[发明专利]考虑钻井液压力的水平有效地应力测试方法及测试装置

权利要求书

1.一种考虑钻井液压力的水平有效地应力测试装置，其特征在于，包括多光尺相位激光测距仪(1)、三维电子罗盘(2)、用于集成和存储多光尺相位激光测距仪(1)和三维电子罗盘(2)测量数据的数据存储器(3)、透明保护罩(4)、钻机(5)、钻杆(6)和钻头(7)，

钻头(7)钻取的钻孔直径比钻杆外径大9～12cm，多光尺相位激光测距仪(1)、三维电子罗盘(2)和数据存储器(3)安装在钻杆(6)外壁上，多光尺相位激光测距仪(1)和三维电子罗盘(2)水平安装，多光尺相位激光测距仪(1)和三维电子罗盘(2)分别通过数据线与数据存储器(3)连接，透明保护罩(4)位于钻杆外壁上，透明保护罩罩住多光尺相位激光测距仪(1)、三维电子罗盘(2)和数据存储器(3)，钻头(7)通过钻杆(6)与钻机(5)连接；

采用该考虑钻井液压力的水平有效地应力测试装置测试水平有效地应力的操作步骤如下：

①确定待进行水平有效地应力的目标岩体，勘探或根据勘探资料查阅目标岩体不同深度处岩层的岩性，采用单轴压缩试验测定不同深度岩层的弹性模量和泊松比；

②在目标岩体上钻取垂直于水平面的钻孔，在钻进过程中通入钻井液冷却钻头，当多光尺相位激光测距仪在钻孔中的位置达到目标深度后，停止钻进，确保空心钻杆的轴线与钻孔的轴向重合，调整钻机的转速使钻杆以3～5r/min的转速匀速转动，测定钻孔壁到多光尺相位激光测距仪的距离并记录相应的角度，储存于数据存储器中；

③将数据存储器取出并将其中储存的数据传输给计算机处理系统，将三维电子罗盘测定的角度数据与多光尺相位激光测距仪测定的距离数据匹配，建立坐标系构建钻孔在目标深度处径向面的形态，在水平有效地应力的作用下，钻孔径向面的形态会由初始的圆形变成椭圆形，即构建的钻孔在目标深度处径向面的形态呈椭圆形；

计算所构建的椭圆形钻孔径向面的长轴和短轴的长度，然后根据式(Ⅰ)～(Ⅱ)计算分别钻孔在长轴和短轴方向的位移，根据式(Ⅰ)～(Ⅱ)组成的二元一次方程组计算目标测量深度的水平有效地应力，

式(Ⅰ)～(Ⅱ)中，u_c,u_d依次为钻孔长轴和短轴方向的位移，2a,2b依次为所构建的椭圆形钻孔径向面的长轴和短轴的长度，d为钻孔的初始直径，σ‘₁,σ‘₂依次为最小和最大水平有效地应力，E为目标测量深度处岩体的弹性模量，μ为目标测量深度处岩体的泊松比，P为目标测量深度处的钻井液压力，P＝γh，γ为钻井液容重，h为目标测量深度。

2.根据权利要求1所述考虑钻井液压力的水平有效地应力测试装置，其特征在于，多光尺相位激光测距仪(1)和三维电子罗盘(2)通过转角支撑件和螺钉安装于钻杆(6)外壁上。

3.根据权利要求2所述考虑钻井液压力的水平有效地应力测试装置，其特征在于，钻杆外壁上设有凹槽(8)，多光尺相位激光测距仪(1)和三维电子罗盘(2)均部分嵌入凹槽中并通过转角支撑件和螺钉固定于凹槽中。

4.根据权利要求3所述考虑钻井液压力的水平有效地应力测试装置，其特征在于数据存储器(3)安装于钻杆外壁上的凹槽(8)中。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述考虑钻井液压力的水平有效地应力测试装置，其特征在于所述透明保护罩(4)由有机玻璃制作。

6.根据权利要求5所述考虑钻井液压力的水平有效地应力测试装置，其特征在于透明保护罩通过平行于钻杆轴线设置的滑轨(9)安装在钻杆外壁上。

7.根据权利要求6所述考虑钻井液压力的水平有效地应力测试装置，其特征在于，透明保护罩的上端或下端设有开口，在开口处设有活动挡板(10)挡住开口。

8.根据权利要求1至4中任一权利要求所述考虑钻井液压力的水平有效地应力测试装置，其特征在于透明保护罩与钻头钻取的钻孔的壁面最接近处的距离为1～3cm。