复合循环井系统及使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种复合循环井系统及使用方法，包括循环井主井、定向水平井组、抽水装置和地面管汇，循环井主井、定向水平井组、抽水装置通过连接地面管汇形成闭合回路；通过本系统和使用方法可提升上、下含水层的水位差，并借助主井、水平定向井组成的系统解决传统循环井抽注不平衡的问题，增大循环井水动力调控区域，提升污染物去除效率，缩短循环井修复和净化周期。化周期。化周期。

【技术实现步骤摘要】
复合循环井系统及使用方法


[0001]本专利技术涉及一种复合循环井系统及使用方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济的不断发展，我国的工业化进程不断加快，因各类污染物的不合 理处置、城市废水不当排放、农业化学品滥用、事故泄露等因素造成的地下水污染 日益严重，已经成为备受国家与社会关注的环境问题。
[0003]目前，针对地下水中污染物的去除，国内常用的地下水修复技术主要为抽取处 理技术、生物降解技术、原位化学氧化技术、地下水曝气技术、可渗透反应屏障技 术等。相对于以上修复处理技术，地下水循环井技术(Groundwater Circulation Wells， 简称GCW)能够综合利用物理、化学和生物过程来实现对地下水的原位修复，并可 以和其他修复技术相结合实现对地下水的综合治理，修复效果好，修复效率高。
[0004]地下水循环井技术的工作原理是通过在循环井周围区域形成三维循环流场，循 环流冲刷并带动污染物进入井内，通过曝气吹脱和抽提来去除掉易挥发或者气相有 机物，同时曝气过程可以提高地下水中的含氧量，强化土著微生物对有机污染物的 降解作用，从而实现对地下水和土体中有机污染物的去除。
[0005]根据相关资料统计，地下水循环井技术在我国研究较晚，目前在国内仅有2个 工程实例，尚处于研究阶段，成套设备也处于空白状态。地下水循环井技术在国内 推广的制约因素主要为：(1)国内地下水污染物复杂多相共存居多，单一循环井 修复处理效率低；(2)目前循环井单井的影响范围仅为20～45m，无法实现大范围 的水力调控，严重制约地下水循环井技术推广；(3)循环井抽注水不平衡，抽提 的水因地层压力并不能全部注入含水层；(4)循环井修复技术的修复和净化周期 比较长，而国内的地下水修复普遍要求工期短。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决上述问题提供一种复合循环井系统及使用方法，增大循 环井水动力调控区域，解决传统循环井抽注不平衡的问题，提升污染物去除效率。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种复合循环井系统包括循环井系统、抽水装置和地面管汇，该循环井系统包 括循环井主井和定向水平井组；
[0009]所述循环井主井包括钻孔、围填层和井管，该围填层位于钻孔和井管的环状间 隙，包括与上部含水层对应的上砾料层以及与下部含水层对应的下砾料层，在上砾 料层和下砾料层之间设有下止水层，在上砾料层至地面设有上止水层，在该围填层 中插有上层汇水管和下层汇水管，该上层汇水管的出口位于上砾料层，该下层汇水 管位于下砾料层；在围填层的孔腔设置井管，该井管自上而下包括依次连接的第一 井壁管、第一滤水管、第二井壁管、第二滤水管和沉淀管，该第一井壁管对着上止 水层、第一滤水管对着上砾料层、第二井壁管对着下止水层，第二滤水管对着第二 砾料层，沉淀管位于钻孔底部；
[0010]所述定向水平井组包括在上部含水层中安装的上层水平定向井以及在下部含 水层中安装的下层水平定向井；
[0011]所述抽水装置包括下层抽水装置、封隔器和上层抽水装置，该下层抽水装置包 括第二潜水泵和下层井壁管，该上层抽水装置包括第一潜水泵和上层井壁管，该下 层井壁管连接该封隔器，该封隔器位于第二井壁管，该第二潜水泵位于第二滤水管 中，第一潜水泵位于第一滤水管中，该第一潜水泵和第二潜水泵均为可正反转潜水 泵；
