水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)，包括不銹鋼殼體和集成封裝于不銹鋼殼體內(nèi)的控制管路和管道元器件；不銹鋼外殼上標識有高壓流體的走向及壓力表和流量計。本實用新型可以實現(xiàn)高壓下滲透性自檢、應力測量高壓流體控制（包括雙回路和單回路兩種功能）、高壓壓水、壓力傳感器標定和高壓流量計標定的功能。
【專利說明】水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]水壓致裂技術是進行原地應力測量的一種有效而可靠的方法，試驗設備簡單，操作方便，測量結果直觀，精度高，而且測量深度不受限制，代表性好。近年來，該技術在深長隧道勘察設計中得到了廣泛的應用。其方法是通過在深鉆孔中進行連續(xù)的水壓致裂應力測量，獲得測點附近原地應力的大小、方向及巖石的破裂壓力、重張壓力以及抗拉強度等力學參數(shù)，為分析深埋隧道圍巖的穩(wěn)定性并判斷施工時發(fā)生巖爆的可能性等問題提供重要依據(jù)。
[0003]中國大陸境內(nèi)普遍使用的水壓致裂原地應力測試系統(tǒng)有兩類，一類是雙回路測試系統(tǒng)，另一類是單回路測試系統(tǒng)，兩類測試系統(tǒng)均由六個部分組成，分別是高壓流體控制系統(tǒng)、高壓水泵、動力系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄和采集系統(tǒng)、跨接式封隔器和鉆桿系統(tǒng)，高壓流體控制系統(tǒng)是地表設備中的重要組成部分。
[0004]發(fā)明人所在的單位中國地震局地殼應力研究所是開展水壓致裂原地應力測試最早的單位之一，所有的水壓致裂測試系統(tǒng)均由研究所自行研發(fā)組裝，并推廣到全國各行各業(yè)使用。在早期，水壓致裂原地應力測試系統(tǒng)的高壓流體控制系統(tǒng)采用液壓單向球閥、針閥、耐震壓力表以及連接件組成?，F(xiàn)有高壓流體控制系統(tǒng)存在以下問題:
[0005](I)標準化程度低，現(xiàn)有的高壓流體控制系統(tǒng)均采用零散配件現(xiàn)場組裝，各種閥體、連接件選擇和安裝都具有隨意性，不符合標準化測試和原地應力測試現(xiàn)場質量控制的標準，需要對設備進行革新。
[0006](2)功能單一，現(xiàn)有的高壓流體控制系統(tǒng)由于采用現(xiàn)場臨時組裝的策略，一般只為現(xiàn)場的需求而設定單一功能，無法滿足現(xiàn)場多種情況。
[0007](3)安全性能差，現(xiàn)有的高壓流體控制系統(tǒng)由于是現(xiàn)場臨時組裝的產(chǎn)品，無法全面考慮各種安全隱患和全面開展各種安全性能測試，故在使用過程中會存在較大的安全隱患，故需要增加現(xiàn)有系統(tǒng)的安全系數(shù)進而保障水壓致裂原地應力測試過程中人員的人身安全。
[0008]鑒于以上客觀技術原因，非常有必要開發(fā)新一代的高壓流體控制系統(tǒng)。
實用新型內(nèi)容
[0009]本實用新型需要解決的技術問題就在于克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)高壓下滲透性自檢、應力測量高壓流體控制(包括雙回路和單回路兩種功能)、高壓壓水、壓力傳感器標定和高壓流量計標定的功能。
[0010]為解決上述問題，本實用新型采用如下技術方案:
[0011]本實用新型提供了一種水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)，包括不銹鋼殼體和集成封裝于不銹鋼殼體內(nèi)的控制管路和管道元器件；不銹鋼外殼上標識有高壓流體的走向及壓力表和流量計。
[0012]具體集成管路包括給試驗段加壓通道及水源，給試驗段加壓通道的一端連接高壓加壓裝置，給試驗段加壓通道的另一端連接鉆孔，高壓加壓裝置連接水源，給試驗段加壓通道上安裝有一個流量計、一個球閥和一個壓力表；流量計的上游和壓力表的下游之間的給試驗段加壓通道上并聯(lián)一支泄水通道，泄水通道上安裝有一個球閥，泄水通道通過一個球閥和一個流量計連接至水源，給試驗段加壓通道的流量計和球閥之間分流出兩路，一路為回水流量記錄通道，另一路為給封隔器加壓通道，所述回水流量記錄通道通過一個球閥、一個流量計連接至水源，所述給封隔器加壓通道安裝有針閥和封隔器加壓壓力表，給試驗段加壓通道壓力表和封隔器加壓壓力表均連接有壓力傳感器。
