一种考虑温度效应的地应力测量装置及测量方法制造方法及图纸

一种考虑温度效应的地应力测量装置及测量方法，属于高地温区域地应力测量技术领域，所述测量装置包括机架、加压杆、电加热装置、高压油管、客户端、液压动力站、第一引伸计、第二引伸计、温度传感器及液压缸，客户端通过导线分别与电加热装置、液压动力站、第一引伸计、第二引伸计、温度传感器、液压缸及设置在加压杆上的压力传感器连接；电加热装置用于对放置在其内部的岩样加热；第一引伸计用于采集岩样的轴向应变数据；第二引伸计用于采集岩样的径向应变数据，温度传感器用于采集岩样温度，压力传感器所采集加压杆的施加压力数据。所述方法采用上述考虑温度效应的地应力测量装置进行测量，本发明专利技术使得在高地温区域地应力测量的可靠性提高。

A device for in-situ stress measurement considering temperature effect and its measurement method

A geostress measuring device and measuring method considering temperature effect belong to the technical field of geostress measurement in high geothermal area. The measuring device includes frame, pressure bar, electric heating device, high-pressure oil pipe, client, hydraulic power station, first extensometer, second extensometer, temperature sensor and hydraulic cylinder. The client is separately connected with electric heating device and hydraulic dynamic cylinder through wire. The power station, the first extensometer, the second extensometer, the temperature sensor, the hydraulic cylinder and the pressure sensor installed on the pressure bar are connected; the electric heating device is used to heat the rock sample placed inside it; the first extensometer is used to collect the axial strain data of the rock sample; the second extensometer is used to collect the radial strain data of the rock sample, and the temperature sensor is used to collect the temperature and pressure transmission of the rock sample. The pressure data of the pressure bar are collected by the sensor. The method adopts the above-mentioned in-situ stress measuring device considering temperature effect to measure, and the invention improves the reliability of in-situ stress measurement in high geothermal region.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑温度效应的地应力测量装置及测量方法
本专利技术属于高地温区域地应力测量
，特别涉及一种考虑温度效应的地应力测量装置及测量方法。
技术介绍
随着我国资源勘探深度的增加，及地热资源勘探开发力度的加大，地应力测量越来越多地涉及到高温岩石。当钻达预定深度并取出高温岩样后，岩石的温度在自然条件下会逐渐降低，岩石的力学特性将由高温时的偏塑性向常温时的偏弹性转变，内应力大小及方向也会发生变化，而这将导致所测得的原位地应力存在误差，因此有必要实现高温岩样的地应力测量。目前地应力测试方法有水压致裂法、应力解除法、应变恢复法、DRA法(Deformationrateanalysis，变形速率分析法)、声发射效应法等。水压致裂法是直接将测量仪器放入孔底进行地应力测量的方法，因其操作复杂并不适合于深孔作业，且其主应力方向难以准确确定；应力解除法存在操作复杂的问题；应力恢复法只适用于浅部地层；声发射效应法是根据岩心内裂纹的张开、闭合情况进行地应力确定，高温会影响应力状态进而影响裂纹的状态，因此也不适用于深孔高温地层的应力测量。DRA法由于其经济、高效、操作简单等优势，目前已成为一种主要的测量地应力方法。但在测量过程中，由于未考虑温度对岩石内应力状态的影响，存在在高温区测量地应力可靠性差的问题。
技术实现思路
