CN115726724A - 一种干孔封隔器泄压装置及泄压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种干孔封隔器泄压装置及泄压方法，属于岩土工程勘察技术领域。该装置包括支撑板、提拉组件和液体单向流动控制组件，所述提拉组件设在支撑板的顶部，所述液体单向流动控制组件设在支撑板的底部，所述支撑板上设有若干个透水孔与液体单向流动控制组件的内部连通。干孔封隔器泄压装置位于钻杆内，且是在完成水压致裂法地应力测试后才放入钻杆中的，所以不会给封隔器对钻孔的密封性带来不利影响，确保了测试工作能够正常开展。
Description
技术领域
本发明涉及一种干孔封隔器泄压装置及泄压方法，属于岩土工程勘察技术领域。
背景技术
水压致裂法地应力测试，是70年代发展起来的能够测量地壳深部应力可靠而有效的测试方法。该方法是1987年国际岩石力学学会试验方法委员会颁布的确定岩石应力建议方法中所推荐的方法之一，是目前国际上能较好的直接进行深孔应力测量的先进方法。水压致裂法测试的基本步骤：1.对上、下封隔器加压，使其膨胀座封于孔壁上，上下封隔器之间形成承压段空间；2.通过钻杆推动转换阀门，高压水泵对承压段注水加压，在高压水的作用下，孔壁出现破裂；3.关闭压力泵后，当压力降到使裂缝处于临界闭合状态的压力时，裂缝闭合；4.卸压后重张，进行多次加压循环，以便取得合理的压裂参数；5.封隔器解封。
封隔器为达到良好的封闭效果，现有设备均采用橡胶制品，在实现良好封闭效果的同时会附带产生一些问题，如封隔器在0.5～1.0MPa下会微膨胀，大于1.0MPa会明显膨胀。对于干孔或一些水位比较低的钻孔，由于钻杆连接封隔器，而钻杆内部水位在孔口位置，从而在封隔器内部会存在一定的水压差，当水压大于0.5MPa(50米水头)时会导致封隔器膨胀，当上述1～4试验步骤完成后，在第5步对封隔器泄压时，不能将压力完全卸掉，导致封隔器不能恢复原状而处于膨胀状态，封隔器和孔壁的摩擦力导致设备卡在钻孔中，如果强行将封隔器等设备提出，会损坏封隔器的密封性。
针对这一问题，公开号为CN107238458A的中国专利文献，公开了一种干孔泄压阀及水压致裂地应力测试装置，测试完成后，利用提引器提升钻杆，并在提升力保持的作用下，阀体内的阀芯相对阀体向下运动，阻挡部无法封堵阀腔，阀芯与阀体之间的阀腔通过泄压孔与阀体外连通，直至阀芯下移固定具体后，阀芯在限位螺母的限制作用下，停止移动，此时为泄压状态，钻杆内的液体进入阀芯与阀体之间的阀腔内，并由泄压孔流出至钻杆外的钻孔内，卸掉水头差，即卸掉封隔器胶囊中的压力。
该干孔泄压阀需要在水压致裂地应力测试前布置好，且由于干孔泄压阀的顶端与钻孔底端连通，干孔泄压阀的底端与转换阀的顶端连通，而钻孔底端和转换阀分布在测试段的下方和上方，这就导致干孔泄压阀要与两个封隔器并排布置在钻孔中，亦或是干孔泄压阀要通过管道与转换阀连接或与钻孔底端连通，这会给封隔器对钻孔的密封性造成不利影响，进一步导致测试段的压力不能加压到设定值，甚至使测试工作不能正常开展。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种干孔封隔器泄压装置及泄压方法。
本发明通过以下技术方案得以实现：
一种干孔封隔器泄压装置，包括支撑板、提拉组件和液体单向流动控制组件，所述提拉组件设在支撑板的顶部，所述液体单向流动控制组件设在支撑板的底部，所述支撑板上设有若干个透水孔与液体单向流动控制组件的内部连通。
