[实用新型]带有加压泄压控制开关的水压致裂法地应力测试试验装置

说明书

本实用新型公开了一种带有加压泄压控制开关的水压致裂法地应力测试试验装置，包括活塞组件、阀体、橡胶栓塞，阀体内有两个流体管路，分别对橡胶栓塞加压与泄压、压裂段加压，这两个流体管路由阀体内4道密封圈槽分隔开，与卡位变径连接的活塞在阀体不同位置停留，可以分别对两个流体通道加压、泄压，从而实现先对橡胶栓塞的充液打压，停液保压；再对压裂段加压；最后对橡胶栓塞泄压功能。

技术领域

本实用新型属于水压致裂法地应力测量领域，具体涉及一种带有加压泄压控制开关的水压致裂法地应力测试试验装置，通过该装置实现干钻孔内水压致裂法地应力测试，尤其是解决测量过程中的压力转换及加压、泄压问题。

背景技术

地应力是存在于地层中的天然应力，它是造成地下厂房及其他地下工程变形、破坏的根本作用力。因此，地应力的大小、方向直接影响到地下工程围岩的稳定性，测量地下工程初始应力，研究围岩的应力分布特征是进行地下工程围岩稳定性分析，以及实现地下工程开挖设计科学化的必要前提。水压致裂法是地应力测量应用最广泛最普遍的方法。

水压致裂法地应力测量有单通道和双通道两种液体加压方式，其中单通道法设备简单，安装拆卸方便。单通道测试时，加压设备设在井口地面处，在岩体钻孔中，当设备下放到预定的测试深度后，首先要通过钻杆对橡胶封隔栓塞加压，上下两个橡胶栓塞同时膨胀，被这两个膨胀的橡胶栓塞封隔的钻孔岩体为试验段；下放活塞系统，切换流体通道到试验段，对试验段进行泵入液体打压(此时上下两个橡胶封隔栓塞仍为膨胀保压状态)，直至封隔段钻孔岩体破裂，记录试验过程中泵入的液体压力变化曲线，根据特征值计算地应力大小，这就完成了一段测试；之后提升钻杆及控制阀，卸掉封隔栓塞中的压力，使其在自身弹性状态下恢复原状，进行下一段测试。

如图1所示，为现有技术的水压致裂法地应力测试试验装置，包括活塞组件、阀体、橡胶栓塞，活塞组件包括与钻杆依次连接的卡位变径12、活塞14，阀体15上设有中空腔体，阀体15内自上而下设有膨胀输水通道15-5、压裂输水通道15-4、泄压孔15-2和密封圈槽15-1，限位套筒13相接于阀体15上方，内有贯通空间，可以限制卡位变径12、活塞4、钻杆的上下移动，卡位变径12上方与钻杆相接，下方与活塞14相接，卡位变径设置有过水通道；活塞4内设置有与上方卡位变径12相接的输水通道14-1，输水通道14-1下方设置有与其相接的均匀布置的输水孔14-2，活塞14插入阀体15内，可以停留在阀体15内不同的位置，活塞不同的位置对应不同的阀体流体通道15-4、15-5和泄压孔15-2，阀体 15上设置有4道密封圈槽15-1，在槽内安装密封圈及四氟垫，与活塞14一起密封分隔各个流体通道。活塞14位于上工位，第一、二道密封圈起密封作用，活塞输水孔14-2与阀体内的膨胀输水通道15-5对应，流体通过膨胀输水通道15-5 进入阀体下方的橡胶封隔栓塞17内腔；活塞从最底部上拉到中工位，第二、三道密封圈起密封作用，活塞输水孔14-5与阀体上的泄压孔15-5连通，钻杆内流体经泄压孔15-5排出；活塞位于下工位，第三、四道密封圈起密封作用，活塞输水孔14-2与阀体内的压裂输水通道15-4连接，流体通过压裂输水通道15-4 进入的压裂钢管18，并通过压裂孔进入上下橡胶封隔栓塞7之间的试验段，以压裂钻孔内岩体。所述阀体15下端设置有排气孔15-6，该排气孔与外界连通，以消除活塞在阀体内运动时气体压缩产生的反作用力。

但是上述结构存在以下问题：当切换流体通道到试验段时，连接加压装置与橡胶栓塞的钻杆内是满水高压状态，密封圈在活塞输水孔喷射出的高压水流多次通过后易产生疲劳发生破损，封闭性能降低，橡胶栓塞降压，钻孔岩体试验段未被封隔，导致试验失败。

在钻孔内无水或水位较低情况下，连接加压装置与封隔栓塞的钻杆内是满水状态，此时橡胶栓塞外部没有外水压力，尤其是当试验段较深时，橡胶栓塞因承受上方钻杆内的水柱压力，无法恢复原状，处于膨胀状态，紧贴孔壁，形成卡钻现象，无法上下移动导致实验失败。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种带有加压泄压控制开关的水压致裂法地应力测试试验装置，依靠单通道方法，实现利用钻杆向栓塞和试验段分别进行加压泄压的功能。