多层段同测套管及观测井的制作方法

本发明涉及液位观测技术领域，尤其涉及一种多层段同测套管及观测井。

背景技术：

目前的工业技术和手段对同一地理位置地下不同埋深的含水层长期观测，只能通过大口径成井并多个套管分层监测或者多个小口径单套管钻孔的方式；这种方式对观测井的经济成本、时间成本、工程施工量和人工设备规模都会造成极大的浪费。

因此，本申请针对上述问题提供一种新的多层段同测套管及观测井，以降低同一地理位置地下不同埋深的含水层长期观测的观测井的经济成本和时间成本，还可以减少其工程施工量和降低其人工设备规模。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供多层段同测套管，以解决现有技术中存在的具有多层含水层的地理位置的观测井经济和时间成本较高、工程和人员资源浪费的技术问题。

本发明的目的还在于提供观测井，以解决现有技术中存在的具有多层含水层的地理位置的观测井经济和时间成本较高、工程和人员资源浪费的技术问题。

基于上述第一目的，本发明提供的多层段同测套管，包括多个依次连通的测液管；

所述测液管包括依次连通的蓄液部、透液部和封阻部；所述测液管的封阻部与相邻所述测液管的蓄液部连通；

所述透液部用于与观测井内的液体连通，以使所述液体渗透到所述透液部内部，或者以使所述液体渗透到所述透液部和所述蓄液部内部；

所述封阻部能够切断所述测液管的通路。

本发明的可选技术方案为，所述封阻部设置有内膨胀圈和外膨胀圈；所述内膨胀圈固定设置在所述封阻部的内壁上，所述外膨胀圈固定设置在所述封阻部的外壁上；

所述内膨胀圈和所述外膨胀圈采用遇水自行膨胀材料；

所述内膨胀圈用于膨胀后能够切断所述测液管的通路；

所述外膨胀圈用于膨胀后能够切断所述观测井沿所述测液管的轴向的通路。

本发明的可选技术方案为，所述内膨胀圈和所述外膨胀圈采用遇水膨胀橡胶；

所述外膨胀圈外周壁固定设置有水溶膜；

所述内膨胀圈和所述外膨胀圈设置在所述封阻部的位置相对应；

所述封阻部的外周壁设置有可拆装的第二保护件，所述外膨胀圈设置在所述第二保护件内部。

本发明的可选技术方案为，所述内膨胀圈的数量为多个，多个所述内膨胀圈沿所述封阻部轴向间隔设置；和/或，所述外膨胀圈的数量为多个时，多个所述外膨胀圈沿所述封阻部轴向间隔设置；

