CN218882211U - 水压致裂法测试地应力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水压致裂法测试地应力装置，该水压致裂法测试地应力装置包括封隔组件，封隔组件一端连接阀组件，阀组件远离封隔组件的一端连接钻杆，阀组件打开或关闭，以将钻杆内流入到封隔组件内的水流导通或断开。本实用新型提供的水压致裂法测试地应力装置，在封隔组件一端连接阀组件，阀组件远离封隔组件的一端连接钻杆，阀组件打开或关闭，以将钻杆内流入到封隔组件内的水流导通或断开，通过阀组件将钻杆内的水流导通或断开，便于及时对封隔组件进行充水或对封隔器进行泄压，泄压时间短，装置不会进入空气，提高测试精度和效率。

Description

水压致裂法测试地应力装置

技术领域

本实用新型属于岩体工程测试技术领域，尤其涉及一种水压致裂法测试地应力装置。

背景技术

地应力是存在于地层中的天然应力，它是造成矿山巷道及其它地下工程变形、破坏的根本作用力，因此，地应力的大小、方向直接影响到巷道围岩的稳定性，测量巷道原岩地应力，研究围岩的应力分布特征是进行巷道围岩稳定性分析，以及实现地下工程开挖设计科学化的必要前提。目前，国际上普遍采用的工程岩地应力模量测试方法可以归纳为：表面应力解除法、表面应力恢复法、套孔应力解除法、水压致裂法等。其中，表面应力解除法、套孔应力解除法对岩体质量要求高，需使用岩石力学参数参与计算：表面应力解除法、表面应力恢复法、套孔应力解除法测量深度有限、周期长，且需要单独打测试钻孔；水压致裂法测量深度深，资料整理时不需要岩石弹性参数参与计算，可以避免因岩石弹性参数取值不准引起的误差，岩壁受力范围较广，钻孔承压段程度可达1-2米，可以避免“点”应力状态的局限性和地质条件不均匀性的影响，操作简单，测试周期短。综上，水压致裂法在水利水电、矿山、交通等方面得到了广泛应用。

水压致裂法通常采用单管进行测试，首先通过钻杆对可膨胀的封隔器胶囊加压，两封隔器中间的钻孔形成试验段：推动封隔器上端的转换阀与试验段连通(此时封隔器胶囊为封闭状态)，就可以正式开展测试：在试验段中泵入液体，施压直到孔壁破裂，并记录压力随时间的变化：根据压裂过程曲线的压力特征值计算地应力。测试完成后，提升钻杆，推动转换阀，使钻杆与封隔器胶囊连通，卸掉封隔器胶囊中的压力，使其恢复原状后，再将封隔器提升到下一压裂段。但是现有技术中的水压致裂法测试地应力装置测量孔深超过400米的钻孔时，在对某一压裂段测试完成后，从泄压完成到移动至下一个位置，再次充水排气需要1小时以上的时间，严重影响测试效率，而且再次充水排气时，钻杆内空气排不干净，由于空气在高压下收缩较大，影响测试精度。

因此，亟需设计一种水压致裂法测试地应力装置，解决以上提到的现有技术中的水压致裂法测试地应力装置在对某一压裂段测试完成后，从泄压完成到移动至下一个位置，再次充水排气所需时间长，严重影响测试效率，而且再次充水排气时，钻杆内空气排不干净，影响测试精度的问题。

实用新型内容

为解决背景技术中提及的现有技术中的水压致裂法测试地应力装置在对某一压裂段测试完成后，从泄压完成到移动至下一个位置，再次充水排气所需时间长，严重影响测试效率，而且再次充水排气时，钻杆内空气排不干净，影响测试精度的技术问题，提供一种水压致裂法测试地应力装置，以解决上述的问题。

为实现上述目的，本实用新型的水压致裂法测试地应力装置的具体技术方案如下：

一种水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，包括封隔组件，封隔组件一端连接阀组件，封隔组件另一端连接压裂段，阀组件远离封隔组件的一端连接钻杆，阀组件打开或关闭，以将钻杆内流入到封隔组件内的水流导通或断开，当阀组件打开时，水流对封隔组件充压，并对压裂段加压，当阀组件关闭时，封隔组件内的水流流入压裂段泄压。

