[发明专利]一种水压制裂原地应力测量无线自动测井系统

说明书

本发明提供了一种水压制裂原地应力测量无线自动测井系统，包括：应力测量探头A，用于进行钻孔压裂，并记录压裂时钻孔压裂段的水压；定向探头B，用于对钻孔内岩石破裂的裂缝进行印模定向；压力流量传感及控制单元C，用于产生并向所述应力测量探头A或向所述定向探头B提供水压；水源及压力通道，设置于所述压力流量传感及控制单元C和应力测量探头A或定向探头B之间，用于输出水压至所述应力测量探头A和定向探头B；以及用户侧智能设备，用于通过无线方式与所述应力测量探头A、定向探头B和压力流量传感及控制单元C之间进行数据发送和接收存储。本发明系统整个测量过程安全、高效、便捷。并且，由于使用了井下压力传感器，使测量更加准确。

技术领域

本发明涉及一种无线蓝牙、自动测量、超低功耗电子技术、机械密封结构，尤其涉及一种水压制裂原地应力测量无线自动测井系统。

背景技术

在地球物理、大地测量、工程勘察中，经常使用水压制裂方法对岩体的原地应力状态进行测量。测量中，首先在地壳待测部位钻孔，再将测量探头下放到待测孔段，然后使用高压水泵向钻孔测量段打压，直至岩石在水压作用下破裂，而后停止打压并关断水源，保持水压。此时，随着水流从破裂处溢出，水压逐渐减小，岩石在自身应力作用下，破裂面又重新闭合。通过对岩石破裂、保持破裂状态、破裂闭合等过程的水压值、压力泵流量等参数进行计算，就可得出测量段岩石的各项应力参数。而后使用印模器探头对钻孔内岩石的裂缝进行印模，绘制出岩石裂缝的形态，并对裂缝进行定向，就可得出岩石应力方向等信息。

上述测量过程需要使用：水压制裂压裂探头、钻杆、高压水泵、高压泵输水控制阀、压力传感器、流量传感器、AD采集器、印模器、定向探头、笔记本电脑/手持PC、在笔记本/手持PC运行的数据接收存储模块等。

目前，压力、流量传感器一般为模拟电压输出型传感器，安装在高压泵输水控制阀上，压力、流量传感器通过电源及信号线与现场的AD采集器相连。AD采集器通过电缆线为传感器供电并记录传感器输出的电压值。AD采集器一般使用交流供电，并通过串口或USB数据线与笔记本电脑/手持PC相连接，通过笔记本电脑/手持PC可以将AD采集器采集到的电压值接收存储并实时绘制曲线，现场操作人员根据实时曲线进行操作，控制压裂时间与压力大小。

定向探头(定向器)为岩石裂缝定向设备，与印模器一起使用。由于定向探头内安装有电子罗盘和倾斜传感器，倾斜传感器可以测定探头的姿态信息，同时使用MUC、时钟及存储器芯片对探头的姿态信息进行采集、并按时间序列进行存储。由于定向探头在钻孔内工作，因此定向探头内的电子电路安装在密封舱内，使用电池供电。实际印模操作中，印模前需要将定向探头内的电子电路取出，并通过串口/USB连接线与笔记本电脑/手持PC连接，使用笔记本/手持PC进行采样间隔、存储顺序、时间同步等设定，而后再放回定向器的密封舱中。此时定向器中的电子电路根据设定参数开始自动记录。将定向探头与印模器按照特定的相对位置和姿态连接后，印模器与定向探头一块放入钻孔中，对岩石裂缝进行印模操作。待印模操作完成后，将定向器电子电路由密封舱中取出，使用笔记本电脑/手持PC通过串口线/USB线将定向数据下载，结合印模器印制的裂缝形态最终得出裂缝的方向、位置信息。

水压制裂原地应力测量在工程勘察、隧道应力勘测、大地测量中广泛应用，在测量现场，一般还要跟钻机及其他工程设备配合，工作环境较为恶劣，尤其在隧道内，现场湿度大，甚至有地下暗河和透水。在这样的环境下，水压制裂压裂探头、钻杆、高压水泵、印模器等纯机械、高可靠性设备不受影响，但是像AD采集器、笔记本电脑、定向器电子电路、压力传感器等电子设备，在上述环境中使用，很容易受潮、淋湿，甚至损坏，而且在现场对电子电路进行连接、设定、遮挡、密封等操作也影响工作效率。此外，上述设备在垂直浅孔或水平孔测量时，测量比较准确，但在垂直深孔测量时，由于压力传感器安装在地面水泵部位，记录的是水泵施加的压力，而深孔内的测量点，由于远离水泵，与水泵高度差较大，因此测量点还受到钻孔内水柱压力、孔隙压力等其他因素影响，钻孔压裂段的水压与传感器测量值偏差较大，这就可能导致测量不准确或错误。

发明内容