相邻两个内膨胀圈之间或相邻两个外膨胀圈之间的间隔距离T2：

0.5H1<T2<0.8H1；

0.2M<T2<0.5M；

靠近所述透液部的内膨胀圈与透液部之间的距离L2：L2取两个公式中的低值；

所述外膨胀圈的外径为所述测液管外径的1.2倍-1.5倍；所述内膨胀圈的内径为所述测液管内径的0.4倍-0.7倍；

所述外膨胀圈的遇水膨胀比为1.2-1.5；所述内膨胀圈的遇水膨胀比为1.5-2；

所述外膨胀圈和所述内膨胀圈的厚度均为T1：

式中，H1为水层总水头高度，H2为水头初值、潜水流初始厚度，M为承压含水层厚度。

本发明的可选技术方案为，所述透液部的外周壁固定设置有水溶膜；

所述透液部密布有多个用于渗透液体的透液孔；所述水溶膜覆盖全部的透液孔。

本发明的可选技术方案为，所述透液部的外周壁设置有可拆装的第一保护件，所述水溶膜设置在所述第一保护件内部；

所述透液孔的直径d0：

H3 0/00<d0；

M 0/000<d0；

式中，M为承压含水层厚度；H3为含水层厚度；D2为测液管的内径。

本发明的可选技术方案为，所述的多层段同测套管还包括与所述测液管一一对应的续接管；所述续接管与所述测液管的蓄液部连通；

所述续接管与所述测液管形成套管组；所述套管组的封阻部与相邻所述套管组的续接管连通。

本发明的可选技术方案为，所述续接管包括至少一个依次连通的续接子管；

所述续接管与所述蓄液部之间采用螺纹连接或者法兰连接；和/或，所述续接管与所述封阻部之间采用螺纹连接或者法兰连接；

采用螺纹连接的螺纹深Q与测液管的长度h2和测液管的外径D1的相互关系为：

本发明的可选技术方案为，所述测液管和/或所述续接管的外径为D1,内径为D2；D1和D2与地表至最下层含水层深H关系为：

D1＝10cm,H≤150m；

D2＝9.5cm,H≤150m；

在承压水层中，D1与D2的关系为：式中，M为承压含水层厚度；H1为水层总水头高度；H2为水头初值、潜水流初始厚度；

透液部的长度L1：

0.3H1<L1；

0.25(M+H5)<L1；

L1<0.5h2；

式中，M为承压含水层厚度；H1为水层总水头高度；H5为承压高度；h2为测液管的长度；D1与D2的单位为cm；

每层含水层实际厚度为该含水层测量厚度减去毛细水高hc；其中，式中，ρ为水的密度，g为重力加速度，α为液体表面张力系数，D2为测液管的内径。

基于上述第二目的，本发明提供的观测井，包括液位测量装置和多层段同测套管；

所述液位测量装置设置在所述多层段同测套管的内部；

所述液位测量装置包括与所述多层段同测套管的测液管一一对应的液位测量传感器。

本发明的有益效果：

本发明提供的多层段同测套管，包括多个依次连通的测液管；通过每一个测液管的透液部使观测井内的液体渗透到透液部内部，以便设置在多层段同测套管内的液位测量传感器等传感器能监测到相关的值；通过每一个测液管的封阻部能够切断测液管的通路，以使相邻测液管的通路断开，从而避免上一层的液体流入下一层内部而影响监测的准确度。通过采用一个多层段同测套管，可以实现同一地理位置具有地下不同埋深的多个含水层的同时观测，降低了现有采用大口径成井并多个套管分层监测或者多个小口径井单套管钻孔分层监测时观测井的经济成本和时间成本，极大减少了工程施工量和人工设备规模。

本发明提供的观测井，包括液位测量装置和多层段同测套管；可以实现同一地理位置具有地下不同埋深的多个含水层的同时观测，降低了现有采用大口径成井并多个套管分层监测或者多个小口径井单套管钻孔分层监测时观测井的经济成本和时间成本，极大减少了工程施工量和人工设备规模。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的多层段同测套管的测液管的第一角度结构示意图；

图2为图1所示的测液管的A区放大图；

图3为本发明实施例一提供的多层段同测套管的测液管的第二角度结构示意图；

图4为图3所示的测液管的B区放大图；

图5为图3所示的测液管的B区放大图(隐藏部分结构)；

图6为本发明实施例一提供的多层段同测套管的结构示意图；

图7为图6所示的多层段同测套管的参数标注示意图；

图8为本发明实施例一提供的多层段同测套管实际应用状态图。

图标：100-测液管；110-蓄液部；120-透液部；121-水溶膜；122-透液孔；130-封阻部；131-内膨胀圈；132-外膨胀圈；133-第二保护件；200-续接管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位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和简化描述，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1-图8所示，本实施例提供了一种多层段同测套管；图1为本实施例提供的多层段同测套管的测液管的主视图，为了更加清楚的显示结构，图1中测液管的下半部分以剖视状态显示，图2为图1所示的测液管的A区放大图；图3为本实施例提供的多层段同测套管的测液管的立体图，图4为图3所示的测液管的B区放大图，图5为图3所示的测液管的B区隐藏的水溶膜和一半第二保护件的放大图；图6为本实施例提供的多层段同测套管的结构示意图；图7为图6所示的多层段同测套管的参数标注示意图；图8为本实施例提供的多层段同测套管实际应用状态图。

