一种井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置与方法制造方法及图纸

本申请公开了一种井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置与方法，涉及地应力测试技术领域。能够在井眼中连续测量不同深度、不同方向上的原始地应力和地层破裂压力，解决测量设备回收困难、地应力测量不准确的难题。该测量装置包括地面操控系统、数据采集与处理系统、井眼膨胀固定器、伺服电机和液压应力测量仪；地面操控系统能够为井眼膨胀固定器和液压应力测量仪提供动力源和牵引力；液压应力测量仪中第二伸缩臂能够对目标地层围岩施加压力，直至地层破裂，并使电阻测距仪两端的电压发生变化；数据采集与处理系统能够采集电阻测距仪两端的电压值和液压泵的输出压力值，计算出第二伸缩臂的长度，并实时绘制压力值与第二伸缩臂的长度的关系曲线。的长度的关系曲线。的长度的关系曲线。

【技术实现步骤摘要】
一种井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置与方法


[0001]本申请涉及地应力测试
，尤其涉及一种井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置与方法。

技术介绍

[0002]地应力是存在于地壳中未受到工程扰动的天然应力，地应力是地壳内部多种因素共同作用的结果。地应力的监测与分析是地震预报工作中的主要内容之一，同时，对于地质灾害的预警和工程施工，促进城市安全发展具有重要意义。随着我国经济持续向好发展，各类大型土木工程建设遍布全球。此外，地热能的开发，地下储气库的建设，页岩气的高效开采，均在快速推进，地应力的准确测量是这些工程设计、施工的重要依据。目前，地应力测量方法主要包括水压致裂法、扁千斤顶法、刚性包体应力计法、声发射法、套孔应力解除法、局部应力解除法、松弛应变测量法、地球物理探测法等。这些地应力测量方法均存在测量设备回收困难，不可重复测量，且测量设备操作复杂难以获得准确地应力数据的问题。地应力测量对于目前的工程设计、施工有巨大的需求，在此背景下，急需提出了一种可以解决测量设备回收困难、地应力测量不准确的难题的井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置与测量方法。

