[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

说明书

本发明提供了一种水平有效地应力测试装置，包括多光尺相位激光测距仪、三维电子罗盘、数据存储器、透明保护罩、钻机、钻杆和钻头，多光尺相位激光测距仪、三维电子罗盘和数据存储器安装在钻杆外壁上，多光尺相位激光测距仪和三维电子罗盘水平安装，多光尺相位激光测距仪和三维电子罗盘分别通过数据线与数据存储器连接，透明保护罩位于钻杆外壁上，透明保护罩罩住多光尺相位激光测距仪、三维电子罗盘和数据存储器，钻头通过钻杆与钻机连接。本发明还提供了考虑钻井液压力的水平有效地应力测试方法，该方法能提高水平有效地应力测试的准确性，简化测试操作、提高测试成功率和降低测试成本。

技术领域

本发明属于地应力测试领域，涉及一种考虑钻井液压力的水平有效地应力测试方法及测试装置。

背景技术

地应力是存在于地层中的未受到工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力，是引起采矿、水利水电、土木建筑、铁道、公路和其他各种地下或露天岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力，是确定工程岩体力学属性、进行工程岩体稳定性分析、实现岩体工程设计和决策科学化的前提。地应力状态对于地震预报、区域地壳稳定性评价、高地应力区岩爆以及煤和瓦斯突出的研究等有重要意义。现有的地应力测量主要通过小直径钻孔，减少对原岩应力的扰动，但是无论是直接测量法如刚性包体应力计法、水压致裂法等，还是间接测量法如套孔应力解除法或孔径变形法等都未考虑到钻孔过程中钻井液压力对地应力的影响，加之现有地应力测试方法的操作都较为繁琐复杂，这些都有碍于地应力测量准确性、成功率和测试效率的提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供考虑钻井液压力的水平有效地应力测试方法及测试装置，以提高水平有效地应力测试的准确性，简化测试操作、提高测试成功率和降低测试成本。

本发明提供的水平有效地应力测试装置，包括多光尺相位激光测距仪、三维电子罗盘、用于集成和存储多光尺相位激光测距仪和三维电子罗盘测量数据的数据存储器、透明保护罩、钻机、钻杆和钻头，钻头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、三维电子罗盘和数据存储器安装在钻杆外壁上，多光尺相位激光测距仪和三维电子罗盘水平安装，多光尺相位激光测距仪和三维电子罗盘分别通过数据线与数据存储器连接，透明保护罩位于钻杆外壁上，透明保护罩罩住多光尺相位激光测距仪、三维电子罗盘和数据存储器，钻头通过钻杆与钻机连接。

上述水平有效地应力测试装置的技术方案中，多光尺相位激光测距仪和三维电子罗盘通过转角支撑件和螺钉安装于钻杆外壁上。在钻头直径一定的情况下，为了尽可能地减小钻杆外径与钻头钻取的钻孔的直径的差异，优选在钻杆外壁上设置凹槽，多光尺相位激光测距仪和三维电子罗盘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。数据存储器最好也安装在钻杆外壁上的凹槽中，由于数据存储器的安装方向没有限制，数据存储器可以直接通过螺钉固定在钻杆外壁上、也可以通过转角支撑件和螺钉安装于钻杆外壁上、还可以通过胶布缠绕的方式固定于钻杆外壁上。

上述水平有效地应力测试装置的技术方案中，透明保护罩由有机玻璃制作，透明保护罩的大小恰好能将多光尺相位激光测距仪、三维电子罗盘和数据存储器罩在透明保护罩中即可，透明保护罩与钻头钻取的钻孔的壁面最接近处的距离至少为1cm，优选为1～3cm。

上述水平有效地应力测试装置的技术方案中，透明保护罩通过平行于钻杆轴线设置的滑轨安装在钻杆外壁上，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挡住开口。

上述水平有效地应力测试装置的技术方案中，所述钻杆包括多根，各钻杆之间通过螺纹连接，多光尺相位激光测距仪、三维电子罗盘和数据存储器安装在与钻头直接相连的钻杆上。

上述水平有效地应力测试装置的技术方案中，所述钻机的转速是可以调整的，在钻机慢速转动时，能够带动钻杆以3～5r/min的转速匀速转动。

本发明还提供了一种考虑钻井液压力的水平有效地应力测试方法，该方法使用上述水平有效地应力测试装置进行测试，步骤如下：