转动控制换向器、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

本申请提出一种转动控制换向器，通过该转动控制换向器可以方便快捷地实现多通道控制；本申请还提出一种利用该转动控制换向器的原地应力测量装备，以及利用该原地应力测量装备的原地应力测量方法。通过本申请，整套测量装备在一次下钻的情况下，可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。效率。效率。

Rotating control commutator, in-situ stress measurement equipment and in-situ stress measurement method using the equipment

【技术实现步骤摘要】
转动控制换向器、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测量技术，尤其涉及一种转动控制换向器、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]现有技术的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20和下封隔器26)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泵入流体(通常为水)，流体从连接钢管21的出水孔23进入压裂段。随着流体压力的增大，压裂段处围岩破裂，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，一深度可以达到数百米至一千多米。
[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，用来切换第一水路和第二水路，第一水路由钻杆至压裂段，第二水路由钻杆至封隔器可膨胀腔。
[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第一水路和第二水路。在水压致裂测试完成后，需要放出封隔器的膨胀腔中的高压水，使封隔器回缩至无压力状态，因此在拉开和压缩两个状态之中，还设有一个中间位置用来连通放水的第三水路。
[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，本申请旨在提出一种转动控制换向器，能够方便地进行控制切换，且能够提供对多个通道的控制。本申请还旨在提出一种原地应力测量装备，其能够在一次下钻的情况下完成“岩石压裂”和“裂缝定向”测量任务。本申请还旨在提出一种原地应力测量方法，其能够方便快捷地完成“岩石压裂”和“裂缝定向”测量任务。
[0011]本申请的转动控制换向器，其包括：控制仓、阀门仓、连接杆；
[0012]控制仓中安装由主控板、陀螺仪；控制仓用于固定连接至钻杆的下端；
[0013]阀门仓中安装有多个阀门仓电磁阀、多路导电滑环；
[0014]连接杆的中部形成贯通的水通道；连接杆的上部形成过滤孔；过滤孔与水通道连通；连接杆内安装有控制线缆；控制线缆的上端用于连接至主控板；控制线缆的下端用于连接至多路导电滑环；
[0015]阀门仓上形成有将阀门仓的内外连通的多个通道；每个通道中安装有一个阀门仓电磁阀，以控制该通道的通断；多路导电滑环的每一路对应地连接于多个阀门仓电磁阀中的一个阀门仓电磁阀；
[0016]连接杆的下部能够转动地安装在阀门仓内；多路导电滑环安装在连接杆的下部；连接杆与阀门仓之间设置第一密封圈和第二密封圈；多路导电滑环位于第一密封圈和第二密封圈之间；连接杆的中部穿过控制仓；连接杆的上部用于插入钻杆内，由此，通过连接杆的过滤孔和水通道，形成钻杆内的水进入控制仓内的水路；
[0017]主控板通过陀螺仪获得钻杆的转动信号，根据转动信号控制多个阀门仓电磁阀，由此控制阀门仓的多个通道的通断控制。
[0018]优选地，阀门仓设置有安全通道，安全通道中设置有安全阀。
[0019]优选地，所述多个通道包括第一通道、第二通道、第三通道；第一通道中的阀门仓电磁阀为第一阀门仓电磁阀，第二通道中的阀门仓电磁阀为第二阀门仓电磁阀，第三通道中的阀门仓电磁阀为第三阀门仓电磁阀。
[0020]优选地，所述阀门仓的多个通道中的第一通道上分支出第四通道，第四通道至阀门仓外部，第四通道中安装有第四阀门仓电磁阀。
[0021]本申请的原地应力测量装备，其包括：转动控制换向器、上封隔器、下封隔器；
