一孔多層地下水動態監測井的製作方法

2023-05-23 08:21:36

專利名稱：一孔多層地下水動態監測井的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於地質學鑽探領域的鑿井結構，具體涉及一種一孔多層地下水動態 監測井。
背景技術：
地下水動態監測是一項長期的基礎工作，是以和掌握地下水動態變化特徵，科學 評價地下水資源，制定管理開發利用與有效保護措施，減輕和防治地下水汙染及相關的地 質災害和生態環境的重要基礎。地下水動態監測井是獲取地下水動態信息的主要工程設 施。目前，在古地理複雜的沉積環境，多向巖性沉積物源組合，形成多水文地質單元鑲 嵌的鬆散沉積地層，垂深向不同含水層組地下水監測井全部為單孔式地下水監測井或叢式 監測井群。一眼井只能監測一個地下水含水層組，存在建設成本高、佔地面積大，施工周期 長，不便於儀器的使用和管理等問題。形成了人、財投入大採集信息不便的現象。大口水平幅射井一般深度為20m以內，在含水層部位鑽鑿小管水平幅射井，目的 是廣匯水源增大出水量；石油系統叢式定向井為在很小的區域內斜垂向鑽鑿不同深度目的 層位成井，井底距可達幾百米，但井口距相距很小為幾米至十幾米，故為叢式定向井。大口水平幅射井達不到一孔多層組地下水動態的觀測要求，而且成井較淺；石油 系統叢式井已經被借鑑，但在600m垂深內各層組地下水動態的觀測仍是單井，解決不了前 述的問題。在我國一孔多井建設多見為巢式和連續多通道式(大口水平幅射井)，但一般成 井較淺，多為十幾米至上百米。無法滿足需監測深度在500m以下(井深在500-600m)，以及 不同地區存在地質、水文地質條件的差異的大深度一孔多層監測井的建設。

實用新型內容為了克服現有的開採一個層位一眼井的工程模式存在成本高、佔地面積大、施工 周期長等不足的缺陷，本實用新型的目的在於提供一種一孔多層地下水動態監測井，該地 下水動態監測井可以實現佔地面積小，使井位集中，便於管理，降低開發建設和管理成本， 便於新技術的應用，環保節能。本實用新型解決其技術問題所採取的技術方案如下一種一孔多層地下水動態監測井，所述的地下水動態監測井是在一個大口徑鑽孔 中，設置二眼或二眼以上的不同深度的單井，形成一孔多層結構；在每一眼單井內安裝結構 井管，並在每眼單井的下部各安裝濾水管，在每眼井濾水管的外面為砂礫層；各眼單井之間 互不連通。所述的每一眼單井內安裝的結構井管為從井口向下依次相連的泵室管、井壁管、 濾水管及沉澱管。由於採用上述技術方案，使本實用新型一孔多層地下水動態監測井與現有的一個層位一眼井的技術相比，具有如下有益效果1)佔地面積小，一孔多井(一孔可達成5井，成井深度最大600m)成井後佔地面積 小於lm2，加上觀測設施專用房佔地面積小於10m2。解決了徵地難和徵地費用問題。2)解決了鬆散層地下水水源地由分散開發集中供水變為集約式開發集中供水問 題，大幅度地降低開發建設、管理成本，同時便於新技術的應用、環保節能。3)對水質穩定性和質量要求較高而需用水量較大的企業及其有關需求部門，不但 解決了集約性開採的難點又便於操控新技術的應用、便於管理降低成本。4) 一孔多層技術的應用，可解決佔地難，井位分散不便管理的問題；又可實現同 含水層組井不同層位的採灌，達到儲能而又冷熱水不混合的目的，更節約建設資金，進一步 降低運行費，使節能環保的地下水儲能冷暖空調應用進一步普及。

