CN114837603B - 一种钻孔压水试验栓塞及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了钻孔压水试验技术领域内的一种钻孔压水试验栓塞及***。该栓塞包括：压簧；环片组件，环片组件中心设置有螺纹通孔，环片组件设置有两个，两个环片组件分别固接于压簧两端；套管，套管套接于压簧外周，套管位于两个环片组件之间，套管两端分别抵触两个环片组件相对面；空心接头，空心接头外周设置有与螺纹通孔匹配的外螺纹；母丝接头，母丝接头一端空心接头匹配，另一端与钻杆接头匹配。该栓塞内置压簧外包套管，止水效果好，同时不需要软管供气(水)，结构简单，操作简便，可提高试验效率。

Description

一种钻孔压水试验栓塞及***

技术领域

本发明涉及钻孔压水试验技术领域，特别涉及一种钻孔压水试验栓塞及***。

背景技术

工程地质勘察需要了解岩体的透水性，钻孔压水试验的主要任务是测定岩体的透水性，为评价岩体的渗透特性和设计渗控措施提供基本资料。

钻孔压水试验是针对特定的试验段利用栓塞堵塞钻孔孔壁，将一定长度的钻孔进行隔离，试验段隔离出来，然后用固定的水头向这一段钻孔压水，根据压水试验的压入流量、作用于试段内的全压力、试段长度，可测定该试验段岩石的渗透系数。

现有的栓塞及压水***，存在如下的问题和缺点：

(1)栓塞膨胀变形量不够大；

压水试验时，现有的栓塞依靠栓塞橡皮管充气(水)后，产生横向膨胀变形，栓塞挤压孔壁，实现止水的目的。但现有的栓塞受细小软管(含接头)的限制，输入的压力有限，因太大的压力会导致软管或接头爆裂。栓塞的横向膨胀变形量不够大，对孔壁岩石的挤压有限，孔壁岩石的裂隙在高压水流的作用下，逐渐撑开，产生渗漏，导致栓塞止水失效或止水效果差。

(2)栓塞尺寸效应，导致栓塞卡住；

现有的栓塞，为了能与孔壁紧密接触，其直径仅略小于钻孔孔径，若岩石完整、孔壁光滑，栓塞上下较为顺利；但岩石由于各种原因，节理裂隙发育，孔壁岩石有裂纹，局部较破碎部位可能有掉块，加之钻进时岩粉颗粒残留和沉淀，压水试验放入栓塞后，往往起拔困难，导致栓塞被拔坏，或者栓塞拔不上来，整个钻孔报废。

(3)栓塞自带细小软管，安装和拆卸时，软管容易与钻杆缠绕；

栓塞由于需要软管供气(水)，压水试验栓塞安装时，软管就要与钻杆同步进行安装，软管安装后，钻杆逐根接长，在钻杆和栓塞***一起下放的过程中，难免会有所旋转，软管容易与钻杆缠绕。另外，压水试验结束后，栓塞和钻杆需要起拔，钻杆也会产生旋转，会加剧软管与钻杆的缠绕程度。

发明内容

本申请通过提供一种钻孔压水试验栓塞及***，解决或部分解决现有栓塞在钻孔压水试验中的存在的问题。

本申请实施例提供了一种钻孔压水试验栓塞，包括：

压簧；

环片组件，所述环片组件中心设置有螺纹通孔，所述环片组件设置有两个，两个所述环片组件分别固接于所述压簧两端；

套管，所述套管套接于所述压簧外周，所述套管位于两个所述环片组件之间，所述套管两端分别抵触两个所述环片组件相对面；

空心接头，所述空心接头外周设置有与所述螺纹通孔匹配的外螺纹；

母丝接头，所述母丝接头一端所述空心接头匹配，另一端与钻杆接头匹配。

上述实施例的有益效果在于：

首先，栓塞内置压簧，可保证栓塞在竖向的变形量，栓塞橡皮管受竖向压缩变形的影响，产生横向膨胀变形，挤压孔壁，不仅能促使栓塞橡皮管与孔壁岩石的密切接触，而且还能通过挤压孔壁岩石，迫使栓塞处岩石裂隙不被高压水流冲开，实现双重止水，栓塞止水效果更佳。栓塞可承受宽幅变形，所承受的压力由上部钻杆和外部钻杆加压装置带来，压力大小可根据止水情况来进行调整。由于栓塞大变形量带来更好的止水效果，改变了过去传统栓塞需要不断反复试验，才能确定栓塞位置的止水效果，提高了试验的效率和试验的成功率，省时省力。且每次试验仅需将试验***中的试样安装装置进行拆换即可，其它部位无需进行二次安装，操作非常简单、方便。

