联动式水压致裂法地应力测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种联动式水压致裂法地应力测试装置及测试方法，包括泄压装置、与泄压装置依次连接的上封隔器和下封隔器，泄压装置包括：上阀体在测试时其与钻杆连接，上阀体包括第一壳体以及设置在第一壳体内的限位装置；基座与第一壳体弹性连接，基座还与限位装置连接；下阀体，其包括第二壳体以及可活动地设置在第二壳体在的下阀体活塞，在第二壳体内设置有第二内腔以及第三出水孔，在下阀体活塞中设置有中心流道以及与中心流道连通的第四出水孔，第二内腔还与中心管道连通，中心管道将下阀体、上封隔器和下封隔器连接，在中心管道上设置有试验段出水口。本发明专利技术在测试过程中仅通过控制钻杆的上升和下降即可快速对上下封隔器泄压。器泄压。器泄压。

【技术实现步骤摘要】
联动式水压致裂法地应力测试装置及测试方法


[0001]本专利技术属于岩体力学测试的
，具体涉及一种联动式水压致裂法地应力测试装置及测试方法。

技术介绍

[0002]常规水压致裂法地应力测试主要分为单管法和双管法。单管法通过在钻杆与双塞封隔器之间内接推拉阀来实现封隔器与测试段的压力通道切换，适用于高水位(一般水位不超过50m)深钻孔连续快速测试，操作简单。双管法通过在封隔器外接细长高压水管与钻杆形成两个压力通道，适用于浅钻孔测试，操作复杂。随着地下工程的埋深越来越大，大埋深、深水位的地质钻孔会普遍存在，一般选用单管法进行测试，但是往钻杆注水过程中钻杆内外水头差形成的压力会导致封隔器自主膨胀固定在孔壁上无法移动，因此需要配套泄压装置单独对封隔器进行泄压，而现有的泄压方法效率比较低下，需要的测试时间远超高水位钻孔。
[0003]目前，可操作性较高的泄压方式主要分为两种：第一种泄压方式在卸掉封隔器压力后不能连续测试，一个测试段完成后需要通过钻杆完全提起封隔器至地面，对泄压装置进行手动恢复，然后再次连接钻杆通过钻机卷扬吊起下放到指定位置并重新往钻杆注水，该泄压方式效率最低，大量时间与人力用在了反复起吊过程中连接、拆卸钻杆和测试前的注水阶段；第二种泄压方式通过在地面精确控制钻杆起降来微调泄压装置内活塞的行程从而使钻杆内水流入钻孔，减小钻杆内外的水头差，达到封隔器泄压的目的，泄压后可通过钻机卷扬吊起放置到下一测试位置进行连续测试，但测试前需要重新往钻杆内注水，该泄压方式相对第一种方式效率有所提高，不需要反复起吊钻杆，但其泄压过程中钻杆放水和重新测试前的注水仍要占用很长一段时间。以上两种方式虽然达到了泄压的目的，但是效率很低，且测试现场清水资源往往比较稀缺，因此为了节约时间、人力和物力投入，提高测试效率，降低测试成本，专利技术一种适合深钻孔低水位高效易操作的水压致裂法地应力测试装置及测试方法具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种联动式水压致裂法地应力测试装置，该测试装置仅通过控制钻杆即可调节泄压装置进行注水或者泄压，实现了深钻孔低水位测试中封隔器快速泄压、保存钻杆水头和压力通道切换的目的。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种联动式水压致裂法地应力测试装置，所述测试装置包括泄压装置、与泄压装置通过第一管路连接的上封隔器以及与上封隔器通过第二管路连通的下封隔器，其中，所述泄压装置包括：
[0007]上阀体，在测试时其与钻杆连接，所述上阀体包括第一壳体以及限位装置，在所述第一壳体内设置有沿其轴向延伸且与钻杆连通的第一内腔、与第一内腔连通的第一出水孔
和第二出水孔，在所述限位装置上设置第一通道以及第二通道，其中，第一出水孔与第二出水孔、第一通道与第二通道均互不连通，所述限位装置设置在所述第一内腔中且其可选择性地在第一内腔中移动，当所述限位装置固定在所述第一内腔中时，所述第一通道与所述第一出水孔连通，当所述限位装置在所述第一内腔中移动到极限位置时，所述第一出水孔、所述第二通道以及第二出水孔依次连通；
