[实用新型]一种用于测量深部岩体三维地应力的装置

说明书

本实用新型公开了一种用于测量深部岩体三维地应力的装置，主探测部包括环形槽切割、岩石表面打磨、涂胶及应变片剥离、应变片贴片装置，将各部件通过螺钉连接在移动机架及密封组件上，回转装置位于内封套上方并通过螺钉固定在上端套上；热风机及主动力电机位于内封套上方并通过螺钉固定在上机座板上；应变片贴片装置布置在环形槽切割装置薄壁取芯钻头内；纵移机构位于主探测部底部并通过螺钉固定在下端；内封套与下机座板通过纵向连接板及纵向连接杆连接；下机板座与纵移推杆座通过纵向连接套连接；纵移推杆座通过纵移推杆套与纵移机构连接。结构简单，防水效果更好，耐压强度更大，适用于更深的钻孔测试条件，提高了测试精度。

技术领域

本实用新型属于岩土力学现场测量技术领域，更具体涉及一种用于测量深部岩体三维地应力的装置，它适用于深部垂直钻孔特别是页岩气勘查钻孔的测试环境。

背景技术

在岩土自重以及构造作用等多种因素的作用下，岩体本身赋存有内应力，其大小方向分布十分复杂，因地而异。从目前的研究上来看，地应力的分布特征深刻影响到水利、采矿、油气开采、交通工程等领域，已经被视为设计及施工工作中基础数据资料的重要组成部分。随着页岩气等非常规油气资源受到越来越多的重视，如何在垂直勘察孔中测量深部页岩气储层的地应力状态成为评价页岩气可采资源量的诸多挑战之一。目前，较为成熟的地应力测试方法包括水压制裂法，应力解除法，钻孔崩落法，非弹性应变法等，其中以水压制裂法和应力解除法最为常用。前者在计算地应力过程中需要假设某一主应力方向与钻孔轴线方向一致，可能会造成较大误差使结果不可信；后者主要存在深孔取芯过程中容易断芯的弊病。

经过现有技术的文献检索发现，中国发明专利《地质钻孔孔壁围岩应变测量装置》(侯明勋，凃光骞，葛修润，发明专利号：ZL200810034564.1.国家知识产权局，2011年04月)以及中国发明专利《基于BWSRM原理的水平孔地应力测量装置》(葛修润，侯明勋，凃光骞，发明专利号：ZL201210559619.7.国家知识产权局，2013年03月)基于钻孔局部壁面应力解除法(BWSRM)提出了在垂直孔以及水平孔中进行三维地应力测量的方法。这两套设备由封隔装置、应变测量装置、推送机构、密封电缆接头等部分组成。其中《地质钻孔孔壁围岩应变测量装置》中所述的仪器适用于数百米深，直径为156mm的地质钻孔；《基于BWSRM原理的水平孔地应力测量装置》中所述仪器适用于地下洞室或矿山巷道内的近水平孔内，深度也较浅。在应变测量主工作部部分，均采用打磨机具部分与环形槽切割装置沿设备轴线方向一致的排布方式。同时各种电子设备(包括电机，应变采集装置，控制装置)均直接布置在设备外套内部。在实际测量过程中，上述两种设备所要求的完全应力解除长度均比传统的套芯技术所要求的长度短很多。并且全程采用自动化操作，可靠度以及测量精度距较高。但是针对复杂钻孔条件，特别在是深垂直地质勘察孔进行地应力测量，还存在以下不足之处：

1、页岩气勘察孔孔径一般小于150mm，而目前各部件的排布形式无法满足进一步缩小直径的要求；

2、深垂直钻孔由于钻井液的存在，水头压力很高。深度超过1500m后，保守估计水压将超过30MPa。采用目前单层外套的形式很难满足耐压要求，并且如果发生进水情况，内部电子元件将严重受损，使仪器无法正常运作；

3、目前仪器主工作段过长，而孔内封隔排水能力有限，增加孔壁失稳危险，需要进一步减小纵向尺寸。

发明内容

本实用新型的目的在于解决上述钻孔局部壁面应力解除法装置的不足之处，是在于提供了一种地应力测量旋转测试平台的密封装置，结构简单，使用方便，仪器设备制造成本低，适用于常用的130mm页岩气勘察孔，通过将岩石表面打磨装置与环形槽切割装置、应变片贴片装置布置在旋转平台上，使探测部长度减小6-7cm，减小了封隔后孔壁失稳的可能，机身采用内外套形式，防水效果更好，增加了仪器的耐压性能，使其适用于深部有压钻孔，使封隔效果更好，耐压强度更大，适用于更深的钻孔测试条件，整个测试过程均采用自动化操作，减小了人为干预，提高了测试精度。