[发明专利]一种钻孔内测量最大水平地应力方向的装置及方法

说明书

本发明公开了一种钻孔内测量最大水平地应力方向的装置及方法，本发明采用高精度位移滑动变阻计(即测距滑动变阻器)，另加特殊的机械装置设计，可同时测量多个方向的钻孔直径，根据测量的钻孔形态和方位图画出每个深度位置的椭圆图，计算最短轴方向，计算出多个时间的平均最短轴方向为最大水平应力方向。

技术领域

本发明属于油气工程地应力测试领域，涉及在深埋钻井中测试最大地应力方向的装置和测试方法。

背景技术

非常规天然气钻孔压裂必须沿地应力最大水平主应力方向，以便设计压裂方向。当前测量最大水平主应力方向的方法是水压致裂和应力解除法，该方法是在钻井中进行分段密封加压，测量应力和位移参数，然后进行相应的计算，这种方法适用于浅孔，在深孔中难度大、测量精度低。也有采用光学CCD和声学成像测量孔径形变的，但由于油气钻孔为泥浆孔，不适宜于光学和声学测量，泥浆浓度、温度和压力变化大，造成测量误差大，无法满足要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种钻孔内测量最大水平地应力方向的装置及方法，测试可靠，不受钻孔深度、泥浆浓度、温度和压力影响，测试效率高、精度高、可靠性好。

本发明的技术方案如下：

一种钻孔内测量最大水平地应力方向的装置，包括电子罗盘、下管、解锁触发锤、位移滑动变阻计、滑动探管、滑动环、支撑杆、测量支臂、压缩弹簧、锁钩和测量座；

所述下管为一非磁性金属管，下管内部有一根滑动探管，下管的下端连接有解锁触发锤，解锁触发锤上设置有锁槽；

所述滑动探管为封闭的非磁性金属管，滑动探管内部设置有位移滑动变阻计，位移滑动变阻计的测量座上设置有磁性体，滑动探管外壁上滑动连接着滑动环；

所述滑动环为磁性金属环，其与支撑杆的一端相连，支撑杆的另一端与测量支臂相连；

所述测量支臂的一端可转动连接于上管上，测量支臂的末端设置有锁钩。

优选的，所述滑动探管外壁上且沿着滑动探管轴向滑动连接有多个滑动环，相邻滑动环之间以及滑动环与解锁触发锤之间均设置有压缩弹簧。

优选的，所述滑动环外表面分别与两根支撑杆相连，且两根支撑杆关于滑动环对称。

优选的，还包括上管，其下端与下管上端相连，所述上管为一密封的非磁性金属管，其内部设置有信号放大模块、A/D转换模块、存贮模块、电子罗盘和电源模块。

本发明的钻孔内测量最大水平地应力方向装置实质上是一种全方位孔径测量探头，配合该探头实现全方位孔径测量水平最大应力方向。

一种钻孔内测量最大水平地应力方向的方法，根据测量的钻孔形态和方位图画出每个深度位置的椭圆图，计算最短轴方向，计算出多个时间的平均最短轴方向为最大水平应力方向。

本发明采用全方位孔径测量方法，通过分析钻孔椭圆短轴方向来确定最大水平地应力方向。测量设备包括地面控制显示器、电缆绞车、孔径测量探头，孔径测量装置为一个多方位(例如8方位，夹角45度)孔径测量探头，内含能测量方位的电子罗盘，可精确测量钻孔任意深度位置的孔径形状和方位，通过测量钻孔截面形状随时间变化情况，及截面短轴方位，确定相应孔段地应力最大水平应力方向。

与现有技术相比，本发明采用高精度位移滑动变阻计(即测距滑动变阻器)，另加特殊的机械装置设计，可同时测量多个方向的钻孔直径，解决了大孔径、深孔、泥浆孔的最大水平地应力方向测量问题，工作效率高、精度高、成本低。

附图说明

图1为测量分析方法；

图2为现场测量结构图；

图3为探头收紧结构图；

图4为探头解锁张开结构图；