CN107830960B - 一种水压致裂封隔器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水压致裂封隔器装置，属于地应力测试领域。该水压致裂封隔器装置可以将超声波成像系统设置在其分流中心杆上，并与水压致裂封隔器装置一同组装下井，完成井壁诱发裂隙实时动态成像。可以方便快捷地完成深孔地应力测量，致裂和成像只需一次压裂操作即可完成主应力大小和方向的测试，大幅提高了测量效率，并且由于超声波成像系统实时动态成像，成像的结果更为精确可靠。

Description

一种水压致裂封隔器装置

技术领域

本发明涉及地应力测量技术领域，具体而言，涉及一种水压致裂封隔器装置。

背景技术

地应力是存在于地壳岩体中的初始应力，也是固体地球的重要物理属性参数之一。地应力是引起岩体变形、失稳和破坏的根源力量，也是影响石油、页岩气、干热岩等深部能源开采的重要参数。因而开展地应力的测量工作在地震机理研究、能源开采、矿山隧道设计、大型水坝坝基建设等方面具有重要的科学和实用意义。

地应力测量最主要的方法是水压致裂法。水压致裂法地应力测量是通过在钻孔中封隔一段岩石裸孔，向封隔段注入高压液体，使孔壁压裂段岩体发生破裂来确定地应力大小和方向的一种方法。该方法理论成熟、操作简便、测量深度大、成本低，目前在全世界范围内得到广泛的应用。

完整的孔壁岩体经过水力压裂后将产生两条对称的、垂直于孔轴的、呈180°平行的诱发裂隙，这一对诱发裂隙的方位角则代表了最大水平主应力的方向。获取最大水平主应力的方向是开展钻孔水压致裂法地应力测量的重要内容。现有的获取最大水平主应力方向的方法主要是印模法，即利用印模胶筒将诱发裂隙的痕迹高压印在其表面的硫化橡胶上，这种方法简单直观，但也有很多缺点，主要有：费时费力，效率低下，每次下钻仅能获取1-2个测试点的方向信息；印在印模胶筒表面的痕迹在提钻过程中很容易被孔壁磨掉；对于应力值较大的钻孔，由于诱发裂隙重新张开的应力也比较大，因此很难清晰地印上将诱发裂隙痕迹。上述几个缺点在钻孔深度较大，钻孔条件复杂的情况下对实验结果影响更加严重。。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水压致裂封隔器装置，其可以快速精确的用于井下原地应力状态的测量。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种水压致裂封隔器装置，包括：分流压裂体，分流压裂体包括压裂杆，压裂杆具有第一端和第二端，压裂杆具有压裂腔，压裂腔贯穿压裂杆的第一端，压裂杆具有用于导出压裂液的出水孔，压裂杆具有与压裂腔隔离的分流水道，分流水道分别贯穿第一端和第二端；上封隔器，上封隔器连接于第一端，上封隔器沿其长度方向设置有压裂水道，压裂水道连通压裂腔，上封隔器设置有与压裂水道隔离的上封隔器空腔，上封隔器空腔与分流水道连通；下封隔器，下封隔器连接于第二端，下封隔器具有下封隔器空腔，下封隔器空腔与分流水道连通；

分流中心杆设置有用于安装超声波成像系统的安装部。

进一步地，水压致裂封隔器装置还包括中空的分流中心杆，分流中心杆的两端分别连接于第二端和下封隔器连接，下封隔器空腔和分流水道通过分流中心杆连通。

进一步地，上封隔器包括上分隔器中心杆以及中空的壳体，上分隔器中心杆套设于壳体内并与第一端连接，上分隔器中心杆设置压裂水道，上分隔器中心杆与壳体间形成上封隔器空腔。

优选地，上分隔器中心杆螺纹连接于第一端。

进一步地，超声波成像系统包括超声波成像装置，包括：

管体，管体具有由侧壁围成的安装腔，且侧壁设置有阻水且可供超声波透过的透声窗；

超声成像单元，超声成像单元包括至少一个超声探头，超声成像单元可活动地安装于安装腔，超声探头的探测方向朝向透声窗；

驱动机构，驱动机构安装于安装腔，且驱动机构与超声探头传动连接以驱动超声探头沿管体的轴向和/或周向运动。

进一步地，井下超声波成像装置还包括中心轴，超声成像单元还包括安装座，超声探头安装于安装座，安装座可活动地套设于中心轴的外周，驱动机构与安装座传动连接。

进一步地，驱动机构包括主动直齿圆柱齿轮、从动直齿圆柱齿轮以及动力装置；主动直齿圆柱齿轮与动力装置的动力输出部传动连接，从动直齿圆柱齿轮与中心轴螺纹连接以形成丝杠副，且从动直齿圆柱齿轮与主动直齿圆柱齿轮啮合；从动直齿圆柱齿轮与安装座在周向和/或轴向固定连接。

