專利名稱：井眼徑向變形的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種用于測量井壁圍巖徑向收縮和膨脹的測量裝置，尤其涉及一種井眼徑向變形的測量裝置。
背景技術(shù)：
目前，巖石力學(xué)試驗(yàn)中的變形測量方法大致可以分為三大類機(jī)械方法、光學(xué)方法和電學(xué)方法。機(jī)械方法包括千分表法、差動(dòng)變壓器測量法等；光學(xué)方法包括光彈方法、激光全息方法等；電學(xué)方法主要是電阻應(yīng)變片法。其中，電阻應(yīng)變片是一種能夠?qū)⒈粶y巖樣的應(yīng)變量轉(zhuǎn)化為電阻變化量的敏感元件；工作過程中，巖樣發(fā)生變形，弓丨起電阻應(yīng)變片的電阻變化，通過測量橋路可將此微小的電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化，再經(jīng)過電子放大器放大，并依據(jù)某一比例常數(shù)關(guān)系，將其變換為巖樣的應(yīng)變值在應(yīng)變儀上顯示出來。由于電測方法具有靈敏度高、測量環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，而成為巖石變形測量的主要手段。 最簡單的電測方法是把電阻應(yīng)變片貼在被測巖樣的表面進(jìn)行直接測量，但是，這種方法只能測量巖樣表面一點(diǎn)的變形。因此，在此方法的基礎(chǔ)上，已經(jīng)發(fā)展了多種用于巖樣變形測量的電測裝置，其中，用于圓柱形巖樣徑向變形測量的裝置主要有環(huán)鏈?zhǔn)?、變形片一式等。這些裝置可分為兩類(1)將測量裝置固定在巖樣表面上進(jìn)行測量這類裝置能夠準(zhǔn)確測量巖樣同一點(diǎn)的徑向膨脹變形，但無法測量巖樣的徑向收縮變形，當(dāng)在大幅度提高圍壓或者某些巖石(如巖鹽)的巖樣因溶液滲透作用而溶解等條件下，巖樣將產(chǎn)生徑向收縮變形；將測量裝置固定在試驗(yàn)機(jī)某些不動(dòng)的部件(如壓頭)上進(jìn)行測量這類裝置能夠測量巖樣的徑向收縮變形，但測量接觸點(diǎn)隨巖樣變形而變動(dòng)，不能準(zhǔn)確反映巖樣同一點(diǎn)的徑向變化規(guī)律。由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種井眼徑向變形的測量裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種井眼徑向變形的測量裝置，該裝置將施加一定外力產(chǎn)生預(yù)先變形的彈性體放入井眼并緊貼井壁，從而測量圓形井眼徑向收縮和膨脹變形， 且測量點(diǎn)不會(huì)隨井眼形狀的改變而發(fā)生移動(dòng)，能準(zhǔn)確反映同一點(diǎn)的位移變化。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種井眼徑向變形的測量裝置，該測量裝置用于井壁圍巖的變形試驗(yàn)，該測量裝置包括一主軸，主軸上下兩端分別同心固定設(shè)有一柱塞， 所述柱塞與測試井眼直徑相同，所述主軸和柱塞連接后與測試井眼等高度；在所述主軸上部同一水平位置且圍繞主軸周向均勻設(shè)置多個(gè)彈性體，所述彈性體由連接部和主體構(gòu)成， 所述連接部緊密貼設(shè)并固定在主軸表面，主體是由連接部向下延伸且向主軸外側(cè)傾斜設(shè)置，主體底端構(gòu)成光滑的測量端，所述多個(gè)測量端所形成的圓周直徑大于柱塞直徑；在主體上部且位于主體與連接部夾角處設(shè)有電阻應(yīng)變片，所述電阻應(yīng)變片與電信號(hào)采集器及計(jì)算機(jī)電連接。[0006]在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述電阻應(yīng)變片的外部涂設(shè)有機(jī)硅膠。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述主軸由實(shí)心八棱柱構(gòu)成，所述八棱柱的每個(gè)側(cè)面上設(shè)有一彈性體。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述彈性體由螺釘固定于主軸上。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述彈性體由鈦合金制成。