小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器制造技术

本发明专利技术公开了一种小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，包括双回路安装杆连接头、一个上封隔器、一个带喷水孔的连接器、一个下封隔器和一个下堵头；双回路安装杆连接头、上封隔器、带喷水孔的连接器、下封隔器和下堵头依次紧密相连。本发明专利技术的有益效果是：实现了在小直径钻孔内的水压致裂原地应力测量方案，本跨接式封隔器有Φ30mm和Φ39mm两种规格，结构简单，组装便捷，通过双回路安装杆连接头、上封隔器、带喷水孔的连接器、下封隔器和下堵头这五个部件实现了小直径钻孔内水压致裂原地应力测量的测试段密封及高压液体的喷射。

【技术实现步骤摘要】
小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器
本专利技术涉及一种小直径岩体测试工具，具体地说，涉及一种小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器。
技术介绍
Hubbert和Willis于1957年提出井孔液体压裂所产生的裂缝与岩体中所赋存的应力状态密切相关，并指出岩体压力并非处于静水压力状态。Kehle（1964）首次对封隔器隔离的实验段的井孔周边的应力分布进行了简单分析，并指出封隔器的影响使孔壁周边形成剪应力区。Fairhurst（1964）是第一位提出利用水压致裂技术来测量原地应力的科学家，并指出了水压致裂技术的诸多优点。Haimson和Fairhurst（1967）指出井壁上产生的裂缝与以下三个因素有关，①地壳应力，②水压致裂的液体压力与孔隙水压力之间的差应力；③岩体渗透的径向流量，这些理论分析奠定了经典水压致裂测试技术的理论基础。Haimson（1968）在其博士论文中对水压致裂原地应力测试技术从实验和理论两个方面进行了全面分析和完善。以上这些重要工作为水压致裂原地应力测试技术应用于工程实践奠定了理论和实验基础。真正意义的应力测量工程实践是由VonSchonfeldt和Fairhurst（1970）领导的研究组在明尼苏达州的一个地下花岗岩岩体中展开的；随后，在Rangely油田也开展了类似的应力测量和研究工作（Haimson，1973；Raleigh等，1976）。从此，水压致裂应力测量正式进入工程实践领域。1987年和2003年，国际岩石力学学会都把水压致裂原地应力测量方法作为一种主要的应力估算方法来推荐，也奠定了水压致裂原地应力测量技术作为应力测试方法的重要地位。中国的地应力测量工作稍迟于国外，五十年代末，李四光和陈宗基教授分别指导地质力学所和三峡岩基专题研究组开始的。1980年10月，由李方全教授领导的研究组在河北易县首次成功地进行了水压致裂法地应力测量（李方全，1980），随后中国地震局地壳应力研究所研制成功轻便型水压致裂测量设备（李方全，1981；丁健民，1990；安其美，1996；郭啟良，1999）。水压致裂测试技术开始在中国的各行各业得到广泛的应用推广。到目前为止，中国国内使用的主要的水压致裂测试方法均遵守国际岩石力学学会所推荐的方法。关于水压致裂原地应力测量的设备目前主要分为五大类：（1）重型缆线式水压致裂原地应力测量设备，以瑞士MESY-SOLEXPERTS设备为代表；（2）轻便缆线型水压致裂原地应力测量设备，主要以日本OYO公司和澳大利亚的CSIRO组织制造的浅孔测试设备为代表；（3以法国Cornet教授和美国Thiercelin教授制作的将水压致裂测试与其它物探录井设备结合到一起的新型水压致裂测试设备为代表；（4）以日本东北大学Ito教授制造的BABHY测试设备为代表；（5）在中国范围内广泛使用的钻杆式水压致裂原地应力测量设备。所有的这些设备中，最小的设备直径为CSIRO组织制造的轻便型水压致裂原地应力测量设备，设备直径为Ф36mm，其次为Ito教授制造的BABHY测试设备，测试钻孔直径为Ф48mm。在国内广泛使用的测量系统由六个部分组成，压力流体控制系统、高压水泵、动力系统、数据记录系统、跨接式封隔器和高压流体输送系统。这种测量系统又分为两类，一种是针对100m的浅孔，可以使用钻杆和耐高压软管分别向封隔器和压裂段供水实现压裂。另外一种设备是针对100m以上的深孔测量，利用一个转换阀将压力液体分别供给压裂段和封隔器，测试系统图如图1和2所示。其中：40、30：钻架，41：高压软管，42、32：钻杆连通测试段，43、33：适配器，44、34：测试段，45、35：封隔器，46、36：压力传感器。通过前面的分析可知，目前国际上还没有直径小于36mm的水压致裂地应力测试系统。但是小直径的水压致裂原地应力测试系统具有设备轻便，对测试加压设备要求低的特点，可以使用高输出压力且低流量的手动加压系统或者两相电的高压油泵加压。与此同时，小直径测试设备对完整岩体的要求低，对于大口径的钻孔来说，按照国际岩石力学学会测试段长度应为钻孔直径的6~7倍，那么对于国内常规的76mm或者94mm地质勘探钻孔而言，加上封隔器长度1.0m左右，那么对钻孔完整岩体的长度至少为245.6cm~256.4cm，但是对于一个直径为32mm的钻孔而言，只需要大约99.2cm长的完整岩体长度，仅为原来的不到40%，在相同的工况条件下，就可以使得测试数据量多出一倍多。与此同时，钻孔钻造费用会随着钻孔孔径的变小而降低，这就大大降低了原地应力的测试费用，小直径钻孔的测试时间也会随之缩短，进而使得测试费用大大降低。因此，小直径原地应力测试设备的研发，对于推动水压致裂原地应力测量和促进原有技术升级革新具有重要的社会意义和经济意义。对于小直径水压致裂测试系统，由于常规水压致裂原地应力测试所使用的钻杆、高压胶管等器材直径过大，无法采用原来的技术途径来将高压液体和测试设备安设到预定位置。本专利技术采用既有技术路线，采用双回路结构，通过封隔器内两条回路分别给压裂段和封隔器密封段提供高压液体，设计并制造小直径水压致裂测试装置的跨接式封隔器。
技术实现思路
本专利技术正是为了解决上述技术问题而设计的一种小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，包括双回路安装杆连接头、一个上封隔器、一个带喷水孔的连接器、一个下封隔器和一个下堵头；双回路安装杆连接头、上封隔器、带喷水孔的连接器、下封隔器和下堵头依次紧密相连。所述小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，双回路安装杆连接头的材质为304不锈钢，其两端有螺纹，分别连接双回路安装杆和上封隔器，双回路安装杆连接头的封隔器进水孔连通封隔器橡胶筒通道，双回路安装杆连接头的压裂段进水孔连通封隔器压裂段通道；双回路安装杆连接头两端各有一圈凹槽，在双回路安装杆连接头连接凹槽处和与封隔器连接凹槽处分别戴O型橡胶密封圈，实现螺纹连接端面密封。所述小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，双回路安装杆连接头的封隔器进水孔和压裂段进水孔，其直径均为Φ6mm。所述小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，上封隔器与下封隔器为同一型号，其内部结构相同，均为扩张式封隔器胶筒，扩张式封隔器胶筒有Φ31mm和Φ39mm两种型号；该两种封隔器耐压均达到40MPa，耐温达到130℃。所述小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，上、下封隔器均包括上连接段、膨胀密封段和下连接段；上、下封隔器两端均带有连接螺纹，中间膨胀密封段内部有增强其强度的钢片。所述小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，带喷水孔的连接器材质为304不锈钢，连接器两端有螺纹，将上、下两个封隔器连接起来；连接器中有两个通道，分别是封隔器通道和压裂段通道；其中压裂段通道中间穿过一根Φ6mm，壁厚1.5mm的不锈钢管，该钢管与下堵头底部牢牢焊接在一起；在连接器上有三个连接到压裂段通道的喷水孔，封隔器通道连接上封隔器和下封隔器的橡胶筒，连接器在上、下封隔器连接凹槽处戴O型橡胶密封圈，实现螺纹连接端面密封。所述小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，下堵头材质为304不锈钢，其前端有螺纹与下封隔器连接，后端在表面滚十字花增加其摩擦力，下堵头中部焊接一根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，包括双回路安装杆连接头(1)、一个上封隔器(2)、一个带喷水孔(3)的连接器(4)、一个下封隔器(7)和一个下堵头(8)；其特征在于：双回路安装杆连接头(1)、上封隔器(2)、带喷水孔(3)的连接器(4)、下封隔器(7)和下堵头(8)依次紧密相连。