其次，内置压簧、外包套管的栓塞，不需要软管供气(水)，结构更简单，不会产生软管缠绕钻杆的问题，操作更加简便，也不易损坏，安全耐用。其外径尺寸略小于钻孔直径，安装、起拔都更加便利，岩粉、小的岩石掉块不会卡住栓塞，可提高试验效率，保证钻进和试验安全。

另外，多节栓塞组合，通过空心接头相互连接，调整组合后的栓塞长度，可根据钻孔岩性灵活配置压水试验所需的栓塞。

在上述实施例基础上，本申请可进一步改进，具体如下：

在本申请其中一个实施例中，所述环片组件包括环片一、密封垫片和环片二，所述密封垫片设置于所述环片一和环片二之间。密封垫片一般为橡胶垫片，用以起止水作用。

在本申请其中一个实施例中，所述套管为橡皮管。

本申请实施例还提供了一种钻孔压水实验***，包括：送水钻杆、如上述的栓塞、花管和压水组件，所述栓塞一端与所述送水钻杆连接，另一端与所述花管连接，所述送水钻杆、花管内部均中空设置，所述送水钻杆、栓塞、花管内部形成相互连通的水流通道，所述压水组件包括水泵和水箱，所述水泵进液端与所述水箱连通，所述水泵出液端与所述送水钻杆内部连通。

上述实施例的有益效果在于：针对单栓塞钻孔试验，通过水泵将水压入送水钻杆内部水流通道中，栓塞封闭孔壁，水从花管周面孔隙溢出，试验检测花管段的岩层透水率。内置压簧、外包套管的栓塞，不需要软管供气(水)，结构更简单，不会产生软管缠绕钻杆的问题，操作更加简便，也不易损坏，安全耐用。其外径尺寸略小于钻孔直径，安装、起拔都更加便利，岩粉、小的岩石掉块不会卡住栓塞，可提高试验效率，保证钻进和试验安全。同时，由于栓塞大变形量带来更好的止水效果，改变了过去传统栓塞需要不断反复试验，才能确定栓塞位置的止水效果，提高了试验的效率和试验的成功率，省时省力。且每次试验仅需将试验***中的试样安装装置进行拆换即可，其它部位无需进行二次安装，操作非常简单、方便。

在本申请其中一个实施例中，所述钻孔压水实验***还包括钻杆加压装置，所述钻杆加压装置用以向所述送水钻杆施压。栓塞受压而产生宽幅变形，所承受的压力由上部钻杆和外部钻杆加压装置带来，压力大小可根据止水情况来进行调整，钻杆加压装置可为液压缸等，只要能对送水钻杆施压即可。

在本申请其中一个实施例中，所述压水组件还包括三通流量调节阀、回水管、流量表、压力表，所述水泵的出液端与所述三通流量调节阀的进液端连接，所述三通流量调节阀的出液端一与所述送水钻杆内部连通，所述三通流量调节阀的出液端二通过所述回水管与所述水箱连通，所述流量表设置于所述三通流量调节阀与所述送水钻杆之间，所述压力表用以检测送水钻杆内部水压。方便调节与检测水压。

在本申请其中一个实施例中，所述钻孔压水实验***还包括另一栓塞和支撑钻杆，所述花管一端与所述栓塞连接，另一端与所述另一栓塞连接，所述另一栓塞一端与所述花管连接，另一端与所述支撑钻杆连接。针对双栓塞钻孔压水试验，支撑钻杆底部密封，花管上下两个栓塞受力后封闭止水，试验检测花管段岩层透水率。

本申请实施例还提供了一种钻孔压水实验方法，采用上述钻孔压水实验***，包括以下步骤：

钻孔，且钻孔孔径与所述栓塞相匹配；

将所述花管、栓塞、上部钻杆依次放置于所述钻孔内；

下压所述钻杆，所述栓塞挤压孔壁止水；

开展压水试验。

上述实施例的有益效果在于：内置压簧、外包套管的栓塞，不需要软管供气(水)，结构更简单，不会产生软管缠绕钻杆的问题，操作更加简便，也不易损坏，安全耐用。同时，改变了过去传统栓塞需要不断反复试验，才能确定栓塞位置的止水效果，提高了试验的效率和试验的成功率，省时省力。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1.栓塞内置压簧，可保证栓塞在竖向的变形量，栓塞橡皮管受竖向压缩变形的影响，产生横向膨胀变形，挤压孔壁，不仅能促使栓塞橡皮管与孔壁岩石的密切接触，而且还能通过挤压孔壁岩石，迫使栓塞处岩石裂隙不被高压水流冲开，实现双重止水，栓塞止水效果更佳。