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述彈性體的測量端向主軸方向彎折一光滑拐角。由上所述，本實(shí)用新型的井眼徑向變形的測量裝置，由于彈性體在井眼變形前就有一定的變形，同時(shí)柱塞保證主軸與井眼軸線一直，可以確保在測量井眼變形過程中主軸與井眼軸向始終一致，可以確保在測量井眼變形過程中不發(fā)生平移，因此，可以準(zhǔn)確測量井壁同一點(diǎn)的徑向膨脹和收縮變形，使用靈活方便；而且，同一截面放置了多個(gè)彈性體，可以全方位的測量井壁受力情況下井壁的收縮和膨脹變形。

以下附圖僅旨在于對(duì)本實(shí)用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實(shí)用新型的范圍。其中圖1 為本實(shí)用新型井眼徑向變形的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 為本實(shí)用新型中彈性體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 為圖1中A-A的剖視示意圖。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。如圖1、圖2、圖3所示，本實(shí)用新型提供一種井眼徑向變形的測量裝置100，該測量裝置100用于井壁圍巖的變形試驗(yàn)，該測量裝置包括一主軸1，主軸1上下兩端分別同心固定設(shè)有一柱塞2，所述柱塞2與測試井眼直徑相同，所述主軸1和兩柱塞2連接后與測試井眼等高度；在所述主軸1上部同一水平位置且圍繞主軸1周向均勻設(shè)置多個(gè)彈性體3，所述彈性體3由連接部31和主體32構(gòu)成，所述連接部31緊密貼設(shè)并固定在主軸1表面，主體 32是由連接部31向下延伸且向主軸1外側(cè)傾斜設(shè)置，主體32底端構(gòu)成光滑的測量端321， 所述多個(gè)測量端321所形成的圓周直徑大于柱塞2直徑；在主體32上部且位于主體32與連接部31夾角處設(shè)有電阻應(yīng)變片4，所述電阻應(yīng)變片4的外部涂設(shè)有有機(jī)硅膠涂層，以確保電阻應(yīng)變片在實(shí)驗(yàn)過程中不受外界介質(zhì)的影響；所述電阻應(yīng)變片4與電信號(hào)采集器及計(jì)算機(jī)(圖中未示出)電連接。該測量裝置100在放入測試井眼前，彈性體的主體32自由張開，無撓度，電阻應(yīng)變片4無變形。試驗(yàn)時(shí)，先施加一定外力壓縮彈性體3，方便將測量裝置100放入測試井筒中， 然后松開彈性體3，此時(shí)彈性體3的測試端321與井壁緊密接觸，同時(shí)主軸1上下與井眼同尺寸的柱塞2保證主軸1與井眼軸線一致，從而保證試驗(yàn)過程中彈性體的測試端321與井壁不會(huì)發(fā)生滑移，能準(zhǔn)確測量井壁同一點(diǎn)的徑向變形。由于彈性體3受力變形時(shí)，電阻應(yīng)變片4也隨之變形，井壁受力后，如果發(fā)生的是徑向收縮變形，彈性體3向內(nèi)法線方向移動(dòng)，彈性體撓度減小，電阻應(yīng)變片4變形減?。蝗绻l(fā)生的是徑向膨脹變形，則彈性體3進(jìn)一步沿外法線方向移動(dòng)，彈性體撓度增加，電阻應(yīng)變片4變形增加，此時(shí)電阻應(yīng)變片4將電信號(hào)傳遞給與之相電連接的計(jì)算機(jī)，以直觀的反映井徑變形情況。由此，既能測量徑向膨脹變形， 又能測量徑向收縮變形。由上所述，本實(shí)用新型的井眼徑向變形的測量裝置，由于彈性體在井眼變形前就有一定的變形，同時(shí)柱塞保證主軸與井眼軸線一直，可以確保在測量井眼變形過程中主軸與井眼軸向始終一致，可以確保在測量井眼變形過程中不發(fā)生平移，因此，可以準(zhǔn)確測量井壁同一點(diǎn)的徑向膨脹和收縮變形，使用靈活方便；而且，同一截面放置了多個(gè)彈性體，可以全方位的測量井壁受力情況下井壁的收縮和膨脹變形。進(jìn)一步，如圖1、圖2、圖3所示，在本實(shí)施方式中，所述主軸1由實(shí)心八棱柱構(gòu)成， 所述八棱柱的每個(gè)側(cè)面上設(shè)有一彈性體3 ；在八棱柱同一橫截面的八邊形上取任一邊的中點(diǎn)定義為0°角，在該八邊形的外接圓上按0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、 315°角上(也就是八邊形的各邊中點(diǎn))開有圓螺紋孔，將八個(gè)回彈性好的彈性體3的連接部開設(shè)與主軸上圓螺紋孔相匹配的圓孔，用螺釘將彈性體固定于主軸上。