潜水、微承压水和浅层承压水。地下水 形成条件为参与现代水循环，接受降水补给和蒸发排泄，再补给能力强。该层组有二个动态 监测段，即0-20m和20-50m层段。2)第一承压含水层组(I)该层组底界深度为150-200m，该层组其上为海相层发育埋藏咸水底界深度为 80-120m，其下为地下淡水。地层时代为Q3+2，即上更新统下部地层和中更新统地层。该层组 发育四层海相层(第二、第三、第三、第四海相层)。该层组接受远距离侧向补给和越流补[0027]3)第二承压含水层组(II)该层组地层时代为下更新统地层上段β2，底界深度为230-320m。4)第三承压含水层组(III)地层时氏为第四系下更新统β1下段及新近系上新统上部iV23m地层。底界埋深 420-600m。5)第四承压含水层组(IV)该含水层组地层时代相当于新近系明化镇组M3m中上段地层，底界埋深 700-800m。6)第五承压含水层组(V)该层组地层时代相当于新近系明化镇组iVt1中下段地层，底界埋深IOOOm左右。7)第六承压含水层组(VI)地层时代相当于新近系上新统明化镇组下段iV22m地层。底界埋深1200-1250m。8)更深层承压含水层组该承压含水层组地层时代为新近系上新统明化镇组下段Mm及中新统馆陶组Nlg 地层，即地层时代为ivL+M地层。因此，该区域需垂向上对开采利用地下水的八个开采含水层组九个地下水动态段 进行监测。可钻凿成井深度600米，根据不同地域特征监测任务的要需求，钻凿二眼或二眼 以上的不同深度、不同地层组组合的单井，形成一孔二层、一孔三层、一孔四层、一孔五层地 下水动态监测井。在每一眼井内安装结构井管。现以图1所示的一孔三层观测井结构为例 作详细说明。图1所示的实施例为钻凿的第二、第三、第四承压含水层组一孔三层地下水监测 井的结构展开示意图，该监测井是在一个大口径钻孔40中，下入三眼不同深度的单井，形 成一孔多层结构。在该大口径钻孔40中，存在二级钻孔变径，如图2的A-A剖视示意图所 示，外圈为大口径钻孔40，在0至-160米时，其大口径钻孔40的钻孔直径Dl为Φ800mm ； 如图3的B-B剖视示意图所示，在-160米至-430米，大口径钻孔41的钻孔直径D2为 Φ650mm ；如图4的C-C剖视示意图所示，在-430米至-550米，大口径钻孔42的钻孔直径 D3为Φ 500mm。该三眼井的具体尺寸为3#井30，其为第二水压含水组，该含水组的取水段 为240至280米，成井井深为330米，在井内安装结构井管，该结构井管为从井口向下依监 测层位按序排布依次相连的泵室管13、井壁管18、滤水管5和沉淀管14。对于> 120米的 深层水处的泵室管13和井壁管18之间设有井管变径部分15，对于小于120米的浅层水部 分不需要变径，设置变径是为了节约材料并利于下管。本实施例中3#井的变径部分15的上 面是图2所示的dl为直径219mmX 7的泵室管13，长160米；变径部分15以下为图3所 示的d2为直径159mmX6的井壁管18、滤水管5和沉淀管14，共长170米。井壁管18通过 变径部分使管径比泵室管要小。2#井20，其为第三承压含水组，该含水组的取水段为350至410米，成井深度430 米，变径部分以上为直径219mmX7的泵室管，长160米；变径部分以下为直径159mmX6的 井壁管、滤水管和沉淀管，共长270米。1#井16，其为第四承压含水组，该含水组的取水段为490至540米，成井深度为550
5米，变径部分以上为直径219mmX7的泵室管，长160米；变径部分以下为图4所示的d3为 直径159mm X 6的井壁管，滤水管和沉淀管共长390米。Is井、2#井、3#井这三眼地下水动态观测井设有等长的泵室管160米，主要目的是 在井内下入规格深井潜水泵汲取涌入井内的地下水，因此，泵室管管径较大，为直径219mm。 下入长度考虑了地下水静、动水位及区域逐年水位降。泵室管与大口径钻孔40间采用咸水 层止水泥球1进行止水封闭，防止地下咸水区域突渗咸水体下移涌入井内，影响监测井的 正常使用。在每眼井的下部各安装滤水管5，在每眼井滤水管5的外面填满砾层，砾层为与 地下含水层地下水涌入井内的人为涌道，一孔三层地下水监测井设有三个地下含水层组含 水层位砾层，如图1所示的3#井30的3#砾层4，2#井20的2#砾层8及1#井16的1#砾层 11。各眼单井之间互不连通。