CN109029796B - 一种水压致裂地应力测试装置保护器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水压致裂地应力测试装置保护器，属于地应力测量技术领域。该保护器包括保护套筒和上、下锥形器，保护套筒与钻杆同心相连，上端开口，下端封闭，起到收集地应力测试过程中掉落的细碎砂石的作用；上、下锥形器分别位于上封隔器上端和下封隔器下端，与水压致裂地应力测试装置串接，在装置上下升降过程中，对受不良钻孔孔壁磨损的封隔器起到保护作用。在深部水压致裂地应力测试过程中，特别是在千米以深的钻孔中，在保护套筒和上、下锥形器的共同保护下，降低了封隔器的磨损，提高测试效率，节省测试时间，节约了测试成本。该保护器安装方便，易于操作，成本低。

Description

一种水压致裂地应力测试装置保护器

技术领域

本发明涉及地应力测试技术领域，特别是指-1000m～-2000m范围深孔水压致裂地应力测试装置保护器。

背景技术

地应力是存在于地层岩体中的重要物理场之一，由自重应力、构造应力等构成，人类工程活动会引起应力场的局部集中，造成岩体失稳破坏，地应力是引起岩体变形、失稳和破坏的根本动力源泉，随着人类向深地要资源的深度越来越深，开展地应力测量是保障深部井巷工程的重要基础，对深地的探索具有重要的意义。

水压致裂法是一种绝对地应力测量方法，该方法理论成熟、操作简单、测量深度大、成本较低，是在地应力测量中常用的一种方法。测量时首先取一段基岩裸露的钻孔，用封隔器将上下两端密封起来；然后注入液体，加压直到孔壁破裂，并记录压力随时间的变化，并用印模器记录或观测破裂方位。根据记录的破裂压力、关泵压力和破裂方位，利用相应的公式算出原地主应力的大小和方向。

实践发现，随着测量深度的不断增加，地应力测试装置中的关键装置封隔器，在钻孔中上下行进过程中会由于钻孔孔壁上凸出碎石的出现，造成橡胶成分为主的封隔器磨损严重，尤其在千米以下深孔中，一套封隔器最多仅能保证一个测点的测量，甚至由于封隔器磨损严重造成测试的失败。同时，在装置上提过程中，由于上部碎石的出现，细小或尖锐碎石可能会进入封隔器与孔壁之间，一方面造成封隔器磨损，严重时还会卡主装置，在巨大拉力作用甚至造成装置脱落。

因此，在运用水压致裂法进行千米以下深孔地应力测量，尤其是当地层中岩体破碎带较多的地区时，一方面要注意在长距离的下放或上提过程中加强封隔器的保护，避免破碎孔壁磨损封隔器，另一方面在上提过程中也要防止上部碎石卡住封隔器，保障封隔器的多次利用。

发明内容

本发明为克服现有水压致裂装置在深孔地应力测试中出现封隔器磨损严重的缺点，提供一种水压致裂地应力测试装置保护器。通过设计一种锥形保护装置，不仅能够对封隔器起到保护作用，而且能够收集测试装置上部碎石，确保地应力测试装置在上提、下放的过程中的多次使用。

该保护器在水压致裂地应力测试装置上设置保护套筒、上锥形器和下锥形器，钻杆、转换开关、上锥形器、上封隔器、水压致裂器、下封隔器和下锥形器依次串联，钻杆外部设置保护套筒，保护套筒与钻杆同心，上锥形器锥尖部分朝上，上锥形器的锥尖与转换开关相接，下锥形器锥尖部分朝下，下封隔器与下锥形器非锥尖的一端相接。

其中，保护套筒外径与上封隔器和下封隔器一致，保护套筒上端开放，下端封闭。

上锥形器上端锥尖部分外径与钻杆外径相当，上锥形器下端外径与上封隔器和下封隔器外径相当，上锥形器内部贯通，与上封隔器通过同心丝杆连接。

下锥形器与上锥形器对称，下锥形器上部非锥尖部分与下封隔器通过同心丝杆连接，下锥形器下端锥尖部分封闭。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

