[發明專利]考慮鉆井液壓力的水平有效地應力測試方法及測試裝置

有效

• 申請號: 201810353352.3
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108344535B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 高明忠;陸彤;呂有廠;張建國;汪文勇;劉強;陳海亮;彭高友;王明耀;王飛
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01L5/16
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 郭萍

本發明提供了一種水平有效地應力測試裝置，包括多光尺相位激光測距儀、三維電子羅盤、數據存儲器、透明保護罩、鉆機、鉆桿和鉆頭，多光尺相位激光測距儀、三維電子羅盤和數據存儲器安裝在鉆桿外壁上，多光尺相位激光測距儀和三維電子羅盤水平安裝，多光尺相位激光測距儀和三維電子羅盤分別通過數據線與數據存儲器連接，透明保護罩位于鉆桿外壁上，透明保護罩罩住多光尺相位激光測距儀、三維電子羅盤和數據存儲器，鉆頭通過鉆桿與鉆機連接。本發明還提供了考慮鉆井液壓力的水平有效地應力測試方法，該方法能提高水平有效地應力測試的準確性，簡化測試操作、提高測試成功率和降低測試成本。

技術領域

本發明屬于地應力測試領域，涉及一種考慮鉆井液壓力的水平有效地應力測試方法及測試裝置。

背景技術

地應力是存在于地層中的未受到工程擾動的天然應力，也稱巖體初始應力、絕對應力或原巖應力，是引起采礦、水利水電、土木建筑、鐵道、公路和其他各種地下或露天巖石開挖工程變形和破壞的根本作用力，是確定工程巖體力學屬性、進行工程巖體穩定性分析、實現巖體工程設計和決策科學化的前提。地應力狀態對于地震預報、區域地殼穩定性評價、高地應力區巖爆以及煤和瓦斯突出的研究等有重要意義。現有的地應力測量主要通過小直徑鉆孔，減少對原巖應力的擾動，但是無論是直接測量法如剛性包體應力計法、水壓致裂法等，還是間接測量法如套孔應力解除法或孔徑變形法等都未考慮到鉆孔過程中鉆井液壓力對地應力的影響，加之現有地應力測試方法的操作都較為繁瑣復雜，這些都有礙于地應力測量準確性、成功率和測試效率的提高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供考慮鉆井液壓力的水平有效地應力測試方法及測試裝置，以提高水平有效地應力測試的準確性，簡化測試操作、提高測試成功率和降低測試成本。

本發明提供的水平有效地應力測試裝置，包括多光尺相位激光測距儀、三維電子羅盤、用于集成和存儲多光尺相位激光測距儀和三維電子羅盤測量數據的數據存儲器、透明保護罩、鉆機、鉆桿和鉆頭，鉆頭鉆取的鉆孔直徑比鉆桿外徑大9～12cm，多光尺相位激光測距儀、三維電子羅盤和數據存儲器安裝在鉆桿外壁上，多光尺相位激光測距儀和三維電子羅盤水平安裝，多光尺相位激光測距儀和三維電子羅盤分別通過數據線與數據存儲器連接，透明保護罩位于鉆桿外壁上，透明保護罩罩住多光尺相位激光測距儀、三維電子羅盤和數據存儲器，鉆頭通過鉆桿與鉆機連接。

上述水平有效地應力測試裝置的技術方案中，多光尺相位激光測距儀和三維電子羅盤通過轉角支撐件和螺釘安裝于鉆桿外壁上。在鉆頭直徑一定的情況下，為了盡可能地減小鉆桿外徑與鉆頭鉆取的鉆孔的直徑的差異，優選在鉆桿外壁上設置凹槽，多光尺相位激光測距儀和三維電子羅盤均部分嵌入凹槽中并通過轉角支撐件和螺釘固定于凹槽中。數據存儲器最好也安裝在鉆桿外壁上的凹槽中，由于數據存儲器的安裝方向沒有限制，數據存儲器可以直接通過螺釘固定在鉆桿外壁上、也可以通過轉角支撐件和螺釘安裝于鉆桿外壁上、還可以通過膠布纏繞的方式固定于鉆桿外壁上。

上述水平有效地應力測試裝置的技術方案中，透明保護罩由有機玻璃制作，透明保護罩的大小恰好能將多光尺相位激光測距儀、三維電子羅盤和數據存儲器罩在透明保護罩中即可，透明保護罩與鉆頭鉆取的鉆孔的壁面最接近處的距離至少為1cm，優選為1～3cm。

上述水平有效地應力測試裝置的技術方案中，透明保護罩通過平行于鉆桿軸線設置的滑軌安裝在鉆桿外壁上，透明保護罩的上端或下端設有開口，在開口處設有活動擋板擋住開口。

上述水平有效地應力測試裝置的技術方案中，所述鉆桿包括多根，各鉆桿之間通過螺紋連接，多光尺相位激光測距儀、三維電子羅盤和數據存儲器安裝在與鉆頭直接相連的鉆桿上。

上述水平有效地應力測試裝置的技術方案中，所述鉆機的轉速是可以調整的，在鉆機慢速轉動時，能夠帶動鉆桿以3～5r/min的轉速勻速轉動。

本發明還提供了一種考慮鉆井液壓力的水平有效地應力測試方法，該方法使用上述水平有效地應力測試裝置進行測試，步驟如下：