[0008]基座，其与第一壳体弹性连接，所述基座还与所述限位装置连接，当所述基座与所述第一壳体做互相远离的运动到极限位置时，在基座的作用下，所述限位装置在第一内腔中移动；在所述基座内还设置第三通道，所述第三通道的一端通过第三管路与第一出水孔连接；
[0009]下阀体，其包括第二壳体以及与基座连接的下阀体活塞，在第二壳体内设置有第二内腔以及第三出水孔，在下阀体活塞中设置有中心流道以及与中心流道连通的第四出水孔，下阀体活塞可活动地设置在所述第二内腔中，当所述下阀体活塞在所述第二内腔中朝着基座的方向运动到极限位置时，所述第三出水孔与所述第四出水孔连通，当所述下阀体活塞在所述第二内腔中朝着远离基座的方向运动到极限位置时，所述第三出水孔与所述第四出水孔分离且不连通；第三出水孔还通过第一管路与上封隔器连通，此外，第二内腔还与中心管道连通，中心管道远离上封隔器的一端为封闭段，中心管道穿过上封隔器和下封隔器以将下阀体、上封隔器和下封隔器连接，在处于上下封隔器之间的中心管道上设置有为试验段注水的试验段出水口，当所述第三出水孔与所述第四出水孔分离且不连通时，中心流道中的水流从第四出水孔依次流至第二内腔和中心管道中。
[0010]进一步地，所述限位装置包括一端与上阀体连接的第一弹簧、与第一弹簧另一端连接的上阀体活塞、设置在第一内腔侧壁上且用于限制上阀体活塞移动的限位销以及一端与限位销连接另一端与基座连接的连接绳，其中，第一通道和第二通道设置在上阀体活塞上，在第一壳体的侧壁上设置有用于安装限位销的L形安装孔，在所述上阀体活塞上还对应设置有卡槽，在初始状态下，所述限位销从安装孔插入至卡槽中以将上阀体活塞固定，拉动连接绳以从卡槽中拔出限位销，所述上阀体活塞在第一弹簧的作用下在第一内腔中移动，当限位销卡入卡槽中时，所述第一弹簧处于拉伸状态。
[0011]进一步地，第一内腔包括第一腔体以及与第一腔体连接的第二腔体，第一腔体的内径大于第二腔体的内径，上阀体活塞为T字形，其包括第一活塞体以及与第一活塞体垂直连接的第二活塞体，其中，第一活塞体适配在第一腔体中，第二活塞体适配在第二腔体中，当上阀体活塞在第一内腔中移动到第一活塞体位于第一腔体与第二腔体连接处时，卡槽与安装孔对齐，限位销从安装孔插入至卡槽中。
[0012]进一步地，在第一内腔的内壁上间隔设置有多个密封圈，多个密封圈分别用于阻隔第一内腔中的水流直接流入至第一出水孔中以及阻断第一通道与第二通道之间的水流流通。
[0013]进一步地，在第一壳体上还设置有与第一弹簧连接的推拉装置，所述推拉装置包括一端穿过第一壳体与第一弹簧的一端连接的螺栓以及与螺栓通过螺纹连接的螺母，旋拧螺母，所述螺栓压缩所述第一弹簧或拉伸所述第一弹簧。
[0014]进一步地，所述第一壳体与所述基座弹性连接，所述弹性连接结构包括设置在第一壳体底面上的连接器外套筒、可活动地设置在连接器外套筒内部的挡板、一端与所述挡
板连接且另一端伸出至连接器外套筒外的连接轴以及套设在连接轴上且一端与挡板连接另一端与连接器外套筒连接的第二弹簧，向下阀体方向拉动连接轴，所述第二弹簧被压缩，此外，连接轴的另一端与基座连接。
[0015]进一步地，下阀体活塞与第二内腔配合设置有限位结构，所述限位结构具体为：
[0016]所述第二内腔包括第三腔体以及与第三腔体连接的第四腔体，其中第三腔体的内径小于第四腔体的内径，所述下阀体活塞包括一体成型的第三活塞体和第四活塞体，第三活塞体的外径与第三腔体的内径相当，第四活塞体的外径与第四腔体的内径相当，且第四腔体的长度大于第四活塞体的长度，第四活塞体适配在第四腔体中且当到第四活塞体移动到第四腔体与第三腔体连接处时，下阀体活塞无法再向上移动而被限位，此时，中心流道、第四出水孔以及第三出水孔依次连通。