进一步地，从动直齿圆柱齿轮与安装座在周向和轴向均固定连接。

进一步地，动力装置为电机；安装腔内填充由绝缘硅油；优选地，电机为直流无刷电机。

进一步地，安装腔还包括一电池安装腔，电池安装腔内安装有电池，电池与超声探头及电机对应电极连接。

本发明实施例提供的水压致裂封隔器装置，与推拉阀连接后，可以快速方便快捷的地进行深孔地应力测量，致裂和成像只需一次下井压裂操作即可完成主应力大小和方向的测试，大幅提高了测量效率，并且由于超声波成像系统可以动态实时成像，成像的结果更为精确可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的水致压裂成像测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的水致压裂成像测量装置中钻头接手的结构图；

图3为本发明实施例提供的水致压裂成像测量装置中推拉阀的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的水致压裂成像测量装置中弹性装置的结构示意图；

图5为图3中A处的放大图；

图6为本发明实施例提供的水致压裂成像测量装置中压裂分流体的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的水致压裂成像测量装置中上封隔器的结构示意图；

图8是本发明实施例中超声波成像系统的示意图；

图9是本发明实施例提供的超声波成像系统的剖面图；

图10是图9的局部放大图；

图11本发明实施方式提供的压力调节装置的示意图

图12为本发明实施例提供的水致压裂成像测量装置中下封隔器的结构示意图。

图标：

100-钻头接手；101-上接手；下接手-102；200-推拉阀；201-阀体；202推拉阀中心杆；203-中心杆内腔；204-堵头；205-内腔；206-连接端头；210-第一阀体水道；220-第二阀体水道；230-出水孔；300-上封隔器；301-压裂水道；302-上封隔器空腔；303-上封隔器中心杆；310-连接头；320-上滑块；330-下滑块；400-压裂分流体；401-压裂腔；402-导流孔；403-分流水道；410-端头；500-超声波成像系统；600-下封隔器；601-下封隔器中心杆；602-连接堵头；604-分流中心杆；603-下封隔器空腔；S1-上接头；S2-电池安装腔；S4-滑环；S41-正极滑块；S42-负极滑块；S43-轴向限位部；S5-容线联动组件；S51-第一线管；S511-正极环；S512-负极环；S513-环形凸缘；S52-第二线管；S6-超声探头；S7-管体；S71-透声窗；S8-主动直齿圆柱齿轮；S9-从动直齿圆柱齿轮；S10-动力装置；S11-压力平衡活塞；S12-注油阀；S13-泄油阀；S14-压力开关；S15-中心轴；S16-下接头；S17-压力腔；S18-传动件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种水压致裂封隔器装置，其中，水压致裂封隔器装置包括上封隔器300、压裂分流体400以及下封隔器600，本实施例中，水压致裂封隔器装置还包括超声波成像系统500。

为了便于说明本实施例提供的水压致裂封隔器装置的用途以及应用环境，本实施例中以一种水致压裂成像测量装置的结构进行系统阐述，应当理解，该水致压裂成像测量装置只是本实施例中水压致裂封隔器装置在应用时与其他部件进行组合后的结构，此处的其他部件并不是作为压裂封堵器的必需部分。

水致压裂成像测量装置，包括：水压致裂封隔器装置，超声波成像系统500以及推拉阀200，其中，超声波成像系统500用于在竖井中对裂隙状态进行成像。

具体的，本实施例中，参阅图1，水致压裂成像测量装置还包括钻杆接手，钻杆接手推拉阀200连接，推拉阀200与水压致裂封隔器装置的上封隔器300连接，超声波成像系统500装配于水压致裂封隔器装置的下封隔器600部分。其中，钻杆接手用于与钻杆连接。

