水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備及采集系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備及采集系統(tǒng)，所述井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備(100)包括：上殼體(101)、下殼體(102)、壓力采集傳感器(103)和電路板(104)。優(yōu)點為：(1)可直接采集壓裂試驗段的水壓，因此，不需要對井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備100采集到的水壓值進行修正，既提高了地應(yīng)力測量結(jié)果的精度，也減化了地應(yīng)力計算過程的復(fù)雜度；(2)對現(xiàn)有水壓致裂法地應(yīng)力測量系統(tǒng)的改造小，不會額外占用壓裂試驗段的空間，具有結(jié)構(gòu)簡單、易安裝使用以及工作壽命長的優(yōu)點。
【專利說明】水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備及采集系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于地應(yīng)力測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備及采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]采用水壓致裂法測量地應(yīng)力，具有以下優(yōu)點:⑴無需知道巖體的力學(xué)參數(shù)，即可獲得地層中多種地應(yīng)力參量；(2)具有設(shè)備簡單、操作方便、可在任意深度進行連續(xù)或重復(fù)測試、測量速度快、測值直觀、測值代表性大等特點。因此，這一方法具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]傳統(tǒng)的水壓致裂地應(yīng)力測量系統(tǒng)的整體設(shè)備如圖1所示，包括第一輸水管路4、第二輸水管路5、上封隔器1、下封隔器2、連接軟管3、壓裂管11、流量計9、水箱10、回水閥11、第一高壓泵7和第二高壓泵12 ;其中，圖2為上封隔器、下封隔器和壓裂管的安裝示意圖；所述連接軟管3連接在上封隔器和下封隔器之間，并且，連接軟管的兩端分別與上封隔器和下封隔器的腔體連通，上封隔器的進水口與第二輸水管路5連通，第二輸水管路5通過第二高壓泵12連接到水箱10 ;壓裂管固定在上封隔器和下封隔器之間，在壓裂管上設(shè)置若干個排水口，并且壓裂管的進水口與第一輸水管路4連通，第一輸水管路4通過第一高壓泵7連接到水箱10 ;其工作原理為:將成對設(shè)置的上下封隔器放置到井下需要測量的深度位置，通過壓裂管的支撐作用，使上下封隔器之間形成一個空間；然后，由于上封隔器和下封隔器通過軟管連通，因此，地面的第二高壓泵12從水箱10抽水，并通過第二輸水管路5同時向上下封隔器注水，使上下封隔器膨脹并與孔壁緊密接觸，從而形成封隔空間，即壓裂試驗段6 ;然后，地面的高壓泵7從水箱10抽水，并通過第一輸水管路不斷向壓裂管注水，壓裂管又通過排水孔不斷向被封隔空間排水，使被封隔空間壓力不斷增大，在第一輸水管路位于地面的部分安裝壓力傳感器8，通過壓力傳感器記錄地面被安裝管路的輸水壓力值，該壓力值通過換算可以得出被封隔空間壓力值，因此，通過分析壓力傳感器采集到的壓力值隨時間的變化關(guān)系，得到壓力記錄曲線，通過對壓力記錄曲線進行分析，可得到特征壓力參數(shù)，再根據(jù)相應(yīng)的理論計算公式，就可得到測點處的最大和最小水平主應(yīng)力的量值以及巖石的抗拉強度等巖石力學(xué)參數(shù)。
[0004]上述測量系統(tǒng)存在的主要問題為:壓力傳感器采集到的為地面管路的輸水壓力值，而由于管道參數(shù)、流量曲線和測點深度等參量的影響，使壓力傳感器采集到壓力值會偏離井下巖壁裂縫處承載的水壓，由此，簡單的將壓力傳感器采集到壓力值近似按井下巖壁裂縫處承載的水壓處理，會降低地應(yīng)力測量結(jié)果的精度。
[0005]為解決上述問題，可以對壓力傳感器采集到的壓力值進行修正，然而，在實際操作中，管道參數(shù)和流量曲線的獲得依賴于現(xiàn)場測試條件，部分參數(shù)需要依靠猜想或者經(jīng)驗值獲得，因此，難以對壓力傳感器采集到的壓力值進行精確修正，仍然會給最后的應(yīng)力計算結(jié)果帶來很大的誤差。
實用新型內(nèi)容
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型提供一種水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備及采集系統(tǒng)，可有效解決上述問題。
[0007]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本實用新型提供一種水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，所述井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備(100)包括:上殼體(101)、下殼體(102)、壓力采集傳感器(103)和電路板
(104)；
[0009]其中，所述上殼體(101)和所述下殼體(102)的相交邊緣處為密封連接；所述上殼體(101)具有第一腔體(106)，并且，所述上殼體(101)的殼壁開設(shè)有與所述第一腔體(106)連通的若干個排水孔(105)，注入到所述第一腔體(106)的高壓水通過所述排水孔
(105)排放到壓裂試驗段中；
[0010]所述下殼體(102)具有密封的第二腔體(107)，所述壓力采集傳感器(103)和所述電路板(104)均固定在所述第二腔體(107)中；