为解决现有的DRA地应力测量方法尚未考虑温度效应的问题，存在在高温区测量地应力可靠性差的问题，本专利技术的目的是提供一种考虑温度效应的地应力测量装置及测量方法，该测量装置结构简单，能够对岩石样品进行快速、均匀加热，当加热至预定温度后，通过所述测量装置测量考虑温度效应的地应力，提高所得结果的可靠性，拓展DRA地应力测量方法的应用范围。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：本专利技术提供了一种考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，包括：机架、加压杆、电加热装置、高压油管、客户端、液压动力站、第一引伸计、第二引伸计、温度传感器及液压缸，所述液压缸安装在机架的底部中央位置，液压缸通过高压油管与液压动力站连接，液压缸的活塞杆与加压杆上部连接；所述加压杆的下部设置有压力传感器；所述客户端通过导线分别与电加热装置、液压动力站、第一引伸计、第二引伸计、温度传感器、液压缸及设置在加压杆上的压力传感器连接；所述电加热装置用于对放置在其内部的岩样加热；第一引伸计安装在岩样上，第一引伸计用于采集岩样的轴向应变数据；所述第二引伸计安装在岩样上，第二引伸计用于采集岩样的径向应变数据，温度传感器的探头设置在岩样的侧壁上，温度传感器用于采集岩样温度。所述考虑温度效应的地应力测量装置还包括支撑杆，支撑杆用于固定机架。所述加压杆外侧设有隔热外壳。所述电加热装置由加热管、保温装置及隔温装置组成，保温装置及隔温装置围成顶部敞口的中空圆柱形结构，加热管与所述中空圆柱形结构同轴并设置在其内侧壁上，加热管呈螺旋形布置。所述第一引伸计为型号3549-025M-0101-ST引伸计。所述第二引伸计为型号3580-025M-0101-ST引伸计。所述温度传感器为二氧化硅绝缘热电偶。本专利技术体还提供了一种考虑温度效应的地应力测量方法，其特征在于，该方法采用上述考虑温度效应的地应力测量装置进行测量，包括如下步骤：步骤1：选定勘探区域，在预定钻探深度钻取岩心，同时获取所钻探深度处岩石温度T，在所钻取岩心的内部钻取六根直径为岩心直径1/2的岩样，第一根岩样的轴线与岩心轴向垂直，第二根岩样与岩心同轴，将钻取第一根岩样和第二根岩样时岩心所在位置设为岩心初始位置，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转90度后钻取第三根岩样，第三根岩样的轴线与岩心轴线成45度，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转135度后钻取第四根岩样，第四根岩样的轴线与岩心轴线成45度，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转180度后钻取第五根岩样，第五根岩样的轴线与岩心轴线成45度，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转270度后钻取第六根岩样，第六根岩样的轴线与岩心轴线成45度，将得到的六根岩样根据方向做标记，备用；步骤2：选取步骤1中任意一根岩样进行地应力测试，在对岩样加热之前，首先测量岩样的直径，并将测量结果输入客户端，得到岩样的横截面积，再将温度传感器的探头设置在岩样的侧壁上，最后将第一引伸计和第二引伸计安装在岩样上；步骤3：将经步骤2处理得到的岩样放置在电加热装置中，岩样与加压杆同轴，客户端向电加热装置发送加热信号，电加热装置接收加热信号并对岩样进行加热，同时温度传感器将其实时采集的岩样温度传送给客户端，岩样温度达到步骤1所获取的钻探深度处岩石温度T时，维持该温度10分钟；步骤4：加热完成后，客户端向液压动力站发送启动信号，液压动力站接收启信号并启动，液压动力站中的液压油经高压油管进入液压缸中，液压缸的活塞杆推动加压杆对岩样进行单轴压缩加载，并通过客户端实时采集在加载过程中加压杆的实时施压数据、第一引伸计所采集的轴向应变数据及第二引伸计所采集的径向应变数据，并通过获得的加压数据与预先获得的岩样的横截面积作比，得到应力数据，即得到第一组轴向应力-应变数据及第一组径向应力-应变数据；步骤5：重复步骤4得到第二组轴向应力-应变数据及第二组径向应力-应变数据；步骤6：加载试验结束后，通过客户端将第二组轴向应力-应变数据与第一组轴向应力-应变数据中同一轴向应力σ所对应的轴向应变数据相减得到轴向应变差Δε及数据点(σ，Δε)，根据获得的数据点(σ，Δε)绘制轴向应力-应变差数据曲线，其中Δε满足如下关系式：Δε＝ε2(σ)-ε1(σ)＝ε2T(σ)+ε2UT(σ)-(ε1T(σ)+ε1UT(σ))ε1(σ)为第一次加载中轴向应力σ所对应的轴向应变数据，ε1T(σ)为第一次加载中轴向应力σ所对应的温度应变数据，ε1UT(σ)为第一次加载中轴向应力σ所对应的非温度应变数据，ε2(σ)为第二次加载中轴向应力σ所对应的应变数据，ε2T(σ)为第二次加载中轴向应力σ所对应的温度应变数据，ε2UT(σ)为第二次加载中轴向应力σ所对应的非温度应变数据，由于两次温度相同，因此，两次温度应变直接抵消；步骤7：重复步骤6得到径向应力-应变差数据曲线；步骤8：将步骤7所述径向应力-应变差数据曲线的斜率发生突变处所对应的径向应力数据作为参考应力数据，将步骤6所述轴向应力-应变差数据曲线的斜率发生突变处所对应的轴向应力数据作为试验应力数据；当试验应力数据与参考应力数据之间的差值小于5％，取该试验应力数据为考虑温度效应下的地应力；当试验应力数据与参考应力数据之间的差值大于5％，重复步骤1～步骤7对岩样5重新进行试验，直至试验应力数据与参考应力数据之间的差值小于5％，取该试验应力数据为考虑温度效应下的地应力；步骤9：关闭电加热装置，待考虑温度效应的地应力测量装置与岩样冷却后，取出岩样，继续下组试验，待六根岩样全部测试结束，取所得考虑温度效应下的地应力最大的岩样所对应的考虑温度效应下的地应力为主应力，对应岩样的取向为主应力方向。