本发明属于污染土壤修复技术领域，提供了一种用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管，该多功能套管包括固井区套管和介质传输通道区套管；固井区套管设置套管环空，可使快速凝固剂自顶端凝固剂输入孔注入其中后再经外套管一上的射孔输出；介质传输通道区套管设置内附圆管，通过旋转钢杆转柄带动内附圆管转动以控制介质传输通道的开关；本发明设计了上下两个功能分区，实现了固井防渗和自由开关介质传输通道两大功能，填补了本领域实验室尺度多功能套管的空白，有力推动了低渗透污染土壤压裂增渗协同修复室内试验仪器的研制进程。
1.一种用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管，其特征在于，包括：
固井区套管(1)和介质传输通道区套管(2)；所述固井区套管(1)和所述介质传输通道区套管(2)为一体结构，所述固井区套管(1)位于上部，所述介质传输通道区套管(2)位于下部；
其中，所述固井区套管(1)包括：外套管一(108)、内套管(109)；外套管一(108)、内套管(109)之间设置有空隙，称为套管环空(101)；所述外套管一(108)沿法向布置数排射孔(110)，每排射孔(110)位于同一横截面上，在外套管一(108)壁上均匀排列分布；相邻排的射孔(110)在竖向错开，下排射孔位于上排相邻射孔连线的中线上；所述内套管(109)不做任何开孔处理；所述套管环空(101)底端由外套管一(108)与内套管(109)刚性连接密封，套管环空(101)顶端完全开放；
所述介质传输通道区套管(2)包括外套管二(206)、介质传输通道(205)、内附圆管(201)、滚珠(203)、凹槽基座(204)和钢杆(102)；所述外套管二(206)上沿圆周方向布置多个介质传输通道(205)，所述介质传输通道(205)贯穿外套管二(206)管壁；所述内附圆管(201)安装于外套管二(206)内，外壁紧贴外套管二(206)内壁，并开设与所述介质传输通道(205)形状、大小、个数相同的内附圆管孔口(202)；
所述内附圆管(201)底部设置有向下的凹槽；所述外套管二(206)内壁设置有凹槽基座(204)；紧密排列一周的多个滚珠(203)置于所述凹槽基座(204)和所述内附圆管(201)凹槽之间；所述内附圆管(201)上焊接钢杆(102)，所述钢杆(102)沿套管内侧延伸出套管顶部，所述钢杆(102)顶端水平弯折成钢杆转柄(105)，通过旋转钢杆转柄(105)可使内附圆管(201)在布有滚珠(203)的凹槽基座(204)上转动，当介质传输通道(205)与内附圆管孔口(202)重合时，可实现介质自由传输，当介质传输通道(205)与内附圆管孔口(202)完全错开时，可关闭外套管一(108)的介质传输通道(205)；
套管环空(101)可嵌入实心圆管(111)，所述实心圆管(111)尺寸与套管环空(101)匹配。
2.如权利要求1所述一种用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管，其特征在于，套管环空(101)可保持空心并在顶端嵌入T型橡胶塞(107)，所述T型橡胶塞(107)上覆盖直角固定钢环(104)；凝固剂输入孔(106)贯穿所述T型橡胶塞(107)与直角固定钢环(104)，从外界直通套管环空(101)；所述直角固定钢环(104)与外套管一(108)接触区域沿管周插入多个固定插销(103)，所述固定插销(103)穿过直角固定钢环(104)并嵌入但不贯穿外套管一(108)，以保证套管环空(101)顶端密封。
3.如权利要求1所述一种用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管，其特征在于，用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验时，包括如下步骤：
第一步：在试验模型箱中装填污染土以制备低渗透污染土样单元(3)之前，在试验模型箱中心位置预先放置多功能套管(9)，此时，通过旋转钢杆转柄(105)使多功能套管(9)的介质传输通道(205)关闭，并且多功能套管(9)的套管环空(101)也嵌入实心圆管(111)，以上两个操作均是为了防止污染土颗粒通过介质传输通道(205)与射孔(110)进入到多功能套管(9)中；