参见图1-图8所示，本实施例提供的多层段同测套管，适用于水文井等观测井，尤其适用于具有两层及两层以上的不同埋深含水层的同一地理位置的观测井。该观测井可用于液位监测、液体温度监测等等。

所述多层段同测套管包括多个依次连通的测液管100；可选地，测液管100与含水层一一对应，也即测液管100的数量与含水层的数量相同。

测液管100包括依次连通的蓄液部110、透液部120和封阻部130；测液管100的封阻部130与相邻测液管100的蓄液部110连通；

透液部120用于与观测井内的液体连通，以使液体渗透到透液部120内部，或者以使液体渗透到透液部120和蓄液部110内部；

封阻部130能够切断测液管100的通路。

本实施例中所述多层段同测套管包括多个依次连通的测液管100；通过每一个测液管100的透液部120使观测井内的液体渗透到透液部120内部，以便设置在多层段同测套管内的液位测量传感器等传感器能监测到相关的值；通过每一个测液管100的封阻部130能够切断测液管100的通路，以使相邻测液管100的通路断开，从而避免上一层的液体流入下一层内部而影响监测的准确度。通过采用一个多层段同测套管，可以实现同一地理位置具有地下不同埋深的多个含水层的同时观测，降低了现有采用大口径成井并多个套管分层监测或者多个小口径井单套管钻孔分层监测时观测井的经济成本和时间成本，极大减少了工程施工量和人工设备规模，节约了大量的成本。

相对于大口径成井并多个套管分层监测、多个小口径井单套管钻孔分层监测，本实施例所述的多层段同测套管占地面积较小，监测和管理都较为简便。

本实施例的可选方案中，封阻部130切断测液管100的通路，可通过电控制机械结构的方式实现，也可通过材料本身的特性来实现。例如，渗透到透液部120内部的液体能够使封阻部130切断测液管100的通路。

参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，封阻部130设置有内膨胀圈131和外膨胀圈132；内膨胀圈131固定设置在封阻部130的内壁上，外膨胀圈132固定设置在封阻部130的外壁上；

可选地，内膨胀圈131和外膨胀圈132采用遇水自行膨胀材料；遇水自行膨胀材料例如可以为遇水膨胀橡胶、遇水膨胀树脂等等；可选地，内膨胀圈131和外膨胀圈132采用遇水膨胀橡胶。

可选地，内膨胀圈131用于膨胀后能够切断测液管100的通路；

可选地，外膨胀圈132用于膨胀后能够切断观测井沿测液管100的轴向的通路。通过设置内膨胀圈131和外膨胀圈132，以使封阻部130到达相应的含水层后，外膨胀圈132遇水膨胀切断观测井沿测液管100的轴向的通路，也即避免含水层内的水随着测液管100外壁流入下一个含水层；以及内膨胀圈131遇水膨胀切断测液管100的通路，也即避免含水层内的水随着测液管100内腔流入下一个含水层；进而提高针对每个含水层监测的精度。

本实施例的可选方案中，外膨胀圈132外周壁固定设置有水溶膜(图中未显示)；通过水溶膜防止外膨胀圈132的无效膨胀。例如与下一层含水层相对应的测液管100，其在经过上一层含水层时，含水层的液体极有可能令该测液管100的外膨胀圈132发生膨胀，而膨胀后的外膨胀圈132存在影响多层段同测套管继续下放观测井的风险。

本实施例的可选方案中，内膨胀圈131和外膨胀圈132设置在封阻部130的位置相对应；以使膨胀后的内膨胀圈131和外膨胀圈132的作用力在封阻部130的同一位置，减少或者避免内膨胀圈131或外膨胀圈132单方长期作用力在封阻部130的不同位置而造成封阻部130的变形、破损，提高了封阻部130的使用寿命。

