基于光纖傳感技術(shù)的鉆孔式三維地應(yīng)力監(jiān)測傳感裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖傳感技術(shù)的鉆孔式三維地應(yīng)力監(jiān)測傳感裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]地應(yīng)力狀態(tài)數(shù)據(jù)是油氣資源勘查、地質(zhì)災(zāi)害研宄與防治、城市建設(shè)、地震預(yù)測預(yù)報、邊坡巖體穩(wěn)定性研宄等領(lǐng)域不可缺少的基礎(chǔ)資料，其準(zhǔn)確程度直接影響工程的質(zhì)量甚至成敗。因此，地應(yīng)力測量與監(jiān)測成為人類工程活動中不可或缺的工作。目前，隨著我國煤礦等各種礦產(chǎn)開采、引水、引電、水庫建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害防治、油氣田勘探等大型工程的開發(fā)，對巖體地應(yīng)力連續(xù)監(jiān)測的需求猛增，也對巖體地應(yīng)力監(jiān)測儀器的可靠性、精度和自動化程度提出了更高的要求。以地應(yīng)力監(jiān)測在油氣田勘探領(lǐng)域為例，首先，地應(yīng)力是油氣運移、聚集的動力之一，地應(yīng)力作用下所形成的儲層裂縫、斷層及構(gòu)造是油氣運移、聚集的通道和場所之一，現(xiàn)今地應(yīng)力場影響和控制著油氣田開發(fā)過程中油、氣、水的動態(tài)變化。其次，通過分析地應(yīng)力與裂縫的關(guān)系可以研宄油氣運移與聚集的規(guī)律，尋找含油氣盆地。最后，根據(jù)地應(yīng)力三維空間的分布特征和儲集層巖性參數(shù)，不僅可以預(yù)測裂縫擴展的規(guī)律，為制定合理的油氣田開發(fā)方案提供依據(jù)，而且還可以建立地層壓力剖面來預(yù)測石油鉆井工程井眼的穩(wěn)定性。因此，地應(yīng)力是油田開發(fā)方案設(shè)計、水力壓裂裂縫擴展規(guī)律分析、地層破裂壓力和地層坍塌壓力預(yù)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，獲取準(zhǔn)確的地應(yīng)力監(jiān)測資料對于油氣田勘探開發(fā)具有重要現(xiàn)實意義和經(jīng)濟意義。另外，我國是世界上構(gòu)造活動性最劇烈的大陸之一，地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，地球內(nèi)部熱動力和板塊間作用力直接控制了火山噴發(fā)、地震、巖爆和群發(fā)性滑坡泥石流等重大災(zāi)害。進(jìn)一步了解地球內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)和地塊活動規(guī)律，地殼應(yīng)力集中和釋放的機理是地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報的基礎(chǔ)。2001年11月14日昆侖山Ms8.1特大地震前后地應(yīng)力變化被我國地質(zhì)學(xué)家捕獲，證實昆侖山大地震前地表應(yīng)力高度集中和積累，最大主應(yīng)力達(dá)到12Mpa，地震后下降到3-4MPa，昆侖山特大地震釋放應(yīng)力2/3。這是世界上首次監(jiān)測到特大地震前后原位地應(yīng)力變化，證明了李四光先生提出的利用地應(yīng)力變化預(yù)報地震的技術(shù)路線是正確的，有效的。我國于上世紀(jì)60-70年代曾經(jīng)部署了幾十臺地應(yīng)力測量儀，組成初步的監(jiān)測網(wǎng)，探索地震預(yù)報的新途徑。數(shù)十年過去了，地應(yīng)力測量技術(shù)發(fā)展非?？?，精度大幅度提高，并實現(xiàn)了實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程傳輸。因此，開展我國實時地應(yīng)力場監(jiān)測，為開展地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報，提高預(yù)報能力和精度，有效減輕地質(zhì)災(zāi)害造成的損失。