[0017]进一步地，在第四活塞体上还设置有限位板，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种联动式水压致裂法地应力测试装置，其特征在于，所述测试装置包括泄压装置、与泄压装置通过第一管路连接的上封隔器以及与上封隔器通过第二管路连通的下封隔器，其中，所述泄压装置包括：上阀体，在测试时其与钻杆连接，所述上阀体包括第一壳体以及限位装置，在所述第一壳体内设置有沿其轴向延伸且与钻杆连通的第一内腔、与第一内腔连通的第一出水孔和第二出水孔，在所述限位装置上设置第一通道以及第二通道，其中，第一出水孔与第二出水孔、第一通道与第二通道均互不连通，所述限位装置设置在所述第一内腔中且其可选择性地在第一内腔中移动，当所述限位装置固定在所述第一内腔中时，所述第一通道与所述第一出水孔连通，当所述限位装置在所述第一内腔中移动到极限位置时，所述第一出水孔、所述第二通道以及第二出水孔依次连通；基座，其与第一壳体弹性连接，所述基座还与所述限位装置连接，当所述基座与所述第一壳体做互相远离的运动到极限位置时，在基座的作用下，所述限位装置在第一内腔中移动；在所述基座内还设置第三通道，所述第三通道的一端通过第三管路与第一出水孔连通；下阀体，其包括第二壳体以及与基座连接的下阀体活塞，在第二壳体内设置有第二内腔以及第三出水孔，在下阀体活塞中设置有中心流道以及与中心流道连通的第四出水孔，下阀体活塞可活动地设置在所述第二内腔中，当所述下阀体活塞在所述第二内腔中朝着基座的方向运动到极限位置时，所述第三出水孔与所述第四出水孔连通，当所述下阀体活塞在所述第二内腔中朝着远离基座的方向运动到极限位置时，所述第三出水孔与所述第四出水孔分离且不连通；第三出水孔还通过第一管路与上封隔器连通，此外，第二内腔还与中心管道连通，中心管道远离上封隔器的一端为封闭段，中心管道穿过上封隔器和下封隔器以将下阀体、上封隔器和下封隔器连接，在处于上下封隔器之间的中心管道上设置有为试验段注水的试验段出水口，当所述第三出水孔与所述第四出水孔分离且不连通时，中心流道中的水流从第四出水孔依次流至第二内腔和中心管道中。2.根据权利要求1所述的联动式水压致裂法地应力测试装置，其特征在于，所述限位装置包括一端与上阀体连接的第一弹簧、与第一弹簧另一端连接的上阀体活塞、设置在第一内腔侧壁上且用于限制上阀体活塞移动的限位销以及一端与限位销连接另一端与基座连接的连接绳，其中，第一通道和第二通道设置在上阀体活塞上，在第一壳体的侧壁上设置有用于安装限位销的L形安装孔，在所述上阀体活塞上还对应设置有卡槽，在初始状态下，所述限位销从安装孔插入至卡槽中以将上阀体活塞固定，拉动连接绳以从卡槽中拔出限位销，所述上阀体活塞在第一弹簧的作用下在第一内腔中移动，当限位销卡入卡槽中时，所述第一弹簧处于拉伸状态。3.根据权利要求2所述的联动式水压致裂法地应力测试装置，其特征在于，第一内腔包括第一腔体以及与第一腔体连接的第二腔体，第一腔体的内径大于第二腔体的内径，上阀体活塞为T字形，其包括第一活塞体以及与第一活塞体垂直连接的第二活塞体，其中，第一活塞体适配在第一腔体中，第二活塞体适配在第二腔体中，当上阀体活塞在第一内腔中移动到第一活塞体位于第一腔体与第二腔体连接处时，卡槽与安装孔对齐，限位销从安装孔插入至卡槽中。4.根据权利要求2所述的联动式水压致裂法地应力测试装置，其特征在于，在第一内腔的内壁上间隔设置有多个密封圈，多个密封圈分别用于阻隔第一内腔中的水流直接流入至
第一出水孔中以及阻断第一通道与第二通道之间的水流流通。5.根据权利要求2所述的联动式水压致裂法地应力测试装置，其特征在于，在第一壳体上还设置有与第一弹簧连接的推拉装置，所述推拉装置包括一端穿过第一壳体与第一弹簧的一端连接的螺栓以及与螺栓通过螺纹连接的螺母，旋拧螺母，所述螺栓压缩所述第一弹簧或拉伸所述第一弹簧。6.根据权利要求1所述的联动...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元坤，艾凯，韩晓玉，董志宏，付平，张新辉，王斌，付敬，罗笙，周春华，侯炳绅，茆金柱，范雷，罗荣，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：