一种地下水分层抽水试验套管外分层止水装置
技术领域
本实用新型涉及水文地质领域，特别是一种地下水分层抽水试验套管外分层止水装置。
背景技术
在水文地质领域中，地下水分层抽水实验至关重要，该实验可以有效获取地下水的化学场、动力场、温度场等数据，对地下水进行精确测量,准确描述地下水分布情况，对合理利用和保护地下水资源，具有重要的科学和实用意义。而分层抽水实验在地下井孔内的实施则要求地质结构保持一定的稳定性，为了防止抽水井孔的坍塌，在地下水井孔成型以后,需下放套管对孔壁进行支撑。套管与孔壁间都会预留一定的间隙保证套管顺利下放，但潜水层的水和承压水就会通过间隙相互流动，影响了各层抽水时的实验数据。
为了解决这一问题，就需要对隔水层段的套管外间隙进行封堵止水。目前，现有管外止水技术多采用海带止水或双封隔器灌注水泥分层止水。
一、海带止水，由于海带的遇水膨胀特性,我们在下放管道时,在分层目的段的管道外缠绕，其缺点：死海带在水中长时间浸泡,会逐渐全部软化成为液体，失去止水的效果。
二、双封隔器灌注水泥分层止水，在套管外全间隙孔段回填滤料，以水泥浆液作为止水材料，在套管中下放双封隔器将水泥浆液从注浆管柱预设的注浆窗口压注到管外止水段进行止水，其缺点：首先，在深井填料中，由于套管与孔壁之间的间隙不是很大，或下完套管以后孔壁坍塌，滤料回填不能完全填满，就算采用洗井也不能让滤料充分密实，导致注入的水泥浆不能在预期深度的目的段进行封堵，施工中的可控性较差；其次，施工工序复杂、施工时间长、封堵效果不佳。
实用新型内容
为了克服现有的地下水分层抽水试验分层止水装置的不足，本实用新型提供一种地下水分层抽水试验套管外分层止水装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种地下水分层抽水试验套管外分层止水装置，包括试验套管，所述试验套管上设有透水通孔，还包括，含有聚丙烯酸钠高吸水性树脂的遇水膨胀橡胶空心筒，用于试验套管与试验水井井壁形成间隙的封闭止水的遇水膨胀橡胶空心筒嵌套固定在试验套管外壁。
进一步优选的，所述遇水膨胀橡胶空心筒依靠自身弹性嵌套固定在试验套管外壁。
优选的下放深度大的遇水膨胀橡胶空心筒的筒体高度大于下放深度小的筒体高度。其遇水膨胀后能形成更厚的止水封闭层，能承更大的水深的水下压力。
优选的，所述遇水膨胀橡胶空心筒两个为一组、每组用于封闭限定一个设定试验深度的地下水分层目的区。遇水膨胀橡胶空心筒在试验套管与抽水井壁的间隙中遇水膨胀，直至封堵住地下隔水层位置处的间隙，并产生相当的挤压应力形成水层间的密封而达到分层止水效果，在各个分层目的段的试验套管外装套多个遇水膨胀橡胶空心筒，实现多个分层的止水效果。
实施过程，采用含有聚丙烯酸钠高吸水性树脂的遇水膨胀橡胶作为试验套管外间隙的止水材料，依据抽水试验工期，通过控制加入遇水膨胀橡胶材料中的聚丙烯酸钠高吸水性树脂的组份比例，来控制其遇水膨胀的止水时间和膨胀比；从而调节其完成间隙封闭止水的时间，其具体步骤如下：
1）依据抽水试验深度及施工难度确定试验工期；通过调整遇水膨胀橡胶材料中的聚丙烯酸钠高吸水性树脂加入的组份比例，以控制遇水膨胀橡胶遇水膨胀后对所述试验套管与试验水井井壁的间隙完成封闭的封闭止水时间，遇水膨胀橡胶在所述间隙形成封闭止水的调节时间区间为12小时至7天；所述遇水膨胀橡胶材料中的聚丙烯酸钠高吸水性树脂加入量少，其遇水膨胀后完成间隙封闭止水时间长，反之，聚丙烯酸钠高吸水性树脂加入量多，其遇水膨胀后完成间隙封闭止水时间短；
