确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置及其测试方法，测试装置包括振荡试验参数测试系统主机、气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔、套管、通信电缆、多功能探头、密封腔压力释放阀、密封腔气压表、密封腔进气阀、密封腔进气管、气压栓塞系统、穿孔和堵头；测试方法利用气压栓塞隔离单个目标裂隙；对目标裂隙进行气压式振荡试验；利用推导的倾斜填充裂隙振荡试验模型绘制标准曲线，使用配线法计算目标裂隙导水系数和贮水系数；评价径向定水头边界距离对计算参数精度的影响。

Test device and method for determining hydrogeological parameter of inclined filling fracture

The invention discloses a device for testing to determine the hydrogeological parameters of inclined fissure filling and its testing method, testing device comprises a mainframe, oscillation test parameter test system of pressure oscillation test head excitation device of wellhead sealing cavity, casing, communication cable, multifunctional probe, seal chamber pressure release valve, seal cavity pressure meter and seal cavity inlet valve the seal cavity, an air inlet pipe, air embolism, perforation and plug system; test method using the air embolism isolation single target fracture; pressure oscillation test of crack; filling crack oscillation test model drawing standard curve is derived by using the tilt, calculate the target transmissivity and storage coefficient using the wiring method; evaluation of radial influence of boundary distance on the accuracy of the calculation parameters.

【技术实现步骤摘要】
确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置及其测试方法
本专利技术涉及一种确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置及其测试方法。
技术介绍
岩体中裂隙具有相当高的非均质性和各向异性，常规水文地质试验往往只能获得岩体的平均水文地质参数，不能满足理论研究以及工程应用精度的要求。在利用振荡试验确定岩土体水文地质参数领域，以往研究都将倾斜填充裂隙等效为水平裂隙进行处理，提出振荡试验确定倾斜裂隙水文地质参数的理论模型和应用方法是该研究领域的热点和难点。目前尚未有一套成熟的方法准确确定倾斜填充裂隙的水文地质参数。推导考虑倾角影响的振荡试验解析解模型并且绘制不同倾角条件下的测试井中水头响应标准曲线是完善确定倾斜填充裂隙水文地质参数理论体系的最直接且有效的手段之一。推导倾斜填充裂隙振荡试验解析解模型非常复杂，测试井-倾斜填充裂隙系统中水流速度及流量受不同类型的水流方程控制，故需要将所有控制方程耦合求解。倾斜填充裂隙中水流方程满足达西定律；倾斜填充裂隙-测试井系统满足流量平衡方程；测试井中水流与倾斜填充裂隙中水流满足动量平衡方程，此方程是表达测试井-倾斜填充裂隙中水头响应惯性效应和水体阻尼运动的关键方程。利用倾斜填充裂隙振荡试验模型绘制不同倾角条件下振荡试验水头响应标准曲线，将其与实测水头响应曲线配线计算倾斜填充裂隙导水系数和贮水系数，这一方法将提高振荡试验现场确定倾斜填充裂隙水文地质参数的精度和效率。径向定水头边界距离会对振荡试验确定水平承压含水层水文地质参数造成影响，针对判断径向定水头边界对振荡试验确定倾斜填充裂隙水文地质参数影响的研究尚为空白，比较有限距离定水头边界模型与无限距离定水头边界模型计算结果并提出评判标准是保证振荡试验分析结果正确性的关键。
技术实现思路