下面通過附圖和實施例對本實用新型進一步說明。圖1是本實用新型一孔多層地下水動態監測井的結構展開剖視示意圖。圖2是圖1原結構的A-A剖視示意圖。圖3是圖1原結構的B-B剖視示意圖。圖4是圖1原結構的C-C剖視示意圖。圖中，1.鹹水層止水水泥球，2. 3#井止水水泥環，3. 3#井止水水泥球，4. 3#井礫 層，5.濾水管，6. 2#井止水水泥環，7. 2#井止水水泥球，8. 2#井礫層，9. 1#井止水水泥環， 10. 1#井止水水泥球，11. 1#井礫層，12.支架，13.泵室管，14.沉澱管，15.變徑部分，16. 1# 井，17.井底封，18.井壁管，20.邶井，30. 3#井，40、41、42.大口徑鑽孔。
具體實施方式
本實用新型一孔多層地下水動態監測井所設置的層數及每一層的深度取決於以 地質分層為基礎所形成的地下水含水層的數量及其深度。本實施例為天津地區基巖埋藏較 深、鬆散沉積層巨厚、地下水已開發利用需要監測的地區，該區域供水井開採地下水已開採 至新近系地層含水層組。以地質分層為基礎，依據地下水埋藏條件、水文地質特徵開發利用 狀況及多年分層組沿用習慣，揭露地層段內發育八個地下水含水層組。各組埋藏深度及水 文地質條件分述如下(1)淺層淺水地下含水層組底界深度為50m左右，地層時代為全新統&和上更新統上部地層β32，即淺層淺水 層組地層時代為仏+3，發育第一海相層。水力特徵為潛水、微承壓水和淺層承壓水。地下水 形成條件為參與現代水循環，接受降水補給和蒸發排洩，再補給能力強。該層組有二個動態 監測段，即0-20m和20-50m層段。2)第一承壓含水層組(I)該層組底界深度為150-200m，該層組其上為海相層發育埋藏鹹水底界深度為 80-120m，其下為地下淡水。地層時代為Q3+2，即上更新統下部地層和中更新統地層。該層組 發育四層海相層(第二、第三、第三、第四海相層)。該層組接受遠距離側向補給和越流補[0027]3)第二承壓含水層組(II)該層組地層時代為下更新統地層上段β2，底界深度為230-320m。4)第三承壓含水層組(III)地層時氏為第四系下更新統β1下段及新近系上新統上部iV23m地層。底界埋深 420-600m。5)第四承壓含水層組(IV)該含水層組地層時代相當於新近系明化鎮組M3m中上段地層，底界埋深 700-800m。6)第五承壓含水層組(V)該層組地層時代相當於新近系明化鎮組iVt1中下段地層，底界埋深IOOOm左右。7)第六承壓含水層組(VI)地層時代相當於新近系上新統明化鎮組下段iV22m地層。底界埋深1200-1250m。8)更深層承壓含水層組該承壓含水層組地層時代為新近系上新統明化鎮組下段Mm及中新統館陶組Nlg 地層，即地層時代為ivL+M地層。因此，該區域需垂向上對開採利用地下水的八個開採含水層組九個地下水動態段 進行監測。可鑽鑿成井深度600米，根據不同地域特徵監測任務的要需求，鑽鑿二眼或二眼 以上的不同深度、不同地層組組合的單井，形成一孔二層、一孔三層、一孔四層、一孔五層地 下水動態監測井。在每一眼井內安裝結構井管。現以圖1所示的一孔三層觀測井結構為例 作詳細說明。圖1所示的實施例為鑽鑿的第二、第三、第四承壓含水層組一孔三層地下水監測 井的結構展開示意圖，該監測井是在一個大口徑鑽孔40中，下入三眼不同深度的單井，形 成一孔多層結構。