在本實(shí)施方式中，所述彈性體3是由鈦合金制成的；所述彈性體3的測量端321向主軸1方向彎折成一光滑拐角，以方便緊貼井壁。本實(shí)用新型的井眼徑向變形的測量裝置與現(xiàn)有的真三軸試驗(yàn)系統(tǒng)相結(jié)合；具體是將本實(shí)用新型的井眼徑向變形的測量裝置放入試驗(yàn)試件的井筒內(nèi)，通過加載系統(tǒng)對(duì)井壁圍巖施加應(yīng)力，并可以測量不同應(yīng)力狀態(tài)下井壁圍巖變形情況。其保證彈性體測量端不發(fā)生滑移的特征是第一，柱塞直徑與井眼直徑一致，可保證整體測量裝置與井眼緊密貼合，測量裝置軸線不發(fā)生移動(dòng)；第二，柱塞及主軸整體高度與井眼深度一致，可保證測量裝置在安放于井眼后，整體不發(fā)生上下滑移；第三，多個(gè)彈性體自然張開后，測量端所形成的圓周的直徑大于柱塞直徑，也就是說大于井眼直徑，將測量裝置安放于井眼后，保證測量端與井壁緊密接觸。本實(shí)用新型的測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適用于多種真三軸試驗(yàn)中模擬井眼變形的測量，解決了不同應(yīng)力加載條件下井徑變形測量的難題。本實(shí)用新型的井眼徑向變形的測量裝置還可以用于各種井壁圍巖的變形試驗(yàn)中。以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種井眼徑向變形的測量裝置，該測量裝置用于井壁圍巖的變形試驗(yàn)，其特征在于 該測量裝置包括一主軸，主軸上下兩端分別同心固定設(shè)有一柱塞，所述柱塞與測試井眼直徑相同，所述主軸和柱塞連接后與測試井眼等高度；在所述主軸上部同一水平位置且圍繞主軸周向均勻設(shè)置多個(gè)彈性體，所述彈性體由連接部和主體構(gòu)成，所述連接部緊密貼設(shè)并固定在主軸表面，主體是由連接部向下延伸且向主軸外側(cè)傾斜設(shè)置，主體底端構(gòu)成光滑的測量端，所述多個(gè)測量端所形成的圓周直徑大于柱塞直徑；在主體上部且位于主體與連接部夾角處設(shè)有電阻應(yīng)變片，所述電阻應(yīng)變片與電信號(hào)采集器及計(jì)算機(jī)電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的井眼徑向變形的測量裝置，其特征在于所述電阻應(yīng)變片的外部涂設(shè)有機(jī)硅膠。
3.如權(quán)利要求1所述的井眼徑向變形的測量裝置，其特征在于所述主軸由實(shí)心八棱柱構(gòu)成，所述八棱柱的每個(gè)側(cè)面上設(shè)有一彈性體。
4.如權(quán)利要求1所述的井眼徑向變形的測量裝置，其特征在于所述彈性體由螺釘固定于主軸上。
5.如權(quán)利要求1所述的井眼徑向變形的測量裝置，其特征在于所述彈性體由鈦合金制成。
6.如權(quán)利要求1所述的井眼徑向變形的測量裝置，其特征在于所述彈性體的測量端向主軸方向彎折一光滑拐角。
專利摘要本實(shí)用新型為一種井眼徑向變形的測量裝置，該測量裝置包括一主軸，主軸上下兩端分別同心固定設(shè)有一柱塞，柱塞與測試井眼直徑相同，主軸和柱塞連接后與測試井眼等高度；在主軸上部同一水平位置且圍繞主軸周向均勻設(shè)置多個(gè)彈性體，彈性體由連接部和主體構(gòu)成，連接部緊密貼設(shè)并固定在主軸表面，主體是由連接部向下延伸且向主軸外側(cè)傾斜設(shè)置，主體底端構(gòu)成光滑的測量端，多個(gè)測量端所形成的圓周直徑大于柱塞直徑；在主體上部且位于主體與連接部夾角處設(shè)有電阻應(yīng)變片。該測量裝置可以準(zhǔn)確測量井壁同一點(diǎn)的徑向膨脹和收縮變形，使用靈活方便；同一截面放置了多個(gè)彈性體，可以全方位的測量井壁受力情況下井壁的收縮和膨脹變形。
文檔編號(hào)E21B47/08GK202170792SQ20112026507
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者盧運(yùn)虎, 金衍, 陳勉 申請人:中國石油大學(xué)(北京)