【技术特征摘要】
1.一种小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，包括双回路安装杆连接头(1)、一个上封隔器(2)、一个带喷水孔(3)的连接器(4)、一个下封隔器(7)和一个下堵头(8)；其特征在于：双回路安装杆连接头(1)、上封隔器(2)、带喷水孔(3)的连接器(4)、下封隔器(7)和下堵头(8)依次紧密相连。2.根据权利要求1所述的小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，其特征在于：双回路安装杆连接头(1)的材质为304不锈钢，其两端有螺纹，分别连接双回路安装杆和上封隔器，双回路安装杆连接头(1)的封隔器进水孔(5)连通封隔器橡胶筒通道(12)，双回路安装杆连接头(1)的压裂段进水孔(6)连通封隔器压裂段通道(13)；双回路安装杆连接头(1)两端各有一圈凹槽(11)，在双回路安装杆连接头连接凹槽(11)处和与封隔器连接凹槽(11)处分别戴O型橡胶密封圈，实现螺纹连接端面密封。3.根据权利要求2所述的小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，其特征在于：双回路安装杆连接头(1)的封隔器进水孔(5)和压裂段进水孔(6)，其直径均为Φ6mm。4.根据权利要求1所述的小直径岩体水压致裂测试跨接式封隔器，其特征在于：上封隔器(2)与下封隔器(7)为同一型号，其内部结构相同均为扩张式封隔器胶筒，扩张式封隔器胶筒有Φ31mm和Φ39mm两种型号；该两种封隔器耐压均达到40MPa，耐温达到130℃。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王成虎，刘一民，高桂云，黄禄渊，王显军，
申请(专利权)人：中国地震局地壳应力研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11