进一步，阀组件包括阀本体和封堵结构，阀本体上开设有水流通道，封堵结构设置在水流通道内，封堵结构用于封堵水流通道或将水流通道打开。

进一步，封堵结构包括封堵球，水流通道包括进水口和出水口，进水口与钻杆连通，出水口与封隔组件连通，封堵球与进水口抵接或分离，以使水流通道导通或断开。

进一步，封堵结构还包括弹性件，弹性件一端抵接在阀本体内，另一端与封堵球抵接，以使封堵球对进水口封堵。

进一步，阀组件还包括调节杆，调节杆螺接设置在阀本体上，调节杆与弹性件远离封堵球的一端抵接，调节杆用于调节弹性件的弹力。

进一步，封隔组件包括壳体，壳体内滑动设置有滑动套筒，滑动套筒一端与水流通道的出水口连接，滑动套筒另一端封闭。

进一步，封隔组件还包括注水管和封隔器，壳体上开设有注水口，注水管一端与注水口连通，以使壳体内的水进入到注水管内，注水管另一端与封隔器连接。

进一步，壳体上还开设有排水口，滑动套筒和壳体内壁之间间隔设置有第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈和第四密封圈，出水口开设在第一密封圈和第二密封圈之间的壳体侧壁上，排水口开设在第三密封圈和第四密封圈之间的壳体侧壁上。

进一步，滑动套筒上间隔开设有第一出水口和第二出水口，第一出水口置于第一密封圈和第二密封圈之间，第二出水口置于第二密封圈和第三密封圈之间时，水流依次经过第一出水口和注水口流入封隔器内，以对封隔器充水。

进一步，壳体远离阀组件的一端连接压裂段，第一出水口置于第二密封圈和第三密封圈之间，第二出水口置于第四密封圈和压裂段之间时，水流从第二出水口流入压裂段，以对压裂段进行压裂测试。

进一步，阀组件关闭，第一出水口置于第一密封圈和第二密封圈之间，第二出水口置于第三密封圈和第四密封圈之间时，封隔器内的水流依次经过注水口、第一出水口、第二出水口和排水口排出，以对封隔器进行泄压。

本实用新型的水压致裂法测试地应力装置具有以下优点：

在封隔组件一端连接阀组件，阀组件远离封隔组件的一端连接钻杆，阀组件打开或关闭，以将钻杆内流入到封隔组件内的水流导通或断开，通过阀组件将钻杆内的水流导通或断开，便于及时对封隔组件进行充水或对封隔器进行泄压，泄压时间短，装置不会进入空气，提高测试精度和效率。

附图说明

图1为现有技术水压致裂法测试地应力装置的结构示意图；

图2为现有技术封隔器加压充水的结构示意图；

图3为现有技术压裂段压裂的结构示意图；

图4为现有技术封隔器泄压的结构示意图；

图5为本实用新型水压致裂法测试地应力装置的结构示意图；

图6为本实用新型阀组件的结构示意图；

图7为本实用封隔器加压充水的结构示意图；

图8为本实用压裂段压裂的结构示意图；

图9为本实用封隔器泄压的结构示意图。

图中标记说明：

1、封隔组件；11、壳体；111、注水口；112、排水口；12、滑动套筒；121、第一出水口；122、第二出水口；123、第三出水口；13、注水管；14、封隔器；2、阀组件；21、阀本体；22、封堵结构；221、封堵球；222、弹性件；23、水流通道；24、调节杆；3、压裂段；4、钻杆；5、第一密封圈；6、第二密封圈；7、第三密封圈；8、第四密封圈；9、第五密封圈；10、第六密封圈。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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实用新型中的具体含义。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

下面参照附图1至附图9描述本实用新型的水压致裂法测试地应力装置。

如图1至图4所示，现有技术的水压致裂法测试地应力装置，包括封隔组件1，封隔组件1一端连接钻杆4，封隔组件1另一端连接压裂段3。封隔组件1包括壳体11，壳体11内滑动设置有滑动套筒12，滑动套筒12一端与钻杆4的出水口连接，滑动套筒12另一端封闭。封隔组件1还包括注水管13和封隔器14，壳体11上开设有注水口111，注水管13一端与注水口111连通，以使壳体11内的水进入到注水管13内，注水管13另一端与封隔器14连接。壳体11上还开设有排水口112，现有技术中，滑动套筒12和壳体11内壁之间间隔设置有第五密封圈9和第六密封圈10，出水口开设在第五密封圈9远离第六密封圈10一侧的壳体11侧壁上，排水口112开设在第五密封圈9和第六密封圈10之间的壳体11侧壁上。钻杆4连接高压泵，通过高压泵将水抽入钻杆4中对封隔组件1进行充水。

如图2所示，滑动套筒12上开设有第三出水口123，第三出水口123置于第五密封圈9远离第六密封圈10的一端时，第五密封圈9将高压泵注入的高压水封闭在第五密封圈9远离第六密封圈10的一侧，使其不进入压裂段3，水流直接通过注水管13注入封隔器14内，使封隔器14膨胀，封隔器14膨胀与钻孔孔壁紧密接触，达到密封应力压裂段3的目的。封隔器14设置有两端，注水管13均与两个封隔器14连通，压裂段3处于两个封隔器14之间，水流方向为图2中L1所示的方向。

