[其他]钻孔的隔封装置

说明书

本发明是关于在钻孔中隔离各段层的那种隔封装置的。所提到的钻孔是在地层中钻成，譬如目的在于检验可能出现在地下水中的杂质。

用于地下水取样器的这种隔封装置的一般构造，可以描述如下。取样器本身包含一个被放置在钻孔中的聚氯乙烯或其他适当材料的管子。管子容纳着一段或数段被置放在钻孔中予定深度处的取样段。

每个取样段都要以放置在取样段上面及下面的相应的隔封装置密封而与钻孔的其余部分隔离，各隔封装置间的（垂直）距离的范围从几厘米到数米。

隔封装置要求能够膨胀。当管子往孔中下放时，隔封装置必须与钻孔壁无阻碍，而一旦隔封装置放到正确的深度定位时，则隔封装置必须扩张到与孔壁呈良好的密封接触。

为了使隔封装置可以扩张，常规的隔封装置一直是从地面充气，或基于使用吸水时能显著膨胀的材料，如膨润土或道威尔（Dowell）环形化学密封垫（注册商标）。

隔封装置可以设计成能从钻孔中取回或不能取回的。

钻孔是钻入被取样的地层中。通常情况是，取样地层是那种包含有数种不同地层、各种局部缺陷及空穴的类型，因为正是这种地层最易于导致杂质在地下水中扩散。在这些条件下，就需要隔封装置来密封可能是非常不好的钻孔壁面。

另一方面，对密封的可靠性提出的设计要求是非常严格的。如果密封泄漏，通常是无法发现已经发生泄漏的事实的。取样设备继续允许水的取样在取样段取出，而分析员无法知道样品中的水是从不同深度漏进来的。

本发明的目标是提供一种隔封装置，不用过多花钱，而能使分析员有一种高度信心，相信隔封装置确实是密封着的，即使分析员知道由于在钻孔中有裂缝、缺陷、空穴、局部坍塌、非粘性材料等等而使壁面可能不完整。

现在转到隔封装置的实际构造上来。迄今为止，隔封装置一直是那种使用水膨胀材料者，诸如膨润土之类，膨润土被填充在聚氯乙烯管子和橡胶套管之间的环形空间。橡胶套管用卡箍或端夹从膨润土的上面及下面固定到聚氯乙烯管子上。在端夹之间，聚氯乙烯管子上开有孔洞以使管子内部能与膨润土相通。一旦隔封装置固定在适当位置，水就从地面充入聚氯乙烯管子中，而这些水穿过孔洞流出与膨润土接触，使膨润土膨胀。要在钻孔中被取样的、可能含有杂质的水当然必须密封而与从地面充入的水相隔离。

膨润土，及其它遇水发胀的材料，膨胀时具有相当大的力。如果钻孔壁面是坚固的，膨润土是包封着的，则会被阻止进一步膨胀。但是如果壁面局部很弱，或者不存在，则膨润土会继续膨胀，而只有橡胶套管去阻止它。

如果橡胶套管很薄，膨润土可能撑破套管，导致隔封装置泄漏，如前所述，分析员可能不知道这事发生。另一方面，如果橡胶太厚太强，那末即使膨润土克服橡胶之阻抗而能膨胀到一定程度，套管也不可能适应壁面的小凸凹，因而密封也会泄漏。

因此，如果橡胶套管太薄，如果它膨胀到裂缝中，套管会爆裂，而将泄漏。如果橡胶太厚，套管将不能充分适应小凸凹，因而也将泄漏。隔封装置各种性能的这种兼顾意味着，应用常规取样装置，从具有不完善壁面的钻孔中所取的样品，一直是很不可靠而不能被接受的。

应当注意，无论隔封装置是用水膨胀材料还是充气膨胀材料，这个问题都会发生。出于这一技术要求，在两种情况下隔封装置都包括一个可以称为可胀环套的东西。

可以看到在本发明中套管材料的各种要求的兼顾不可能用橡胶本身来很好地满足。

本发明除了橡胶套外，在膨胀环套之外增加一个补充抑制套管。

本发明中，补充抑制套管由具有比橡胶更大的固有刚性的材料制成，强化纤维即为此种材料之一例。

无论怎样，在本发明中，补充抑制套管是这样构成的，依靠本身而无支撑，补充抑制套管基本上对周边扩张是无阻抗的;并且在本发明中这种固有的对周边扩张没有阻抗是由补充抑制套管的形状造成的。

材料如何由其可能的形状造成允许周边扩张的例子，是材料可以作成薄层，它包围在可膨胀环套之外。薄层尺寸最好大到足够满足周端上很大的搭叠。当可胀环套扩张时，补充抑制套简单地通过滑退可调节到需要的范围。

补充抑制套继续滑退直到膨胀足以使隔封装置与孔壁发生密切接触为止。在此点上，补充抑制套被孔壁抵住与限制而不能进一步膨胀，结果是，当滑退运动的状态突然受阻时，补充抑制套现在被“冻结”（即其周边中刚性骤然增加）。

此后，可胀环套越要膨胀，补充抑制套就越被孔壁的约束所抑制。这种约束就迫使套的搭叠的两端紧压在一起，由于搭叠端彼此紧紧咬合的结果，因此就阻止住抑制套沿园周进一步扩张。