[0012]所述地面管汇包括主管汇、第一管汇、第二管汇、第三管汇、第四管汇、数个 阀门和射流器，第一管汇的一端通过第一阀门与该第一汇水管的上端连通，该上层 水平定向井的进出口通过第二阀门与该第一汇水管连通，该第一管汇的另一端连接 上层射流器，该上层射流器的出口通过连接管子A与主管汇连通，该连接管子A上安 装第十二阀门，在第二阀门与上层射流器之间的第一管汇上通过连接管子B与主管 汇连通，该连接管子B上安装第十一阀门；该第二管汇的一端通过第三阀门与第二 汇水管连通，该下层水平定向井的进出口通过第四阀门与第二管汇连通，该第二管 汇的另一端连接下层射流器，该下层射流器的出口通过连接管子C与主管汇连接， 该连接管子C上安装第五阀门，第四阀门与该下层射流器之间的第二管汇通过连接 管子D与主管汇连接，该连接管子D上安装第六阀门；所述上层井壁管的上端与主管 汇之间连接第三管汇，该第三管汇上安装第八阀门和第十阀，所述下层井壁管的上 端与主管汇连接第四管汇，该第四管汇上安装第七阀门和第九阀门，该第七阀门和 第九阀门之间的第四管汇与第八阀门和第十阀门的第三管汇之间通过连接管子E连 通。
[0013]优选地，所述上层水平定向井包括上层水平井井管，该上层水平井井管包括滤 水管，其中滤水管应在水平井的水平段并位于上部含水层的动水位下方，该滤水管 的两端分别连接井壁管A和井壁管B，该井壁管B的尾端连接底堵，该井壁管A的上 端伸出地面，该底堵不得漏气，掩埋于地面以下；所述下层水平定向井包括下层水 平井井管，该下层水平井井管包括底堵、滤水管和井壁管，其中滤水管应在水平井 的水平段并位于下部含水层的动水位下方；所述水平定向井在铺设时应垂直于场地 流向，铺设深度不易大于20m，所述水平定向井的滤水管位于污染区内或穿越多个 小型污染区。
[0014]优选地，所述水平定向井滤水管选用贴砾滤水管，防止泥沙对管路进行淤堵。
[0015]优选地，所述封隔器包括上接头、胶筒、滑动端和中心管，该中心管的上端和 下端分别连接下层井壁管，所述上接头通过内、外丝扣连接所述中心管和所述胶筒， 所述中心管与所述胶筒组成密封环腔，所述滑动端穿过中心管通过丝扣与所述胶筒 连接，并随着封隔器的启封与收缩沿着中心管滑动，所述滑动端与所述中心管通过 两道密封胶圈进行密封；所述封隔器上接头设有封隔器座封通道，通过高压管线连 接至地表高压泵，为封隔器座封充压；所述封隔器上接头和滑动端设有3个贯穿孔， 用于穿过水泵电缆为第二潜水泵供电；
[0016]优选地，所述封隔器的启封介质为液体，其工作原理为在封隔器下入作业位置 后，通过地面高压泵将高压液体压入封隔器胶筒进行座封，完成任务后，打开地面 压力控制阀泄压，封隔器解封收回。
[0017]一种如上述任一项技术方案所述的复合循环井系统的使用方法：
[0018]通过地表高压泵向主井中的封隔器充压，使封隔器进行座封并保持座封状态； 打
开第一阀门、第二阀门、第十二阀门、第六阀门和第三阀门3，关闭其他阀门； 打开上层射流器，上层射流器通过电机驱动叶轮进行汲水，水流经喷嘴在高压区形 成射流产生负压，上层射流形成的真空将上层水平井井管和上层汇水管内的水位抬 高至上层射流器进水口，提升上部含水层和下部含水层水位差；在水位差作用下， 上层射流器吸出的水通过第十二阀门、第六阀门和第三阀门注入下部含水层，至此， 循环井系统开启上吸
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下注循环模式；
[0019]在上吸
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下注循环模式中，若上部含水层和下含水层能保持稳定的水位差，关闭 上层射流器，该循环模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合循环井系统，其特征在于：包括循环井系统、抽水装置和地面管汇，该循环井系统包括循环井主井和定向水平井组；所述循环井主井包括钻孔、围填层和井管，该围填层位于钻孔和井管的环状间隙，包括与上部含水层对应的上砾料层以及与下部含水层对应的下砾料层，在上砾料层和下砾料层之间设有下止水层，在上砾料层至地面设有上止水层，在该围填层中插有上层汇水管和下层汇水管，该上层汇水管的出口位于上砾料层，该下层汇水管位于下砾料层；在围填层的孔腔设置井管，该井管自上而下包括依次连接的第一井壁管、第一滤水管、第二井壁管、第二滤水管和沉淀管，该第一井壁管对着上止水层、第一滤水管对着上砾料层、第二井壁管对着下止水层，第二滤水管对着第二砾料层，沉淀管位于钻孔底部；所述定向水平井组包括在上部含水层中安装的上层水平定向井以及在下部含水层中安装的下层水平定向井；所述抽水装置包括下层抽水装置、封隔器和上层抽水装置，该下层抽水装置包括第二潜水泵和下层井壁管，该上层抽水装置包括第一潜水泵和上层井壁管，该下层井壁管连接该封隔器，该封隔器位于第二井壁管，该第二潜水泵位于第二滤水管中，第一潜水泵位于第一滤水管中，该第一潜水泵和第二潜水泵均为可正反转潜水泵；所述