如图3所示，封隔器14封隔后，钻杆4带动滑动套筒12移动，第三出水口123置于第六密封圈10远离第五密封圈9的一侧时，此时第六密封圈10将高压泵注入的水与封隔器14内的水隔开，封隔器14在原有水压下继续保持膨胀将压裂段3进行密封，第三出水口123与压裂段3连通，高压泵注入的水直接进入压裂段3，持续加压，直到将压裂段3压裂为完成一次测试，水流方向为图2中L1所示的方向。

如图4所示，压裂段3压裂完成后，将封隔器14泄压后，才能将整个装置移动到下一位置继续测试。当钻孔内没有地下水，孔深超过100米时，需将钻杆4内水放完后，封隔器14才能泄压。具体地，将活动套筒的第三出水口123移至第五密封圈9与第六密封圈10之间，钻杆4内的水在重力作用下通过活动套筒的第三出水口123流至排水口112，将钻杆4内水排到钻孔内，当钻孔内水位与钻杆4内水位一致时，将滑动套筒12移动到壳体11的最上端，封隔器14内的水在封隔器14的收缩下排到钻杆4内，解除封隔，此时可将整个装置移动到下一位置进行下一个试验，水流方向为图4中L3所示的方向。

上述现有技术中的装置，钻孔较深时泄压和再次充水时间较长，以500米为例，某一压裂段3完成后，从泄压完成到移动至下一个位置，再次充水排气需要1小时以上时间，严重影响测试效率。而且再次充水排气时，钻杆4内空气排不干净，由于空气在高压下收缩较大，影响测试精度。

因此，亟需设计一种水压致裂法测试地应力装置，解决以上提到的现有技术中的水压致裂法测试地应力装置在对某一压裂段3测试完成后，从泄压完成到移动至下一个位置，再次充水排气所需时间长，严重影响测试效率，而且再次充水排气时，钻杆4内空气排不干净，影响测试精度的问题。

如图5至图9所示，本实用新型中的水压致裂法测试地应力装置，包括封隔组件1，封隔组件1一端连接阀组件2，封隔组件1另一端连接压裂段3，阀组件2远离封隔组件1的一端连接钻杆4，阀组件2打开或关闭，以将钻杆4内流入到封隔组件1内的水流导通或断开，当阀组件2打开时，水流对封隔组件1充压，并对压裂段3加压，当阀组件2关闭时，封隔组件1内的水流流入压裂段3泄压。

在封隔组件1一端连接阀组件2，阀组件2远离封隔组件1的一端连接钻杆4，阀组件2打开或关闭，以将钻杆4内流入到封隔组件1内的水流导通或断开，通过阀组件2将钻杆4内的水流导通或断开，便于及时对封隔组件1进行充水或对封隔器14进行泄压，泄压时间短，装置不会进入空气，提高测试精度和效率。

进一步，如图6所示，阀组件2包括阀本体21和封堵结构22，阀本体21上开设有水流通道23，封堵结构22设置在水流通道23内，封堵结构22用于封堵水流通道23或将水流通道23打开。其中，封堵结构22包括封堵球221和弹性件222，水流通道23包括进水口和出水口，进水口与钻杆4连通，出水口与封隔组件1连通，封堵球221与进水口抵接或分离，以使水流通道23导通或断开。弹性件222一端抵接在阀本体21内，另一端与封堵球221抵接，以使封堵球221对进水口封堵。本实施例中，通过设置阀组件2，当需要泄压时，阀组件2关闭，将钻杆4内的水流阻断，将封隔器14内的水与压裂段3连通，封隔器14与压裂段3之间相当于内循环，排放速度快，相比于现有技术中还需要将钻杆4中的水从排水口112排出后，再将封隔器14内的水排入钻杆4内进行泄压，本实施例中设置阀组件2，可以通过阀组件2关闭来阻断钻杆4内水的流动，而不必将钻杆4内的水排出，钻杆4内不会进入空气，泄压时间快，提高了工作效率。本实施例中，弹性件222为弹簧。本实施例中，水流的方向为图6中L7所示的方向。

进一步，如图6所示，阀组件2还包括调节杆24，调节杆24螺接设置在阀本体21上，调节杆24与弹性件222远离封堵球221的一端抵接，调节杆24用于调节弹性件222的弹力。通过弹簧的压缩度来控制压力，弹簧压缩时，将封堵球221压在进水口，封堵球221将进水口封堵，将钻杆4内的水封住，当钻杆4内水的压力大于弹簧的压力后，封堵球221与进水口分离，钻杆4内水对装置进行供水，完成试验。弹簧压缩得越短，压力越大，设定压力在1MPa-20MPa，可完成2000米深的钻孔测量，满足一般的工程勘察要求，需要更大压力时，可更换不同弹力的弹簧。