第二步：低渗透污染土样单元(3)制备完成后，取出嵌入套管环空(101)的实心圆管(111)，并在套管环空(101)顶端依次安装T型橡胶塞(107)和直角固定钢环(104)，最后在直角固定钢环(104)周边插入固定插销(103)进行套管环空(101)顶端密封，然后通过凝固剂输入孔(106)向套管环空(101)中注入快速凝固剂，快速凝固剂经射孔(110)渗出到外套管一(108)上，并与周边土体快速接触凝固形成凝固带(7)，实现固井防渗；
第三步：利用真空泵缓慢抽出剩余的快速凝固剂，去掉固定插销(103)、直角固定钢环(104)以及T型橡胶塞(107)，重新在套管环空(101)中嵌入实心圆管(111)，通过加载顶板(5)向低渗透污染土样单元(3)施加固结应力；
第四步：固结完成后，旋转钢杆转柄(105)以打开介质传输通道(205)，将压裂/修复井管(4)放入多功能套管(9)中，使井管射孔(8)对准介质传输通道(205)，向缠绕在压裂/修复井管(4)上的两个气囊封隔器(6)中注气，注气后气囊封隔器(6)中的压力至少为施加在压裂/修复井管(4)中的压力的1.5倍，以保证压裂增渗或原位修复过程的密闭性；
第五步：通过连接在压裂/修复井管(4)外的配套设施，选择开展低渗透污染土壤压裂增渗或原位修复试验；
第六步：试验结束后，缓慢释放完气囊封隔器(6)中的气体，依次取出压裂/修复井管(4)和多功能套管(9)，对两者进行清洗、保养操作。
用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管
技术领域
[0001] 本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体涉及一种用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管。
背景技术
[0002] 近年来，环境岩土工程领域应“碳达峰碳中和”这一国家可持续发展战略需求正在大力开展污染场地的修复管控，应用于污染场地的修复措施也在逐渐由费用高、场地扰动大、修复工程量大的异位修复转向造价低、扰动小、施工简便的原位修复。然而，已有研究表明，原位修复技术在工程应用中存在修复周期长、治理不彻底或治理过度等问题，尤其是在低渗透污染场地，污染土壤的致密结构与低孔隙率严重阻滞了修复药剂在其中的快速运移，从而导致修复效果不佳。压裂增渗技术被认为是增加低渗透污染场地渗透率并协同其他修复方法提高修复效果的有效方法，根据扩大原生裂隙或增加新裂隙所用介质的不同，大致可分为水力压裂技术与气动压裂技术。然而，已有的压裂增渗协同修复成果多是源于工程实践，缺乏相应的室内模型试验仪器以深入探究压裂、修复开展过程，并揭示造缝机理和溶质运移规律。而在室内模型试验仪器中实现压裂增渗协同修复操作的关键之一在于向污染土样中设置套管以提供一个压裂与修复介质注入或污染土壤中多相态介质抽提的通道。该套管需满足两个基本功能，其一，压裂固井：避免注射流体介质沿着套管外壁形成优势渗流通道，工程上采用水泥注浆，水泥浆反排后优先填充并凝固套管外壁的优渗通道，但是对于室内试验，该方法存在水泥浆凝固耗时长、套管清洗难且环境扰动大等缺陷；其二，开关套管外壁介质传输通道：套管外壁在加载固结时保持密闭，避免管周土被挤入套管内，而在实施压裂增渗或修复操作时需打开介质传输通道以允许流体介质进行自由传输。目前，满足以上功能的套管尚未研发出来。因此，为推动低渗透污染土壤压裂增渗协同修复室内试验仪器的研制进程，研发与之相匹配的多功能套管需求迫切。
发明内容
[0003] 针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管。
[0004] 为达到上述目的，本发明的解决方案是：
[0005] 一种用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管，包括：固井区套管(1)和介质传输通道区套管(2)；所述固井区套管(1)和所述介质传输通道区套管(2)为一体结构，所述固井区套管(1)位于上部，所述介质传输通道区套管(2)位于下部。