图2示出了本实施例中钻杆接手的结构，请参阅图2，钻杆接手的上下两端分别设置有上接手101和下接手102，其中，上接手101用于与钻杆进行连接，下接手102用于与推拉阀200进行连接，并且，上接手101和下接手102通过位于钻杆接手内部的通道连通，以实现从地面压入的水能从钻杆进入到推拉阀200中。

图3为本实施例中推拉阀200的结构示意图，请参阅图3，推拉阀200包括推拉阀中心杆202和阀体201，阀体201为中空的管状结构，其内设置有内腔205，推拉阀中心杆202滑动设置于内腔205内且推拉阀中心杆202的上端在滑动过程中伸出阀体201的内腔205，阀体201的上端设置用于防止推拉阀中心杆202整体滑出内腔205的翻边。推拉阀中心杆202伸出阀体201内腔205的部分连接有弹性装置，弹性装置的结构参阅图4所示，弹性装置包括有弹簧113、连接体112和鞘体111，鞘体111为管状，其上下两端分别连接于钻头接手100的下端以及推拉阀200的阀体201上。连接体112的结构呈“凸”字形，整体位于鞘体111内部并可上下滑动。连接体112的上端连接于下接手102，连接体112的下端与推拉阀中心杆202配合连接，连接体112的凸出的部分外侧设置有抵接部114，抵接部114固定于鞘体111的内壁。弹簧113套设于连接体112凸出的部分，弹簧113的两端分别抵接于抵接部114和设置于推拉阀中心杆202上的抵接装置，连接体中间设置有通道，其可以连通钻头接手100的下接手102以及推拉阀中心杆202。

阀体201上设置有第一阀体水道210和第二阀体水道220，其中第一阀体水道210和第二阀体水道220均是沿阀体201的轴线方向开设的，并且第一阀体水道210和第二阀体水道220在位置上是错开的。第一阀体水道210和第二阀体水道220分别连通上封隔器300的压裂水道301和上封隔器空腔302。

请一并参阅图3和图5，推拉阀中心杆202上设置有出水孔230，出水孔230在推拉阀中心杆202滑动过程中可以分别与第一阀体水道210或第二阀体水道220连通，并且推拉阀中心杆202的下端设置有堵头204，用于封堵推拉阀中心杆202。当推拉阀中心杆202在阀体201中滑动过程中，出水孔230可以选择性的连通第一阀体水道210和第二阀体水道220。

水压致裂封隔器装置包括上封隔器300、压裂分流体400以及下封隔器600。其中，阀体201的下端设置有连接端头206，连接端头206连接于上封隔器300。具体的，参阅图7，压裂分流体400包括压裂杆，压裂杆具有相对的第一端和第二端，压裂杆具有压裂腔401，压裂腔401贯穿压裂杆的第一端，压裂杆具有用于导出压裂液的导流孔402，导流孔402为多个，均匀分布于压裂杆的壁上并贯穿压裂杆的壁。压裂杆具有与压裂腔401隔离的分流水道403，分流水道403分别贯穿第一端和第二端，分流水道403位于压裂腔401的外侧，分流水道403沿压裂杆的轴线方向开设。

分流压裂体上端设置有下滑块410，下滑块410为中空管状结构，并与压裂腔401连通，下滑块的外壁与分流压裂体之间具有间隙，该间隙用于导通分流水道403。

参阅图6，上封隔器300包括上分隔器中心杆以及中空的壳体，上分隔器中心杆套设于壳体内，上封隔器300的上端设置有连接头310，连接头310与连接端头206配合连接。连接头310为中空的，其与连接端头206连通。上封隔器300沿其长度方向设置有压裂水道301，压裂水道301与连接头310连通并进而连通连接端头206实现与压裂腔401连通，上封隔器300设置有与压裂水道301隔离的上封隔器空腔302，上封隔器空腔302由上封隔器空腔中心杆303的外壁与壳体的内壁围成，上封隔器空腔302与分流水道403连通，整个上封隔器300连接于压裂分流体400的第一端，即压裂杆的第一端。

上封隔器300的下端设置有上滑块320和下滑块330，其中上滑块320上端与上封隔器300配合连接，下端与下滑块330相互配合，并且压裂水道301和上封隔器空腔302一直延伸至下滑块330，压裂分流体400的上端设置有端头410，端头410和下滑块330配合连接，并且下滑块330和端头410均是中空的，两者相互导通，并且压裂水道301与下滑块330导通，端头与压裂腔401导通，进而使得压裂水道301与压裂腔401导通。

