[发明专利]一种粘弹性应变测现场地应力的测试装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油钻采工程技术，特别涉及一种粘弹性应变测现场地应力的测试装置和测量方法。

背景技术

在石油钻采工程中越来越需要有关原地应力状态的数据，比如钻井过程中井眼的稳定问题；地层破裂压力预测；压裂工程设计；高压注水中的地层破裂问题；断层的滑动及复活问题；地下管柱外载计算及其抗挤寿命计算问题等等。现有求地应力大小及方向的诸方法中，都有一定的局限性，因此各有利弊，一般很难以同时准确地求出地应力的方向和大小。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种粘弹性应变测现场地应力的测试装置和测量方法，主要是用于测量了解地下某点的水平应力状态，包括主应力的大小与方向。

本发明提到的一种粘弹性应变测现场地应力的测试装置，包括扫描多级速度加载系统（A）、激光扫描系统（B）、岩心夹持系统（C）、数据采集系统（D）、计算机后处理系统（E）和声波测试系统（17），其中岩心夹持系统（C）上方套有激光扫描系统（B），实现岩石外表形变的数据测量；扫描多级速度加载系统（A）结合激光扫描系统（B），实现对岩石外表采集数据的周期性测定；声波测试系统（17）依附于岩心加持系统（C），并固定于试样的中间位置；数据采集系统（D）依附于激光扫描系统（B），实现岩石外表形变的数据测量采集汇总，并传输至计算机后处理系统（E）予以存储；通过计算机后处理系统（E）计算得到岩石地应力试验过程中岩石的变形程度，绘制出岩石变形、时间、粘弹性间的相互关系曲线，并予以可视化显示，计算出现场地应力。

上述的扫描多级速度加载系统（A）包括外壳上盖（9）、多级速度适配器（6）、传动臂（5），其中，外壳上盖（9）通过侧面外壳（2）固定，多级速度适配器（6）和传动臂（5）固定在外壳上盖（9）上，多级速度适配器（6）通过数据采集系统（D）中的控制传输线（7）与计算机后处理系统（E）相连。

上述的激光扫描系统（B）包括激光旋转支架（1）、圆筒（13）、圆环（14），两个激光旋转支架（1）的下部固定在圆环（14）和圆筒（13）上，通过圆环（14）和圆筒（13）与底座固定在一起，多个激光测距器（11）沿竖直方向等间距排列，所述的激光旋转支架（1）的上方与传动臂（5）连接，用于稳定激光扫描旋转支架，并使其按传动臂（5）控制旋转；激光测距器（11）与数据采集系统（D）中的数据传输线（8）相连，将激光测距器的数据传输到计算机后处理系统（E）。

上述的岩心夹持系统（C）包括底座（3）、岩心夹持器（4）和轴向应变测试装置（18），底座（3）的上侧设有凸起部（16），通过纵向卡槽（10）和横向卡槽（15）与激光扫描旋转支架（1）相配合连接，且岩心夹持器（4）固定在底座（3）上；轴向应变侧向系统（18）位于试讲顶端，主要用于测试试件轴向应变的变化；

上述的声波测试系统（17）包括声波探头和示波器装置，并与岩心加持系统相连，固定于试样的中间位置。

上述的数据采集系统（D）包括数据传输线（8）和控制传输线（7），并通过数据传输线（8）和控制传输线（7）分别连接到计算机后处理系统（E）。

上述的纵向卡槽（10）设置在凸起部（16）的外侧的底座表面上，横向卡槽（15）设置在凸起部（16）的上部，通过纵向卡槽（10）与圆筒（13）配合固定，通过横向卡槽与圆环（14）配合固定，从而将激光扫描旋转支架（1）与底座（3）固定在一起。

上述的等间距激光测距器（11）设有五个。

本发明提到的一种粘弹性应变测现场地应力的测试装置的测量方法，包括以下步骤：

（1）将圆柱形标准试样放置于岩心夹持系统（C）内，安放、安装好实验仪器并对扫描多级速度加载系统（A）、数据采集系统（D）和计算机后处理系统（E）的参数进行设置；其中岩心夹持系统（C）上方套有的激光扫描系统（B），实现岩石外表形变的数据测量；扫描多级速度加载系统（A）结合激光扫描系统（B），实现对岩石外表采集数据的周期性测定；数据采集系统（D）依附于激光扫描系统（B），实现岩石外表形变的数据测量采集汇总，并传输至计算机后处理系统（E）予以存储；通过计算机后处理系统（E）计算得到岩石地应力试验过程中岩石的变形程度，绘制出岩石变形、时间、粘弹性间的相互关系曲线，并予以可视化显示，计算出现场地应力；

（2）通过激光扫描系统（B）配合扫描多级速度加载系统（A）对岩心短时间形变测量，通过最小二乘法数值拟合获得整个钻孔横截面轮廓的变形，并根据弹性力学公式计算出最大和最小水平主应力。