本发明涉及水文地质勘察抽水试验，具体地说是大口径试验井分层抽水试验装置及分层抽水器。
背景技术：
目前对于巨厚含水层分层抽水试验方法，主要有两种：
第一种方法，是在同一地点由上至下采用变径方法依次完成各含水层的成井及抽水试验，即先以大口径完成最上面含水层的成井，并进行该层抽水试验；之后在该井内继续加深完成下一个含水层的成井，并进行第二含水层的抽水试验；向下重复上述过程，完成第三、第四等含水层的抽水试验。各含水层之间（即井管间）需要进行很好的止水，即不允许上部含水层的水渗漏到下部抽水含水层中而影响抽水试验成果。该种成井工艺往往止水效果不好，容易出现废井情况。据了解因止水不好造成第二、三层抽水试验失败的情况较多。这种成井工艺复杂，施工难度大，井内变径止水困难，浪费管材，抽水试验过程历时长，效率低。
第二种方法，是针对各含水层分别成井，即在不同部位对每个含水层打一眼井，单独成井，分别进行抽水试验，当然每眼井都要针对抽水目的层以外含水层进行止水。这种方法需多打井，成井管材需要量大，成井数量多，施工成本较大，工艺简单，工期长。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供大口径试验井分层抽水试验装置及分层抽水器，可以实现在同一抽水井中分层抽水，取得不同含水层的渗透参数，成井简单，节省管材，止水效果理想，确定参数准确，效率高，大大降低施工成本。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，大口径试验井分层抽水试验装置及分层抽水器，包括下入到抽水井内的井壁管、下入到井壁管内的内管，抽水井内至少含有两层含水层，含水层两两之间为止水材料层，所述内管外壁与井壁管内壁之间形成环空，所述内管上端口敞开，下端口封堵，所述内管外壁套装充气胶囊，所述充气胶囊包括上充气胶囊、下充气胶囊，所述上充气胶囊、下充气胶囊之间的这一段内管上均匀开设径向贯通孔，形成花管，或者直接采用预置的花管焊接在上充气胶囊、下充气胶囊之间的位置，所述井壁管连接至少两个滤水管，滤水管的数量与含水层的层数相等，滤水管和含水层一一对应，所述花管的位置高度对应其中一个滤水管的位置高度，所述内管中下入抽水泵。
所述内管外壁还设置两对胶囊保护环，其中一对分别轴向限位于上充气胶囊的两端，另一对分别轴向限位于下充气胶囊的两端。
所述上充气胶囊或下充气胶囊包括胶囊本体，胶囊本体设置充气嘴，充气嘴通过充气管连接井外充气泵。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，大口径试验井分层抽水器，包括内管，所述内管上端口敞开，下端口封堵，所述内管外壁套装充气胶囊，所述充气胶囊包括上充气胶囊、下充气胶囊，所述上充气胶囊、下充气胶囊之间的这一段内管上均匀开设径向贯通孔，形成花管，或者直接采用预置的花管焊接在上充气胶囊、下充气胶囊之间的位置，所述内管外壁还设置两对胶囊保护环，其中一对分别轴向限位于上充气胶囊的两端，另一对分别轴向限位于下充气胶囊的两端，所述上充气胶囊或下充气胶囊包括胶囊本体，胶囊本体设置充气嘴。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
该装置制造简单，安装操做方便，设备可以重复使用，减化了成井过程，不仅节省大量成井管材，还节省大量滤料与止水材料，特别是缩短了整个抽水试验工期，提高了效率，大大节约工程投资与成本。本装置在内蒙古东台子水库抽水试验中得到应用，效果非常理想。
附图说明
图1为本发明的大口径试验井分层抽水试验装置在对应第一含水层的结构示意图；
图2为本发明的大口径试验井分层抽水试验装置在对应第二含水层的结构示意图；
图3为本发明的大口径试验井分层抽水试验装置在对应第三含水层的结构示意图；
图4为本发明的大口径试验井分层抽水试验装置在对应第四含水层的结构示意图；
图5为充气胶囊未充气时的纵截面结构示意图；
图6为充气胶囊未充气时的横截面结构示意图；
图7为充气胶囊充气时的纵截面结构示意图；
图8为充气胶囊充气时的横截面结构示意图。