[0011]此外，所述第一腔體(106)和所述第二腔體(107)之間設(shè)置有通孔，通過所述通孔，連通所述第一腔體(106)和所述第二腔體(107);所述壓力采集傳感器(103)的探頭與所述通孔密封連接，并且，所述探頭位于所述上殼體(101)的第一腔體(106)的底部，使所述探頭直接采集注入到所述第一腔體(106)的水的壓力值。
[0012]優(yōu)選的，所述上殼體(101)和所述下殼體(102)通過螺紋連接方式密封連接。
[0013]優(yōu)選的，所述通孔具有內(nèi)螺紋；所述壓力采集傳感器(103)的探頭設(shè)置有與所述內(nèi)螺絲適配的外螺紋；所述壓力采集傳感器(103)的探頭通過螺紋連接方式與所述通孔密封連接。
[0014]優(yōu)選的，所述電路板(104)包括:輸入接口、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)存儲器和供電電源；所述輸入接口的一端與所述壓力采集傳感器(103)電連接，所述輸入接口的另一端與所述數(shù)據(jù)采集電路的輸入端連接，所述數(shù)據(jù)采集電路的輸出端與所述數(shù)據(jù)存儲器連接；所述供電電源分別與所述輸入接口、所述數(shù)據(jù)采集電路、所述數(shù)據(jù)存儲器和所述壓力采集傳感器(103)電連接。
[0015]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集電路包括串聯(lián)連接的前置放大電路、低通濾波電路和高通濾波電路。
[0016]優(yōu)選的，所述電路板還包括輸出接口 ；所述輸出接口與所述數(shù)據(jù)存儲器連接。
[0017]優(yōu)選的，所述輸出接口為USB接口或RS232接口。
[0018]本實用新型還提供一種井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括上述的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，還包括上封隔器、下封隔器和壓裂管；所述井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括上殼體(101)和下殼體(102)；
[0019]所述壓裂管的頂端與所述上封隔器的底面固定連接，所述壓裂管的底端與所述上殼體(101)的頂端固定連接，所述下殼體(102)的底端與所述下封隔器的頂面固定連接。
[0020]本實用新型還提供一種井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括上述的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，還包括上封隔器和下封隔器；所述井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括上殼體(101)和下殼體(102)；
[0021]所述上殼體(101)的頂端與所述上封隔器的底面固定連接，所述下殼體(102)的底端與所述下封隔器的頂面固定連接。
[0022]優(yōu)選的，所述上殼體(101)的頂端與所述上封隔器的底面通過螺紋連接方式固定連接，所述下殼體(102)的底端與所述下封隔器的頂面通過螺紋連接方式固定連接。
[0023]本實用新型提供的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備及采集系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:
[0024](I)可直接采集壓裂試驗段的水壓，因此，不需要對井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備100采集到的水壓值進行修正，既提高了地應(yīng)力測量結(jié)果的精度，也減化了地應(yīng)力計算過程的復(fù)雜度；
[0025](2)對現(xiàn)有水壓致裂法地應(yīng)力測量系統(tǒng)的改造小，不會額外占用壓裂試驗段的空間，具有結(jié)構(gòu)簡單、易安裝使用以及工作壽命長的優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為傳統(tǒng)的水壓致裂法地應(yīng)力測量系統(tǒng)的整體設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為傳統(tǒng)的水壓致裂法地應(yīng)力測量系統(tǒng)中上封隔器、下封隔器和壓裂管的安裝示意圖；
[0028]圖3為本實用新型提供的上封隔器、下封隔器、壓裂管和井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備的安裝示意圖；
[0029]圖4為本實用新型提供的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備的分解狀態(tài)示意圖；
[0030]圖5為本實用新型提供的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備的剖面圖。
【具體實施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明:
[0032]本實用新型提供一種水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可直接采集壓裂試驗段的水壓，因此，不需要對井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備100采集到的水壓值進行修正，既提高了地應(yīng)力測量結(jié)果的精度，也減化了地應(yīng)力計算過程的復(fù)雜度，具體的，如圖4所示，為井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備的分解狀態(tài)示意圖；如圖5所示，為井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備的剖面圖；井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備100包括:上殼體101、下殼體102、壓力采集傳感器103和電路板104 ；
