应用于地热井抽水试验的止水器、分层止水装置及系统的制作方法

本发明属于分层抽水技术，尤其涉及一种应用于地热井抽水试验的止水器、分层止水装置及系统。

背景技术：

目前，在开展水文地质工作时，查明含水层的分布特征及富水性对于地下水开发利用具有重要意义。在地下水为多层含水层和区块含水段等复杂储水地质区域，不同的含水层，其水位、水质以及各种水文地质参数均不相同，需要通过钻孔分层抽水试验来完成水文地质试验。仅需一个钻孔即可将分别位于地层不同深度段内的抽水孔中含水层段所渗出的水各自独立的抽取出来，从而能够迅速和低成本的了解特定位置地层的不同深度段内含水层段的水文地质特征，因此成为水文地质工作中经常使用的技术。

按设计要求在隔水层位置，对钻井上下含水层进行隔离止水，防止上下含水层串通进行分层止水，是分层抽水试验中一项重要的工艺。传统止水方式多应用车带轮胎、黄豆、海带等对止水位置进行封堵，由于止水位置在地下无法进行监控，需要操作人员经验丰富、技术水平高，否则可能造成止水位置、程度不当，提钻无法正常进行等问题，影响分层抽水试验的正常进行。因此后续开始出现充气止水器，通过配备的监测系统自动记录下地下水变化的情形，对其封堵效果进行监控，但是该种止水方式必定要配设地表充气系统、充气管线及监测系统等所需的充电线路，不可控因素过多，尤其是充气管线、充电线路危险系数高，在下入过程中，一旦出现缠绕，无法提钻，硬性提钻既有可能造成充气管线、充电线路损坏，又可能因为大幅度的扰动对钻井造成不可修复的损坏，后果均很难处理，尤其钻井深度很深，如400m以上的地热井，对于1000m以上的地热井更甚，若出现缠绕，处理起来更是困难重重，因而虽然采用充气止水器的止水效果可以通过监测系统进行监控，但是由此带来的问题却成为整个分层抽水试验正常进行的主要干扰因素，导致使用者常常因为由此带来的后果舍弃这种止水方式，使其优势没有机会发挥。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种应用于地热井抽水试验的止水器、分层止水装置及系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种应用于地热井抽水试验的止水器，包括导水管体、气囊、塑性保护层、塑性圈，

气囊位于导水管体、塑性保护层之间，所述塑性保护层与塑性圈贴合设置，且位于塑性圈内侧，所述塑性保护层的外表面上分别安装传感器模块、信号发射模块，

气囊内存储气体反应物，通过气体反应物反应产生的气体对气囊充气，

气囊经充气扩张，对塑性保护层、塑性圈进行挤压对止水位置进行封堵，塑性保护层外表面上的传感器模块采集所述止水器在止水位置封堵时，塑性保护层被积压变形产生的变形数据，通过信号发射模块传输至地表的数据处理装置，以供用户通过数据处理装置对所述变形数据进行分析处理。

气囊通过气体反应物反应产生的气体对气囊充气，无需配置地表充气系统、充气管线，大大简化了配套装备，不但降低了试验成本，而且避免了充气管线，避免了其缠绕，处理困难，硬性提钻，充气管线损坏，对钻井造成损坏的问题，对于400m以上的深度地热井，尤其是1000m以上的地热井意义重大，本发明通过塑性保护层外表面上的传感器模块采集塑性保护层的变形数据，通过信号发射模块传输至地表的数据处理装置，以供用户通过数据处理装置对所述变形数据进行分析处理，检测所述止水器的封堵位置、封堵程度，对其进行监控，无需配置充电线路，省去了危险系数高的充电线路，避免了其缠绕，处理困难，若硬性提钻，会造成充气管线损坏，甚至导致钻井损坏等问题，对于400m以上的深度地热井，尤其是1000m以上的地热井，具有深远意义。

进一步的，气囊内设置用于存储多个co2气体反应物的储物空间，气囊上装有放气阀，毛细管一端插入所述气囊与所述储物空间连通，另一端与导水管体内的透水通道连通，储物空间通过隔膜分隔成多个储物隔间，用于存储相应的co2气体反应物，所述止水器还包括热熔器，所述热熔器的加热端插入气囊内，与所述隔膜对应。无需配置地表充气系统、充气管线及监控系统等配备的充电线路，省去了充气管线、充电线路等不可控因素多，大大降低了工作难度及危险系数，无需考虑充气管线、充电线路在下入过程中，因缠绕导致提钻困难等问题，对于400m以上的深度钻井，特别是1000m以上的水井或地热井具有重要意义。