此外，请一并参阅图6和图7，压裂水道301以及上封隔器空腔302一直向下延伸至上滑块320、下滑块330以及端头410，这样压裂水道301与压裂腔401连通，上封隔器空腔302与分流水道403连通，需要说明的是，压裂水道301是与上封隔器空腔302相互隔离的，压裂腔401与分流水道403也是相互隔离的。

分流压裂体的下端设置有下端口420，请参阅图12，压裂分隔器还包括中空的分流中心杆604，分流中心杆604为中空状结构，分流中心杆604的两端分别连接于第二端和下封隔器600，其中，分流中心杆604的上端与下端口420配合连接，并且通过下端口420与分流水道403连通。分流中心杆604的下端与下封隔器600连接固定。

分流中心杆604的外壁直径相比于压裂分流体400以及下封隔器600均更小，在其外壁安装固定超声波成像系统500。具体地，超声波成像系统500的结构为：请一并参阅图8-图11：需要说明的是，超声波成像装置和压力调节装置分别见图9和图11所示。图9和图11分别是图8的左右两部分。超声波成像装置，包括管体S7、超声成像单元以及驱动机构。

其中，管体S7的两端分别设置有上接头S1和下接头S16。管体S7具有由侧壁围成的腔体，其中腔体的左侧部分我们定义它为安装腔(靠近上接头S1)，右侧部分我们定义它为压力平衡腔(靠近下接头S16)。

围成安装腔的侧壁有一部分是透声窗S71，该透声窗S71阻水且可供超声波透过。可选聚四氟乙烯作为制备透声窗S71的材料。本实施例中，透声窗S71是沿管体S7周向设置的圆环形结构。

超声成像单元包括至少一个超声探头S6，超声成像单元可活动地安装于安装腔，超声探头S6的探测方向朝向透声窗S71。

进一步地，在本发明的可选实施例中，超声探头S6包括超声波发射器和接收换能器，接收换能器被配置成接收由超声波发射器发出且被井壁反射回的超声信号；优选地，接收换能器为压电晶体式的换能器。

超声波发射器和接收换能器可以是一一对应设置，也可以一个超声波发射器对应至少两个接收换能器。例如将一个超声波发射器设置在中间，而多个接收换能器沿周向间隔设置，即可探测井壁多个方位的信息。

进一步地，在本发明的可选实施例中，超声探头S6的数量为2个。优选地，2个超声探头S6的探测方向均沿管体S7的径向向外且夹角为180°。

驱动机构安装于安装腔，且驱动机构与超声探头S6传动连接以驱动超声探头S6沿管体S7的轴向和/或周向运动。

也即是说，驱动机构可以被配置成驱动超声探头S6仅沿管体S7的轴向运动，也可以被配置成驱动超声探头S6仅沿管体S7的周向运动，还可以被配置成驱动超声探头S6沿管体S7的轴向和周向都能够运动。在本实施例中，驱动机构可以被配置成驱动超声探头S6沿管体S7的轴向和周向都能够运动。这样可以获取更多方位的井壁信息。

进一步地，可以在在安装腔内安装电磁罗盘以记录超声探头S6的方位，以便于获知检测到的裂隙的方位。

进一步地，在本发明的可选实施例中，井下超声波成像装置还包括中心轴S15，超声成像单元还包括安装座，超声探头S6安装于安装座，安装座可活动地套设于中心轴S15的外周，驱动机构与安装座传动连接。优选地，中心轴S15具有轴向通孔。进一步地，在本实施例中，中心轴S15由金属材料制成。相比于柔性管，中心轴S15属于刚性管，不仅承压能力更好，而且可以作为安装座的导向结构。

进一步地，在本发明的可选实施例中，驱动机构包括主动直齿圆柱齿轮S8、从动直齿圆柱齿轮S9以及动力装置S10；主动直齿圆柱齿轮S8与动力装置S10的动力输出部传动连接，从动直齿圆柱齿轮S9与中心轴S15螺纹连接以形成丝杠副，且从动直齿圆柱齿轮S9与主动直齿圆柱齿轮S8啮合；从动直齿圆柱齿轮S9与安装座在周向和/或轴向固定连接。从动直齿圆柱齿轮S9与安装座的连接可以与关于与期望的超声探头S6的运动方式相对应。在本实施例中，从动直齿圆柱齿轮S9与安装座在周向和轴向均固定连接。