在該大口徑鑽孔40中，存在二級鑽孔變徑，如圖2的A-A剖視示意圖所 示，外圈為大口徑鑽孔40，在0至-160米時，其大口徑鑽孔40的鑽孔直徑Dl為Φ800mm ； 如圖3的B-B剖視示意圖所示，在-160米至-430米，大口徑鑽孔41的鑽孔直徑D2為 Φ650mm ；如圖4的C-C剖視示意圖所示，在-430米至-550米，大口徑鑽孔42的鑽孔直徑 D3為Φ 500mm。該三眼井的具體尺寸為3#井30，其為第二水壓含水組，該含水組的取水段 為240至280米，成井井深為330米，在井內安裝結構井管，該結構井管為從井口向下依監 測層位按序排布依次相連的泵室管13、井壁管18、濾水管5和沉澱管14。對於> 120米的 深層水處的泵室管13和井壁管18之間設有井管變徑部分15，對於小於120米的淺層水部 分不需要變徑，設置變徑是為了節約材料並利於下管。本實施例中3#井的變徑部分15的上 面是圖2所示的dl為直徑219mmX 7的泵室管13，長160米；變徑部分15以下為圖3所 示的d2為直徑159mmX6的井壁管18、濾水管5和沉澱管14，共長170米。井壁管18通過 變徑部分使管徑比泵室管要小。2#井20，其為第三承壓含水組，該含水組的取水段為350至410米，成井深度430 米，變徑部分以上為直徑219mmX7的泵室管，長160米；變徑部分以下為直徑159mmX6的 井壁管、濾水管和沉澱管，共長270米。1#井16，其為第四承壓含水組，該含水組的取水段為490至540米，成井深度為550
5米，變徑部分以上為直徑219mmX7的泵室管，長160米；變徑部分以下為圖4所示的d3為 直徑159mm X 6的井壁管，濾水管和沉澱管共長390米。Is井、2#井、3#井這三眼地下水動態觀測井設有等長的泵室管160米，主要目的是 在井內下入規格深井潛水泵汲取湧入井內的地下水，因此，泵室管管徑較大，為直徑219mm。 下入長度考慮了地下水靜、動水位及區域逐年水位降。泵室管與大口徑鑽孔40間採用鹹水 層止水泥球1進行止水封閉，防止地下鹹水區域突滲鹹水體下移湧入井內，影響監測井的 正常使用。在每眼井的下部各安裝濾水管5，在每眼井濾水管5的外面填滿礫層，礫層為與 地下含水層地下水湧入井內的人為湧道，一孔三層地下水監測井設有三個地下含水層組含 水層位礫層，如圖1所示的3#井30的3#礫層4，2#井20的2#礫層8及1#井16的1#礫層 11。各眼單井之間互不連通。在相鄰的兩眼單井2#井20和1#井16的井壁管之間，以及3# 井30和1#井16的井壁管之間固定焊接有支架12，防止單井與其它井靠壁，在最深單井 井16底部設置井底封17，其餘單井2#井20和3#井30底部通過水泥完全封閉。在每眼單 井濾水管外面的砂礫層上方，向上依次設有止水水泥球和止水水泥環，最深的一眼井的砂 礫層設至僅次於該井深度的單眼井的沉澱管，最淺的單井設至泵室管底端。如圖1所示的 3#井止水水泥環2及3#井止水水泥球3，2#井止水水泥環6及2#止水水泥球7，1#止水水泥 環9及1#井止水水泥球10。三道水泥環的作用為切斷四個含水層組地下水在孔內的水力 聯繫，使各層組地下水恢復自然的運動狀態。止水水泥環下的止水水泥球的作用有二 一是 節約礫料的投入；二是防止注入水泥環時水泥湧入礫層，保持礫層的隙率。本實用新型一孔多層地下水動態監測井的工藝過程為(1)成孔按上述3眼單井的深度和孔徑，分別鑽三眼單井。(2)下管依次下入1#井結構井管、2#井結構井管和3#井結構井管，在井底部設置井底封。 並安裝鐵板支架各2幅，以防止靠壁。