[0033]其中，上殼體101和下殼體102的相交邊緣處為密封連接，例如，通過螺紋連接方式密封連接；上殼體101具有第一腔體106，并且，上殼體101的殼壁開設(shè)有與第一腔體106連通的若干個排水孔105，注入到第一腔體106的高壓水通過排水孔105排放到壓裂試驗段中；
[0034]下殼體102具有密封的第二腔體107，壓力采集傳感器103和電路板104均固定在第二腔體107中；
[0035]此外，第一腔體106和第二腔體107之間設(shè)置有通孔，通過通孔，連通第一腔體106和第二腔體107 ;壓力采集傳感器103的探頭與通孔密封連接，并且，探頭位于上殼體101的第一腔體106中，使探頭直接采集注入到第一腔體106的水的壓力值。作為一種具體示例，通孔具有內(nèi)螺紋；壓力采集傳感器103的探頭設(shè)置有與內(nèi)螺絲適配的外螺紋；壓力采集傳感器103的探頭通過螺紋連接方式與通孔密封連接。
[0036]通過上述結(jié)構(gòu)，壓力采集傳感器103和電路板104均固定在第二腔體107中，在進行水壓致裂實驗時，由于第二腔體107為密封腔體，因此，有效防止壓裂時的高壓水進入下殼體腔體而損壞電路板和壓力采集傳感器；又由于壓力采集傳感器的探頭位于第一腔體的底部，因此，在進行壓裂試驗時，高壓水注入到第一腔體中，從而使壓力采集傳感器的探頭與高壓水直接接觸，達到壓力采集傳感器的探頭直接測量壓裂試驗段水壓的目的。
[0037]本實用新型中，通過上述結(jié)構(gòu)，即可解決現(xiàn)有技術(shù)存在的主要問題。對于電路板包括的具體電子器件，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需要靈活配置。以下僅介紹電路板的一種具體示例，電路板包括:輸入接口、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)存儲器和供電電源；輸入接口的一端與壓力采集傳感器103電連接，輸入接口的另一端與數(shù)據(jù)采集電路的輸入端連接，數(shù)據(jù)采集電路的輸出端與數(shù)據(jù)存儲器連接；供電電源分別與輸入接口、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)存儲器和壓力采集傳感器103電連接。電路板還包括輸出接口；輸出接口與數(shù)據(jù)存儲器連接。輸出接口為USB接口或RS232接口。
[0038]其工作原理為:通過輸入接口和數(shù)據(jù)采集電路，將壓力采集傳感器采集到的壓裂試驗段水壓值存儲到數(shù)據(jù)存儲器；在壓裂試驗結(jié)束時，將井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備提取至地面，通過讀取數(shù)據(jù)存儲器，即可得到壓力記錄曲線。其中，數(shù)據(jù)采集電路可包括串聯(lián)連接的前置放大電路、低通濾波電路和高通濾波電路，用于對壓力采集傳感器采集到的原始壓力值進行處理。
[0039]本實用新型中，可采用各種形式，將上述的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備固定到壓裂試驗段，以下介紹兩種具體的固定方式:
[0040](一)固定方式一
[0041]如圖3所示，對于由上封隔器、下封隔器和壓裂管組成的傳統(tǒng)的水壓致裂法測試系統(tǒng)；將井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備和壓裂管進行配合，即:井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括上殼體101和下殼體102 ;壓裂管的頂端與上封隔器的底面固定連接，如螺絲連接；壓裂管的底端與上殼體101的頂端固定連接，如螺絲連接；下殼體102的底端與下封隔器的頂面固定連接，如螺絲連接；通過該種方式，實現(xiàn)了壓裂管和井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備的串聯(lián)，即:在壓裂試驗時，地面高壓水首先注入到壓裂管，再從壓裂管注入到上殼體101然后，壓裂管和上殼體101內(nèi)部的高壓水均向壓裂試驗段排放，達到壓裂的作用。可見，采用此種方式，井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備在具有數(shù)據(jù)采集功能的同時，還具有常規(guī)壓裂管的功能，由于井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備與壓裂管串聯(lián)，因此，不會額外占用壓裂試驗段的空間，對傳統(tǒng)的水壓致裂法測試系統(tǒng)的改動非常小，具有易裝配的優(yōu)點。
[0042](二)固定方式二
[0043]對于由上封隔器、下封隔器和壓裂管組成的傳統(tǒng)的水壓致裂法測試系統(tǒng)；使井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備完全代替壓裂管，即:將井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備直接固定到上封隔器和下封隔器之間，即:井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括上殼體101和下殼體102 ;上殼體101的頂端與上封隔器的底面固定連接，例如，可采用螺紋連接方式固定連接；下殼體102的底端與下封隔器的頂面固定連接，例如，可采用螺紋連接方式固定連接。本種固定方式，由于井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備直接固定在上封隔器和下封隔器之間，因此，除具有水壓采集功能，井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備還同時具有支撐上下封隔器的作用，實現(xiàn)常規(guī)壓裂管的功能，因此，不會額外占用壓裂試驗段的空間，對傳統(tǒng)的水壓致裂法測試系統(tǒng)的改動非常小，具有易裝配的優(yōu)點。
