一种集抽水和疏放水试验于一体的地面直通井下钻孔装置的制作方法

本发明涉及一种集抽水和疏放水试验于一体的地面直通井下钻孔装置，属于抽水、疏放水试验技术领域。

背景技术：

目前，对某一含水层进行抽水试验和疏放水试验普遍采取各自独立的方式进行，一般通过地面施工钻孔进行抽水试验，通过井下施工的疏放水钻孔进行疏放水试验。因此需要施工两个钻孔，且井下疏放水钻孔的施工和监测受巷道条件限制较多，不易采集数据。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种集抽水和疏放水试验于一体的地面直通井下钻孔装置，可实现抽水和疏放水试验，同时能实时监测某含水层的水位、水温等状态，解决目前抽水和疏放水试验均单独施工钻孔导致的环节繁琐，工艺复杂，不易控制和不能用于地面远距离自动监测的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的一种集抽水和疏放水试验于一体的地面直通井下钻孔装置，包括用于进行抽水试验的抽水试验装置和安装在井下巷道内用于进行疏放水试验的疏放水试验装置，还包括由地面直通井下的钻孔以及用于实时监测含水层状态的地面综合接收装置，所述钻孔内由地面至井下依次布置有反丝止水套管a、锥度止水器、滤水花管、沉砂实管和反丝止水套管b，滤水花管位于含水层，沉砂实管内布置有沉砂套管；所述反丝止水套管a、锥度止水器、沉砂实管及反丝止水套管b均通过水泥浆全固管；钻孔内安装有水位水温传感器；所述疏放水试验装置包括五个直径大小不一的法兰盘以及连接法兰盘的放水管道，五个法兰盘逐级变径布置在井下巷道内，分别为第一法兰盘、第二法兰盘、第三法兰盘、第四法兰盘和第五法兰盘，第一法兰盘与第二法兰盘之间的放水管道为T型管道，T型管道内安装有用于过滤砂粒的砂网，T型管道的底部安装有泄砂阀；第三法兰盘与第四法兰盘之间的放水管道上安装有用于检测疏放水流量的磁旋涡流量传感器；钻孔底部通过排水管道与疏放水试验装置连接，排水管道上安装有闸阀；水位水温传感器、磁旋涡流量传感器将检测到的数据传送给地面综合接收装置；通过钻孔，利用闸阀，可随时进行抽水试验或疏放水试验，并于地面进行水位和水温数据实时接收，从而准确量化判断所监测的含水层水文地质参数。

所述滤水花管的外侧焊有铁丝，外包三层尼龙网，尼龙网的外侧分段捆扎有铁丝。

所述地面综合接收装置包括监测系统主控站、数据存储备份服务器和地面遥测系统分站，地面遥测系统分站接收水位水温传感器、磁旋涡流量传感器检测到的水位水温、疏放水流量信号，并将其备份至数据存储备份服务器，同时发送至监测系统主控站，实现对含水层水文地质参数的数据采集、处理和查询功能。

所述钻孔的具体结构是：

(1)0-124.94m孔径Ф270mm，下入Ф194×8mm反丝止水套管a及Ф240mm锥度止水器，并用水泥浆全固管；

(2)124.94-154.20m孔径Ф250mm，其中，127.94-154.20m下入Ф194×6mm滤水花管，管外焊8#铁丝8道，外包120目尼龙网三层，外用间距0.15m的16#铁丝分段捆扎；156.00-158.00m下入Ф146×8mm沉砂实管和Ф127×4mm沉砂套管，并用水泥浆全固管；

(3)158.00-225.00m孔径Ф113mm，下入Ф89×4.5mm反丝止水套管b，并用水泥浆全固管。

与现有技术相比，本发明通过借助在地面容易施工的特点，结合井上下对照图，施工集抽水和疏放水试验于一体的地面直通井下钻孔装置，可对地下一定深度预探查的含水层性质实时进行监测。通过地面施工直通井下钻孔，利用在巷道中事先安装的闸阀，可随时进行抽水试验或疏放水试验，并于地面进行水位和水温数据实时接收，从而准确量化判断所监测的含水层水文地质参数。该装置特别适应于井下巷道不适宜施工疏放水钻孔，然后根据井上下对照位置图在地面便于施工的情况。最终，实现了抽水和疏放水试验的同时，可实时监测某含水层的水位、水温等状态，解决目前抽水和疏放水试验均单独施工钻孔导致的环节繁琐，工艺复杂，不易控制和不能用于地面远距离自动监测的问题。总的来说，本发明具有如下优点：