该保护器可以在千米以下深地使用水压致裂法测试地壳应力时保证封隔器的完好性，进而有效地保障千米以下深孔地应力测试的顺利完成，降低封隔器的损耗，提高测试效率。

附图说明

图1为本发明的水压致裂地应力测试装置保护器结构示意图。

其中：1-钻杆；2-保护套筒；3-转换开关；4-上锥形器；5-上封隔器；6-水压致裂器；7-下封隔器；8-下锥形器。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明为克服现有水压致裂装置在深孔地应力测试中出现封隔器磨损严重的问题，提供一种水压致裂地应力测试装置保护器。

本发明是设计思路为：在地应力测试装置上端和下端，即上封隔器的上部和下封隔器的下部，分别安装一个锥形器，该锥形器由钢管制成。在测试装置上端的锥形器上端与钻杆(高压钢管)相连，外径与钻杆相当，内部中空，锥形器下端直径与封隔器相当，总长度与封隔器相当；下端锥形器与上部锥形器外形上对称，内部封闭。上下两个锥形器，用以保护封隔器免受不良孔壁的磨损。同时，在测试装置上部最后一根钻杆上，外套一根与封隔器外径尺寸相当的钢制套筒，以钻杆为圆心固定，下部封死，上部开放，用以沉沙和收集上部的散落碎石，以避免细小碎石夹到封隔器与钻孔之间卡住测试装置。在测试装置上部套筒和两端锥形器的联合作用下，可以有效的减小封隔器的磨损，提高地壳深部水压致裂法地应力场测试的效率。

如图1所示，该保护器具体是在水压致裂地应力测试装置上设置保护套筒2、上锥形器4和下锥形器8，钻杆1、转换开关3、上锥形器4、上封隔器5、水压致裂器6、下封隔器7和下锥形器8依次串联，且连接处密封能够承受高水压。钻杆1外部设置保护套筒2，保护套筒2与钻杆1同心，上锥形器4锥尖部分朝上，上锥形器4的锥尖与转换开关3相接，下锥形器8锥尖部分朝下，下封隔器7与下锥形器8非锥尖的一端相接。

在具体应用过程中，在保护套筒2下部与钻杆1连接位置的套筒采用内螺纹，钻杆1采用外螺纹，二者连接后使保护套筒2下端位置处于封闭，每次循环使用后可拆卸进行排砂；在保护套筒2上部与钻杆1连接后，保证二者同心，且保护套筒2顶端开口，能够收集上部破碎砂石。

上锥形器4上端与转换开关3相连，下部与上封隔器5通过同一丝杆相连，内部贯通，使含有控制水路的丝杆通过，进而实现上下水路连通。

下锥形器8上端与下封隔器7通过丝杆相连，与上锥形器不同的是，下锥形器8下端要封闭，即下锥形器即是水路的末端。

通过保护套筒2和上锥形器4、下锥形器8的共同作用，可使传统水压致裂法地应力测试装置在测试过程中得到保护，提高测试效率，节省测试成本。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种水压致裂地应力测试装置保护器，其特征在于：在水压致裂地应力测试装置上设置保护套筒(2)、上锥形器(4)和下锥形器(8)，钻杆(1)、转换开关(3)、上锥形器(4)、上封隔器(5)、水压致裂器(6)、下封隔器(7)和下锥形器(8)依次串联，钻杆(1)外部设置保护套筒(2)，保护套筒(2)与钻杆(1)同心，上锥形器(4)锥尖部分朝上，上锥形器(4)的锥尖与转换开关(3)相接，下锥形器(8)锥尖部分朝下，下封隔器(7)与下锥形器(8)非锥尖的一端相接；

在保护套筒(2)下端与钻杆(1)连接位置处采用内螺纹，钻杆(1)采用外螺纹，两者连接后使保护套筒(2)下端位置处于封闭，每次循环使用后拆卸进行排砂，且保护套筒(2)上端开口，收集上部破碎砂石；上锥形器(4)上端与转换开关(3)相连，上锥形器(4)下端与上封隔器(5)通过同一丝杆相连，上锥形器(4)内部贯通，使含有控制水路的丝杆通过，进而实现上下水路连通；下锥形器(8)与上锥形器(4)对称，下锥形器(8)下端锥尖部分封闭。

2.根据权利要求1所述的水压致裂地应力测试装置保护器，其特征在于：所述保护套筒(2)外径与上封隔器(5)外径和下封隔器(7)外径相等，所述上锥形器(4)上端锥尖部分外径与钻杆外径相等，上锥形器(4)下端外径与上封隔器(5)和下封隔器(7)外径相等。