气囊内充气气体为co2，二氧化碳的临界温度为31℃左右,温度高于31℃,加大压力不会液化，适用于400m以上的深度钻井，特别是1000m以上的水井或地热井。

进一步的，多个co2气体反应物包括碱性碳酸盐及酸性化合物。

进一步的，碱性碳酸盐为碳酸氢钠，酸性化合物为hci、feci3、ch3cooh的一种。

导水管体、与塑性保护层之间还分别设置支撑架及弹性体。导水管体与塑性保护层通过支撑架固定，通过弹性体连接，在气囊扩张力消失后，有助于塑性保护层恢复。

根据本发明的一个方面，提供了一种应用于地热井抽水试验的分层止水装置，其特征是，包括定点取样装置及上述任一所述的止水器，定点取样装置安装在导水管体内。

进一步的，定点取样装置从下至上依次包括进水口、进水腔、若干第一封堵体、若干第二封堵体，所述进水口与所述进水腔连通，所述进水腔内设置驱动所述第一封堵体向上移动的推动结构，所述第一封堵体的下端部与定点取样装置的内壁活动连接，所述第一封堵体的上端部、所述第二封堵体的上端部均与连动轴活动连接，所述第二封堵体的下端部与穿过所述第二封堵体的支撑体活动连接，所述第一封堵体、所述第二封堵体可与定点取样装置的内壁形成储水空间，水通过进水口进入进水腔，触发所述推动结构驱动所述第一封堵体向上移动，使水穿过所述第一封堵体进入所述储水空间。将定点取样装置提起，使待检测水保存在储水空间，结构简单，操作方便，无需电学器件及充电线路的配置，降低了采样成本，而且降低了操作难度，无需考虑电学器件及充电线路的维护及下放问题。

所述推动结构包括可沿进水腔限定范围进行活动的球体、滑动杆，滑动杆与所述第一封堵体活动连接，水进入进水腔，球体上浮推动滑动杆向上移动，所述滑动杆向上移动推动第一封堵体绕定点取样装置的内壁向上移动，经连动轴驱动所述第二封堵体绕所述支撑体向上移动。

根据本发明的一个方面，提供了一种应用于地热井抽水试验的分层止水系统，包括若干个上述任一所述的止水器，所述止水器安装在钻杆上，所述钻杆与泵室连接，所述泵室内安装水泵。

根据本发明的一个方面，提供了一种应用于地热井抽水试验的分层止水系统，包括若干个上述任一所述的应用于地热井抽水试验的分层止水装置，其中，所述应用于地热井抽水试验的分层止水装置的止水器安装在钻杆上，所述钻杆与泵室连接，所述泵室内安装水泵。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明示例的应用于地热井抽水试验的止水器，气囊通过气体反应物反应产生的气体对气囊充气，无需配置地表充气系统、充气管线，大大简化了配套装备，不但降低了试验成本，而且避免了充气管线，避免了其缠绕，处理困难，硬性提钻，充气管线损坏，对钻井造成损坏的问题，对于400m以上的深度地热井，尤其是1000m以上的地热井意义重大，本发明通过塑性保护层外表面上的传感器模块采集塑性保护层的变形数据，通过信号发射模块传输至地表的数据处理装置，以供用户通过数据处理装置对所述变形数据进行分析处理，检测所述止水器的封堵位置、封堵程度，对其进行监控，无需配置充电线路，省去了危险系数高的充电线路，避免了其缠绕，处理困难，若硬性提钻，会造成充气管线损坏，甚至导致钻井损坏等问题，实现了止水器与地表充气系统、充气线路、充电线路脱离，这对于400m以上的深度地热井，尤其是1000m以上的地热井，具有深远意义。

2、本发明示例的应用于地热井抽水试验的分层止水装置，其定点取样装置结构简单，安装在上述止水器内，对止水位置封堵完毕，即可通过定点取样装置采样，采样过程简单方便，水由进水口进入进水腔，触发所述推动结构驱动所述第一封堵体向上移动，使水穿过所述第一封堵体进入所述储水空间。将定点取样装置提起，水保存在储水空间，操作方便，无需电学器件及充电线路的配置，降低了采样成本，而且降低了操作难度，无需考虑电学器件及充电线路的维护及下放问题。

3、本发明示例的应用于地热井抽水试验的分层止水系统，将泵室安置在专用的钻杆上，避免了将水泵放置于下部线缆过长的问题，对于1000m以上钻井尤其是地热井，可避免出现卡钻时提取的困难。