地面管汇包括主管汇、第一管汇、第二管汇、第三管汇、第四管汇、数个阀门和射流器，第一管汇的一端通过第一阀门与该第一汇水管的上端连通，该上层水平定向井的进出口通过第二阀门与该第一汇水管连通，该第一管汇的另一端连接上层射流器，该上层射流器的出口通过连接管子A与主管汇连通，该连接管子A上安装第十二阀门，在第二阀门与上层射流器之间的第一管汇上通过连接管子B与主管汇连通，该连接管子B上安装第十一阀门；该第二管汇的一端通过第三阀门与第二汇水管连通，该下层水平定向井的进出口通过第四阀门与第二管汇连通，该第二管汇的另一端连接下层射流器，该下层射流器的出口通过连接管子C与主管汇连接，该连接管子C上安装第五阀门，第四阀门与该下层射流器之间的第二管汇通过连接管子D与主管汇连接，该连接管子D上安装第六阀门；所述上层井壁管的上端与主管汇之间连接第三管汇，该第三管汇上安装第八阀门和第十阀，所述下层井壁管的上端与主管汇连接第四管汇，该第四管汇上安装第七阀门和第九阀门，该第七阀门和第九阀门之间的第四管汇与第八阀门和第十阀门的第三管汇之间通过连接管子E连通。2.根据权利要求1所述的复合循环井系统，其特征在于：所述上层水平定向井包括上层水平井井管，该上层水平井井管包括滤水管，其中滤水管应在水平井的水平段并位于上部含水层的动水位下方，该滤水管的两端分别连接井壁管A和井壁管B，该井壁管B的尾端连接底堵，该井壁管A的上端伸出地面，该底堵不得漏气，掩埋于地面以下；所述下层水平定向井包括下层水平井井管，该下层水平井井管包括底堵、滤水管和井壁管，其中滤水管应在水平井的水平段并位于下部含水层的动水位下方；所述水平定向井在铺设时应垂直于场地流向，铺设深度不易大于20m，所述水平定向井的滤水管位于污染区内或穿越多个小型污染区。3.根据权利要求1或2所述的复合循环井系统，其特征在于：所述水平定向井滤水管选用贴砾滤水管，防止泥沙对管路进行淤堵。4.根据权利要求1所述的复合循环井系统，其特征在于：所述封隔器包括上接头、胶筒、滑动端和中心管，该中心管的上端和下端分别连接下层井壁管，所述上接头通过内、外丝扣
连接所述中心管和所述胶筒，所述中心管与所述胶筒组成密封环腔，所述滑动端穿过中心管通过丝扣与所述胶筒连接，并随着封隔器的启封与收缩沿着中心管滑动，所述滑动端与所述中心管通过两道密封胶圈进行密封；所述封隔器上接头设有封隔器座封通道，通过高压管线连接至地表高压泵，为封隔器座封充压；所述封隔器上接头和滑动端设有3个贯穿孔，用于穿过水泵电缆为第二潜水泵供电；优选地，所述封隔器的启封介质为液体，其工作原理为在封隔器下入作业位置后，通过地面高压泵将高压液体压入封隔器胶筒进行座封，完成任务后，打开地面压力控制阀泄压，封隔器解封收回。5.一种如权利要求1至4任一项所述的复合循环井系统的使用方法：其特征在于：通过地表高压泵向主井中的封隔器充压，使封隔器进行座封并保持座封状态；打开第一阀门、第二阀门、第十二阀门、第六阀门和第三阀门，关闭其他阀门；打开上层射流器，上层射流器通过电机驱动叶轮进行汲水，水流经喷嘴在高压区形成射流产生负压，上层射流形成的真空将上层水平井井管和上层汇水管内的水位抬高至上层射流器进水口，提升上部含水层和下部含水层水位差；在水位差作用下，上层射流器吸出的水通过第十二阀门、第六阀门和第三阀门注入下部含水层，至此，循环井系统开启上吸
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下注循环模式；在上吸
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下注循环模式中，若上部含水层和下含水层能保持稳定的水位差，关闭上层射流器，该循环模式可一直保持运转，不需要单独提供动力；若注入过程中，下部含水层水位上升过快，注入速度变慢，可打开第四阀门，向下层水平定向井中进行注入，由于水平定向井组横截面面积较大，注入速度也会相应加快。6.一种如权利要求1至4任一项所述的复合循环井系统的使用方法：通过地表高压泵向循环井主井的封隔器充压，使封隔器进行座封并保持座封状态；打开第一阀门、第二阀门、第十二阀门、第六阀门和第三阀门，关闭其他阀门；打开上层射流器，上层射流器通过电机驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明明，杨甘生，解伟，李小杰，李铁锋，何计彬，冯建月，赵玉军，
申请(专利权)人：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，
类型：发明
国别省市：