一种监测井施工工艺及其直推式成井器具的制作方法

1.本发明涉及地质勘查技术领域，具体地涉及一种监测井施工工艺及其直推式成井器具。


背景技术：

2.随着工农业的生产发展，水资源供需矛盾日益突出，地表水水体的严重污染也使地下水逐步遭到污染，浅层地下水无法使用迫使许多地区大量开发深层地下水，又带来了地面沉降。为保障供水安全，有必要对地下水的水文和水质参数进行监测，以便实时掌握地下水的储量变化、水质指标等情况，选择优质的地下水源。
3.地下水监测井用于准确把握地下水环境质量状况和地下水体中污染物的动态分布变化情况，建设地下水监测井是场地污染调查工作的一项基本技术方法。地下水监测井以浅层地下水监测为主，通常包含井口保护装置、井壁管、封隔止水层、滤水管、围填滤料、沉淀管和井底等，监测井的钻进方法可采用螺旋钻进、冲击钻进、清水/泥浆回转钻进、直接贯入钻井成孔等方法，成孔完成后下套管、填粒料、洗井。在环境监测井的建设、使用和废止过程中，应确保不会对环境造成二次污染。而现有直接贯入钻井的地下水监测井成井方式，仍存在以下缺陷：（1）监测井容易塌陷，影响正常使用；（2）成井器具结构设置不合理，取水质量难以保证。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种监测井施工工艺及其直推式成井器具，所述工艺采用双管直推钻进，能够有效防止孔壁坍塌，保证成井成孔质量，在钻井前，可利用直推钻进工艺先进行连续采取地层土样，以准确判断地层结构和含水层位置，提高取水质量。
5.本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种监测井施工工艺，包括以下步骤：a、将套管卡扣在底部钻头上，将钻杆体同轴套设在套管内部且卡扣在底部钻头上，钻杆体顶部连接冲击头；b、在已完成直推取样的原取样孔位置，利用冲击头高频冲击钻杆体，采用直推方式，将向下冲击力传递至底部钻头，带动套管向下成孔，钻进至监测井设计深度；c、成孔结束后，在钻杆体内依次放入沉淀管、滤水管和井壁管，提出钻杆体，填入填料（粒料或黏土球），取出套管，封好井口，完成地下水监测井建设；其中，取出套管过程中填料经套管下端的空隙进入井壁管外周的钻孔内；本发明采用双管钻进，在钻进过程中套管护壁，可有效防止孔壁坍塌，保证填料层厚度，成井成孔质量好，施工效率高；底部钻头既能够使钻孔过程顺利进行，又能够提高井壁管的稳定性。
6.进一步的，在步骤a中，首先将套管下接头和钻杆下接头卡扣在底部钻头上，然后依次将套管和钻杆体分别连接在套管下接头和钻杆下接头上。
7.进一步的，在步骤a中，所述套管底部卡扣在钻杆体与底部钻头之间，一方面便于步骤c中先提出钻杆体，后提出套管，另一方面，冲击头向下冲击钻杆体，将向下冲击力传递至底部钻头和套管，套管避免了来自冲击头的直接冲击，以降低套管的损坏率，提高套管的使用寿命。
8.本发明还提供另一种技术方案：一种用于所述监测井施工工艺的直推式成井器具，包括钻杆体和设置于钻杆体顶部的冲击头；所述直推式成井器具还包括：套管，套设在钻杆体外周；底部钻头，与套管下端、钻杆体下端均卡扣连接，中间上部开设有平端沉孔。
9.进一步的，所述直推式成井器具还包括井壁管，井壁管位于钻杆体内，底部置于所述平端沉孔中，保证了井壁管与钻杆体同轴设置，还增强了井壁管的稳定性。
10.进一步的，所述钻杆体上下两端分别与钻杆上接头、钻杆下接头连接；所述冲击头套入钻杆上接头顶部，便于安装和拆卸；所述钻杆下接头底部套设在底部钻头上端外侧，能够保证钻杆体的稳定性。
11.进一步的，所述底部钻头底部为圆锥体，最大外径不小于套管外径，有利于钻进打孔；底部钻头顶部为圆柱体，圆柱体的外径与钻杆下接头内径相同，增强钻杆体的稳定性。
12.进一步的，所述套管下端内侧设置若干个凸起，凸起位于所述钻杆下接头与所述圆锥体之间，且卡扣在所述圆柱体上，相邻凸起之间为用于落料的空隙。上述结构设置具有以下作用：既实现套管与钻杆体之间的相对固定，又便于向上提起钻杆体；便于底部钻头从套管上脱落；便于底部钻头定位，保证套管与钻杆体同轴；当向套管与井壁管之间放入填料时，套管向上提起过程中，填料能够自相邻凸起的空隙下料，填料采用粒料或黏土球，能够避免塌孔，安全可靠。
13.进一步的，所述井壁管处于含水层的位置为滤水管，滤水管外侧包有滤网，井壁管处于含水层之外的位置均为不透水管；所述井壁管底部为沉淀管，沉淀管位于滤水管下方，用来做洗井沉淀物静置容纳空间，同时保证取水质量。
14.本发明的技术效果：与现有技术相比，本发明的一种直推式成井器具，具有以下优点：1、本发明涉及的钻进方法采用双管钻进，在钻进过程中套管护壁，可有效防止孔壁坍塌，保证填料层厚度，成井成孔质量好，施工效率高；2、本发明采用直推双管成井工艺，置入不同型式井壁管位置基于直推式连续采取地层土样的现场编录，可以精准判断地层结构和含水层位置，提高了取水质量；3、本发明监测井建设采用大功率的高频冲击器产生的冲击力，直接将钻杆体、套管压入地层的钻进方法，不需要清水或泥浆循环，钻进过程无污染，对地下水监测井施工质量有保证；4、本发明采用直推双管钻进，在套管取出前进行填料，保证了填料层厚度，便于操作和实现；5、本发明钻杆体、套管和底部钻头的结构设计，不仅保证了成井工艺的顺利进行，还避免了冲击头对套管直接冲击所造成的损坏；本发明整体结构设计合理，施工工艺简单方便，能够适用于工业污染源、饮用水源