进一步地，在本发明的可选实施例中，超声波成像装置还包括压力开关S14，压力开关S14具有压力输入部和电信号输出部，压力输入部位于管体S7外，电信号输出部位于管体S7内且与电机及超声探头对应电极连接，压力开关S14被配置成当压力输入部接收到的压力达到预设值时启动电机及超声探头。

采用这种压力开关S14时，如果预设的压力值与压裂启动时的压力对应设置，压裂和成像功能在同一时间完成，实现一定孔段长度成像。

进一步，超声波成像的时间也是可以预设的，可以在启动后的一预设时间内执行，然后自动终止。

进一步地，在本发明的可选实施例中，动力装置S10为电机；安装腔内填充由绝缘硅油。优选地，本实施例中，电机为直流无刷电机。电机浸渍于绝缘硅油中。

进一步地，在实施例中，安装腔还包括一电池安装腔S2，电池安装腔S2内安装有电池，电池与超声探头S6及电机对应电极连接。

进一步地，在本发明的可选实施例中，还可以包括容线联动组件S5和滑环S4，滑环S4套设于中心轴S15的外周且固定于管体S7内，容线联动组件S5整体上呈中空的细长结构，其内部具有容置电导线的容置腔；容线联动组件S5在径向上呈刚性且在轴向上长度可变；容线联动组件S5的一端与滑环S4轴向固定且周向滑动连接，容线联动组件S5的另一端与安装座固定连接。

进一步地，滑环S4具有围绕中心轴S15的环形凹槽，环形凹槽内固定有正极环S511和负极环S512，正极环S511与负极环S512之间有间隔且彼此绝缘设置；容线联动组件S5的与容线联动组件S5的连接的端部设置有正极滑块S41和负极滑块S42；正极滑块S41与正极环S511在轴向和径向上相对位置固定且在周向上可滑动地连接；负极滑块S42与负极环S512在轴向和径向上相对位置固定且在周向上可滑动地连接。

这样设置，使得正极滑块S41与正极环S511始终处于对应电极连接状态，也使得负极滑块S42与负极环S512始终处于对应电极连接状态。正极环S511、负极环S512、正极滑块S41和负极滑块S42均由导电材料制成，例如金属，进一步地，可以是铜。进一步地，环形凹槽的开口处设置有轴向限位部S43，容线联动组件S5的与容线联动组件S5的连接的端部基本呈T字型，该端部具有沿径向向外的环形凸缘S513，环形凹槽与轴向限位部S43共同限定该环形凸缘S513的自由度，以使该凸缘在轴向固定且周向可活动。

进一步地，环形凹槽的开口宽度与容线联动组件S5的径向尺寸相适配，以限定容线联动组件S5与滑环S4在径向上基本固定。环形凹槽的开口宽度是指环形凹槽的开口沿中心轴S15的径向的宽度。

当超声探头S6绕着中心轴S15转动时，容线联动组件S5也绕着中心轴S15转动。并且容线联动组件S5在环形凹槽的限位作用下，与滑环S4在轴向上保持相对位置固定，且容线联动组件S5可以周向上相对于滑环S4滑动。

进一步地，正极环S511与电池的正极对应电极连接，负极环S512与电池的负极对应电极连接。

进一步地，容线联动组件S5的容置腔内容置有与电机及超声探头S6对应电极连接的正电导线及负电导线，正电导线与正极滑块S41对应电极连接，负电导线与负极滑块S42对应电极连接。

进一步地，容线联动组件S5包括第一线管S51和第二线管S52，第一线管S51与滑环S4连接且环形凸缘S513位于第一线管S51的一端部，且第一线管S51的另一端部可滑动地容置于第二线管S52的管腔，第二线管S52与安装座固定连接。

当超声探头S6沿中心轴S15的轴向移动时，容线联动组件S5可伸缩，第一线管S51位于第二线管S52的管腔内部分的长度也会变化。

本实施例还提供了一种超声波成像系统，包括上述任一种井下超声波成像装置，还包括超声信号处理电路，超声信号处理电路被配置成将超声信号转化为图像信息。

可以设置发射电路激励超声波发射器工作，接收换能器采集的信号可以数字化处理，对应的接收与采集电路可实现高精度的数字化信号，接收与采集电路要实现：前置放大、滤波、自动增益调节、ADC采集等。具体数据化处理及涉及的电路属于现有技术，在此不再赘述。