在相邻的两眼单井2#井20和1#井16的井壁管之间，以及3# 井30和1#井16的井壁管之间固定焊接有支架12，防止单井与其它井靠壁，在最深单井 井16底部设置井底封17，其余单井2#井20和3#井30底部通过水泥完全封闭。在每眼单 井滤水管外面的砂砾层上方，向上依次设有止水水泥球和止水水泥环，最深的一眼井的砂 砾层设至仅次于该井深度的单眼井的沉淀管，最浅的单井设至泵室管底端。如图1所示的 3#井止水水泥环2及3#井止水水泥球3，2#井止水水泥环6及2#止水水泥球7，1#止水水泥 环9及1#井止水水泥球10。三道水泥环的作用为切断四个含水层组地下水在孔内的水力 联系，使各层组地下水恢复自然的运动状态。止水水泥环下的止水水泥球的作用有二 一是 节约砾料的投入；二是防止注入水泥环时水泥涌入砾层，保持砾层的隙率。本实用新型一孔多层地下水动态监测井的工艺过程为(1)成孔按上述3眼单井的深度和孔径，分别钻三眼单井。(2)下管依次下入1#井结构井管、2#井结构井管和3#井结构井管，在井底部设置井底封。 并安装铁板支架各2幅，以防止靠壁。(3)成井填砾止水在Is井滤水管部位填砾，即1#砾层，从孔中心及2#井、3#井井管内下入，予计方 量满足后从2#井井管内下入探器探砂高，砂高高于滤水管上部30m。沉实后依方量下入 Φ 3-4cm粘土球止水，下入方法同上。其作用一是止水，二是防止下道工序的水泥注入不与 填砾接触。粘土球孔内厚度8-10m，即1#止水水泥球。在2#井管内预置420m钻杆，井口钻 杆与高压水泥固井车连接按方量打入水泥即1#止水分隔层组水泥环，其作用有二，一是分 隔第四、第三含水层组水力联系，二是固置2#井井底封。止水水泥环厚度为10-20m，注入水 泥水灰比1:1。1#水泥环固结4小时后，通过孔中心位及3#井井管下入2#井砾层方法同上，即2# 砾层，此后下入2#止水水泥球。然后在孔中心位或2#井井管内预置330m钻杆，上部与固井 车相连，注入水泥，即成2#止水水泥环，一是分隔第二、第三含水层组水力联系，二是固置3# 井井底封。固止时间，方法同上。于孔中心及三井孔壁间隙依次下入3#砾层，止水水泥球。于孔中心预置钻杆180m 与固井车相连，注入3#水泥环分隔第一、二层组水利联系。其上投入泥球至地面切断上腹 各层及与咸水层水力联系。至此成井结构全部完成进入大型空压机分别洗井程序。[0053] 本实用新型适用于基岩埋藏较深，上腹松散层较厚的平原地区。适宜和天津区域 平原相似，基岩埋藏较深，松散沉积层互层，地下水以开发利用需监测的地区，如沧州地区。
权利要求1.一种一孔多层地下水动态监测井，其特征在于所述的地下水动态监测井是在一个 大口径钻孔中，设置二眼或二眼以上的不同深度的单井，形成一孔多层结构；在每一眼单井 内安装结构井管，并在每眼单井的下部各安装滤水管，在每眼井滤水管的外面为砂砾层；各 眼单井之间互不连通。
2.根据权利要求1所述的一孔多层地下水动态监测井，其特征在于所述的每一眼单 井内安装的结构井管为从井口向下依次相连的泵室管、井壁管、滤水管及沉淀管。
3.根据权利要求2所述的一孔多层地下水动态监测井，其特征在于在>120米的深 层水处的泵室管和井壁管之间设有井管变径部分，井壁管通过变径部分使管径比泵室管要
4.根据权利要求1所述的一孔多层地下水动态监测井，其特征在于在两眼相邻单井 的井壁管之间固定安装有支架，在最深的单井底部设置井底封，其余单井底部通过水泥完 全封闭。
5.根据权利要求1所述的一孔多层地下水动态监测井，其特征在于在每眼单井的砂 砾层上方依次向上设有止水水泥球和止水水泥环，最深的一眼井的砂砾层设至仅次于该井 深度的单眼井的沉淀管处，最浅的单井设至泵室管底端。
专利摘要一种一孔多层地下水动态监测井，是在一个大口径钻孔中，下入二眼或二眼以上的不同深度的单井，形成一孔多层结构；在每一眼单井内安装结构井管，并在每眼单井的下部各安装滤水管，在每眼井滤水管的外面填满砂砾层；各眼单井之间互不连通。本实用新型可以实现占地面积小，使井位集中，便于管理，降低开发建设和管理成本，便于新技术的应用，环保节能。本实用新型适用于基岩埋藏较深，上腹松散层较厚的平原地区，用于地下水动态监测，获取地下水动态信息。
文档编号E02D29/12GK201883451SQ201020295650
公开日2011年6月29日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者傅建文, 张建民, 李志民, 柴成繁, 焦志东, 王俊林, 顾新洲, 高建颖 申请人:天津市凿井总公司