图中：上充气胶囊1、下充气胶囊2、花管3、内管4、第一含水层5、第二含水层6、第三含水层7、第四含水层8、止水材料层9、井壁管10、滤水管11、胶囊保护环12、胶囊保护环13、充气胶囊本体101、胶囊内腔102。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据图1至图8所示，大口径试验井分层抽水试验装置，包括下入到抽水井内的井壁管10、下入到井壁管内的内管4，抽水井内至少含有两层含水层，图纸中的实施例采用了4层含水层，分别为第一含水层5、第二含水层6、第三含水层7、第四含水层8，含水层两两之间为止水材料层9，所述内管外壁与井壁管内壁之间形成环空，所述内管上端口敞开，下端口封堵，所述内管外壁套装充气胶囊，所述充气胶囊包括上充气胶囊1、下充气胶囊2，所述上充气胶囊、下充气胶囊之间的这一段内管上均匀开设径向贯通孔，形成花管3，或者直接采用预置的花管焊接在上充气胶囊、下充气胶囊之间的位置，所述井壁管连接至少两个滤水管11，滤水管的数量与含水层的层数相等，滤水管和含水层一一对应，所述花管的位置高度对应其中一个滤水管的位置高度，所述内管中下入抽水泵。所述内管外壁还设置两对胶囊保护环，其中一对分别轴向限位于上充气胶囊的两端，另一对分别轴向限位于下充气胶囊的两端。比如胶囊保护环12、胶囊保护环13构成其中一对，所述上充气胶囊或下充气胶囊包括胶囊本体101，胶囊本体设置充气嘴，充气嘴通过充气管连接井外充气泵，向胶囊内腔102中充气。
根据图1至图8所示，大口径试验井分层抽水器，包括内管，所述内管上端口敞开，下端口封堵，所述内管外壁套装充气胶囊，所述充气胶囊包括上充气胶囊1、下充气胶囊2，所述上充气胶囊、下充气胶囊之间的这一段内管上均匀开设径向贯通孔，形成花管3，或者直接采用预置的花管焊接在上充气胶囊、下充气胶囊之间的位置，所述内管外壁还设置两对胶囊保护环，其中一对分别轴向限位于上充气胶囊的两端，另一对分别轴向限位于下充气胶囊的两端。比如胶囊保护环12、胶囊保护环13构成其中一对，所述上充气胶囊或下充气胶囊包括胶囊本体101，胶囊本体设置充气嘴。
实现在一眼同井径井内完成分层抽水试验。主要装置：抽水井内管、止水胶囊、高压充气泵。在抽水井内管中下入抽水泵，调整抽水井内管安装位置即可完成各含水层的抽水试验。
采用同一井径成井。在多个含水层中完成一眼同井径的水井，并按含水层分层情况设计抽水层位置及长度，设计好分层止水位置及长度，之后按抽水层及止水位置安装下放滤水管和井壁管，依次投入滤料（滤水管段）和止水材料。本工序只是成井过程，与常规成井工艺相同，只是增加滤料、止水材料分次投放次数，并监测好投放位置准确度即可。
设计抽水井内管，用于分层（或分段）抽取目标含水层地下水。内管管径要根据抽水井及抽水试验水泵外径进行设计。管径要小于成井井管内径，与井管之间预留一定间隙，便于对井管与内管之间进行密封。内管采用无缝钢管，底端70~100cm长为无孔管（即管壁无孔），并将管端用铁板封堵焊接严密。根据抽水井滤水管长度及止水段位置，设计内管上的花管长度，即在内管底端80cm以上段钻出圆孔（孔径3~4cm，间距5~8cm），花管长度应达到滤水管长度的40~60%（具体需根据预估出水量、滤水管长度、孔眼大小确定），花管以上为无孔管，每节管长4~6m（根据钻塔高度确定），管间采用丝扣连接，保证连接处密闭不漏水。另外，花管与无孔管之间也可设计为丝扣连接，便于安装。
设计专用充气胶囊，用于抽水井内管与井管之间的密封止水。充气胶囊横断面为圆型，内径略大于抽水井内管外径，便于安装。胶囊外径小于成井井管内径7~8cm，胶囊非充气条件下厚度一般1.5~2.0cm，长度60~80cm，充气压差要求1.0~1.5mpa。
根据目标含水层段滤水管长度及止水部位，在抽水井内管的花管两端安装止水胶囊，目的是将下入的抽水井内管的花管段与抽水井滤水管对应，并隔断花管与其它含水层之间的连通，使安装于抽水井内管中的水泵仅能抽取目标含水层中的地下水，完成本层抽水试验。
根据各含水层的厚度及滤水管、止水段位置可由上到下或由下到上依次完成抽水试验，如各含水层滤水管与止水段间隔相差较大，需调整充气胶囊位置。抽水井内管、充气胶囊可重复使用。高压充气泵主要用于止水胶囊的充气。