所述提拉组件包括提手和提升绳索，提手的两端分别与支撑板的顶部连接，提升绳索的一端与提手的中部连接。
所述支撑板呈圆形，支撑板的外圆面上沿周向设有容纳槽，且容纳槽的内侧设有O型密封圈。
所述支撑板上沿轴向设有多个透水孔。
所述液体单向流动控制组件包括外壳和止水球，外壳的一端与支撑板的底部连接，另一端开口，止水球位于外壳与支撑板所围空间内。
止水球采用PVC材质制成。
止水球为采用PVC材质制成的弹性球。
所述外壳的纵截面形状呈X形，为中间向两端形状和尺寸渐扩的结构，且外壳的两端连通。
一种干孔封隔器泄压装置的泄压方法，包括以下主要步骤：
A、根据要求利用水压致裂地应力测试装置对钻孔进行水压致裂法地应力测试后，通过水压致裂地应力测试装置中的转换阀使封隔器中的高压水流出，对封隔器进行泄压，若泄压后封隔器依然处于微膨胀或明显膨胀状态，则进入下一步；
B、将干孔封隔器泄压装置从钻杆上端放入钻杆内，并下放干孔封隔器泄压装置至预定位置；
C、通过提拉组件向上提升整个干孔封隔器泄压装置，从而通过干孔封隔器泄压装置将钻杆内的水带出，达到泄压目的；
D、若钻杆内的水位与钻孔内的水位高差大于5m，则重复步骤B和步骤C，继续对封隔器进行泄压；
E、当钻杆内水位下降到钻孔内水位附近时，钻杆内外部压力差已基本平衡，封隔器内部无压力，封隔器恢复原状，可以顺利取出水压致裂地应力测试装置。
所述步骤A和步骤C中通过钻机下放和提升干孔封隔器泄压装置。
本发明的有益效果在于：
1、干孔封隔器泄压装置位于钻杆内，且是在完成水压致裂法地应力测试后才放入钻杆中的，所以不会给封隔器对钻孔的密封性带来不利影响，确保了测试工作能够正常开展。
2、将干孔封隔器泄压装置在钻杆中下放到预定位置后提升，即可将钻杆中的水带出，完成对封隔器的泄压工作，泄压操作简单、泄压效率高，且由于干孔封隔器泄压装置结构简单，因此故障率较低。
3、干孔封隔器泄压装置可以与其他泄压装置或元件配合使用，以提高泄压效率；同时，干孔封隔器泄压装置也可以作为应急装置，在其他泄压装置或元件故障时，对封隔器进行泄压，保证钻杆顺利拔出钻孔。
4、通过O型密封圈提高密封性，避免在钻杆中提升干孔封隔器泄压装置时，干孔封隔器泄压装置上侧的水从支撑板与钻杆之间的缝隙向下流，有助于提高泄压效率。
5、采用软质PVC材料制作止水球，确保在干孔封隔器泄压装置下放过程中，止水球能够顺利、快速打开外壳中部的过水口；同时在干孔封隔器泄压装置提升过程中，止水球能和过水口很好地贴合，起到较好的密封效果。
附图说明
图1为本发明的干孔封隔器泄压装置的结构示意图；
图2为本发明的干孔封隔器泄压装置位于钻杆内的结构示意图；
图3为本发明下放干孔封隔器泄压装置的结构示意图；
图4为本发明提升干孔封隔器泄压装置的结构示意图。
图中：1-钻孔，2-钻杆，3-提升绳索，4-O型密封圈，5-提手，6-止水球，7-外壳，8-透水孔。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图4所示，本发明所述的一种干孔封隔器泄压装置，包括支撑板、提拉组件和液体单向流动控制组件，所述提拉组件安装在支撑板的顶部，所述液体单向流动控制组件安装在支撑板的底部，所述支撑板上加工有若干个透水孔8与液体单向流动控制组件的内部连通。对钻孔1进行水压致裂法地应力测试后，再将干孔封隔器泄压装置放入钻杆2中，以通过干孔封隔器泄压装置降低钻杆2内的水位，从而达到对封隔器进行泄压的目的，泄压可靠且效率高。由于干孔封隔器泄压装置是在完成测试后再放入钻杆2中的，所以不会给封隔器对钻孔1的密封性造成不利影响，确保测试工作能够正常开展。