2）将含有聚丙烯酸钠高吸水性树脂的遇水膨胀橡胶材料成型为可包覆所述试验套管的空心筒状，成型后的遇水膨胀橡胶空心筒外径小于试验水井孔直径；
3）根据地下分层抽水试验的深度，在试验套管的预计下放试验深度的相应位置嵌套固定若干的遇水膨胀橡胶空心筒；遇水膨胀橡胶空心筒以两个为一组、每组对应一个试验深度的地下水试验分层目标区进行分层止水；
4）将嵌套有遇水膨胀橡胶空心筒的试验套管下放至试验水井孔中设定试验深度后静置；
5）静置时间根据步骤1）中遇水膨胀橡胶空心筒材料中加入聚丙烯酸钠高吸水性树脂的组份比例进行设定，静置时间区间为12小时到7天；
静置到设定时间后，遇水膨胀橡胶空心筒在所述试验套管与试验水井井壁的间隙中遇水完全膨胀后封闭间隙，同组的两个遇水膨胀橡胶空心筒膨胀并产生挤压应力封闭试验套管外的试验深度潜水分层区的水，阻止其与其他深度承压水之间的相互流动；
6）在所述试验套管内下放管内封隔器和潜水泵到设定的试验深度分层位置，所述管内封隔器在试验套管内进行对应深度分层封闭止水，所述潜水泵对试验深度抽水，完成地下水分层抽水试验。
进一步优选的，所述遇水膨胀橡胶空心筒的材料按重量份由以下组分组成：橡胶为100份、聚丙烯酸钠高吸水性树脂40～80份、改性芳纶短纤维4份、炭黑20份、白炭黑20份；将以上组份采用物理机械共混法制备混炼胶，再经硫化成型制得遇水膨胀橡胶空心筒，其成型的遇水膨胀橡胶空心筒遇水膨胀后，封闭所述试验套管与试验水井井壁的间隙，其完成间隙封闭止水时间区间为12小时至7天。其中，聚丙烯酸钠高吸水性树脂能调节遇水膨胀橡胶的吸水膨胀率和拉伸强度，改性芳纶短纤维的作用是调节遇水膨胀橡胶的的硬度和拉伸强度。
优选的，所述遇水膨胀橡胶空心筒的材料按重量份由以下组分组成：橡胶为100份、聚丙烯酸钠高吸水性树脂80份、改性芳纶短纤维4份、炭黑20份、白炭黑20份；其成型的遇水膨胀橡胶空心筒遇水膨胀后，对所述试验套管与试验水井井壁的间隙完成封闭止水时间为12小时。
优选的，所述遇水膨胀橡胶空心筒的材料按重量份由以下组分组成：橡胶为100份、聚丙烯酸钠高吸水性树脂70份、改性芳纶短纤维4份、炭黑20份、白炭黑20份；其成型的遇水膨胀橡胶空心筒遇水膨胀后，对所述试验套管与试验水井井壁的间隙完成封闭止水时间为1天。
优选的，所述遇水膨胀橡胶空心筒的材料按重量份由以下组分组成：橡胶为100份、聚丙烯酸钠高吸水性树脂40份、改性芳纶短纤维4份、炭黑20份、白炭黑20份；其成型的遇水膨胀橡胶空心筒遇水膨胀后，对所述试验套管与试验水井井壁的间隙完成封闭止水时间为7天。
优选的，所述的步骤2）中的遇水膨胀橡胶空心筒的筒体高度依据下放深度的加深而增加；形成膨胀后能承受相应深度水下压力的相应厚度完成封闭止水层。
本实用新型的有益效果是：采用含有聚丙烯酸钠高吸水性树脂的遇水膨胀橡胶作为试验套管外间隙的止水材料，依据抽水试验工期，通过控制加入遇水膨胀橡胶空心筒材料中的聚丙烯酸钠高吸水性树脂的组份比例，来控制其遇水膨胀的止水时间和膨胀比，从而调节其完成间隙封闭止水时间。遇水膨胀橡胶在所述间隙形成封闭止水的调节时间区间为12小时至7天。