附图说明

图1为本发明止水器与钻杆的连接示意图；

图2为本发明止水器的结构示意图；

图3为本发明止水器中热熔器的示意图；

图4为本发明定点取样装置的结构示意图，

图中，1法兰接口，2钻杆，3套管，4高强度桥式钻杆，5导水管体，6气囊，7塑性保护层，8塑性圈，9支撑架，10弹性体，11传感器模块，12储物空间，13放气阀，14隔膜，15热熔器，16进水腔，17第一封堵体，18第二封堵体，19连动轴，20支撑体，21球体，22滑动杆，23滑动槽，24水平支架，25泵室。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合具体实施例、说明书附图对本发明作进一步说明。

实施例一：

止水器可以通过法兰接口1或者螺丝扣等安置在钻杆2前端，在进行分层抽水试验时，将钻杆2下放入钻井的套管3内，止水器将上部含水层封堵，下部含水层产生水力联系，由于压力水头的存在，深层含水层地热水通过钻杆进入上部泵室，从而完成分层抽水。对于多层含水层可连接两个止水器，以便上下封堵水力通道，取中层水，两止水器之间通过高强度桥式钻杆4连接。

本实施例的应用于地热井抽水试验的止水器，包括导水管体5、气囊6、塑性保护层7、塑性圈8，下部含水层通过导水管体5能够联通，所述导水管体5的材质可以是钢，塑性保护层7可选择可塑性铁皮，塑性圈8可选择胶皮圈或其他可塑性较强的材质，如汽车内胎等同等材质，气囊6位于导水管体5、塑性保护层7之间，导水管体5、与塑性保护层7之间还分别设置支撑架9及弹性体10。导水管体5与塑性保护层7通过支撑架9固定，通过弹性体10如弹簧连接，在气囊6扩张力消失后，有助于塑性保护层7恢复，便于提钻，支撑架8及弹性体9可以设置多个，在导水管体5与塑性保护层7之间均匀分布，气囊6的数量优选多个，如4个，其分布在一个支撑架9及弹性体10组合体与另一支撑架9及弹性体10组合体之间。所述塑性保护层7与塑性圈8贴合设置，且位于塑性圈8内侧，所述塑性保护层7的外表面具体上下部均分别安装传感器模块11、信号发射模块，当然传感器模块11、信号发射模块外需要设置保护外壳，对其进行保护，传感器模块11、信号发射模的数量一般与设置的气囊6数量相同，传感器模块11通过采集塑性保护层的变形数据具体为弯曲程度通过信号传达至地表数据处理装置，根据塑性保护层7的弯曲程度计算外部塑性圈8的扩大程度，用于查验是否已完全堵水，所述传感器模块11具体为陀螺仪装置。

气囊6内存储气体反应物，通过气体反应物反应产生的气体，而非通过地表充气系统，故省去了地表充气系统及其充气管线的配置，本实施例优选co2对气囊6充气，通过表1可知，co2气体在10mpa(1000m)下的压缩系数约为0.54，理论上2l体积试剂至少可以释放出200l以上二氧化碳，而10mpa压力下可撑起100l以上的体积。大量气体使得气囊6(气囊6使用汽车内胎等高强度材料制作)迅速膨胀。co2的临界温度为31℃左右,就是说,温度高于31℃,加大压力不会液化，因此通过co2的作业环境适用于400m以上的深度地热井，特别是1000m以上的地热井。

表1：二氧化碳的压缩系数

气囊6内设置用于存储多个co2气体反应物的储物空间12，气囊6上装有放气阀13，具体可在气囊6固定口处安置放气阀13无线声呐放气阀，使其在实验结束之后能够打开气囊6放气阀13放气，使得止水器恢复原装。毛细管一端插入所述气囊6与所述储物空间12连通，另一端与导水管体5内的透水通道连通，储物空间12通过隔膜14分隔成多个储物隔间，用于存储相应的co2气体反应物，所述co2气体反应物包括碱性碳酸盐及酸性化合物等。碱性碳酸盐为碳酸氢钠，酸性化合物为hci、feci3、ch3cooh的一种。所述止水器还包括热熔器15，所述热熔器15的加热端插入气囊6内，与所述隔膜14对应。具体可为无线声呐热熔装置，可以在地表遥控，将储物隔间之间的隔膜14破坏，所述隔膜14可为pof收缩膜或ops收缩膜，止水器到达止水位置后，由于气囊6内压力小于外部压力，毛细管会将导水管体5内的水吸入气囊6内的储物空间12内，与储物空间12内的co2气体反应物混合反应生成co2气体，对气囊6充气，气囊6通过气体反应物反应产生的气体对气囊6充气，无需配置地表充气系统、充气管线，大大简化了配套装备，不但降低了试验成本，而且避免了充气管线，避免了其缠绕，处理困难，硬性提钻，充气管线损坏，对钻井造成损坏的问题，对于400m以上的深度地热井，尤其是1000m以上的地热井意义重大，气囊6经充气扩张，气囊6迅速膨胀使得外部塑性保护层7迅速外扩，外扩应力传导至外部的塑性圈8，对塑性保护层7、塑性圈8进行挤压，从而使得塑性圈8封堵止水位置的目的，塑性保护层7外表面上的传感器模块10采集所述止水器在止水位置封堵时，塑性保护层7被积压变形产生的变形数据，通过信号发射模块传输至地表的数据处理装置，以供用户通过数据处理装置对所述变形数据进行分析处理，计算外部塑性圈8的扩大程度，依此检测所述止水器的封堵位置、封堵程度，对其进行监控，无需配置监控系统等配备的充电线路，省去了危险系数高的充电线路，避免了其缠绕，处理困难，若硬性提钻，会造成充电线路的损坏，甚至导致钻井损坏等问题，且结构简单，易装载，易提钻，不能因下入所述止水器造成进一步的施工困难，对于400m以上的深度钻井地热井，尤其是1000m以上的地热井，具有深远意义。

