压力控制换向器、原地应力测量装备以及使用该装备的原地应力测量方法技术

本申请提出一种压力控制换向器、应用该压力控制换向器的原地应力测量装备，以及使用该装备的原地应力测量方法。通过本申请，可以便捷地实现多工作通道的切换，增加电磁阀的个数，可以增加更多的工作通道。本申请的原地应力测量装备，只需串联多个封隔器和印模器，就可在一次下钻的情况下，同时完成多个压裂段的“岩石压裂”和“裂缝定向”测量任务，提高工作效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
压力控制换向器、原地应力测量装备以及使用该装备的原地应力测量方法


[0001]本申请涉及水压致裂法原地应力测量技术，尤其涉及压力控制换向器、原地应力测量装备以及使用该装备的原地应力测量方法。

技术介绍

[0002]水压致裂法原地应力测量是70年代发展起来的一种地应力测量方法，该方法无需知道岩石的力学参数就可获得地层中现今地应力的多种参量，并具有操作简便、可在任意深度进行连续或重复测试、测量速度快、测值可靠等特点，因此近年来得到了广泛应用，并取得大量的成果。
[0003]水压致裂法地应力测量的原理如图1所示。
[0004]利用一对可膨胀的封隔器(包括上封隔器22和下封隔器31)在钻孔8a中选定的测量深度封隔一段长度(压裂段)，然后通过至压裂段的水路19a泵入流体(通常为水)，流体从上封隔器22和下封隔器31之间的连接钢管27的出水孔29进入压裂段。随着流体压力的增大，压裂段处围岩8破裂，从而得到岩石力学参数。在完成压裂工作后，需要将印模器放到钻孔压裂段的位置，然后对印模器的可膨胀腔体中注入高压水，并保持一段时间，使裂缝的痕迹转印至印模器橡胶层外壁。由于印模器下部固接有电子罗盘，因此可以对裂缝的方向进行判定。
[0005]整个测量过程可以概括为“岩石压裂
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裂缝定向”两大工作内容。由于该方法测量的深度较大，一般用钻杆将测量用的封隔器或者印模器运送到钻孔深处，测量深度一般有数百米至一千多米深。
[0006]此外，由于钻杆内腔只有一个水路，测量时至少需要两个水路，因此需要在钻杆底部和上封隔器之间安装一个换向阀，用来切换水路19a和水路20a。其中水路19a是通往压裂段，水路20a通往上封隔器22的可膨胀腔23，上封隔器22的可膨胀腔23通过管路28与下封隔器31的可膨胀腔32连通。
[0007]现有换向阀属于机械换向阀。机械换向阀有拉开、压缩和中间位置三个状态，拉开状态和压缩状态分别对应水路20a和水路19a。在水压致裂测试完成后，需要放出上、下封隔器的可膨胀腔23、32中的高压水，使封隔器回缩至无压力状态，因此在拉开和压缩两个位置状态之中，还设有一个中间位置用来连通放水水路。
[0008]在水压致裂测试中，换向阀的拉伸状态和压缩状态两个位置可以通过提升钻杆和降低钻杆找到，中间位置的确定则完全依靠钻机操作员和地应力测量人员的工作经验，具有一定的难度。有时钻孔孔壁较滑，膨胀的封隔器会随钻杆缓慢移动，导致换向阀开关拉伸或者压缩位置定位不准，地面人员难以确定换向阀工作状态。更严重的会导致中间位置难以确定，放水水路无法接通，测量设备卡在井底从而造成测量失败的意外事故。
[0009]另外，机械换向阀只有三个工作通道，在完成压裂测量后，必须将压裂用的封隔器等设备提升到地面，换成印模器后再次放到压裂段位置进行定向测量。在测量深度较大时，
更换设备非常耗费人力和时间，严重影响测量效率。