专利技术目的：为克服现有技术不足，本专利技术提出一种基于振荡试验测试系统获取钻孔中裂隙产状、宽度、埋深和填充状态等信息，使用气压栓塞隔离出单条倾斜填充裂隙，并对目标裂隙实施气压式振荡试验；利用考虑目标裂隙倾角的过阻尼振荡、临界阻尼振荡和欠阻尼振荡三种类型水头响应标准曲线配线计算裂隙导水系数和贮水系数；同时比较无限距离径向定水头边界模型和有限距离径向定水头边界模型所计算的目标裂隙导水系数和贮水系数，评价定水头边界距离对计算结果精度的影响的确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置及其测试方法，以排除振荡试验确定倾斜填充裂隙水文地质参数时不同渗透性裂隙之间互相影响；消除将水平含水层振荡试验模型应用于确定倾斜填充裂隙水文地质参数引起的计算误差；提出倾角对填充裂隙水文地质参数计算造成影响的临界值，为现场判断倾角对水文地质参数确定是否造成影响提供准则；在现场试验过程中评价径向定水头边界距离对试验结果是否造成影响。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置，包括振荡试验参数测试系统主机、气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔、套管、通信电缆、多功能探头、密封腔压力释放阀、密封腔气压表、密封腔进气阀、密封腔进气管、气压栓塞系统、穿孔和堵头；所述套管底端伸入钻孔内，顶端设在钻孔外，堵头设在套管底端；气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔与套管顶端相通，振荡试验参数测试系统主机设在钻孔外，多功能探头设在套管内；通信电缆一端与振荡试验参数测试系统主机相接，另一端与多功能探头相接；密封腔压力释放阀和密封腔气压表均与气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔相通；气压栓塞系统包括空气压缩机、压力调节阀、三通阀、栓塞加压阀、栓塞压力释放阀、栓塞气压表、耐压输气管、上气压栓塞、连通管和下气压栓塞；空气压缩机设在钻孔外，上气压栓塞和下气压栓塞设在套管内，连通管分别与上气压栓塞、下气压栓塞相通；空气压缩机通过耐压输气管与上气压栓塞相通；压力调节阀、三通阀、栓塞加压阀、栓塞压力释放阀和栓塞气压表从空气压缩机一侧顺次设在耐压输气管上；密封腔进气阀设在密封腔进气管上，密封腔进气管一端与气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔相通，另一端与三通阀相接；穿孔设在上气压栓塞和下气压栓塞之间的套管上。上述穿孔与目标裂隙在整个试验过程中保持同一位置。工作原理：本专利技术确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置通过振荡试验参数测试系统对裂隙岩体进行编录；利用上、下气压栓塞隔离单个目标裂隙；对目标裂隙进行气压式振荡试验；利用推导的倾斜填充裂隙振荡试验模型绘制标准曲线，使用配线法计算目标裂隙导水系数和贮水系数；评价径向定水头边界距离对计算参数精度的影响。所述上气压栓塞和下气压栓塞均为同心双层胶囊结构，胶囊的内外层之间设有支撑弹簧圈；上气压栓塞在压缩气体作用下贴紧穿孔上方套管，下气压栓塞在压缩气体作用下贴紧穿孔下方套管，上气压栓塞和下气压栓塞的外层胶囊膨胀以后紧贴套管；上、气压栓塞在压缩气体作用下贴紧穿孔管上部套管，防止目标裂隙试验段压力(气压和水压)通过套管与胶囊的缝隙与非试验段产生联系；外层胶囊膨胀以后紧贴孔壁，起到止水、隔离单裂隙的作用；弹簧圈有利于安装栓塞时保持胶囊腔体的规则形状。所述同心双层胶囊结构长度均为680-800mm，外径均为108-127mm，内径均为73-89mm。所述上气压栓塞和下气压栓塞上下两端分别设有上栓塞上挡片、上栓塞下挡片、下栓塞上挡片套管和下栓塞下挡片；能使上气压栓塞和下气压栓塞固定在套管预设的位置。一种确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置的测试方法，包括以下步骤：步骤1：利用振荡试验参数测试系统对钻孔所揭示岩体裂隙进行编录，详细记录裂隙的产状、隙宽、埋深和裂隙填充情况；步骤2：利用上、下气压栓塞隔离钻孔中单条倾斜裂隙；步骤3：利用振荡试验参数测试系统对单条倾斜裂隙实施不同压强值的气压式振荡试验；步骤4：使用推导的振荡试验模型绘制目标裂隙的振荡试验标准曲线，利用配线法计算目标裂隙的水文地质参数；步骤5：将考虑径向定水头边界距离模型与不考虑径向定水头边界距离模型计算的水文地质参数对比。上述径向定水头边界距离对倾斜填充裂隙振荡试验影响评价方法，可以将无限距离径向定水头边界条件下倾斜填充裂隙振荡试验模型分析的试验结果与有限距离径向定水头边界条件下倾斜填充裂隙振荡试验模型分析的试验结果进行对比，根据两者结果的差异判断绘制振荡试验标准曲线的解析解模型是否需要考虑径向定水头边界距离。所述步骤1中，在利用振荡试验参数测试系统进行裂隙岩体钻孔编录之前需要对钻孔进行大泵量喷射法洗井，排除岩粉堵塞裂隙问题，将钻孔内浑浊的地下水冲出。所述多功能探头具有井下钻孔图像识别系统，多功能探头的直径为50mm或68mm，在电缆计数绞车系统的控制下，将多功能探头缓慢放入钻孔中，为保证获取图像画质，将多功能探头随通信电缆下移的速度控制在3m/min之内；记录钻孔内地下水位埋藏位置，并且与实测水位埋深结果对比；记录钻孔中所揭示裂隙的倾向、倾角、埋深、裂隙宽度、填充信息，由浅入深对裂隙进行编号，并且根据裂隙产状对裂隙进行分组；能获取井壁画面的清晰度，从而保证裂隙编录的准确性。所述步骤2中，利用气压栓塞系统隔离出单条裂隙，实施振荡试验获取高精度裂隙水文地质参数。