本实施例的可选方案中，封阻部130的外周壁设置有可拆装的第二保护件133，外膨胀圈132设置在第二保护件133内部；通过第二保护件133，减少或者避免运输途中外膨胀圈132的破损。

第二保护件133例如可以为抱箍或者其他保护结构。

参见图2所示，本实施例的可选方案中，内膨胀圈131的数量至少为一个；可选地，内膨胀圈131的数量为多个，多个内膨胀圈131沿封阻部130轴向间隔设置。

参见图2和图6所示，本实施例的可选方案中，外膨胀圈132的数量至少为一个；可选地，外膨胀圈132的数量为多个，多个外膨胀圈132沿封阻部130轴向间隔设置。

可选地，外膨胀圈132的数量与内膨胀圈131的数量相同。

可选地，相邻两个内膨胀圈131之间或相邻两个外膨胀圈132之间的间隔距离T2：

0.5H1<T2<0.8H1；

0.2M<T2<0.5M；

式中，H1为水层总水头高度，M为承压含水层厚度；

也就是说，相邻两个内膨胀圈131之间或相邻两个外膨胀圈132之间的间隔距离T2与水层总水头高度H1和承压含水层厚度M有关。

可选地，外膨胀圈132的外径为测液管100外径的1.2倍-1.5倍；可选地，内膨胀圈131的内径为测液管100内径的0.4倍-0.7倍。外膨胀圈132的外径(也即外膨胀圈132的原始外径)和内膨胀圈131的内径(也即内膨胀圈131的原始内径)可依测液管100的外径和内径而定。

可选地，外膨胀圈132的遇水膨胀比为1.2-1.5；可选地，内膨胀圈131的遇水膨胀比为1.5-2。外膨胀圈132的遇水膨胀比以及内膨胀圈131的内径遇水膨胀比，可依据实际要求设计而调整系数。

可选地，外膨胀圈132和内膨胀圈131的厚度均为T1：

式中，M为承压含水层厚度；H1为水层总水头高度。

也就是说，外膨胀圈132和内膨胀圈131的厚度T1与水层总水头高度H1、承压含水层厚度M有关。

本实施例的可选方案中，靠近透液部的内膨胀圈与透液部120之间的距离L2：L2取两个公式中的低值；式中，M为承压含水层厚度；H2为水头初值、潜水流初始厚度；

L2为封阻部130预留泥沙的长度，可通过含水层天然砂砾的重力淤积作用产生自封阻作用，因此承压水带压可尽量小。

本实施例的可选方案中，透液部120的外周壁固定设置有水溶膜121；通过水溶膜121防止非预设含水层的液体通过透液部120进入多层段同测套管，以提高采用多层段同测套管监测多个含水层参数的准确性。

可选地，透液部120密布有多个用于渗透液体的透液孔122；水溶膜121覆盖全部的透液孔122。

本实施例的可选方案中，透液部120的外周壁设置有可拆装的第一保护件(图中未显示)，水溶膜121设置在第一保护件内部；通过第一保护件，以保护水溶膜121和透液部120，防止或者减少运输途中损坏水溶膜121和透液部120。

可选地，透液孔122的直径d0：

H3 0/00<d0；

M 0/000<d0；

式中，M为承压含水层厚度；H3为含水层厚度；D2为测液管100的内径。

也就是说，透液部120的透液孔122的直径d0与含水层厚度H3、承压含水层厚度M、测液管100的内径D2有关。

参见图6和图7所示，本实施例的可选方案中，所述多层段同测套管包括与测液管100一一对应的续接管200；续接管200与测液管100的蓄液部110连通；

续接管200与测液管100形成套管组；套管组的封阻部130与相邻套管组的续接管200连通。通过续接管200，以减少测液管100的长度，以便于测液管100的加工制造，进而便于多层段同测套管的加工、组装。