根据图1、图2、图3、图4所示，抽水试验实施过程：
1、成井过程：
1）选定抽水试验井井位，采用φ600mm井径钻机进行钻井，一次性完成钻井，井深118m。同一井径完成抽水井，按各含水层位置及止水段部位安装井管，并分别投放各段滤料，做好各段止水。该井基本为常规成井工艺，只是增加了滤料与止水材料的分段投放程序。
2）按设计的抽水层位置及长度、相对隔水层及止水位置，安装下入井壁管及滤水管（井壁管及滤水管内径为φ300mm），滤水管为多根，分别对应各自含水层。各节管之间采用焊接工艺进行连接。
3）按井壁管及滤水管长度，依次在井壁管外部和滤水管外部投入止水材料及滤料，做好相对隔水层与井壁管间的止水，防止相邻含水层之间的连通。
4）采用空压机洗井，水质清澈后可进行抽水试验。
2、抽水试验过程：
1）抽取第一含水层地下水：将下充气胶囊套入抽水井内管下端（管内径为φ220mm），该段无孔管长12m。上端连接花管（长14m），之后连接6m无孔管，并在27m处套入上充气胶囊，两胶囊间距约26m，之间用高压塑料细管连接，可以同时给两胶囊充气。井口预留0.5m，并用管卡固定抽水井内管防止掉入井内。此时，下端下充气胶囊位于第一含水层与第二含水层之间的相对隔水层也就是止水材料层部位。然后采用高压充气泵对胶囊进行充气，控制胶囊内压力大于胶囊外压力0.3~0.5mpa（要考虑水的压力），保证抽水井内管与井壁管间密闭不漏水。之后在抽水井内管中安装并下入深井潜水泵进行抽水试验，完成第一含水层的抽水试验工作。见图1。表示把抽水井内管花管段下入第一个含水层位置，将上下充气胶囊对应止水段充气密封，之后即可在内管中下入水泵完成第一个含水层的抽水试验。
2）抽取第二含水层地下水：首先提出水泵，将充气胶囊放气卸压，胶囊缩回。在抽水井内管上端陆续连接30m长无孔抽水井内管，并下入井内，井口预留0.5m，用管卡固定抽水井内管防止掉入井内。此时，下充气胶囊位于第二含水层和第三含水层之间的隔水层部位，上充气胶囊位于第二含水层与第一含水层之间的隔水层部位。然后采用高压充气泵对胶囊进行充气，控制胶囊内压力大于胶囊外压力0.3~0.5mpa（要考虑水的压力），保证抽水井内管与井壁管间密闭不漏水。之后在抽水井内管中安装并下入深井潜水泵进行抽水试验，完成第二含水层的抽水试验工作。见图2。表示把抽水井内管花管段下入第二个含水层位置，将上下充气胶囊对应止水段充气密封，之后即可在内管中下入水泵完成第二个含水层的抽水试验。
3）抽取第三含水层地下水：首先提出水泵，将充气胶囊放气卸压，胶囊缩回。在抽水井内管上端陆续连接26m长无孔抽水井内管，并下入井内，井口预留0.5m，用管卡固定抽水井内管防止掉入井内。此时，下充气胶囊位于第三含水层和第四含水层之间的隔水层部位，上充气胶囊位于第三含水层和第二含水层之间的隔水层部位。然后采用高压充气泵对胶囊进行充气，控制胶囊内压力大于胶囊外压力0.3~0.5mpa（要考虑水的压力），保证抽水井内管与井壁管间密闭不漏水。之后在抽水井内管中安装并下入深井潜水泵进行抽水试验，完成第三含水层的抽水试验工作。见图3。表示把抽水井内管花管段下入第三个含水层位置，将上下充气胶囊对应止水段充气密封，之后即可在内管中下入水泵完成第三个含水层的抽水试验。
4）抽取第四含水层地下水：如果该层厚度与上部透水层厚度一致，则重复上述过程即可完成该层抽水试验。见图4。表示把抽水井内管花管段下入第四个含水层位置，将上下充气胶囊对应止水段充气密封，之后即可在内管中下入水泵完成第四个含水层的抽水试验。但是如果第四含水层透水层厚度较小，这样继续下入抽水井内管上充气胶囊则起不到隔水作用。因此，需提出抽水井内管，去掉下充气胶囊段，按第四含水层厚度留一定长度花管，将上充气胶囊套入花管上部抽水井内管上，依次连接抽水井内管并下入井内，按设计位置将胶囊安装在第三含水层与第四含水层之间的隔水层位置，之后将内管固定。安装下入水泵即可完成第四含水层的抽水试验工作。
5）说明：抽水井内管每节长度4~6m，可根据各段长度进行组合连接。充气胶囊根据本设备单独设计定制，效果非常好。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。