当然，上述止水器上下端部分别设置用于与钻杆连接的法兰接口1或者螺丝扣。

本实施例的应用于地热井抽水试验的分层止水装置，其特征是，包括定点取样装置及上述任一所述的止水器，定点取样装置可以通过法兰接口1安装在导水管体5内。在抽水结束后，可以取抽水位置的原装水样，避免因抽水产生紊流造成的不同含水层水的混合，实现提钻(提钻杆)的同时可以取深层水水样。

定点取样装置从下至上依次包括进水口、进水腔16、若干第一封堵体17、若干第二封堵体18，第一封堵体17、第二封堵体18均可以包括多个单体，如4个单体，每个单体均可以由胶皮体及钢板或塑料等支撑结构组成，由于胶皮体在环境温度较高时可能出现收缩，需要通过支撑结构对其进行支撑及固定形状的作用，所述进水口与所述进水腔16连通，所述进水腔16内设置驱动所述第一封堵体17向上移动的推动结构，所述第一封堵体17的下端部与定点取样装置的内壁活动连接，所述第一封堵体17的上端部、所述第二封堵体18的上端部均与连动轴19活动连接，所述第二封堵体18的下端部与穿过所述第二封堵体18的支撑体20活动连接，所述第一封堵体17、所述第二封堵体18均形成类合页结构，所述第一封堵体17、所述第二封堵体18可与定点取样装置的内壁形成储水空间，水未进入进水腔16时，第一封堵体17、第二封堵体18截面为锥形，所述推动结构包括可沿进水腔16限定范围进行活动的球体21、滑动杆22，滑动杆22配置有滑动杆22滑动的滑动槽23，该滑动槽23固定在水平支架24上，水平支架24设在进水腔16的末端，所述水平支架24与所述支撑体20相互垂直，所述滑动杆22与所述第一封堵体17活动连接，抽水时，上部水头压力降低，该装置下部水流进入进水腔16，由于压力作用顶起球体21，球体21顶起滑动杆22推动滑动杆22向上移动，所述滑动杆22向上移动推动第一封堵体17绕定点取样装置的内壁向上移动，经连动轴19驱动所述第二封堵体18绕所述支撑体20向上移动。即由滑动杆22顶起所述第一封堵体17，此时由于连动轴19的作用，所述第二封堵体18亦张开，形成透水通道，使水穿过所述第一封堵体17进入所述储水空间，即水流进入取样装置腔体。该装置无抽水压力水头的情况下，对下部水进行截取，抽水结束后提钻时，由于重力作用和上部水流压力，第一封堵体17、第二封堵体18、球体21回落，第一封堵体17、第二封堵体18封闭，形成闭塞空间，取样完成，在无抽水压力水头的情况下，对下部水进行截取，且避免了抽水抽出地表再进行取样时co2等气体的溢出和氧化，避免对水样检测数据的误差，该装置结构简单，操作方便，无需电学器件及充电线路的配置，降低了采样成本，而且降低了操作难度，无需考虑电学器件及充电线路的维护及下放问题。本装置主要用于对于400m以上的深度地热井，尤其是1000m以上的水井或地热井取样，特别是对深层地热水分层取样。

本实施例的应用于地热井抽水试验的分层止水系统，包括若干个上述任一所述的止水器，所述止水器安装在钻杆2上，所述钻杆2与泵室25连接，所述泵室25内安装水泵，水泵的位置根据水位的波动确定，将泵室25安置在专用的钻杆2上，避免了将水泵放置于下部线缆过长的问题，对于400m以上的深度地热井，尤其是1000m以上的地热井，可避免出现卡钻时提取的困难。当然，根据具体的需要，在所述止水器上增加定点取水装置，提钻的同时可以取深层水水样。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能。