[0013]兩個壓力傳感器分別接入數(shù)據(jù)記錄和采集系統(tǒng)。
[0014]所述高壓加壓裝置為高壓水泵，所述水源為蓄水箱。
[0015]本實用新型開發(fā)了新一代水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)。在前一代快速水壓致裂高壓流體控制系統(tǒng)的基礎上全面升級革新高壓流體控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)以下功倉泛:
[0016](I)按照標準化制造的概念，將高壓流體控制系統(tǒng)的所有可能使用到的功能集成到一套系統(tǒng)上，并且對各種配件、組件按照標準件的要求規(guī)范生產(chǎn)，規(guī)范安裝，盡量減少非標準件的使用。流體控制系統(tǒng)功能包括系統(tǒng)高壓下滲透性自檢、應力測量高壓流體控制(包括雙回路和單回路兩種功能)、高壓壓水、壓力傳感器標定和高壓流量計標定等功能；
[0017](2)全部系統(tǒng)封裝在不銹鋼外殼內(nèi)，外殼上標識了高壓流體的走向、壓力表和流量計等設備，以整體提高設備的安全系數(shù)。
[0018]因而，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0019](I)實現(xiàn)了水壓致裂原地應力測量過程中各種高壓流體控制功能的集成和實現(xiàn)，而且現(xiàn)場管線連接方便。
[0020](2)經(jīng)過現(xiàn)場檢驗，本實用新型高壓流體控制系統(tǒng)安全可靠，使用標識齊全，有效地保障了操作人員和監(jiān)理人員的人身安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型結構示意圖。
[0022]圖2為水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)管理原理圖。
[0023]圖3為高壓滲透性自檢功能管理原理圖。
[0024]圖4為雙回路水壓致裂原地應力測量高壓流體控制管理原理圖。
[0025]圖5為單回路水壓致裂原地應力測量高壓流體控制管理原理圖。圖6為高壓壓水高壓流體控制管理原理圖。
【具體實施方式】
[0026]如圖1所示，本實用新型提供了一種水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)，包括不銹鋼殼體100和集成封裝于不銹鋼殼體內(nèi)的控制管路和管道元器件；不銹鋼外殼上標識有高壓流體的走向及壓力表200和流量計300。圖1中箭頭方向為高壓流體的走向。
[0027]如圖2所示，具體集成管路包括給試驗段加壓通道I及水源2，給試驗段加壓通道的一端連接高壓加壓裝置3，給試驗段加壓通道的另一端連接鉆孔4，高壓加壓裝置連接水源，給試驗段加壓通道上安裝有一個流量計5、一個球閥6和一個壓力表7 ;流量計的上游和壓力表的下游之間的給試驗段加壓通道上并聯(lián)一支泄水通道8，泄水通道上安裝有一個球閥9，泄水通道通過一個球閥10和一個流量計11連接至水源，給試驗段加壓通道的流量計和球閥之間分流出兩路，一路為回水流量記錄通道12，另一路為給封隔器加壓通道13，所述回水流量記錄通道通過一個球閥14、一個流量計15連接至水源，所述給封隔器加壓通道安裝有針閥16和加壓壓力表17，給試驗段加壓通道壓力表和封隔器加壓壓力表均連接有壓力傳感器18、19。
[0028]圖2中箭頭方向為高壓流體的走向。
[0029]如圖3、圖4和圖5所示，兩個壓力傳感器分別接入數(shù)據(jù)記錄和采集系統(tǒng)20。
[0030]所述高壓加壓裝置為高壓水泵，所述水源為蓄水箱。
[0031]本實用新型具有下列功能:
[0032](一)高壓滲透性自檢功能:
[0033]高壓滲透性自檢功能的原理示意圖如圖3所示，圖3中關閉與鉆孔和水箱連接的球閥，然后啟動高壓水泵，同時觀測不同壓力階段流量計和壓力表的顯示值，觀測高壓流體控制系統(tǒng)壓力表和高壓傳感器顯示的數(shù)值是否一一對應，并標定壓力傳感器和高壓流量。檢查各個連接部位是否有冒水、滴漏等泄露現(xiàn)象。
[0034](二)雙回路水壓致裂測試過程:
[0035]雙回路水壓致裂原地應力測量功能的原理示意圖如圖4所示，圖4中利用針閥與球閥分別控制井下封隔器和壓裂段的加壓和卸壓，并在卸壓階段通過球閥的調(diào)整，可以監(jiān)測卸壓階段的流量特征，測試過程中兩個壓力傳感器可以分別監(jiān)測壓裂段的壓力和封隔器壓力，而流量計可以觀測壓裂段的加壓流量，所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集儀采集并存儲在計算機內(nèi)。
[0036](三)單回路水壓致裂測試過程:
[0037]單回路水壓致裂原地應力測量功能的原理示意圖如圖5所示，圖5中利用球閥控制井下封隔器和壓裂段的加壓和卸壓，并在卸壓階段通過球閥的調(diào)整，可以監(jiān)測卸壓階段的流量特征，測試過程中一個壓力傳感器在不同時段監(jiān)測壓裂段的壓力和封隔器壓力，而流量計可以觀測壓裂段的加壓流量，所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集儀采集并存儲在計算機內(nèi)。
[0038](四)高壓壓水測試功能:
[0039]高壓壓水測量功能的原理示意圖如圖6所示，圖6中利用球閥控制井下封隔器和壓水段的加壓和卸壓，并在卸壓階段通過球閥的調(diào)整，可以監(jiān)測卸壓階段的流量特征，測試過程中一個壓力表監(jiān)測壓水段的壓力和封隔器壓力，而流量計可以觀測壓裂段的加壓流量，所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集儀采集并存儲在計算機內(nèi)。
[0040]本實用新型水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)設計和制作完成后，首先在室內(nèi)試驗臺上進行了檢驗，檢驗結果整個操作系統(tǒng)運行穩(wěn)定、連接方便。
[0041]最后應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)，其特征在于:包括不銹鋼殼體和集成封裝于不銹鋼殼體內(nèi)的控制管路和管道元器件；不銹鋼外殼上標識有高壓流體的走向及壓力表和流量計。
2.如權利要求1所述的水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)，其特征在于，具體集成管路包括給試驗段加壓通道及水源，給試驗段加壓通道的一端連接高壓加壓裝置，給試驗段加壓通道的另一端連接鉆孔，高壓加壓裝置連接水源，給試驗段加壓通道上安裝有一個流量計、一個球閥和一個壓力表；流量計的上游和壓力表的下游之間的給試驗段加壓通道上并聯(lián)一支泄水通道，泄水通道上安裝有一個球閥，泄水通道通過一個球閥和一個流量計連接至水源，給試驗段加壓通道的流量計和球閥之間分流出兩路，一路為回水流量記錄通道，另一路為給封隔器加壓通道，所述回水流量記錄通道通過一個球閥、一個流量計連接至水源，所述給封隔器加壓通道上安裝有針閥和封隔器加壓壓力表，給試驗段加壓通道壓力表和封隔器加壓壓力表均連接有壓力傳感器。
3.如權利要求2所述的水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)，其特征在于:兩個壓力傳感器分別接入數(shù)據(jù)記錄和采集系統(tǒng)。
4.如權利要求2或3所述的水壓致裂原地應力測量高壓流體控制系統(tǒng)，其特征在于:所述高壓加壓裝置為高壓水泵，所述水源為蓄水箱。
【文檔編號】G01N3/02GK203532382SQ201320624928
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權日:2013年10月11日
【發(fā)明者】王成虎, 王顯軍, 侯硯和, 張志國 申請人:中國地震局地殼應力研究所