透声窗S71采用聚四氟乙烯制作时，由于聚四氟乙烯材料承压能力不足。设置压力调节装置的目的主要是为了平衡安装腔与管体S7外部的压力，避免透声窗S71被压力损坏。

下面结合图4，对本实施例提供压力调节装置进行介绍。

压力调节装置主要包括压力平衡活塞S11、传动件S18、注油阀S12以及泄油阀S13。压力调节装置与井下超声波成像装置共用一个管体S7和中心轴S15，中心轴S15设置于管体S7内且与管体S7同轴。

压力平衡活塞S11将腔体分隔成彼此独立的安装腔和压力调节腔。

下接头S16安装于管体S7的端部，下接头S16与管体S7及中心轴S15轴向动密封，下接头S16与中心轴S15围成一独立的压力腔S17。传动件S18的两端分别与压力平衡活塞S11及下接头S16抵靠。进一步地，传动件S18为弹性件。进一步地，本实施例中传动件S18为弹簧。

注油阀S12的出油口与压力腔S17连通，注油阀S12被配置成接收控制信号并可向压力腔S17注入压力油，以使下接头S16远离压力平衡活塞S11。

泄油阀S13的进油口与压力腔S17连通，泄油阀S13被配置成接收控制信号并可排出压力腔S17内的压力油，以使下接头S16靠近压力平衡活塞S11。

进一步地，压力调节装置还包括压力传感器，压力传感器被配置成检测管体S7外的压力和安装腔的压力并输出控制信号。

例如，管外压力大于安装腔内的压力时，泄油阀S13排出压力腔S17内的压力油以使下接头S16靠近压力平衡活塞S11，传动件S18推动压力平衡活塞S11向左运动，安装腔内的压力增大。管外压力小于安装腔内的压力时，注油阀S12向压力腔S17注入压力油，下接头S16远离压力平衡活塞S11，平衡活塞向右运动，安装腔内的压力减小。以此使安装腔内的压力与管外压力基本一致。

超声成像装置的中部套设于分流中心杆604。

下封隔器600内有下封隔器空腔603和下封隔器中心杆601，下封隔器中心杆601为空心杆，周身设置若干孔眼。下封隔器空腔603仅可与下封隔器中心杆601在空间上联通。下封隔器中心杆601上端与分流中心杆604联通，下端延伸至导向头内部。

整个水致压裂成像测量装置的工作原理是：将钻头接手100与钻杆连接，放置到钻孔的目标测试深度。在装置自重作用下，推拉阀中心杆202被向上拉到顶端，地面高压水泵向钻杆内传送水体，水体经推拉阀中心杆202的出水孔230流入座封水道，从座封水道进入上封隔器空腔302，从上封隔器空腔302进入分流水道403，然后再进入分流中心杆604，然后经分流中心杆604进入下封隔器中心杆601，最后进入下封隔器空腔603，此程序完成后，上封隔器300和下封隔器600在水压作用下膨胀，并贴紧固定在钻孔的孔壁上。这个程序将上封隔器300和下封隔器600之间的钻孔段单独密封和隔绝起来。

然后，将钻杆自由下落直到推拉阀中心杆202行至底端，地面高压水泵向钻杆内传送水体，水体经推拉阀中心杆202的出水孔230流入压裂水道301，再从压裂水道301进入上封隔器空腔中心杆303，然后进入压裂腔401，最终水体从压裂腔401的孔眼导出，进入密封钻孔段。在水压持续增加的作用下，密封钻孔段孔壁岩体被压裂，在水平主应力方向产生一对平行的，对称的垂直裂隙，然后关闭高压水泵，裂隙自动闭合。本过程一般重复3-4次，多次对密封钻孔段实施加压和泄压。密封钻孔段内压力变化通过设置在压裂腔401内的压力传感器记录下来。密封钻孔孔壁上的裂隙通过压裂成像系统实时扫描并记录存储。裂隙的方位通过放置在压裂成像系统内的电磁罗盘记录得到。