2.内置压簧、外包套管的栓塞，不需要软管供气(水)，结构更简单，不会产生软管缠绕钻杆的问题，操作更加简便，也不易损坏，安全耐用。其外径尺寸略小于钻孔直径，安装、起拔都更加便利，岩粉、小的岩石掉块不会卡住栓塞，可提高试验效率，保证钻进和试验安全。

3.由于栓塞大变形量带来更好的止水效果，改变了过去传统栓塞需要不断反复试验，才能确定栓塞位置的止水效果，提高了试验的效率和试验的成功率，省时省力。

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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为实施例1中栓塞的结构示意图；

图2为实施例2中单栓塞钻孔压水实验***的结构示意图；

图3为实施例2中双栓塞钻孔压水实验***的结构示意图；

图4为实施例3中钻孔压水实验方法的步骤流程图。

其中，1.栓塞、11.压簧、12.环片组件、121.环片一、122.密封垫片、123.环片二、13.套管、14.空心接头、15.母丝接头、16.钻杆接头、2.送水钻杆、3.花管、41.水泵、42.水箱、43.三通流量调节阀、44.回水管、45.流量表、46.压力表、5.支撑钻杆。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。

在本发明的描述中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本发明描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

本申请实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

实施例1：

如图1所示，一种钻孔压水试验栓塞，包括：压簧11、环片组件12、套管13、空心接头14、母丝接头15；

环片组件12中心设置有螺纹通孔，环片组件12设置有两个，两个环片组件12分别固接于压簧11两端；套管13套接于压簧11外周，套管13位于两个环片组件12之间，套管13两端分别抵触两个环片组件12相对面；空心接头14外周设置有与螺纹通孔匹配的外螺纹；母丝接头15一端空心接头14匹配，另一端与钻杆接头16匹配。

环片组件12包括环片一121、密封垫片122和环片二123，密封垫片122设置于环片一121和环片二123之间。密封垫片122一般为橡胶垫片，用以起止水作用。套管13一般为橡皮管。

实施例2：

如图2所示，一种钻孔压水实验***，适用于单栓塞情形，包括：如实施例1所述的栓塞1、送水钻杆2、花管3、压水组件和钻杆加压装置(图中未示出)，栓塞1一端与送水钻杆2连接，另一端与花管3连接，送水钻杆2、花管3内部均中空设置，送水钻杆2、栓塞1、花管3内部形成相互连通的水流通道，压水组件包括水泵41、水箱42、三通流量调节阀43、回水管44、流量表45、压力表46，水泵41进液端与水箱42连通，水泵41的出液端与三通流量调节阀43的进液端连接，三通流量调节阀43的出液端一与送水钻杆2内部连通，三通流量调节阀43的出液端二通过回水管44与水箱42连通，流量表45设置于三通流量调节阀43与送水钻杆2之间，压力表46用以检测送水钻杆2内部水压。方便调节与检测水压。

可选的，如图3所示，双栓塞情形下的钻孔压水实验***还包括另一栓塞1和支撑钻杆5，花管3一端与栓塞1连接，另一端与另一栓塞1连接，另一栓塞1一端与花管3连接，另一端与支撑钻杆5连接。针对双栓塞1钻孔压水试验，支撑钻杆5底部密封，花管3上下两个栓塞1受力后封闭止水，试验检测花管3段岩层透水率。

钻杆加压装置(图中未示出)用以向送水钻杆施压。栓塞受压而产生宽幅变形，所承受的压力由上部钻杆和外部钻杆加压装置带来，压力大小可根据止水情况来进行调整，钻杆加压装置可为液压缸等，只要能对送水钻杆施压即可。

实施例3：

如图4所示，一种钻孔压水实验方法，采用如实施例2所述的钻孔压水实验***，包括以下步骤：

S1:钻孔，且钻孔孔径与栓塞相匹配。

压水试验钻孔宜采用金刚石或合金钻进，钻孔的孔径与栓塞相匹配。

试段选取，应首先确定栓塞的位置。可根据钻孔岩芯的完整程度，选取岩石完整性较好的孔壁地段作为放置栓塞的位置。

栓塞长度，不小于钻孔直径的8倍。分节组装栓塞，使栓塞的总长度与压水试验的需要相匹配。

试段长度一般不大于5m，相邻试段应互相衔接，可少量重叠，但不能漏段。

S2:将花管、栓塞、上部钻杆依次放置于钻孔内。

S3:下压钻杆，栓塞挤压孔壁止水。

试验前，量测钻孔内静止水位。

水位稳定后，利用钻杆加压装置，适当下压钻杆，由于孔底有支撑钻杆(或花管)的存在，上部钻杆承受压力后，传递给栓塞中的压簧，压簧压缩变形，带动栓塞橡皮管发生压缩变形和横向膨胀，栓塞挤压孔壁。