所述提拉组件包括提手5和提升绳索3，提手5的两端分别与支撑板的顶部连接，提升绳索3的一端与提手5的中部连接。
所述支撑板呈圆形，支撑板的外圆面上沿周向加工有容纳槽，且容纳槽的内侧安装有O型密封圈4。通过O型密封圈4提高密封性，避免在钻杆2中提升干孔封隔器泄压装置时，干孔封隔器泄压装置上侧的水从支撑板与钻杆2之间的缝隙向下流，有助于提高泄压效率。
所述支撑板上沿轴向加工有多个透水孔8。
所述液体单向流动控制组件包括外壳7和止水球6，外壳7的一端与支撑板的底部连接，另一端开口，止水球6位于外壳7与支撑板所围空间内。
止水球6采用PVC材质制成。
止水球6为采用PVC材质制成的弹性球。采用软质PVC材料制作止水球6的原因有：a、PVC材料的密度为1.4g/cm3，略大于水的密度1.0g/cm3；由于PVC的密度略大于水，所以在干孔封隔器泄压装置下放过程中，进入外壳7下部的水的冲力可以顺利将止水球6顶升，以打开外壳7中部的过水口让水顺利通过；在干孔封隔器泄压装置提升过程中，由于PVC密度大于水，止水球6可以迅速滑落，以封闭外壳7中部的过水口，保证提升过程中的密封性，避免装置上侧的水流到装置下侧。b、软质PVC材料能和过水口很好地贴合，取得较好的密封效果。
所述外壳7的纵截面形状呈X形，为中间向两端形状和尺寸渐扩的结构，且外壳7的两端连通。
一种干孔封隔器泄压装置的泄压方法，包括以下主要步骤：
A、根据要求利用水压致裂地应力测试装置对钻孔1进行水压致裂法地应力测试后，通过水压致裂地应力测试装置中的转换阀使封隔器中的高压水流出，对封隔器进行泄压，若泄压后封隔器依然处于微膨胀或明显膨胀状态，则进入下一步；在使用时，水压致裂地应力测试装置采用公开号为CN107238458A，名称为一种干孔泄压阀及水压致裂地应力测试装置中的装置，为现有技术，在此不在赘述，且本申请中的水压致裂地应力测试装置不安装干孔泄压阀。步骤A中对封隔器进行泄压后，封隔器内部压力为钻杆2内外水压差。
B、将干孔封隔器泄压装置从钻杆2上端放入钻杆2内，并下放干孔封隔器泄压装置至预定位置；在干孔封隔器泄压装置下放过程中，进入外壳7下部的水会冲击并顶升止水球6，使外壳7中部的过水口打开，干孔封隔器泄压装置下侧的水依次经外壳7和支撑板上的透水孔8后流到其上侧。
C、通过提拉组件向上提升整个干孔封隔器泄压装置，从而通过干孔封隔器泄压装置将钻杆2内的水带出，达到泄压目的；在干孔封隔器泄压装置提升过程中，在止水球6自重，及干孔封隔器泄压装置上侧的水对止水球6的压力作用下，止水球6封闭外壳7中部的过水口，避免干孔封隔器泄压装置上侧的水经过水口流到其下侧。
D、若钻杆2内的水位与钻孔1内的水位高差大于5m，则重复步骤B和步骤C，继续对封隔器进行泄压；
E、当钻杆2内水位下降到钻孔1内水位附近时，钻杆2内外部压力差已基本平衡，封隔器内部无压力，封隔器恢复原状，可以顺利取出水压致裂地应力测试装置。
所述步骤A和步骤C中通过钻机下放和提升干孔封隔器泄压装置。在使用时，可以采用绳索取芯钻机上的钢丝索，下放和提升干孔封隔器泄压装置；如为普通钻机，可单独采用绳索系统下放和提升干孔封隔器泄压装置。
在使用时，干孔封隔器泄压装置的重力，远大于钻杆2中水对它的浮力，确保干孔封隔器泄压装置能够在自重作用下顺利、快速下放。
本发明所述的干孔封隔器泄压装置及泄压方法，其有益效果如下：
1、干孔封隔器泄压装置位于钻杆2内，且是在完成水压致裂法地应力测试后才放入钻杆2中的，所以不会给封隔器对钻孔1的密封性带来不利影响，确保了测试工作能够正常开展。