[0006] 其中，所述固井区套管(1)包括：外套管一(108)、内套管(109)；外套管一(108)、内套管(109)之间设置有空隙，称为套管环空(101)；所述外套管一(108)沿法向布置数排射孔(110)，每排射孔(110)位于同一横截面上，在外套管一(108)壁上均匀排列分布；相邻排的射孔(110)在竖向错开，下排射孔位于上排相邻射孔连线的中线上；所述内套管(109)不做任何开孔处理；所述套管环空(101)底端由外套管一(108)与内套管(109)刚性连接密封，套管环空(101)顶端完全开放；
[0007] 所述介质传输通道区套管(2)包括外套管二(206)、介质传输通道(205)、内附圆管(201)、滚珠(203)、凹槽基座(204)和钢杆(102)；所述外套管二(206)上沿圆周方向布置多个介质传输通道(205)，所述介质传输通道(205)贯穿外套管二(206)管壁；所述内附圆管(201)安装于外套管二(206)内，外壁紧贴外套管二(206)内壁，并开设与所述介质传输通道(205)形状、大小、个数相同的内附圆管孔口(202)；
[0008] 所述内附圆管(201)底部设置有向下的凹槽；所述外套管二(206)内壁设置有凹槽基座(204)；紧密排列一周的多个滚珠(203)置于所述凹槽基座(204)和所述内附圆管(201)凹槽之间；所述内附圆管(201)上焊接钢杆(102)，所述钢杆(102)沿套管内侧延伸出套管顶部，所述钢杆(102)顶端水平弯折成钢杆转柄(105)，通过旋转钢杆转柄(105)可使内附圆管(201)在布有滚珠(203)的凹槽基座(204)上转动，当介质传输通道(205)与内附圆管孔口(202)重合时，可实现介质自由传输，当介质传输通道(205)与内附圆管孔口(202)完全错开时，可关闭外套管一(108)的介质传输通道(205)。
[0009] 使用场景1，套管环空(101)可嵌入实心圆管(111)，所述实心圆管(111)尺寸与套管环空(101)匹配；
[0010] 使用场景2，套管环空(101)可保持空心并在顶端嵌入T型橡胶塞(107)，所述T型橡胶塞(107)上覆盖直角固定钢环(104)；凝固剂输入孔(106)贯穿所述T型橡胶塞(107)与直角固定钢环(104)，从外界直通套管环空(101)；所述直角固定钢环(104)与外套管一(108)接触区域沿管周插入多个固定插销(103)，所述固定插销(103)穿过直角固定钢环(104)并嵌入但不贯穿外套管一(108)，以保证套管环空(101)顶端密封。
[0011] 由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
[0012] 本发明的多功能套管填补了低渗透污染土壤压裂增渗协同修复室内试验仪器所需套管的空白，以上下两个分区分别实现了固井防渗与自由开关介质传输通道两大功能，通过该多功能套管可在室内低渗透污染土样单元内进行水力压裂、气动压裂、多级联合压裂等多种压裂增渗试验以及原位化学氧化、原位多相抽提、原位热脱附、热强化气相抽提等多种原位修复试验，有力推动了低渗透污染土壤压裂增渗协同修复室内试验仪器的研制进程。
附图说明
[0013] 图1为本实施例多功能套管的纵剖面结构示意图。
[0014] 图2为本实施例可嵌入多功能套管固井区套管环空的实心圆管结构示意图。
[0015] 图3为本实施例提供的多功能套管的工作原理图。
[0016] 附图标记：A‑套管纵剖图，B‑外套管纵剖图，1‑固井区套管，2‑介质传输通道区套管，101‑套管环空，102‑钢杆，103‑固定插销，104‑直角固定钢环，105‑钢杆转柄，106‑凝固剂输入孔，107‑T型橡胶塞，108‑外套管一，109‑内套管，110‑射孔，111‑实心圆管，201‑内附圆管，202‑内附圆管孔口，203‑滚珠，204‑凹槽基座，205‑介质传输通道，206‑外套管二，3‑低渗透污染土样单元，4‑压裂/修复井管，5‑加载顶板，6‑气囊封隔器，7‑凝固带，8‑井管射孔，9‑多功能套管。
具体实施方式
[0017] 本发明提供了一种用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管。
[0018] 下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。
[0019] 实施例：