最后，上提钻杆，使推拉阀中心杆202向上拉至顶端，打开地面管汇，联通大气，上封隔器300和下封隔器600内的压力随着高压水体的流出而卸掉，封隔器自动收缩恢复原始状态。至此，一个测点的地应力测量全部结束。此装置可移动至下一个目标位置继续测试。

本实施例的水致压裂成像测量装置，分流中心杆604为金属材料，其外径可以做得足够小，因此在分流中心杆604外部可以放置超声波成像系统500，为发展适用于不同钻孔孔径，特别是小孔径的压裂成像和地应力测量装置系统提供了充分的可能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水压致裂封隔器装置，其特征在于，包括：分流压裂体，所述分流压裂体包括压裂杆，所述压裂杆具有第一端和第二端，所述压裂杆具有压裂腔，所述压裂腔贯穿所述压裂杆的所述第一端，所述压裂杆具有用于导出压裂液的出水孔，所述压裂杆具有与所述压裂腔隔离的分流水道，所述分流水道分别贯穿所述第一端和第二端；上封隔器，所述上封隔器连接于所述第一端，所述上封隔器沿其长度方向设置有压裂水道，所述压裂水道连通所述压裂腔，所述上封隔器设置有与所述压裂水道隔离的上封隔器空腔，所述上封隔器空腔与所述分流水道连通；下封隔器，所述下封隔器连接于所述第二端，所述下封隔器具有下封隔器空腔，所述下封隔器空腔与所述分流水道连通；

所述分流中心杆设置有用于安装超声波成像系统的安装部，

所述水压致裂封隔器装置还包括中空的分流中心杆，所述分流中心杆的两端分别连接于所述第二端和所述下封隔器，所述下封隔器空腔和所述分流水道通过所述分流中心杆连通。

2.根据权利要求1所述的水压致裂封隔器装置，其特征在于，所述上封隔器包括上分隔器中心杆以及中空的壳体，所述上分隔器中心杆套设于所述壳体内并与所述第一端连接，所述上分隔器中心杆设置所述压裂水道，所述上分隔器中心杆与所述壳体间形成所述上封隔器空腔。

3.根据权利要求2所述的水压致裂封隔器装置，其特征在于，所述上分隔器中心杆螺纹连接于所述第一端。

4.根据权利要求1所述的水压致裂封隔器装置，其特征在于，所述超声波成像系统包括超声波成像装置，包括：

管体，所述管体具有由侧壁围成的安装腔，且所述侧壁设置有阻水且可供超声波透过的透声窗；

超声成像单元，所述超声成像单元包括至少一个超声探头，所述超声成像单元可活动地安装于所述安装腔，所述超声探头的探测方向朝向所述透声窗；

驱动机构，所述驱动机构安装于所述安装腔，且所述驱动机构与所述超声探头传动连接以驱动所述超声探头沿管体的轴向和/或周向运动。

5.根据权利要求4所述的水压致裂封隔器装置，其特征在于，所述超声波成像装置还包括中心轴，超声成像单元还包括安装座，所述超声探头安装于所述安装座，所述安装座可活动地套设于所述中心轴的外周，所述驱动机构与所述安装座传动连接。

6.根据权利要求5所述的水压致裂封隔器装置，其特征在于，所述驱动机构包括主动直齿圆柱齿轮、从动直齿圆柱齿轮以及动力装置；所述主动直齿圆柱齿轮与所述动力装置的动力输出部传动连接，所述从动直齿圆柱齿轮与所述中心轴螺纹连接以形成丝杠副，且所述从动直齿圆柱齿轮与所述主动直齿圆柱齿轮啮合；所述从动直齿圆柱齿轮与所述安装座在周向和/或轴向固定连接。

7.根据权利要求6所述的水压致裂封隔器装置，其特征在于，所述从动直齿圆柱齿轮与所述安装座在周向和轴向均固定连接。

8.根据权利要求6所述的水压致裂封隔器装置，其特征在于，所述动力装置为电机；所述安装腔内填充有绝缘硅油。

9.根据权利要求8所述的水压致裂封隔器装置，其特征在于，所述电机为直流无刷电机。

10.根据权利要求8所述的水压致裂封隔器装置，其特征在于，所述安装腔还包括一电池安装腔，所述电池安装腔内安装有电池，所述电池与所述超声探头及电机对应电极连接。