技术实现思路

[0003]本申请的实施例提供一种井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置与方法，能够在井眼中连续测量不同深度、不同方向上的原始地应力和地层破裂压力，从而解决了测量设备回收困难、地应力测量不准确的难题。
[0004]为达到上述目的，一方面，本申请的实施例提供了一种井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置，包括地面操控系统、数据采集与处理系统、井下控制系统和液压应力测量仪；所述地面操控系统能够为所述井下控制系统和所述液压应力测量仪提供动力源和牵引力；所述井下控制系统包括井眼膨胀固定器和伺服电机；所述井眼膨胀固定器的下端固连所述伺服电机的壳体，所述伺服电机的输出轴连接所述液压应力测量仪的上端；所述井眼膨胀固定器包括第一液压驱动组件和第一伸缩臂；所述第一液压驱动组件能够驱动所述第一伸缩臂伸出并抓紧井壁；所述液压应力测量仪包括第二液压驱动组件、第二伸缩臂和电阻测距仪；所述第二液压驱动组件能够驱动所述第二伸缩臂伸出并对目标地层围岩施加连续稳定的压力直至地层破裂，并使电阻测距仪两端的电压发生变化；所述地面操控系统包括液压泵；所述液压泵为所述第一液压驱动组件和第二液压驱动组件提供液动力；所述数据采集与处理系统能够采集所述电阻测距仪两端的电压值和所述液压泵的输出压力值，并根据所述电压值计算出所述液压应力测量仪中的第二伸缩臂的长度，并实时绘制所述液压泵的输出压力值与所述第二伸缩臂的长度的关系曲线。
[0005]进一步地，所述井眼膨胀固定器还包括金属支撑管和金属圆环；所述第一液压驱动组件包括多个井眼膨胀固定器液压缸；多个所述井眼膨胀固定器液压缸沿所述金属支撑
管的周向均布，且每个所述井眼膨胀固定器液压缸的固定端连接在所述金属支撑管的侧壁和所述金属圆环上，所述井眼膨胀固定器液压缸的伸出端均穿过所述金属支撑管的侧壁后与对应的所述第一伸缩臂连接。
[0006]进一步地，所述第一伸缩臂包括第一弧形作用面和设置在第一弧形作用面上的锥状凸起；所述第二伸缩臂包括第二弧形作用面。
[0007]进一步地，所述液压应力测量仪还包括金属壳体，所述第二液压驱动组件包括一个液压应力测量仪液压缸；所述液压应力测量仪液压缸采用双活塞杆液压缸，且所述液压应力测量仪液压缸的两个伸出端均穿过所述金属壳体的侧壁后与对应的所述第二伸缩臂连接。
[0008]进一步地，所述金属壳体为顶部及两侧面设有开口的方形盒体，所述电阻测距仪包括设置在所述金属壳体内的滑动变阻器；所述滑动变阻器的电阻滑动触头通过绝缘支杆连接对应的第二伸缩臂。
[0009]进一步地，所述液压应力测量仪还包括设置在所述金属壳体内的方位测量仪和配重块；所述配重块位于所述金属壳体的底面上，所述方位测量仪固定在所述配重块的上方。
[0010]进一步地，所述地面操控系统还包括绞车和井口支架；所述井眼膨胀固定器的第一液压驱动组件通过井眼膨胀固定器液压管与所述液压泵连接；所述井眼膨胀固定器液压管上设有第一开关阀；所述液压应力测量仪的第二液压驱动组件通过液压应力测量仪液压管与所述液压泵连接；所述液压应力测量仪液压管上设有第二开关阀；所述绞车能够缠绕或松开所述井眼膨胀固定器液压管和所述液压应力测量仪液压管；所述井口支架能够将所述液压管线的延伸方向由水平方向转换为竖直方向。
[0011]进一步地，所述地面操控系统还包括电源，所述液压应力测量仪和所述伺服电机均通过电缆与所述电源连接；所述绞车能够缠绕或松开所述电缆和所述液压管线。
[0012]进一步地，所述数据采集与处理系统包括计算机、数据接收卡、数据处理单元、电子电压表和压力传感器；所述电子电压表用于采集所述电阻测距仪两端的电压；所述压力传感器用于采集所述液压泵的输出压力；所述数据接收卡和所述数据处理单元均集成在所述计算机内；所述电子电压表和所述压力传感器与所述数据接收卡和所述数据处理单元均电连接。
[0013]另一方面，本申请的实施例还提供了一种基于上述井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置的测量方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一、在下入被测井之前将液压应力测量仪调制平衡；
[0015]步骤二、通过地面控制系统将井眼膨胀固定器、伺服电机和液压应力测量仪下入至预设深度点；
[0016]步骤三、启动液压泵驱动井眼膨胀固定器中的第一伸缩臂伸展并顶紧在井壁上，然后切断所述液压泵与所述井眼膨胀固定器之间的管路；
[0017]步骤四、通过地面控制系统驱动所述伺服电机旋转至预设的方位角，所述伺服电机带动所述液压应力测量仪转到预设的方位；
[0018]步骤五、液压泵持续加压驱动液压应力测量仪中的第二伸缩臂持续伸展直至地层破裂；