[0020] 本实施例的用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管包括如下结构部件：套管环空101，钢杆102，固定插销103，直角固定钢环104，钢杆转柄105，凝固剂输入孔106，T型橡胶塞107，外套管一108，内套管109，射孔110，实心圆管111，内附圆管201，内附圆管孔口202，滚珠203，凹槽基座204，介质传输通道205，外套管二206。
[0021] 如图1所示，本实施例的用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管包括固井区套管1和介质传输通道区套管2；固井区套管1和介质传输通道区套管2为一体结构，固井区套管1位于上部，介质传输通道区套管2位于下部。
[0022] 其中，固井区套管1包括：外套管一108、内套管109；外套管一108、内套管109之间设置有空隙，称为套管环空101；外套管一108沿法向布置数排射孔110，每排射孔110位于同一横截面上，在外套管一108壁上均匀排列分布，相邻排的射孔110在竖向错开，下排射孔位于上排相邻射孔连线的中线上；所述内套管109不做任何开孔处理；所述套管环空101底端由外套管一108与内套管109刚性连接密封，套管环空101顶端完全开放；
[0023] 介质传输通道区套管2包括外套管二206、介质传输通道205、内附圆管201、滚珠203、凹槽基座204和钢杆102；外套管二206上沿圆周方向布置多个介质传输通道205，介质传输通道205贯穿外套管二206管壁；内附圆管201安装于外套管二206内，外壁紧贴外套管二206内壁，并开设与介质传输通道205形状、大小、个数相同的内附圆管孔口202；
[0024] 内附圆管201底部设置有向下的凹槽；外套管二206内壁设置有凹槽基座204；紧密排列一周的多个滚珠203置于凹槽基座204和内附圆管201凹槽之间；内附圆管201上焊接钢杆102，钢杆102沿套管内侧延伸出套管顶部，钢杆102顶端水平弯折成钢杆转柄105，通过旋转钢杆转柄105可使内附圆管201在布有滚珠203的凹槽基座204上转动，当介质传输通道205与内附圆管孔口202重合时，可实现介质自由传输，当介质传输通道205与内附圆管孔口
202完全错开时，可关闭外套管一108的介质传输通道205。
[0025] 参照图3，本实施例的用于低渗透污染土壤压裂增渗协同修复试验的多功能套管的使用方法包括如下步骤：
[0026] 第一步：在试验模型箱中装填污染土以制备低渗透污染土样单元3之前，在试验模型箱中心位置预先放置多功能套管9，此时，通过旋转钢杆转柄105使多功能套管9的介质传输通道205关闭，并且多功能套管9的套管环空101也嵌入实心圆管111，以上两个操作均是为了防止污染土颗粒通过介质传输通道205与射孔110进入到多功能套管9中；
[0027] 第二步：低渗透污染土样单元3制备完成后，取出嵌入套管环空101的实心圆管111，并在套管环空101顶端依次安装T型橡胶塞107和直角固定钢环104，最后在直角固定钢环104周边插入固定插销103进行套管环空101顶端密封，然后通过凝固剂输入孔106向套管环空101中注入快速凝固剂，快速凝固剂经射孔110渗出到外套管一108上，并与周边土体快速接触凝固形成凝固带7，实现固井防渗；
[0028] 第三步：利用真空泵缓慢抽出剩余的快速凝固剂，去掉固定插销103、直角固定钢环104以及T型橡胶塞107，重新在套管环空101中嵌入实心圆管111，通过加载顶板5向低渗透污染土样单元3施加固结应力；
[0029] 第四步：固结完成后，旋转钢杆转柄105以打开介质传输通道205，将压裂/修复井管4放入多功能套管9中，使井管射孔8对准介质传输通道205，向缠绕在压裂/修复井管4上的两个气囊封隔器6中注气，注气后气囊封隔器6中的压力至少为施加在压裂/修复井管4中的压力的1.5倍，以保证压裂增渗或原位修复过程的密闭性；
[0030] 第五步：通过连接在压裂/修复井管4外的配套设施，选择开展低渗透污染土壤压裂增渗或原位修复试验；
[0031] 第六步：试验结束后，缓慢释放完气囊封隔器6中的气体，依次取出压裂/修复井管4和多功能套管9，对两者进行清洗、保养等操作。
[0032] 上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
