[發明專利]水壓致裂法應力測量裝置

有效

• 申請號: 201810587970.4
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108798660B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 邊凱;王鐵記;李沖;劉浪濤;吳復柱;王君現;關永強;白峰青;張朋
• 申請（專利權）人: 河北工程大學;冀中能源峰峰集團有限公司
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00
• 代理公司: 石家莊國為知識產權事務所 13120
• 代理人: 張貴勤

本發明提供了一種水壓致裂法應力測量裝置，屬于巖體應力測量設備領域，包括上封隔器、下封隔器、壓裂管及水流通閥；水流通閥包括閥體及中心桿；閥體上設有階梯型內腔及通道；內腔包括第一腔室及第二腔室；中心桿上設有盲孔及第一出水孔，中心桿上部伸出第一腔室，且頂端與鉆桿連接，中心桿的下部位于第二腔室；上封隔器設有上連接管；下封隔器設有下連接管；壓裂管的頂端、底端分別與上連接管、下連接管連接；壓裂管上設有第二出水孔；上封隔器與下封隔器之間連接有軟管。本發明提供的水壓致裂法應力測量裝置，利用鉆桿及水流通閥分別向封隔器及壓裂管加壓，不需要在鉆孔內設置高壓膠管，減少了下井操作步驟，實現了單回路供壓。

技術領域

本發明屬于巖體應力測量設備技術領域，更具體地說，是涉及一種水壓致裂法應力測量裝置。

背景技術

地應力是存在于地殼巖體中的初始應力，也是固體地球的重要物理屬性參數之一。地應力是引起巖體變形、失穩和破壞的根源力量，也是影響石油、頁巖氣、干熱巖等深部能源開采的重要參數。因而開展地應力的測量工作在地震機理研究、能源開采、礦山隧道設計、大型水壩壩基建設等方面具有重要的科學和實用意義。

水壓致裂法是國際巖石力學學會頒布的測定巖體應力的主要測量方法，其原理是利用一對可膨脹的橡膠封隔器，在預定的測試深度封隔一段鉆孔巖體，然后泵入液體對該段鉆孔施壓，直至巖體產生破裂，根據壓裂過程曲線的壓力特征值與壓裂縫方向，確定地應力量值、方向及其沿深度的變化規律。

現有的水壓致裂法應力測量裝置一般采用雙回路供壓，一路由地面高壓泵通過高壓膠管對封隔器進行加壓，另一路由地面高壓泵由鉆桿經壓裂管對壓裂段進行加壓，從而實現水壓致裂法應力測量全過程。該方法可以同時監測實驗過程中封隔器和壓裂段壓力的變化，但在井下設備下井過程操作繁瑣，對小孔徑鉆孔而言，由于高壓膠管和鉆桿的外形尺寸之和已經超過了鉆孔直徑，該方法并不適用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水壓致裂法應力測量裝置，以解決現有技術中存在的雙回路應力測量裝置下井過程操作繁瑣及不適用小徑鉆孔應力測量的技術問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：提供一種水壓致裂法應力測量裝置，包括間隔設置的上封隔器、下封隔器，以及連接所述上封隔器與所述下封隔器的壓裂管，其特征在于：還包括水流通閥，所述水流通閥連接于所述上封隔器的頂部，所述水流通閥用于向所述上封隔器或所述壓裂管供水；

所述水流通閥包括閥體及位于所述閥體內可相對于所述閥體移動的中心桿；所述閥體上沿軸向設有階梯型內腔；所述閥體上還設有與所述上封隔器內腔連通的通道；所述階梯型內腔包括第一腔室及位于所述第一腔室下方的第二腔室；所述第一腔室的內徑小于所述第二腔室的內徑；所述第一腔室與所述通道連通；

所述中心桿的外徑與所述第一腔室的內徑相等；所述中心桿上沿軸向設有盲孔，所述中心桿的上部伸出所述閥體，所述中心桿的頂端與鉆桿連接，所述盲孔與鉆桿內腔連通；所述中心桿的下部位于所述第二腔室，所述中心桿的側壁上設有與所述通道或所述第二腔室連通的第一出水孔；

所述上封隔器設有沿軸向貫通的上連接管；所述上連接管的頂端位于所述第二腔室；所述下封隔器設有沿軸向貫通的下連接管；所述壓裂管的頂端、底端分別與所述上連接管、所述下連接管連接；所述壓裂管上設有第二出水孔；所述上封隔器與所述下封隔器之間連接有軟管；所述軟管分別與所述上封隔器的內腔、所述下封隔器的內腔連通。

進一步地，壓裂管包括第一壓裂管及套裝于所述第一壓裂管內的第二壓裂管，所述第一壓裂管與所述第二壓裂管的固定位置可調。

進一步地，所述第一壓裂管的外壁上固定有壓力傳感器。

進一步地，所述第一壓裂管上套設有出水接頭；所述第二出水孔位于所述第一壓裂管上；所述第二出水孔與所述出水接頭連通。

進一步地，所述壓裂管的兩端分別經第一連接器、第二連接器與所述上連接管、所述下連接管連接。