本实用新型实现了对间隙形成封闭止水的时间调节，尤其可对施工难度大、大深度分层抽水试验，如超过800m的大深度分层抽水试验，采用本发明的技术方案，通过减小遇水膨胀橡胶材料中的聚丙烯酸钠高吸水性树脂的组份比例，延长间隙封闭止水时间，在抽水试验施工中，就有充足的时间完成试验套管的下放过程，实现了整个地下水分层抽水试验过程的精准可控。进一步保证了试验数据的准确可靠。
在试验套管下放到抽水井内之前，将调整好聚丙烯酸钠高吸水性树脂含量的遇水膨胀橡胶制作成遇水膨胀橡胶空心筒，然后装套在各个分层目的段的试验套管外。下放试验套管后，遇水膨胀橡胶空心筒在试验套管与试验水井井壁的间隙中遇水膨胀，直至封堵住地下隔水层位置处的间隙，并产生相当的挤压应力形成水层间的密封而达到分层止水效果，在各个分层目的段的试验套管外装套多个遇水膨胀橡胶空心筒，实现多个分层止水效果。解决了现有技术的封堵深度不准确、可控性差、施工工序复杂、施工时间长、封堵效果不佳。
本实用新型将含有聚丙烯酸钠高吸水性树脂的遇水膨胀橡胶的遇水膨胀止水时间在12小时到7天的时间进行调节，遇水膨胀橡胶材料拉伸强度大、韧性好，其水下的抗压可超过20Mpa，尤其适用于地质条件复杂、施工难度大、大深度的地下水分层抽水试验，具有准确可靠的分层封闭止水效果和更长效、分层止水便于控制的技术效果，同时大大提高了试验效率和试验数据的准确性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的聚丙烯酸盐类高吸水树脂膨胀筒结构示意图；
图3是本实用新型的实施示意图。
图中零部件及编号：
1-试验套管；2-遇水膨胀橡胶空心筒；3-试验水井；4-管内封隔器；5-潜水泵；6-第一分层区；7-第二分层区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1～图3所示，一种地下水分层抽水试验套管外分层止水装置，包括试验套管1，所述试验套管1上设有透水通孔，其特征在于，还包括，含有聚丙烯酸钠高吸水性树脂的遇水膨胀橡胶空心筒2，用于试验套管1与试验水井井壁形成间隙封闭止水的遇水膨胀橡胶空心筒2嵌套固定在试验套管1外壁。
依据抽水试验工期，通过控制加入遇水膨胀橡胶材料中的聚丙烯酸钠高吸水性树脂的组份比例，来控制其遇水膨胀的止水时间和膨胀比；从而调节其完成间隙封闭止水时间。
所述遇水膨胀橡胶空心筒2依靠自身弹性嵌套固定在试验套管1外壁。
下放深度大的遇水膨胀橡胶空心筒2的筒体高度大于下放深度小的筒体高度。其遇水膨胀后能形成更厚的止水封闭层，能承更大的水深的水下压力。
所述遇水膨胀橡胶空心筒2两个为一组、每组用于封闭限定一个设定试验深度的地下水分层目的区。遇水膨胀橡胶空心筒在试验套管与试验水井井壁的间隙中遇水膨胀，直至封堵住地下隔水层位置处的间隙，并产生相当的挤压应力形成水层间的密封而达到分层止水效果，在各个分层目的段的试验套管外装套多个遇水膨胀橡胶空心筒，实现多个分层的止水效果。
实施例1
如图1～图3所示，一种地下水分层抽水试验套管外分层止水装置，准备包括用于抽水试验的试验套管1，试验套管1上设有透水通孔，实施过程如下：
1）依据试验水井3抽水试验深度及施工难度确定试验工期；通过调整遇水膨胀橡胶材料中的聚丙烯酸钠高吸水性树脂加入的组份比例，以控制遇水膨胀橡胶遇水膨胀后对所述试验套管与试验水井3井壁的间隙完成封闭的封闭止水时间；