本实施例的可选方案中，续接管200包括至少一个依次连通的续接子管；

续接管200与蓄液部110之间采用螺纹连接或者法兰连接；和/或，续接管200与封阻部130之间采用螺纹连接或者法兰连接。

可选地，对多层段同测套管，需相应数量的测液管100与相应数量的续接管200，相互间关系可表示为：

H＝n1×h1+n2×h2；

式中，H为地表至最下层含水层深，基本为多层段同测套管的长度；h1为续接管200的长度；n1为续接管200的数量；h2为测液管100的长度；n2为测液管100的数量。

可选地，采用螺纹连接的螺纹深Q与测液管100的长度h2和测液管100的外径D1的相互关系为：

可选地，续接管200的外径与测液管100的外径相同或者基本相同。

可选地，续接管200的内径与测液管100的内径相同或者基本相同。

参见图7和图8所示，本实施例的可选方案中，测液管100和/或续接管200的外径为D1,内径为D2；D1和D2与地表至最下层含水层深H关系为：

D1＝10cm,H≤150m；

D2＝9.5cm,H≤150m；

式中，D1与D2的单位为cm。

通过对D1和D2的设定，以保证测液管100和/或续接管200的工作强度，进而保证套管组的工作强度。

可选地，在承压水层中，根据水流连续性原理：

承压水地段单宽流量q1为：

无压水流地段单宽流量q2为：

根据水流连续性原理有：q1＝q2；

则有：

因此，在承压水层中，D1与D2的关系为：式中，M为承压含水层厚度；H1为水层总水头高度；H2为水头初值、潜水流初始厚度；K为渗透系数。

其中，H2＝S+H1，S为水位降深或抬高距离。

本实施例的可选方案中，透液部120的长度L1：

0.3H1<L1；

0.25(M+H5)<L1；

L1<0.5h2；

式中，M为承压含水层厚度；H1为水层总水头高度；H5为承压高度；h2为测液管100的长度；

也就是说，限制透液部120的长度L1与水层总水头高度H1、承压含水层厚度M、承压高度(也即测压高度)H5和测液管100的长度h2有关。

本实施例的可选方案中，每层含水层实际厚度为该含水层测量厚度减去毛细水高hc；其中，式中，ρ为水的密度，g为重力加速度，α为液体表面张力系数，D2为测液管100的内径。

因测液管100的内径D2相对于地表至最下层含水层深H很小，会产生毛细现象，则测液管100内含水层厚度较真实水位高出毛细水高部分。

需要说明的是，以下参数为每个含水层的相关参数：

H1：水层总水头高度；

H2：水头初值、潜水流初始厚度；

H3：含水层厚度；

H4：承压水水头高度；

H5：承压高度(测压高度)；

M：承压含水层厚度；

S：水位降深或抬高距离。

可选地，本实施例中所述多层段同测套管的长度不超过1000m，以保证观测井的监测效果。可选地，测液管的数量不超过10个，以保证观测井的监测效果。

实施例二

实施例二提供了一种观测井，该实施例包括实施例一所述的多层段同测套管，实施例一所公开的多层段同测套管的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的多层段同测套管的技术特征不再重复描述。

本实施例提供的观测井可用于地下含水层的液位监测、温度监测等等。

所述观测井包括液位测量装置和多层段同测套管；

液位测量装置设置在多层段同测套管的内部；

液位测量装置包括与多层段同测套管的测液管一一对应的液位测量传感器。通过与测液管一一对应的液位测量传感器，以分层、同时监测各个含水层的液位变化。所述观测井可以实现同一地理位置具有地下不同埋深的多个含水层的同时观测，降低了现有采用大口径成井并多个套管分层监测或者多个小口径井单套管钻孔分层监测时观测井的经济成本和时间成本，极大减少了工程施工量和人工设备规模。

本实施例中所述观测井具有实施例一所述多层段同测套管的优点，实施例一所公开的所述多层段同测套管的优点在此不再重复描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。