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：本专利技术通过电加热装置赋予岩样在原始地层处的温度属性，保证了岩样内部应力及力学特性的原位性。且由于该方法通过两次加载得到的应变数据进行相减，进而确定地应力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，包括：机架(1)、加压杆(2)、电加热装置(4)、高压油管(6)、客户端(7)、液压动力站(8)、第一引伸计(9)、第二引伸计(10)、温度传感器(11)及液压缸(12)，所述液压缸(12)安装在机架(1)的底部中央位置，液压缸(12)通过高压油管(6)与液压动力站(8)连接，液压缸(12)的活塞杆与加压杆(2)上部连接；所述加压杆(2)的下部设置有压力传感器；所述客户端(7)通过导线分别与电加热装置(4)、液压动力站(8)、第一引伸计(9)、第二引伸计(10)、温度传感器(11)、液压缸(12)及设置在加压杆(2)上的压力传感器连接；所述电加热装置(4)用于对放置在其内部的岩样(5)加热；第一引伸计(9)安装在岩样(5)上，第一引伸计(9)用于采集岩样(5)的轴向应变数据；所述第二引伸计(10)安装在岩样(5)上，第二引伸计(10)用于采集岩样(5)的径向应变数据，温度传感器(11)的探头设置在岩样(5)的侧壁上，温度传感器(11)用于采集岩样(5)温度。

【技术特征摘要】
1.一种考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，包括：机架(1)、加压杆(2)、电加热装置(4)、高压油管(6)、客户端(7)、液压动力站(8)、第一引伸计(9)、第二引伸计(10)、温度传感器(11)及液压缸(12)，所述液压缸(12)安装在机架(1)的底部中央位置，液压缸(12)通过高压油管(6)与液压动力站(8)连接，液压缸(12)的活塞杆与加压杆(2)上部连接；所述加压杆(2)的下部设置有压力传感器；所述客户端(7)通过导线分别与电加热装置(4)、液压动力站(8)、第一引伸计(9)、第二引伸计(10)、温度传感器(11)、液压缸(12)及设置在加压杆(2)上的压力传感器连接；所述电加热装置(4)用于对放置在其内部的岩样(5)加热；第一引伸计(9)安装在岩样(5)上，第一引伸计(9)用于采集岩样(5)的轴向应变数据；所述第二引伸计(10)安装在岩样(5)上，第二引伸计(10)用于采集岩样(5)的径向应变数据，温度传感器(11)的探头设置在岩样(5)的侧壁上，温度传感器(11)用于采集岩样(5)温度。2.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，该测量装置还包括支撑杆(3)，支撑杆(3)用于固定机架(1)。3.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，所述加压杆(2)外侧设有隔热外壳。4.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，所述电加热装置(4)由加热管(41)、保温装置(42)及隔温装置(43)组成，保温装置(42)及隔温装置(43)围成顶部敞口的中空圆柱形结构，加热管(41)与所述中空圆柱形结构同轴并设置在其内侧壁上，加热管(41)呈螺旋形布置。5.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，所述第一引伸计(9)为型号3549-025M-0101-ST引伸计。6.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，所述第二引伸计(10)为型号3580-025M-0101-ST引伸计。7.根据权利要求1所述考虑温度效应的地应力测量装置，其特征在于，所述温度传感器(11)为二氧化硅绝缘热电偶。8.一种考虑温度效应的地应力测量方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-7中任一一项所述考虑温度效应的地应力测量装置进行测量，包括如下步骤：步骤1：选定勘探区域，在预定钻探深度钻取岩心，同时获取所钻探深度处岩石温度T，在所钻取岩心的内部钻取六根直径为岩心直径1/2的岩样(5)，第一根岩样(5)的轴线与岩心轴向垂直，第二根岩样(5)与岩心同轴，将钻取第一根岩样(5)和第二根岩样(5)时岩心所在位置设为岩心初始位置，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转90度后钻取第三根岩样(5)，第三根岩样(5)的轴线与岩心轴线成45度，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转135度后钻取第四根岩样(5)，第四根岩样(5)的轴线与岩心轴线成45度，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转180度后钻取第五根岩样(5)，第五根岩样(5)的轴线与岩心轴线成45度，以初始位置为基准将岩心绕其轴线顺时针旋转270度后钻取第六根岩样(5)，第六根岩样(5)的轴线与岩心轴线成45度，将得到的六根岩样(5)根据方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵大军，周宇，阿卡迪亚·狄思金，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22