技术实现思路

[0010]鉴于上述问题，本申请的第一目的是提出一种压力控制换向器，其通过压力信号来控制换向器的工作通道的切换，方便进行准确控制，其便于实现更多工作通道的控制。本申请的第二目的是提出一种原地应力测量装备，其能够方便实现工作通道的转换，使得水压致裂法原地应力测量能够顺利地实施。本申请的第三目的是提出一种使用该装备的原地应力测量方法，该方法可以准确且便捷地实现工作通道的转换。
[0011]本申请的压力控制换向器，其包括主控仓、连接杆、主控板、压力计、多个电磁阀；
[0012]沿着连接杆的延伸方向，在连接杆的内部形成有过水通道；连接杆的上端自主控仓的顶端延伸到外部，以安装进钻杆内；连接杆上端形成过滤孔；连接杆的下端液密性地且能够转动地安装在主控仓内，由此钻杆内的水能够经由过滤孔、过水通道后进入主控仓内；
[0013]该多个电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀；压力计连接至主控板；
[0014]主控仓形成有将主控仓内外连通的第一通道、第二通道；自第一通道分支出延伸到主控仓外的第四通道；
[0015]第一电磁阀安装在第一通道中，用于控制第一通道的通断；第二电磁阀安装在第二通道中，用于控制第二通道的通断；第四电磁阀安装在第四通道中，用于控制第四通道的通断；
[0016]主控制板根据控制信号来控制多个电磁阀中的至少一个工作；该控制信号至少包括压力计测得的压力值或压力规律。
[0017]优选地，主控仓形成有将主控仓内外连通的第三通道；
[0018]多个电磁阀中还包括第三电磁阀；第三电磁阀安装在第三通道中，用于控制第三通道的通断。
[0019]优选地，进一步包括流量计；流量计连接至主控板；
[0020]主控仓内形成第一空间部和第二空间部；第一空间部与第二空间部连通；流量计设置在第一空间部与第二空间部之间；
[0021]所述控制信号还包括流量计测得的流速值。
[0022]优选地，进一步包括安全阀；
[0023]主控仓形成有将主控仓内外连通的第五通道；第五通道为安全通道，用于在主控仓内的流体压力高于安全值时进行泄压；安全阀安装在第五通道中，用于控制第五通道的通断。
[0024]本申请的原地应力测量装备，其包括：压力控制换向器、多个封隔器；
[0025]压力控制换向器为上述的压力控制换向器；
[0026]多个封隔器顺次通过连接钢管串联在一起；多个封隔器的可膨胀腔顺次通过连接软管串联在一起；
[0027]压力控制换向器的第一通道用于向所述多个封隔器的可膨胀腔内注入流体；
[0028]压力控制换向器的第二通道用于向连接钢管供应流体，流体经由连接钢管上的孔进入岩孔的压裂段；
[0029]压力控制换向器的第四通道用于释放所述多个分隔器的可膨胀腔内的流体。
[0030]优选地，进一步包括：印模器、定向器；
[0031]印模器刚性连接在最下端的封隔器的下端；定向器刚性连接在印模器的下端；
[0032]压力控制换向器的第三通道连接至印模器，用于向印模器的可膨胀腔提供流体。
[0033]优选地，所述多个封隔器为两个分封隔器。
[0034]本申请的原地应力测量方法，其使用上述的原地应力测量装备进行原地应力的测量，其步骤包括：
[0035]使用钻杆将整套原地应力测量装备输送到钻孔深部，使连接相邻两个封隔器的连接钢管处于待测岩石位置；
[0036]将钻杆中灌满水；
[0037]在地面通过高压泵对钻杆中的水按第一规律施加压力；
[0038]压力控制换向器的主控板通过压力计识别出压力变化第一规律，控制所述多个电磁阀，使得第一通道被打开，水进入所述多个封隔器的可膨胀腔中；
[0039]操作地面高压泵加压，使所述多个封隔器膨胀，封闭压裂段，然后保持该压力一段时间；
[0040]压力控制换向器的主控板通过压力计识别出保持压力和持续时间，控制所述多个电磁阀，使得第二通道被打开，连通地面高压泵与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压力控制换向器，其包括主控仓、连接杆、主控板、压力计、多个电磁阀；沿着连接杆的延伸方向，在连接杆的内部形成有过水通道；连接杆的上端自主控仓的顶端延伸到外部，以安装进钻杆内；连接杆上端形成过滤孔；连接杆的下端液密性地且能够转动地安装在主控仓内，由此钻杆内的水能够经由过滤孔、过水通道后进入主控仓内；该多个电磁阀包括第一电磁阀、第二电磁阀、第四电磁阀；压力计连接至主控板；主控仓形成有将主控仓内外连通的第一通道、第二通道；自第一通道分支出延伸到主控仓外的第四通道；第一电磁阀安装在第一通道中，用于控制第一通道的通断；第二电磁阀安装在第二通道中，用于控制第二通道的通断；第四电磁阀安装在第四通道中，用于控制第四通道的通断；主控制板根据控制信号来控制多个电磁阀中的至少一个工作；该控制信号至少包括压力计测得的压力值或压力规律。2.根据权利要求1所述的压力控制换向器，其特征在于：主控仓形成有将主控仓内外连通的第三通道；多个电磁阀中还包括第三电磁阀；第三电磁阀安装在第三通道中，用于控制第三通道的通断。3.根据权利要求1所述的压力控制换向器，其特征在于：进一步包括流量计；流量计连接至主控板；主控仓内形成第一空间部和第二空间部；第一空间部与第二空间部连通；流量计设置在第一空间部与第二空间部之间；所述控制信号还包括流量计测得的流速值。4.根据权利要求2所述的压力控制换向器，其特征在于：进一步包括安全阀；主控仓形成有将主控仓内外连通的第五通道；第五通道为安全通道，用于在主控仓内的流体压力高于安全值时进行泄压；安全阀安装在第五通道中，用于控制第五通道的通断。5.一种原地应力测量装备，其包括：压力控制换向器、多个封隔器；压力控制换向器为权利要求1
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4中任一项所述的压力控制换向器；多个封隔器顺次通过连接钢管串联在一起；多个封隔器的可膨胀腔顺次通过连接软管串联在一起；压力控制换向器的第一通道用于向所述多个封隔器的可膨胀腔内注入流体；压力控制换向器的第二通道用于向连接钢管供应流体，流体经由连接钢管上的孔进入岩孔的压裂段；压力控制换向器的第四通道用于释放所述多个分隔器的可膨胀腔内的流体。6.根据权利要求5所述的原地应力测量装备，其特征在于进一步包...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建新，张策，郭啟良，
申请(专利权)人：应急管理部国家自然灾害防治研究院，
类型：发明
国别省市：