[发明专利]一种井下水压致裂诱发裂隙超声波动态成像装置及系统

说明书

本发明提供了一种井下水压致裂诱发裂隙超声波动态成像装置及系统，成像装置包括管体、超声成像单元和驱动机构。管体具有由侧壁围成的安装腔，且侧壁设置有阻水且可供超声波透过的透声窗。超声成像单元包括至少一个超声探头，超声成像单元可活动地安装于安装腔，超声探头的探测方向朝向透声窗。驱动机构安装于安装腔，且驱动机构与超声探头传动连接以驱动超声探头沿管体的轴向和/或周向运动。本装置不用电缆，成像数据井下存储，井上读取。相比于传统的胶筒印模法，不仅省时省力，效率大大提高；避免了印在印模胶筒表面的痕迹提钻时被孔壁磨掉的风险；尤其在钻孔深度较大、钻孔条件复杂的情况下也能够获取更为准确的水压诱发裂隙成像数据。

技术领域

本发明涉及地应力测量技术领域，具体而言，涉及一种井下水压致裂诱发裂隙超声波动态成像装置及系统。

背景技术

目前，地应力是存在于地壳岩体中的初始应力，也是固体地球的重要物理属性参数之一。地应力是引起岩体变形、失稳和破坏的根源力量，也是影响石油、页岩气、干热岩等深部能源开采的重要参数。因而开展地应力的测量工作在地震机理研究、能源开采、矿山隧道设计、大型水坝坝基建设等方面具有重要的科学和实用意义。

地应力测量最主要的方法是水压致裂法。水压致裂法地应力测量是通过在钻孔中封隔一段岩石裸孔，向封隔段注入高压液体，使孔壁压裂段岩体发生破裂来确定地应力大小和方向的一种方法。该方法理论成熟、操作简便、测量深度大、成本低，目前在全世界范围内得到广泛的应用。

完整的孔壁岩体经过水力压裂后将产生两条对称的、垂直于孔轴的、呈180°平行的诱发裂隙，这一对诱发裂隙的方位角则代表了最大水平主应力的方向。获取最大水平主应力的方向是开展钻孔水压致裂法地应力测量的重要内容。现有的获取最大水平主应力方向的方法主要是印模法，即利用印模胶筒将诱发裂隙的痕迹高压印在其表面的硫化橡胶上，这种方法简单直观，但也有很多缺点，主要有：费时费力，效率低下，每次下钻仅能获取1-2个测试点的方向信息；印在印模胶筒表面的痕迹在提钻过程中很容易被孔壁磨掉；对于应力值较大的钻孔，由于诱发裂隙重新张开的应力也比较大，因此很难清晰地印上将诱发裂隙痕迹。上述几个缺点在钻孔深度较大，钻孔条件复杂的情况下对实验结果影响更加严重。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种井下水压致裂诱发裂隙超声波动态成像装置及系统，以获取孔壁诱发裂隙的方位角。

为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明提供了以下技术方案：

一种井下水压致裂诱发裂隙超声波动态成像装置，包括：

管体，所述管体具有由侧壁围成的安装腔，且所述侧壁设置有阻水且可供超声波透过的透声窗；

超声成像单元，所述超声成像单元包括至少一个超声探头，所述超声成像单元可活动地安装于所述安装腔，所述超声探头的探测方向朝向所述透声窗；

驱动机构，所述驱动机构安装于所述安装腔，且所述驱动机构与所述超声探头传动连接以驱动所述超声探头沿管体的轴向和/或周向运动。

进一步地，在本发明的可选实施例中，所述井下水压致裂诱发裂隙超声波动态成像装置还包括中心轴，超声成像单元还包括安装座，所述超声探头安装于所述安装座，所述安装座可活动地套设于所述中心轴的外周，所述驱动机构与所述安装座传动连接；优选地，所述中心轴具有轴向通孔；优选地，所述中心轴由金属材料制成。

进一步地，在本发明的可选实施例中，所述驱动机构包括主动直齿圆柱齿轮、从动直齿圆柱齿轮以及动力装置；所述主动直齿圆柱齿轮与所述动力装置的动力输出部传动连接，所述从动直齿圆柱齿轮与所述中心轴螺纹连接以形成丝杠副，且所述从动直齿圆柱齿轮与所述主动直齿圆柱齿轮啮合；所述从动直齿圆柱齿轮与所述安装座在周向和/或轴向固定连接。

进一步地，在本发明的可选实施例中，所述从动直齿圆柱齿轮与所述安装座在周向和轴向均固定连接。