进一步，如图7至图9所示，壳体11上还开设有排水口112，滑动套筒12和壳体11内壁之间间隔设置有第一密封圈5、第二密封圈6、第三密封圈7和第四密封圈8，出水口开设在第一密封圈5和第二密封圈6之间的壳体11侧壁上，排水口112开设在第三密封圈7和第四密封圈8之间的壳体11侧壁上。

进一步，如图7所示，滑动套筒12上间隔开设有第一出水口121和第二出水口122，第一出水口121置于第一密封圈5和第二密封圈6之间，与封隔器14注水管13连通，第二出水口122置于第二密封圈6和第三密封圈7之间时，为一个封闭空间，水流依次经过第一出水口121和注水口111流入封隔器14内，以对封隔器14充水，使封隔器14膨胀，并与钻孔孔壁紧密接触，达到密封应力压裂段3的目的，水流方向为图7中L4所示的方向。

进一步，如图8所示，壳体11远离阀组件2的一端连接压裂段3，第一出水口121置于第二密封圈6和第三密封圈7之间，为一个封闭空间，第二出水口122置于第四密封圈8和压裂段3之间时，水流从第二出水口122流入压裂段3，以对压裂段3进行压裂测试，高压泵注入的水直接进入压裂段3，持续加压，直到将压裂段3反复压裂完成测试为止。水流方向为图8中L5所示的方向。

进一步，如图9所示，阀组件2关闭，第一出水口121置于第一密封圈5和第二密封圈6之间，与封隔器14注水管13连通，第二出水口122置于第三密封圈7和第四密封圈8之间时，与排水口112连通，此时封隔器14受压裂段3高压压缩，封隔器14内的水流依次经过注水口111、第一出水口121、第二出水口122和排水口112排出到钻孔中，以对封隔器14进行泄压，完成一次试验，可以将封隔器14移动到下一段继续试验。此状态下，钻杆4内水被阀组件2隔断，仍然在钻杆4内，不需要排放。水流方向为图9中L6所示的方向。进入下一段试验后，阀组件2打开，钻杆4内的水可以直接对封隔器14加压或对压裂段3压裂。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，包括封隔组件，封隔组件一端连接阀组件，封隔组件另一端连接压裂段，阀组件远离封隔组件的一端连接钻杆，阀组件打开或关闭，以将钻杆内流入到封隔组件内的水流导通或断开，当阀组件打开时，水流对封隔组件充压，并对压裂段加压，当阀组件关闭时，封隔组件内的水流流入压裂段泄压。

2.根据权利要求1所述的水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，阀组件包括阀本体和封堵结构，阀本体上开设有水流通道，封堵结构设置在水流通道内，封堵结构用于封堵水流通道或将水流通道打开。

3.根据权利要求2所述的水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，封堵结构包括封堵球，水流通道包括进水口和出水口，进水口与钻杆连通，出水口与封隔组件连通，封堵球与进水口抵接或分离，以使水流通道导通或断开。

4.根据权利要求3所述的水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，封堵结构还包括弹性件，弹性件一端抵接在阀本体内，另一端与封堵球抵接，以使封堵球对进水口封堵。

5.根据权利要求2所述的水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，阀组件还包括调节杆，调节杆螺接设置在阀本体上，调节杆与弹性件远离封堵球的一端抵接，调节杆用于调节弹性件的弹力。

6.根据权利要求3所述的水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，封隔组件包括壳体，壳体内滑动设置有滑动套筒，滑动套筒一端与水流通道的出水口连接，滑动套筒另一端封闭。

7.根据权利要求6所述的水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，封隔组件还包括注水管和封隔器，壳体上开设有注水口，注水管一端与注水口连通，以使壳体内的水进入到注水管内，注水管另一端与封隔器连接。

8.根据权利要求6所述的水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，壳体上还开设有排水口，滑动套筒和壳体内壁之间间隔设置有第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈和第四密封圈，出水口开设在第一密封圈和第二密封圈之间的壳体侧壁上，排水口开设在第三密封圈和第四密封圈之间的壳体侧壁上。

9.根据权利要求8所述的水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，滑动套筒上间隔开设有第一出水口和第二出水口，第一出水口置于第一密封圈和第二密封圈之间，第二出水口置于第二密封圈和第三密封圈之间时，水流依次经过第一出水口和注水口流入封隔器内，以对封隔器充水。

10.根据权利要求9所述的水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，壳体远离阀组件的一端连接压裂段，第一出水口置于第二密封圈和第三密封圈之间，第二出水口置于第四密封圈和压裂段之间时，水流从第二出水口流入压裂段，以对压裂段进行压裂测试。

11.根据权利要求8所述的水压致裂法测试地应力装置，其特征在于，阀组件关闭，第一出水口置于第一密封圈和第二密封圈之间，第二出水口置于第三密封圈和第四密封圈之间时，封隔器内的水流依次经过注水口、第一出水口、第二出水口和排水口排出，以对封隔器进行泄压。

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