地、农业污染源等区域的地下水调查和监测，适用范围广。
附图说明
15.图1为本发明监测井施工工艺流程图；图2为本发明直推式成井器具结构原理示意图。
16.图中，钻杆体1、冲击头2、套管3、底部钻头4、井壁管5、平端沉孔6、凸起7、钻杆上接头8、钻杆下接头9、套管下接头301、滤水管501、沉淀管502。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
18.实施例1：如图1和2所示，本实施例涉及一种监测井施工工艺，采用直推钻进方式，包括以下步骤：a、首先将套管下接头301和钻杆下接头9卡扣在底部钻头4上，然后依次将套管3和钻杆体1分别连接在套管下接头301和钻杆下接头9上，钻杆体1与套管3同轴，钻杆体1顶部连接冲击头2；作为优选的实施方式，所述套管3底部卡扣在钻杆体1与底部钻头4之间，一方面便于步骤c中先提出钻杆体1，后提出套管3，另一方面，冲击头2向下冲击钻杆体1，将向下冲击力传递至底部钻头4和套管3，套管3避免了来自冲击头2的直接冲击，以降低套管3的损坏率，提高套管3的使用寿命；b、在已完成直推取样的原取样孔位置，利用冲击头2高频冲击钻杆体1，采用直推方式，将向下冲击力传递至底部钻头4，带动套管3向下成孔，直推钻进至监测井设计深度。
19.c、成孔结束后，在钻杆体1内，依次放入沉淀管502、滤水管501和井壁管5，提出钻杆体1，填入填料（粒料或黏土球），取出套管3，封好井口，完成地下水监测井建设；其中，取出套管3过程中填料经套管3下端的空隙进入井壁管5外周的钻孔内；本发明采用双管钻进，在钻进过程中套管护壁，可有效防止孔壁坍塌，保证填料层厚度，成井成孔质量好，施工效率高；底部钻头4既能够使钻孔过程顺利进行，又能够提高井壁管5的稳定性。
20.实施例2：如图1和2所示，本实施例涉及的一种直推式成井器具，用于实现实施例1所述的监测井施工工艺，其结构包括钻杆体1和设置于钻杆体1顶部的冲击头2；所述钻杆体1外周同轴套设有套管3；套管3下端、钻杆体1下端均与底部钻头4卡扣连接，底部钻头4中间上部开设有平端沉孔6；钻杆体1内套设井壁管5，井壁管5底部置于所述平端沉孔6中，井壁管5外径与钻杆体1内径、平端沉孔6内径相同，实现中心定位。上述结构设置，使得在钻进过程中通过套管3护壁，能够效防止孔壁坍塌，保证填料层厚度，成井成孔质量好，施工效率高；便于填料；底部钻头4与钻杆体1、套管3之间的协同作用，保证了成井工艺的顺利进行，还避免了冲击头2对套管3直接冲击所造成的损坏；井壁管5置于平端沉孔6中，保证了井壁管5与钻杆体1同轴设置，还增强了井壁管5的稳定性。
21.所述钻杆体1上下两端分别与钻杆上接头8、钻杆下接头9连接；所述冲击头2套入钻杆上接头8顶部，便于安装和拆卸；所述钻杆下接头9底部套设在底部钻头4上端外侧，能
够保证钻杆体1的稳定性；所述钻杆上接头8、钻杆下接头9上设置有扳手口，可以实现钻杆拧卸。
22.所述底部钻头4底部为圆锥体，最大外径不小于套管3外径，有利于钻进打孔；底部钻头4顶部为圆柱体，圆柱体的外径与钻杆下接头9内径相同，增强钻杆体1的稳定性。
23.所述套管3采用钢质套管，套管3下端螺纹连接有套管下接头301，套管3通过套管下接头301与底部钻头4卡扣连接。具体的，套管下接头301内侧设置若干个凸起7，凸起7位于所述钻杆下接头9与所述圆锥体之间，且卡扣在所述圆柱体上，相邻凸起7之间为用于落料的空隙。上述结构设置具有以下作用：既实现套管3与钻杆体1之间的相对固定，又便于向上提起钻杆体1；便于底部钻头4从套管3上脱落；便于底部钻头4定位，保证套管3与钻杆体1同轴；当向套管3与井壁管5之间放入填料时，套管3向上提起过程中，填料能够自相邻凸起7的空隙下料，填料采用粒料或黏土球，能够避免塌孔，安全可靠。
24.所述井壁管5采用pvc材料，两端设置外螺纹，且螺纹端设置o型密封圈，便于拧紧后密封，所述井壁管5处于含水层的位置为滤水管501，滤水管外侧包有滤网，井壁管5处于含水层之外的位置均为不透水管；所述井壁管5底部为沉淀管502，沉淀管502位于滤水管501下方，用来沉淀洗井静置后的杂质，可提高取水质量，作为优选的实施方式，所述井壁管5与滤水管501之间、滤水管501与沉淀管502之间螺纹连接，方便制作和安装。
25.本发明所述直推式成井器具不仅适用于工业污染源（工业园区、工业园区外工业污染源及工业废弃场地），还能够适用于饮用水源地、危险废物处置场、垃圾填埋场、石油化工生产销售区、农业污染源（再生水灌溉区、规模化养殖场）、高尔夫球场等区域的地下水调查和监测。
26.上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。