(1)地面方便施工，集三部分于一体，抽水与疏放水可根据需要交互进行；

(2)可自动实时采集和分析数据，计算数据易得可靠；

(3)节省钻探费用，根据需要调节疏放量，并可长期使用。

附图说明

图1是本发明的综合装置示意图；

图2是本发明抽水试验模型图；

图3是本发明疏放水试验装置的示意图。

图中：1、地面综合接收装置，2、钻孔，3、水位水温传感器，4、上法兰盘，5、闸阀，6、下法兰盘，7、疏放水试验装置，8、反丝止水套管a，9、锥度止水器，10、滤水花管，11、沉砂实管，12、沉砂套管，13、反丝止水套管b，14、第一法兰盘，15、泄砂阀，16、砂网，17、第二法兰盘，18、第三法兰盘，19、磁旋涡流量传感器，20、第四法兰盘，21、第五法兰盘，22、放水管道出口，23、流量自动记录仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，一种集抽水和疏放水试验于一体的地面直通井下钻孔装置，用于进行抽水试验的抽水试验装置、安装在井下巷道内用于进行疏放水试验的疏放水试验装置7、由地面直通井下的钻孔2以及用于实时监测含水层状态的地面综合接收装置1，所述钻孔2内由地面至井下依次布置有反丝止水套管a8、锥度止水器9、滤水花管10、沉砂实管11和反丝止水套管b13，滤水花管10位于含水层，沉砂实管11内布置有沉砂套管12；所述反丝止水套管a8、锥度止水器9、沉砂实管11及反丝止水套管b13均通过水泥浆全固管；钻孔2内安装有水位水温传感器3；所述疏放水试验装置7包括五个直径大小不一的法兰盘以及连接法兰盘的放水管道，五个法兰盘逐级变径布置在井下巷道内，分别为第一法兰盘14、第二法兰盘17、第三法兰盘18、第四法兰盘20和第五法兰盘21，第一法兰盘12与第二法兰盘17之间的放水管道为T型管道，T型管道内安装有用于过滤砂粒的砂网15，T型管道的底部安装有泄砂阀16；第三法兰盘18与第四法兰盘20之间的放水管道上安装有用于检测疏放水流量的磁旋涡流量传感器19；钻孔2底部通过排水管道与疏放水试验装置7连接，排水管道上安装有闸阀5；水位水温传感器3、磁旋涡流量传感器19将检测到的数据传送给地面综合接收装置1；通过钻孔2，利用闸阀5，可随时进行抽水试验或疏放水试验，并于地面进行水位和水温数据实时接收，从而准确量化判断所监测的含水层水文地质参数。其中，抽水试验装置是除了钻孔之外进行抽水试验所必需的设备，如抽水泵、堰槽等。

所述滤水花管10的外侧焊有铁丝，外包三层尼龙网，尼龙网的外侧分段捆扎有铁丝，可进一步阻止含水层内的砂粒进入滤水花管，降低进入滤水花管内水的含砂量。

所述地面综合接收装置1包括监测系统主控站、数据存储备份服务器和地面遥测系统分站，地面遥测系统分站接收水位水温传感器、磁旋涡流量传感器检测到的水位水温、疏放水流量信号，并将其备份至数据存储备份服务器，同时发送至监测系统主控站，实现对含水层水文地质参数的数据采集、处理和查询功能。

实施例：

结合华北型煤田兖矿集团某矿巨厚松散层底部含水层(底含)已有成功事例进行具体说明，首先，如图2所示，第四系底含抽水试验钻孔的结构如下：

(1)0-124.94m孔径Ф270mm，下入Ф194×8mm反丝止水套管a及Ф240mm锥度止水器，并用水泥浆全固管；

(2)124.94-154.20m孔径Ф250mm，其中，127.94-154.20m下入Ф194×6mm滤水花管，管外焊8#铁丝8道，外包120目尼龙网三层，外用间距0.15m的16#铁丝分段捆扎；156.00-158.00m下入Ф146×8mm沉砂实管和Ф127×4mm沉砂套管，并用水泥浆全固管；

(3)158.00-225.00m孔径Ф113mm，下入Ф89×4.5mm反丝止水套管b，并用水泥浆全固管。

其次，所述钻孔的施工方法和顺序如下：

(1)开孔选用Ф146mm钻头无芯钻进至70.00m，改用Ф94mm钻头取芯钻进至180.73m，并进行数字测井。

(2)数字测井后，选用Ф270mm扩孔钻头扩孔至124.94m，改用Ф250mm钻头扩孔至158.00m。下入Ф146mm套管、Ф194mm套管、Ф194mm花管及Ф240mm锥度止水器进行止水，采用盖帽注浆法固管，固管用水泥4900kg、清水2940kg。水泥凝固后进行止水检查。