再次观测静止水位，若水位不变或无明显的上升趋势，可判定止水有效；若水位有明显的上升趋势，需逐渐加大钻杆压力，使栓塞压簧产生更大的形变，最终达到止水的目的。

S4:开展压水试验。

压水试验应按三级压力、五个阶段(即P1--P2--P3--P4--P5)进行，其中：P1＝P5，P2＝P4，P1＜P2＜P3。

压水试验过程中，每个压力阶段记录压入流量Q。

利用压水试验数据成果，绘制P-Q关系曲线，由P-Q曲线性状，确定试段的曲线类型。

试段透水率采用第三阶段的压力值(P3)和流量值(Q3)，按公式：q＝(Q3)/(L*(P3))计算试段的透水率。

其中：q--试段的透水率(Lu)；

L—试段长度(m)；

Q3—第三阶段的计算流量(l/min)；

P3--第三阶段的试段压力(MPa)。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

1.栓塞内置压簧，可保证栓塞在竖向的变形量，栓塞橡皮管受竖向压缩变形的影响，产生横向膨胀变形，挤压孔壁，不仅能促使栓塞橡皮管与孔壁岩石的密切接触，而且还能通过挤压孔壁岩石，迫使栓塞处岩石裂隙不被高压水流冲开，实现双重止水，栓塞止水效果更佳。

2.内置压簧、外包套管的栓塞，不需要软管供气(水)，结构更简单，不会产生软管缠绕钻杆的问题，操作更加简便，也不易损坏，安全耐用。其外径尺寸略小于钻孔直径，安装、起拔都更加便利，岩粉、小的岩石掉块不会卡住栓塞，可提高试验效率，保证钻进和试验安全。

3.由于栓塞大变形量带来更好的止水效果，改变了过去传统栓塞需要不断反复试验，才能确定栓塞位置的止水效果，提高了试验的效率和试验的成功率，省时省力。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种钻孔压水试验栓塞，其特征在于，包括：

压簧；

环片组件，所述环片组件中心设置有螺纹通孔，所述环片组件设置有两个，两个所述环片组件分别固接于所述压簧两端；

套管，所述套管套接于所述压簧外周，所述套管位于两个所述环片组件之间，所述套管两端分别抵触两个所述环片组件相对面；

空心接头，所述空心接头外周设置有与所述螺纹通孔匹配的外螺纹；

母丝接头，所述母丝接头一端所述空心接头匹配，另一端与钻杆接头匹配。

2.根据权利要求1所述的钻孔压水试验栓塞，其特征在于：所述环片组件包括环片一、密封垫片和环片二，所述密封垫片设置于所述环片一和环片二之间。

3.根据权利要求1所述的钻孔压水试验栓塞，其特征在于：所述套管为橡皮管。

4.一种钻孔压水实验***，其特征在于，包括：送水钻杆、如权利要求1-3任一所述的栓塞、花管和压水组件，所述栓塞一端与所述送水钻杆连接，另一端与所述花管连接，所述送水钻杆、花管内部均中空设置，所述送水钻杆、栓塞、花管内部形成相互连通的水流通道，所述压水组件包括水泵和水箱，所述水泵进液端与所述水箱连通，所述水泵出液端与所述送水钻杆内部连通。

5.根据权利要求4所述的钻孔压水实验***，其特征在于：还包括钻杆加压装置，所述钻杆加压装置用以向所述送水钻杆施压。

6.根据权利要求5所述的钻孔压水实验***，其特征在于：所述压水组件还包括三通流量调节阀、回水管、流量表、压力表，所述水泵的出液端与所述三通流量调节阀的进液端连接，所述三通流量调节阀的出液端一与所述送水钻杆内部连通，所述三通流量调节阀的出液端二通过所述回水管与所述水箱连通，所述流量表设置于所述三通流量调节阀与所述送水钻杆之间，所述压力表用以检测送水钻杆内部水压。

7.根据权利要求6所述的钻孔压水实验***，其特征在于：还包括另一栓塞和支撑钻杆，所述花管一端与所述栓塞连接，另一端与所述另一栓塞连接，所述另一栓塞一端与所述花管连接，另一端与所述支撑钻杆连接。

8.一种钻孔压水实验方法，其特征在于，采用如权利要求4-6任一所述的钻孔压水实验***，包括以下步骤：

钻孔，且钻孔孔径与所述栓塞相匹配；

将所述花管、栓塞、送水钻杆依次放置于所述钻孔内；

下压所述送水钻杆，所述栓塞挤压孔壁止水；

开展压水试验。