2、将干孔封隔器泄压装置在钻杆2中下放到预定位置后提升，即可将钻杆2中的水带出，完成对封隔器的泄压工作，泄压操作简单、泄压效率高，且由于干孔封隔器泄压装置结构简单，因此故障率较低。
3、干孔封隔器泄压装置可以与其他泄压装置或元件配合使用，以提高泄压效率；同时，干孔封隔器泄压装置也可以作为应急装置，在其他泄压装置或元件故障时，对封隔器进行泄压，保证钻杆2顺利拔出钻孔1。
4、通过O型密封圈4提高密封性，避免在钻杆2中提升干孔封隔器泄压装置时，干孔封隔器泄压装置上侧的水从支撑板与钻杆2之间的缝隙向下流，有助于提高泄压效率。
5、采用软质PVC材料制作止水球6，确保在干孔封隔器泄压装置下放过程中，止水球6能够顺利、快速打开外壳7中部的过水口；同时在干孔封隔器泄压装置提升过程中，止水球6能和过水口很好地贴合，起到较好的密封效果。
Claims (10)
1.一种干孔封隔器泄压装置，其特征在于：包括支撑板、提拉组件和液体单向流动控制组件，所述提拉组件设在支撑板的顶部，所述液体单向流动控制组件设在支撑板的底部，所述支撑板上设有若干个透水孔(8)与液体单向流动控制组件的内部连通。
2.如权利要求1所述的干孔封隔器泄压装置，其特征在于：所述提拉组件包括提手(5)和提升绳索(3)，提手(5)的两端分别与支撑板的顶部连接，提升绳索(3)的一端与提手(5)的中部连接。
3.如权利要求1所述的干孔封隔器泄压装置，其特征在于：所述支撑板呈圆形，支撑板的外圆面上沿周向设有容纳槽，且容纳槽的内侧设有O型密封圈(4)。
4.如权利要求3所述的干孔封隔器泄压装置，其特征在于：所述支撑板上沿轴向设有多个透水孔(8)。
5.如权利要求1所述的干孔封隔器泄压装置，其特征在于：所述液体单向流动控制组件包括外壳(7)和止水球(6)，外壳(7)的一端与支撑板的底部连接，另一端开口，止水球(6)位于外壳(7)与支撑板所围空间内。
6.如权利要求5所述的干孔封隔器泄压装置，其特征在于：止水球(6)采用PVC材质制成。
7.如权利要求6所述的干孔封隔器泄压装置，其特征在于：止水球(6)为采用PVC材质制成的弹性球。
8.如权利要求5所述的干孔封隔器泄压装置，其特征在于：所述外壳(7)的纵截面形状呈X形，为中间向两端形状和尺寸渐扩的结构，且外壳(7)的两端连通。
9.一种干孔封隔器泄压装置的泄压方法，其特征在于：包括以下主要步骤：
A、根据要求利用水压致裂地应力测试装置对钻孔(1)进行水压致裂法地应力测试后，通过水压致裂地应力测试装置中的转换阀使封隔器中的高压水流出，对封隔器进行泄压，若泄压后封隔器依然处于微膨胀或明显膨胀状态，则进入下一步；
B、将干孔封隔器泄压装置从钻杆(2)上端放入钻杆(2)内，并下放干孔封隔器泄压装置至预定位置；
C、通过提拉组件向上提升整个干孔封隔器泄压装置，从而通过干孔封隔器泄压装置将钻杆(2)内的水带出，达到泄压目的；
D、若钻杆(2)内的水位与钻孔(1)内的水位高差大于5m，则重复步骤B和步骤C，继续对封隔器进行泄压；
E、当钻杆(2)内水位下降到钻孔(1)内水位附近时，钻杆(2)内外部压力差已基本平衡，封隔器内部无压力，封隔器恢复原状，可以顺利取出水压致裂地应力测试装置。
10.如权利要求9所述的干孔封隔器泄压装置的泄压方法，其特征在于：所述步骤A和步骤C中通过钻机下放和提升干孔封隔器泄压装置。
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