[发明专利]一种模拟高温高压环境的应变探头标定系统及方法

说明书

本发明公开了一种模拟高温高压环境的应变探头标定系统及方法，应变探头标定系统包括：用于模拟高温高压环境，采集温度压力信号、岩芯变形信号、岩芯声发射信号的压力室模块（1）、用于调节压力室模块（1）温度和压力，提供多种稳定高温高压环境的伺服压力调节模块（2）、用于接收、处理和显示温度、压力、岩芯变形和声发射数据，发送控制指令和完成应变探头标定的电控显示模块（3）、用于执行温度调节指令的冷却模块（4）、以及传输模块；可实现自主调节温度和压力模拟多种高温高压环境，研究温度和压力对测量结果的影响，可以测量岩样在加载过程中内部变化的手段，实现对应变探头进行标定，采用仪器加压的方式测量准确性更高。

技术领域

本发明属于岩土勘测技术领域，更具体地，涉及一种模拟高温高压环境的应变探头标定系统及方法。

背景技术

地应力是赋存于岩体中的一种应力，它不仅仅是地质环境与地壳稳定性评价的主要因素，也是地质工程与施工的重要资料之一。目前工程上应用最为广泛的地应力原位测量方法是间接测量地应力水压致裂法和应力解除法。以水力压裂法为例，测量时首先取一段基岩裸露的钻孔，用封隔器将上下两端密封起来；然后注入液体，加压直到孔壁破裂，并记录压力随时间的变化，并用印模器或井下电视观测破裂方位。根据记录的破裂压力、关泵压力和破裂方位，利用相应的公式算出原地主应力的大小和方向。但是水力压裂技术在向地层重新回注废水会引发微小地震，若运输出现失误会对环境造成巨大影响，而且通过测量破裂压力等来计算主应力的方法成本太高，无论对环境还是设备都有着高成本要求。而应力解除法首先通过应变片测得解除过程中岩芯表面的应变解除值，然后利用将测量应变值解除值带入与原岩应力状态之间的本构方程和孔壁应力与远场地应力之间的关系来推断初始地应力状态。因此如何精确测量的应变值是应力解除法的关键，而目前传统应变测量都是将应变片直接贴在待测处，但在许多情况下难以适用，目前传统应变片测量方法存在以下亟待解决的关键技术问题：

（1）测试精度要求高，应变片易损坏：高精度应变片作为一种精密电子元器件，在重复粘贴后取下的过程中易出现机械系损伤，特别在钻井中有石油时极易被钻井液中存在的岩屑以及不规则孔壁所破坏；

（2）高温高压液压环境，使得应变片难以在钻井复杂条件下粘贴在井壁表面，其采用成功率低，应变片存在温度漂移，在钻井的高温条件下，其应变测量数值失真；

（3）对自动化要求高，由于不能直接进行连续采样，在面对不同采样段需要将应变片重新粘贴，费时费力。

因此，在深部钻孔复杂环境中，需要将应变片封装至特制的探头中才能开展测试，为了保障测试值的准确性，就需要对应变测量探头进行标定。

专利CN 107101875 A提供一种空心包体地应力测量自密封多口径通用型高压围压率定仪，舱体内含背双凹槽通用型自密封高强度聚氨酯橡胶皮套，通过液压油充满在皮套和高压围压率定仪舱体之间，试验岩样放在背双凹槽型聚氨酯橡胶皮套中被挤压，实现围压80MPa的稳定加载，通过加压系统实时监测高压围压率定仪内的围压大小。但该装置无法模拟高温环境下温度对测量结果的影响；其次缺少其他测量岩样在加载过程中内部变化的手段；无法对应变探头进行标定；采用手动加压的方式会产生较大的波动，从而产生测量误差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种模拟高温高压环境的应变探头标定系统及方法，可实现自主调节温度和压力模拟多种高温高压环境，研究温度和压力对测量结果的影响，可以测量岩样在加载过程中内部变化的手段，实现对应变探头进行标定。

为解决上述问题，按照本发明的一个方面，本发明实施例提供一种模拟高温高压环境的应变探头标定系统，包括：用于模拟高温高压环境，采集温度压力信号、岩芯变形信号、岩芯声发射信号的压力室模块、用于调节压力室模块温度和压力，提供多种稳定高温高压环境的伺服压力调节模块、用于接收、处理和显示温度、压力、岩芯变形和声发射数据，发送控制指令和完成应变探头标定的电控显示模块、用于执行温度调节指令的冷却模块、以及用于传输数据和作为液压油传输通道的传输模块；