(3)成井填礫止水在Is井濾水管部位填礫，即1#礫層，從孔中心及2#井、3#井井管內下入，予計方 量滿足後從2#井井管內下入探器探砂高，砂高高於濾水管上部30m。沉實後依方量下入 Φ 3-4cm粘土球止水，下入方法同上。其作用一是止水，二是防止下道工序的水泥注入不與 填礫接觸。粘土球孔內厚度8-10m，即1#止水水泥球。在2#井管內預置420m鑽杆，井口鑽 杆與高壓水泥固井車連接按方量打入水泥即1#止水分隔層組水泥環，其作用有二，一是分 隔第四、第三含水層組水力聯繫，二是固置2#井井底封。止水水泥環厚度為10-20m，注入水 泥水灰比1:1。1#水泥環固結4小時後，通過孔中心位及3#井井管下入2#井礫層方法同上，即2# 礫層，此後下入2#止水水泥球。然後在孔中心位或2#井井管內預置330m鑽杆，上部與固井 車相連，注入水泥，即成2#止水水泥環，一是分隔第二、第三含水層組水力聯繫，二是固置3# 井井底封。固止時間，方法同上。於孔中心及三井孔壁間隙依次下入3#礫層，止水水泥球。於孔中心預置鑽杆180m 與固井車相連，注入3#水泥環分隔第一、二層組水利聯繫。其上投入泥球至地面切斷上腹 各層及與鹹水層水力聯繫。至此成井結構全部完成進入大型空壓機分別洗井程序。[0053] 本實用新型適用於基巖埋藏較深，上腹鬆散層較厚的平原地區。適宜和天津區域 平原相似，基巖埋藏較深，鬆散沉積層互層，地下水以開發利用需監測的地區，如滄州地區。
權利要求1.一種一孔多層地下水動態監測井，其特徵在於所述的地下水動態監測井是在一個 大口徑鑽孔中，設置二眼或二眼以上的不同深度的單井，形成一孔多層結構；在每一眼單井 內安裝結構井管，並在每眼單井的下部各安裝濾水管，在每眼井濾水管的外面為砂礫層；各 眼單井之間互不連通。
2.根據權利要求1所述的一孔多層地下水動態監測井，其特徵在於所述的每一眼單 井內安裝的結構井管為從井口向下依次相連的泵室管、井壁管、濾水管及沉澱管。
3.根據權利要求2所述的一孔多層地下水動態監測井，其特徵在於在>120米的深 層水處的泵室管和井壁管之間設有井管變徑部分，井壁管通過變徑部分使管徑比泵室管要
4.根據權利要求1所述的一孔多層地下水動態監測井，其特徵在於在兩眼相鄰單井 的井壁管之間固定安裝有支架，在最深的單井底部設置井底封，其餘單井底部通過水泥完 全封閉。
5.根據權利要求1所述的一孔多層地下水動態監測井，其特徵在於在每眼單井的砂 礫層上方依次向上設有止水水泥球和止水水泥環，最深的一眼井的砂礫層設至僅次於該井 深度的單眼井的沉澱管處，最淺的單井設至泵室管底端。
專利摘要一種一孔多層地下水動態監測井，是在一個大口徑鑽孔中，下入二眼或二眼以上的不同深度的單井，形成一孔多層結構；在每一眼單井內安裝結構井管，並在每眼單井的下部各安裝濾水管，在每眼井濾水管的外面填滿砂礫層；各眼單井之間互不連通。本實用新型可以實現佔地面積小，使井位集中，便於管理，降低開發建設和管理成本，便於新技術的應用，環保節能。本實用新型適用於基巖埋藏較深，上腹鬆散層較厚的平原地區，用於地下水動態監測，獲取地下水動態信息。
文檔編號E02D29/12GK201883451SQ201020295650
公開日2011年6月29日 申請日期2010年8月18日 優先權日2010年8月18日
發明者傅建文, 張建民, 李志民, 柴成繁, 焦志東, 王俊林, 顧新洲, 高建穎 申請人:天津市鑿井總公司