所述步骤4中，振荡试验标准曲线绘制方法，主要通过推导的振荡试验解析解模型绘制不同倾角条件下振荡试验测试主井中无量纲水头响应曲线，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置，其特征在于：包括振荡试验参数测试系统主机、气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔、套管、通信电缆、多功能探头、密封腔压力释放阀、密封腔气压表、密封腔进气阀、密封腔进气管、气压栓塞系统、穿孔和堵头；所述套管底端伸入钻孔内，顶端设在钻孔外，堵头设在套管底端；气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔与套管顶端相通，振荡试验参数测试系统主机设在钻孔外，多功能探头设在套管内；通信电缆一端与振荡试验参数测试系统主机相接，另一端与多功能探头相接；密封腔压力释放阀和密封腔气压表均与气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔相通；气压栓塞系统包括空气压缩机、压力调节阀、三通阀、栓塞加压阀、栓塞压力释放阀、栓塞气压表、耐压输气管、上气压栓塞、连通管和下气压栓塞；空气压缩机设在钻孔外，上气压栓塞和下气压栓塞设在套管内，连通管分别与上气压栓塞、下气压栓塞相通；空气压缩机通过耐压输气管与上气压栓塞相通；压力调节阀、三通阀、栓塞加压阀、栓塞压力释放阀和栓塞气压表从空气压缩机一侧顺次设在耐压输气管上；密封腔进气阀设在密封腔进气管上，密封腔进气管一端与气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔相通，另一端与三通阀相接；穿孔设在上气压栓塞和下气压栓塞之间的套管上。...

【技术特征摘要】
1.一种确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置，其特征在于：包括振荡试验参数测试系统主机、气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔、套管、通信电缆、多功能探头、密封腔压力释放阀、密封腔气压表、密封腔进气阀、密封腔进气管、气压栓塞系统、穿孔和堵头；所述套管底端伸入钻孔内，顶端设在钻孔外，堵头设在套管底端；气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔与套管顶端相通，振荡试验参数测试系统主机设在钻孔外，多功能探头设在套管内；通信电缆一端与振荡试验参数测试系统主机相接，另一端与多功能探头相接；密封腔压力释放阀和密封腔气压表均与气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔相通；气压栓塞系统包括空气压缩机、压力调节阀、三通阀、栓塞加压阀、栓塞压力释放阀、栓塞气压表、耐压输气管、上气压栓塞、连通管和下气压栓塞；空气压缩机设在钻孔外，上气压栓塞和下气压栓塞设在套管内，连通管分别与上气压栓塞、下气压栓塞相通；空气压缩机通过耐压输气管与上气压栓塞相通；压力调节阀、三通阀、栓塞加压阀、栓塞压力释放阀和栓塞气压表从空气压缩机一侧顺次设在耐压输气管上；密封腔进气阀设在密封腔进气管上，密封腔进气管一端与气压式振荡试验水头激发装置井口密封腔相通，另一端与三通阀相接；穿孔设在上气压栓塞和下气压栓塞之间的套管上。2.根据权利要求1所述的确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置，其特征在于：所述上气压栓塞和下气压栓塞均为同心双层胶囊结构，胶囊的内外层之间设有支撑弹簧圈；上气压栓塞在压缩气体作用下贴紧穿孔上方套管，下气压栓塞在压缩气体作用下贴紧穿孔下方套管，上气压栓塞和下气压栓塞的外层胶囊膨胀以后紧贴套管壁。3.根据权利要求2所述的确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置，其特征在于：所述同心双层胶囊结构长度均为680-800mm，外径均为108-127mm，内径均为73-89mm。4.根据权利要求3所述的确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置，其特征在于：所述上气压栓塞和下气压栓塞上下两端分别设有上栓塞上挡片、上栓塞下挡片、下栓塞上挡片套管和下栓塞下挡片。5.权利要求1-4任意一项所述的确定倾斜填充裂隙水文地质参数的测试装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：利用振荡试验参数测试系统对钻孔所揭示岩体裂隙进行编录，详细记录裂隙的产状、隙宽、埋深和裂隙填充情况；步骤2：利用上、下气压栓塞隔离钻孔中单条倾斜裂隙；步骤3：利用振荡试验参数测试系统对单条倾斜裂隙实施不同压强值的气压式振荡试验；步骤4：使用推导的振荡试验模型绘制目标裂隙的振荡试验标准曲线，利用配线法计算目标裂隙的水文地质参数；步骤5：将考虑径向定水头边界距离模型与不考虑径向定水头边界距离模型计算的水文地质参数对比。6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于：所述步骤1中，在利用振荡试验参数测试系统进行裂隙岩体钻孔编录之前需要对钻孔进行大泵量喷射法洗井，排除岩粉堵塞裂隙问题，将钻孔内浑浊的地下水冲出。7.根据权利要求5所述的测试方...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴云峰，周志芳，赵燕容，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32