所述遇水膨胀橡胶空心筒2的材料按重量份由以下组分组成：橡胶为100份、聚丙烯酸钠高吸水性树脂80份、改性芳纶短纤维4份、炭黑20份、白炭黑20份；将以上组份采用物理机械共混法制备混炼胶，再经硫化成型制得遇水膨胀橡胶空心筒2，其成型的遇水膨胀橡胶空心筒2遇水膨胀后，对所述试验套管1与试验水井3井壁的间隙完成封闭止水时间为12小时。用于试验深度50M以内的抽水试验。
所述遇水膨胀橡胶空心筒2的材料按重量份由以下组分组成：橡胶为100份、聚丙烯酸钠高吸水性树脂70份、改性芳纶短纤维4份、炭黑20份、白炭黑20份；其成型的遇水膨胀橡胶空心筒2遇水膨胀后，对所述试验套管1与试验水井3井壁的间隙完成封闭止水时间为1天。适用于试验深度100M以内的抽水试验。
所述遇水膨胀橡胶空心筒2的材料按重量份由以下组分组成：橡胶为100份、聚丙烯酸钠高吸水性树脂40份、改性芳纶短纤维4份、炭黑20份、白炭黑20份；其成型的遇水膨胀橡胶空心筒2遇水膨胀后，对所述试验套管1与试验水井3井壁的间隙完成封闭止水时间为7天。适用于施工难度大、超过800m大深度的地下水分层抽水试验，
2）将含有聚丙烯酸钠高吸水性树脂的遇水膨胀橡胶材料成型为可包覆所述试验套管1的空心筒状，成型后的遇水膨胀橡胶空心筒2外径小于试验水井3的孔直径；
3）根据地下分层抽水试验的的深度，在试验套管1预计下放试验深度位置嵌套固定遇水膨胀橡胶空心筒2；以两个为一组限定一个地下水分层试验目标区；如图1所示的为设定的第一分层区6和第二分层区7等，其中，遇水膨胀橡胶空心筒2的筒体高度根据下放深度的加深而增加；形成更厚的止水封闭层，能承受相应水深的水下压力。遇水膨胀橡胶空心筒2可依靠自身弹性嵌套固定在试验套管1外壁；
4）将嵌套有遇水膨胀橡胶空心筒2的试验套管1下放至试验水井3中预定的试验深度后静置，两组遇水膨胀橡胶空心筒2分别到达第一分层区6和第二分层区7相应深度；
5）静置时间根据步骤1）中遇水膨胀橡胶空心筒2材料中加入聚丙烯酸钠高吸水性树脂的组份比例进行设定，静置时间区间为12小时到7天；静置到设定时间后，遇水膨胀橡胶空心筒2在试验套管1与试验水井3井壁的间隙中遇水膨胀，封闭间隙，同组的两个遇水膨胀橡胶空心筒2膨胀，并产生挤压应力封闭试验套管1外的试验深度潜水分层区的水，阻止其与其他深度承压水之间的相互流动；
6）在试验套管1内下放管内封隔器4和潜水泵5到到第一分层区6相应深度位置，所述管内封隔器4在试验套管1内坐封，直至在试验套管1内的第一分层区6的水被分隔开，潜水泵5抽水，完成第一分层区6地下水分层抽水试验。
实施例2
如图3所示，完成第一分层区6地下水分层抽水试验后，将上下两个管内封隔器4泄压，连同潜水泵5一同在试验套管1内继续下放至第二分层区7相应深度位置，将上下两个管内封隔器4加压膨胀后坐封、直至在试验套管1内第二分层区7的水被分隔开，潜水泵5抽水，完成第二分层区7地下水分层抽水试验。
实施例3
参阅图3所示，同样，在完成第二分层区7地下水分层抽水试验后，将上下两个管内封隔器4泄压，连同潜水泵5一同在试验套管1内继续下放至更大深度的其他分层区，完成地下水分层抽水试验。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