[0022]为根据上述转动控制换向器；
[0023]上封隔器的下端与下封隔器的上端通过连接钢管连接在一起；连接钢管上形成有出水孔；
[0024]上封隔器、下封隔器分别形成有可膨胀腔；上封隔器与下封隔器的可膨胀腔通过管路串行连接在一起；
[0025]上封隔器中形成通往压裂段的管路；上封隔器的通往压裂段的管路连接钢管连接；
[0026]转动控制换向器的第一通道通过管路与上封隔器的可膨胀腔连接；转动控制换向器的第二通道通过管路与上封隔器的通往压裂段的管路连接。
[0027]优选地，进一步包括印模器；
[0028]印模器连接在下封隔器的下端；印模器包括可膨胀腔；
[0029]上封隔器和下封隔器中分别形成有通往印模器的管路；上封隔器的通往印模器的
管路、下封隔器的通往印模器的管路、印模器的可膨胀腔通过管路串行连接在一起；
[0030]转动控制换向器的第三通道通过管路与上封隔器的通往印模器的管路连接。
[0031]优选地，所述印模器包括多个印模器；该多个印模器顺次连接在一起，且该多个印模器的可膨胀腔通过管路并行连接在一起。
[0032]优选地，对应于每个印模器的可膨胀腔的入口处设置有印模器电磁阀；主控板通过印模器电磁阀选择进行印模的印模器。
[0033]优选地，在最下方的印模器的下端连接有定向器。
[0034]本申请的原地应力测量方法，其使用上述原地应力测量装备进行测量；其包括：定位步骤、封闭压力段步骤、压裂步骤、解除压裂段封闭步骤、印模步骤、解除印模步骤；
[0035]定位步骤包括：使用钻杆将整套原地应力测量装备输送到钻孔深部，使连接上封隔器和下封隔器的连接钢管处于待测岩石位置；将钻杆中灌满水；
[0036]封闭压力段步骤包括：按第一规律转动钻杆；控制仓内的主控板通过陀螺仪识别出第一转动规律，打开第一通道，由此水进入上封隔器和下封隔器的可膨胀腔；操作地面高压泵加压，使上封隔器和下封隔器的可膨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转动控制换向器，其包括：控制仓、阀门仓、连接杆；控制仓中安装由主控板、陀螺仪；控制仓用于固定连接至钻杆的下端；阀门仓中安装有多个阀门仓电磁阀、多路导电滑环；连接杆的中部形成贯通的水通道；连接杆的上部形成过滤孔；过滤孔与水通道连通；连接杆内安装有控制线缆；控制线缆的上端用于连接至主控板；控制线缆的下端用于连接至多路导电滑环；阀门仓上形成有将阀门仓的内外连通的多个通道；每个通道中安装有一个阀门仓电磁阀，以控制该通道的通断；多路导电滑环的每一路对应地连接于多个阀门仓电磁阀中的一个阀门仓电磁阀；连接杆的下部能够转动地安装在阀门仓内；多路导电滑环安装在连接杆的下部；连接杆与阀门仓之间设置第一密封圈和第二密封圈；多路导电滑环位于第一密封圈和第二密封圈之间；连接杆的中部穿过控制仓；连接杆的上部用于插入钻杆内，由此，通过连接杆的过滤孔和水通道，形成钻杆内的水进入控制仓内的水路；主控板通过陀螺仪获得钻杆的转动信号，根据转动信号控制多个阀门仓电磁阀，由此控制阀门仓的多个通道的通断控制。2.根据权利要求1所述的转动控制换向器，其特征在于：阀门仓设置有安全通道，安全通道中设置有安全阀。3.根据权利要求2所述的转动控制换向器，其特征在于：所述多个通道包括第一通道、第二通道、第三通道；第一通道中的阀门仓电磁阀为第一阀门仓电磁阀，第二通道中的阀门仓电磁阀为第二阀门仓电磁阀，第三通道中的阀门仓电磁阀为第三阀门仓电磁阀。4.根据权利要求3所述的转动控制换向器，其特征在于：所述阀门仓的多个通道中的第一通道上分支出第四通道，第四通道至阀门仓外部，第四通道中安装有第四阀门仓电磁阀。5.一种原地应力测量装备，其包括：转动控制换向器、上封隔器、下封隔器；为根据权利要求4中所述的转动控制换向器；上封隔器的下端与下封隔器的上端通过连接钢管连接在一起；连接钢管上形成有出水孔；上封隔器、下封隔器分别形成有可膨胀腔；上封隔器与下封隔器的可膨胀腔通过管路串行连接在一起；上封隔器中形成通往压裂段的管路；上封隔器的通往压裂段的管路连接钢管连接；转动控制换向器的第一通道通过管路与上封隔器的可膨胀腔连接；转动控制换向器的第二通道通过管路与上封隔器的通往压裂段的管路连接。6.根据权利要求5所述的原地应力测量装备，其特征在于，进一步包括印模器；印模器连接在下...

【专利技术属性】
技术研发人员：张策，王建新，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：