[0044]綜上所述，本實用新型提供的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備及采集系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:
[0045](I)可直接采集壓裂試驗段的水壓，因此，不需要對井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備100采集到的水壓值進行修正，既提高了地應(yīng)力測量結(jié)果的精度，也減化了地應(yīng)力計算過程的復(fù)雜度；
[0046](2)對現(xiàn)有水壓致裂法地應(yīng)力測量系統(tǒng)的改造小，不會額外占用壓裂試驗段的空間，具有結(jié)構(gòu)簡單、易安裝使用以及工作壽命長的優(yōu)點。
[0047]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備(100)包括:上殼體(101)、下殼體(102)、壓力采集傳感器(103)和電路板(104); 其中，所述上殼體(101)和所述下殼體(102)的相交邊緣處為密封連接；所述上殼體(101)具有第一腔體(106)，并且，所述上殼體(101)的殼壁開設(shè)有與所述第一腔體(106)連通的若干個排水孔(105)，注入到所述第一腔體(106)的高壓水通過所述排水孔(105)排放到壓裂試驗段中； 所述下殼體(102)具有密封的第二腔體(107)，所述壓力采集傳感器(103)和所述電路板(104)均固定在所述第二腔體(107)中； 此外，所述第一腔體(106)和所述第二腔體(107)之間設(shè)置有通孔，通過所述通孔，連通所述第一腔體(106)和所述第二腔體(107);所述壓力采集傳感器(103)的探頭與所述通孔密封連接，并且，所述探頭位于所述上殼體(101)的第一腔體(106)的底部，使所述探頭直接采集注入到所述第一腔體(106)的水的壓力值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述上殼體(101)和所述下殼體(102)通過螺紋連接方式密封連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述通孔具有內(nèi)螺紋；所述壓力采集傳感器(103)的探頭設(shè)置有與所述內(nèi)螺絲適配的外螺紋；所述壓力采集傳感器(103)的探頭通過螺紋連接方式與所述通孔密封連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述電路板(104)包括:輸入接口、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)存儲器和供電電源；所述輸入接口的一端與所述壓力采集傳感器(103)電連接，所述輸入接口的另一端與所述數(shù)據(jù)采集電路的輸入端連接，所述數(shù)據(jù)采集電路的輸出端與所述數(shù)據(jù)存儲器連接；所述供電電源分別與所述輸入接口、所述數(shù)據(jù)采集電路、所述數(shù)據(jù)存儲器和所述壓力采集傳感器(103)電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集電路包括串聯(lián)連接的前置放大電路、低通濾波電路和高通濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述電路板還包括輸出接口；所述輸出接口與所述數(shù)據(jù)存儲器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述輸出接口為USB接口或RS232接口。
8.一種井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1-7任一項所述的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，還包括上封隔器、下封隔器和壓裂管；所述井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括上殼體(101)和下殼體(102)； 所述壓裂管的頂端與所述上封隔器的底面固定連接，所述壓裂管的底端與所述上殼體(101)的頂端固定連接，所述下殼體(102)的底端與所述下封隔器的頂面固定連接。
9.一種井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1-7任一項所述的水壓致裂法測量地應(yīng)力的井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備，還包括上封隔器和下封隔器；所述井下數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括上殼體(101)和下殼體(102)； 所述上殼體(101)的頂端與所述上封隔器的底面固定連接，所述下殼體(102)的底端與所述下封隔器的頂面固定連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的井下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，所述上殼體(101)的頂端與所述上封隔器的底面通過螺紋連接方式固定連接，所述下殼體(102)的底端與所述下封隔器的頂面通過螺紋連接方式固定連接。
【文檔編號】E21B49/00GK204228981SQ201420768977
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】郭啟良, 王顯軍, 張志國, 侯硯和, 李兵 申請人:中國地震局地殼應(yīng)力研究所