[發(fā)明專利]考慮鉆井液壓力的水平有效地應(yīng)力測(cè)試方法及測(cè)試裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810353352.3
• 申請(qǐng)日: 2018-04-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108344535B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高明忠;陸彤;呂有廠;張建國(guó);汪文勇;劉強(qiáng);陳海亮;彭高友;王明耀;王飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L5/00
• 分類號(hào): G01L5/00;G01L5/16
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 郭萍

1.一種考慮鉆井液壓力的水平有效地應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于，包括多光尺相位激光測(cè)距儀(1)、三維電子羅盤(2)、用于集成和存儲(chǔ)多光尺相位激光測(cè)距儀(1)和三維電子羅盤(2)測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(3)、透明保護(hù)罩(4)、鉆機(jī)(5)、鉆桿(6)和鉆頭(7)，

鉆頭(7)鉆取的鉆孔直徑比鉆桿外徑大9～12cm，多光尺相位激光測(cè)距儀(1)、三維電子羅盤(2)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(3)安裝在鉆桿(6)外壁上，多光尺相位激光測(cè)距儀(1)和三維電子羅盤(2)水平安裝，多光尺相位激光測(cè)距儀(1)和三維電子羅盤(2)分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(3)連接，透明保護(hù)罩(4)位于鉆桿外壁上，透明保護(hù)罩罩住多光尺相位激光測(cè)距儀(1)、三維電子羅盤(2)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(3)，鉆頭(7)通過(guò)鉆桿(6)與鉆機(jī)(5)連接；

采用該考慮鉆井液壓力的水平有效地應(yīng)力測(cè)試裝置測(cè)試水平有效地應(yīng)力的操作步驟如下：

①確定待進(jìn)行水平有效地應(yīng)力的目標(biāo)巖體，勘探或根據(jù)勘探資料查閱目標(biāo)巖體不同深度處巖層的巖性，采用單軸壓縮試驗(yàn)測(cè)定不同深度巖層的彈性模量和泊松比；

②在目標(biāo)巖體上鉆取垂直于水平面的鉆孔，在鉆進(jìn)過(guò)程中通入鉆井液冷卻鉆頭，當(dāng)多光尺相位激光測(cè)距儀在鉆孔中的位置達(dá)到目標(biāo)深度后，停止鉆進(jìn)，確保空心鉆桿的軸線與鉆孔的軸向重合，調(diào)整鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速使鉆桿以3～5r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)定鉆孔壁到多光尺相位激光測(cè)距儀的距離并記錄相應(yīng)的角度，儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；

③將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器取出并將其中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，將三維電子羅盤測(cè)定的角度數(shù)據(jù)與多光尺相位激光測(cè)距儀測(cè)定的距離數(shù)據(jù)匹配，建立坐標(biāo)系構(gòu)建鉆孔在目標(biāo)深度處徑向面的形態(tài)，在水平有效地應(yīng)力的作用下，鉆孔徑向面的形態(tài)會(huì)由初始的圓形變成橢圓形，即構(gòu)建的鉆孔在目標(biāo)深度處徑向面的形態(tài)呈橢圓形；

計(jì)算所構(gòu)建的橢圓形鉆孔徑向面的長(zhǎng)軸和短軸的長(zhǎng)度，然后根據(jù)式(Ⅰ)～(Ⅱ)計(jì)算分別鉆孔在長(zhǎng)軸和短軸方向的位移，根據(jù)式(Ⅰ)～(Ⅱ)組成的二元一次方程組計(jì)算目標(biāo)測(cè)量深度的水平有效地應(yīng)力，

式(Ⅰ)～(Ⅱ)中，u_c,u_d依次為鉆孔長(zhǎng)軸和短軸方向的位移，2a,2b依次為所構(gòu)建的橢圓形鉆孔徑向面的長(zhǎng)軸和短軸的長(zhǎng)度，d為鉆孔的初始直徑，σ‘₁,σ‘₂依次為最小和最大水平有效地應(yīng)力，E為目標(biāo)測(cè)量深度處巖體的彈性模量，μ為目標(biāo)測(cè)量深度處巖體的泊松比，P為目標(biāo)測(cè)量深度處的鉆井液壓力，P＝γh，γ為鉆井液容重，h為目標(biāo)測(cè)量深度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述考慮鉆井液壓力的水平有效地應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于，多光尺相位激光測(cè)距儀(1)和三維電子羅盤(2)通過(guò)轉(zhuǎn)角支撐件和螺釘安裝于鉆桿(6)外壁上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述考慮鉆井液壓力的水平有效地應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于，鉆桿外壁上設(shè)有凹槽(8)，多光尺相位激光測(cè)距儀(1)和三維電子羅盤(2)均部分嵌入凹槽中并通過(guò)轉(zhuǎn)角支撐件和螺釘固定于凹槽中。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述考慮鉆井液壓力的水平有效地應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(3)安裝于鉆桿外壁上的凹槽(8)中。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述考慮鉆井液壓力的水平有效地應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于所述透明保護(hù)罩(4)由有機(jī)玻璃制作。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述考慮鉆井液壓力的水平有效地應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于透明保護(hù)罩通過(guò)平行于鉆桿軸線設(shè)置的滑軌(9)安裝在鉆桿外壁上。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述考慮鉆井液壓力的水平有效地應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于，透明保護(hù)罩的上端或下端設(shè)有開(kāi)口，在開(kāi)口處設(shè)有活動(dòng)擋板(10)擋住開(kāi)口。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述考慮鉆井液壓力的水平有效地應(yīng)力測(cè)試裝置，其特征在于透明保護(hù)罩與鉆頭鉆取的鉆孔的壁面最接近處的距離為1～3cm。