[0019]步骤六、所述数据采集与处理系统采集所述电阻测距仪两端的电压值和所述液压
泵的输出压力值，并根据所述电压值计算出所述液压应力测量仪中的第二伸缩臂的长度，并实时绘制所述液压泵的输出压力值与所述第二伸缩臂的长度的关系曲线图；
[0020]步骤七、实时分析关系曲线图，获取该方向上的原始地应力值和地层破裂压力；所述该方向上的原始地应力值为液压泵的输出压力值随着第二伸缩臂的长度增加而突然增大的第一个拐点值；所述地层破裂压力值为压力随着第二伸缩臂的长度增加而突然减小的拐点值；
[0021]步骤八、测完一个深度点的原始地应力和地层破裂压力后，通过液压泵驱动井眼膨胀固定器中的第一伸缩臂和液压应力测量仪中的第二伸缩臂收回，然后在上提或下放液压应力测量仪至下一个深度点，并重复步骤三至步骤七，直至的得到所有预设深度点的原始地应力值和地层破裂压力值；
[0022]步骤九、分析不同深度、不同方向地应力大小和方向，确定出被测井所在地区的最大主应力和最小主应力的大小以及方向。
[0023]本申请相比现有技术具有以下有益效果：
[0024]1、本申请实施例通过液压泵驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置，其特征在于，包括地面操控系统、数据采集与处理系统、井下控制系统和液压应力测量仪；所述地面操控系统能够为所述井下控制系统和所述液压应力测量仪提供动力源和牵引力；所述井下控制系统包括井眼膨胀固定器和伺服电机；所述井眼膨胀固定器的下端固连所述伺服电机的壳体，所述伺服电机的输出轴连接所述液压应力测量仪的上端；所述井眼膨胀固定器包括第一液压驱动组件和第一伸缩臂；所述第一液压驱动组件能够驱动所述第一伸缩臂伸出并抓紧井壁；所述液压应力测量仪包括第二液压驱动组件、第二伸缩臂和电阻测距仪；所述第二液压驱动组件能够驱动所述第二伸缩臂伸出并对目标地层围岩施加连续稳定的压力直至地层破裂，并使电阻测距仪两端的电压发生变化；所述地面操控系统包括液压泵；所述液压泵为所述第一液压驱动组件和第二液压驱动组件提供液动力；所述数据采集与处理系统能够采集所述电阻测距仪两端的电压值和所述液压泵的输出压力值，并根据所述电压值计算出所述液压应力测量仪中的第二伸缩臂的长度，并实时绘制所述液压泵的输出压力值与所述第二伸缩臂的长度的关系曲线。2.根据权利要求1所述的井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置，其特征在于，所述井眼膨胀固定器还包括金属支撑管和金属圆环；所述第一液压驱动组件包括多个井眼膨胀固定器液压缸；多个所述井眼膨胀固定器液压缸沿所述金属支撑管的周向均布，且每个所述井眼膨胀固定器液压缸的固定端连接在所述金属支撑管的侧壁和所述金属圆环上，所述井眼膨胀固定器液压缸的伸出端均穿过所述金属支撑管的侧壁后与对应的所述第一伸缩臂连接。3.根据权利要求1所述的井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置，其特征在于，所述第一伸缩臂包括第一弧形作用面和设置在第一弧形作用面上的锥状凸起；所述第二伸缩臂包括第二弧形作用面。4.根据权利要求1所述的井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置，其特征在于，所述液压应力测量仪还包括金属壳体，所述第二液压驱动组件包括一个液压应力测量仪液压缸；所述液压应力测量仪液压缸采用双活塞杆液压缸，且所述液压应力测量仪液压缸的两个伸出端均穿过所述金属壳体的侧壁后与对应的所述第二伸缩臂连接。5.根据权利要求4所述的井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置，其特征在于，所述金属壳体为顶部及两侧面设有开口的方形盒体，所述电阻测距仪包括设置在所述金属壳体内的滑动变阻器；所述滑动变阻器的电阻滑动触头通过绝缘支杆连接对应的第二伸缩臂。6.根据权利要求4所述的井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置，其特征在于，所述液压应力测量仪还包括设置在所述金属壳体内的方位测量仪和配重块；所述配重块位于所述金属壳体的底面上，所述方位测量仪固定在所述配重块的上方。7.根据权利要求1所述的井眼原始地应力和地层破裂压力测量装置，其特征在于，所述地面操控系统还包括绞...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵先杰，韩森伟，高文龙，林景昱，马胜利，张宏远，崔天琪，胡紫薇，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：