(3)止水检查采用压力法，即在套管内注满水，观测管内水位连续观测3小时，每小时管内水位上升或下降小于2cm，即认为合格；

(4)止水检查合格后，投开止水盘，采用Ф94mm取芯钻进至215.02m，换用Ф113mm无芯钻进至224.40m，进行数字测井。

(5)测井后下入Ф89mm套管，固管用水泥500kg和清水300kg。

(6)水泥凝固后，下钻探孔224.35m，采用黄泥水泥配成泥球封堵孔，采用钻具压至152.00m。

(7)采用钻杆喷射法、化学成份浸泡法、提桶提水、活塞及深井泵抽水等洗井方法结合进行洗井。

(8)抽水试验结束后，复测坐标，工程结束。

最后，进行抽水试验：根据需求，本孔对第四系下组砂层进行抽水试验。

(1)含水层

本次抽水段为第四系下组砂层段，埋深为139.15～154.20m，层厚15.05m，岩性为细砂、粘土质细砂、粘土质粉砂组成。其中细砂厚10.65m，粘土质细砂厚3.42m，粘土质粉砂厚0.98m。其中含水层总厚为15.05m。

(2)洗井、试抽及静止水位的观测

止水检查合格后，先用花钻杆对该孔进行喷射法、提桶提水方法及深井泵抽水法共同洗井至水清砂净；试抽测得单位涌水量q约为0.048L/(s.m)。

(3)正式抽水

本次抽水所采用器材有三角堰、电测水位计、钢卷尺、温度计、水样桶等。共计进行了一次降深的抽水试验。抽水试验时间为2016年2月15日12时至2016年2月17日18时，共计进行了54小时，水位稳定时间为8小时，第一次动水位139.47m，降深5.15m；第二次动水位144.67m，降深10.35m；第三次动水位149.79m，降深15.47m。抽水过程中每2小时测量一次水温，测得水温平均为27℃，变化不大。抽水结束之后进行恢复水位的观测，水位恢复至134.31m，标高为-91.91m。恢复水位观测结束后，探孔深为151.89m。

操控闸阀，可通过直径大小不一的五个法兰盘逐级变径在井下合适的巷道内进行疏放水试验。考虑到是疏放第四系松散含水层的水，该含水层有松散砂会随着水混合一起，故在开始设置一个砂网，下部安装一个泄砂阀，可定期打开泄砂阀清理沉淀的细砂，具体结构如图3所示。疏放水的流量可通过磁旋涡流量传感器传输到井下流量自动记录仪后23自动记录流量数据，也可通过电话线或专门铺设相关网线传递到地面综合接收系统。由于第四系底含属于弱富水性，为了使流量传感器能感应到流量，井下放水管道进行了五次变径，逐级缩小放水管道的直径，效果更佳。其中，流量自动记录仪23可安装在传感器保护罩内。

综上所述，本发明针对目前对某一含水层进行抽水试验和疏放水试验普遍采取各自独立方式进行，一般通过地面施工钻孔进行抽水试验，疏放水钻孔在井下施工的实际情况，设计和实施了一种集抽水和疏放水试验于一体的地面直通井下钻孔装置。该钻孔装置主要由地面综合接收系统、抽水试验和疏放水试验三部分组成，充分考虑抽水试验或疏放水试验的需要，一孔两用，克服井下一般不方便施工的缺点，并实现地面实时自动监测目标含水层的水位和水温等量化数据。

本发明通过借助在地面容易施工的特点，结合井上下对照图，施工集抽水和疏放水试验于一体的地面直通井下钻孔装置，可对地下一定深度预探查的含水层性质实时进行监测。通过地面施工直通井下钻孔，利用在巷道中事先安装的闸阀，可随时进行抽水试验或疏放水试验，并于地面进行水位和水温数据实时接收，从而准确量化判断所监测的含水层水文地质参数。该装置特别适应于井下巷道不适宜施工疏放水钻孔，然后根据井上下对照位置图在地面便于施工的情况。实现了抽水和疏放水试验的同时，可实时监测某含水层的水位、水温等状态，解决目前抽水和疏放水试验均单独施工钻孔导致的环节繁琐，工艺复杂，不易控制和不能用于地面远距离自动监测的问题。总的来说，本发明具有如下优点：

(1)地面方便施工，集三部分于一体，抽水与放水可根据需要交互进行；

(2)可自动实时采集和分析数据，计算数据易得可靠；

(3)节省钻探费用，根据需要调节疏放量，并可长期使用。