[0003]目前比較成熟的地應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)主要有體積式監(jiān)測儀器、電容式分量監(jiān)測儀器和壓磁式分量監(jiān)測儀器，然而由于受到鉆孔位置和井孔深度的限制以及儀器在高溫高壓下長期工作穩(wěn)定性問題，傳統(tǒng)的電學(xué)監(jiān)測儀器使用受到了限制。針對現(xiàn)有的電學(xué)地應(yīng)力監(jiān)測儀器存在的不足，本發(fā)明采用光纖傳感技術(shù)研制三維地應(yīng)力監(jiān)測傳感裝置。光纖傳感技術(shù)是一門新興的、多學(xué)科交叉的高科技應(yīng)用技術(shù)，相對于傳統(tǒng)傳感器，光纖光柵傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、耐腐蝕、體積小、壽命長、無源性、抗電磁干擾、具有分布式測量能力、便于與光纖傳輸系統(tǒng)組成遙測網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點，非常適用于惡劣環(huán)境下的長期監(jiān)測，成為最具有發(fā)展前景的電類傳感器的替代品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于光纖傳感技術(shù)的鉆孔式三維地應(yīng)力監(jiān)測傳感裝置。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0006]基于光纖傳感技術(shù)的鉆孔式三維地應(yīng)力監(jiān)測傳感裝置，包括高壓橡膠管、高壓橡膠連接管、第一三分量探頭、第二三分量探頭、第三三分量探頭和傳感裝置端頭，第一三分量探頭、第二三分量探頭、第三三分量探頭通過雙螺紋連接件相連，并通過限位塊限定各自的相對位置，第一三分量探頭為軸向平面三分量探頭，第二三分量探頭、第三三分量探頭為方向相差90°角的切向平面三分量探頭，第一三分量探頭、第二三分量探頭、第三三分量探頭均由限位塊、鋁合金基座、三個單分量傳感芯片、單分量傳感芯片支架和傳感裝置保護(hù)套管，單分量傳感芯片支架的數(shù)量為三個，呈一定角度開設(shè)在所述傳感裝置保護(hù)套管上，三個單分量傳感芯片通過光纖以串聯(lián)的方式安裝在所述單分量傳感芯片支架上，最上端的鋁合金基座上端通過高壓橡膠連接管連接有高壓橡膠管，最下端的鋁合金基座下端連接有傳感裝置端頭，所述單分量傳感芯片由若干碳纖維復(fù)合材料片通過環(huán)氧樹脂膠層粘結(jié)而成，所述碳纖維復(fù)合材料片的一面通過環(huán)氧樹脂膠黏貼有光纖光柵，所述碳纖維復(fù)合材料片與所述環(huán)氧樹脂膠層的厚度相同。
[0007]其中，所述的環(huán)氧樹脂膠層采用耐高溫環(huán)氧樹脂。
[0008]其中，所述的一定角度為60°或45°。
[0009]其中，所述的光纖光柵為外徑為0.125mm的單模光纖，反射率近似為100%，3dB帶寬為 1.068nm。
[0010]其中，所述的單分量傳感芯片外包裹有金屬套管。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0012]可以直接服務(wù)于油氣資源勘查、發(fā)震斷裂帶地應(yīng)力監(jiān)測、大型邊坡巖體應(yīng)力變化監(jiān)測，為人們的生活提供能源保障、安全，其社會作用、經(jīng)濟效益巨大。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例一種基于光纖傳感技術(shù)的鉆孔式三維地應(yīng)力監(jiān)測傳感裝置的分解圖。
[0014]圖2為圖1中單分量傳感芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為單分量傳感芯片封裝后的的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為三維地應(yīng)力傳感裝置測試系統(tǒng)示意圖
【具體實施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]如圖1-3所示，本發(fā)明實施例提供了一種基于光纖傳感技術(shù)的鉆孔式三維地應(yīng)力監(jiān)測傳感裝置，包括高壓橡膠管1、高壓橡膠連接管2、第一三分量探頭9、第二三分量探頭10、第三三分量探頭11和傳感裝置端頭8，第一三分量探頭9、第二三分量探頭10、第三三分量探頭11通過雙螺紋連接件12相連，并通過限位塊13限定