一種現(xiàn)場地應(yīng)力的測試裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場地應(yīng)力的測試裝置，其技術(shù)方案是：巖心夾持系統(tǒng)上方套用激光掃描系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量；掃描多級(jí)速度加載系統(tǒng)結(jié)合激光掃描系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石外表采集數(shù)據(jù)的周期性測定；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依附于激光掃描系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量采集匯總，并傳輸至計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)予以存儲(chǔ)并處理。本發(fā)明的有益效果是：此種測量裝置可測量現(xiàn)場應(yīng)變地應(yīng)力，操作簡單，結(jié)果可靠，并可直觀可視化顯示結(jié)果。
【專利說明】
一種現(xiàn)場地應(yīng)力的測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種石油鉆采工程技術(shù)，特別涉及一種現(xiàn)場地應(yīng)力的測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在石油鉆采工程中越來越需要有關(guān)原地應(yīng)力狀態(tài)的數(shù)據(jù)，比如鉆井過程中井眼的 穩(wěn)定問題;地層破裂壓力預(yù)測;壓裂工程設(shè)計(jì);高壓注水中的地層破裂問題;斷層的滑動(dòng)及 復(fù)活問題;地下管柱外載計(jì)算及其抗擠壽命計(jì)算問題等等?，F(xiàn)有求地應(yīng)力大小及方向的諸 方法中，都有一定的局限性，因此各有利弊，一般很難以同時(shí)準(zhǔn)確地求出地應(yīng)力的方向和大 小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種現(xiàn)場地應(yīng)力的測試裝 置，主要是用于測量了解地下某點(diǎn)的水平應(yīng)力狀態(tài)，包括主應(yīng)力的大小與方向。
[0004] 本發(fā)明提到的一種現(xiàn)場地應(yīng)力的測試裝置，其技術(shù)方案是:包括掃描多級(jí)速度加 載系統(tǒng)(A)、激光掃描系統(tǒng)(B)、巖心夾持系統(tǒng)(C)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(D)、計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)(E) 和聲波測試系統(tǒng)（17)，其中巖心夾持系統(tǒng)(C)上方套有激光掃描系統(tǒng)(B)，實(shí)現(xiàn)巖石外表形 變的數(shù)據(jù)測量;掃描多級(jí)速度加載系統(tǒng)(A)結(jié)合激光掃描系統(tǒng)(B)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石外表采集數(shù) 據(jù)的周期性測定;聲波測試系統(tǒng)（17)依附于巖心加持系統(tǒng)(C)，并固定于試樣的中間位置； 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(D)依附于激光掃描系統(tǒng)(B)，實(shí)現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量采集匯總，并傳 輸至計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)(E)予以存儲(chǔ);通過計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)(E)計(jì)算得到巖石地應(yīng)力試驗(yàn) 過程中巖石的變形程度，繪制出巖石變形、時(shí)間、粘彈性間的相互關(guān)系曲線，并予以可視化 顯示，計(jì)算出現(xiàn)場地應(yīng)力； 所述的掃描多級(jí)速度加載系統(tǒng)(A)包括外殼上蓋(9)、多級(jí)速度適配器(6)、傳動(dòng)臂(5)， 其中，外殼上蓋(9)通過側(cè)面外殼(2)固定，多級(jí)速度適配器(6)和傳動(dòng)臂（5)固定在外殼上 蓋(9)上，多級(jí)速度適配器(6)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(D)中的控制傳輸線(7)與計(jì)算機(jī)后處理系 統(tǒng)(E)相連； 所述的激光掃描系統(tǒng)(B)包括激光掃描旋轉(zhuǎn)支架(1)、圓筒(13)、圓環(huán)（14)，兩個(gè)激光掃 描旋轉(zhuǎn)支架（1)的下部固定在圓環(huán)（14)和圓筒（13)上，通過圓環(huán)（14)和圓筒（13)與底座固 定在一起，多個(gè)激光測距器(11)沿豎直方向等間距排列，所述的激光掃描旋轉(zhuǎn)支架（1)的上 方與傳動(dòng)臂(5)連接，用于穩(wěn)定激光掃描旋轉(zhuǎn)支架，并使其按傳動(dòng)臂(5)控制旋轉(zhuǎn);激光測距 器(11)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(D)中的數(shù)據(jù)傳輸線(8)相連，將激光測距器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)后 處理系統(tǒng)(E)。
[0005] 優(yōu)選的，上述的巖心夾持系統(tǒng)(C)包括底座(3)、巖心夾持器(4)和軸向應(yīng)變測試裝 置(18)，底座(3)的上側(cè)設(shè)有凸起部（16)，通過縱向卡槽(10)和橫向卡槽(15)與激光掃描旋 轉(zhuǎn)支架（1)相配合連接，且?guī)r心夾持器(4)固定在底座(3)上;軸向應(yīng)變測試系統(tǒng)（18)位于試 件頂端，主要用于測試試件軸向應(yīng)變的變化。
[0006] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明粘彈性應(yīng)變測現(xiàn)場地應(yīng)力的測量裝置的試驗(yàn)結(jié)果可 測量現(xiàn)場應(yīng)變地應(yīng)力，操作簡單，結(jié)果可靠，并可直觀可視化顯示結(jié)果;另外，本發(fā)明的試驗(yàn) 結(jié)果可為地應(yīng)力的測量提供重要的試驗(yàn)技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0007] 附圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是本發(fā)明的各部件的解剖說明圖； 附圖3是本發(fā)明的掃描器旋轉(zhuǎn)支架部件結(jié)構(gòu)示意圖； 上圖中：掃描多級(jí)速度加載系統(tǒng)A、激光掃描系統(tǒng)B、巖心夾持系統(tǒng)C、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D、計(jì) 算機(jī)后處理系統(tǒng)E;激光掃描旋轉(zhuǎn)支架1、側(cè)面外殼2、底座3、巖心夾持器4、傳動(dòng)臂5、多級(jí)速 度適配器6、控制傳輸線7、數(shù)據(jù)傳輸線8、外殼上蓋9、掃描旋轉(zhuǎn)支架卡槽10、激光測距器11、 計(jì)算機(jī)12、圓筒13、圓環(huán)14、橫向卡槽15、凸起部16、聲波測試系統(tǒng)17,軸向位移計(jì)18。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 參照附圖1-3,本發(fā)明提到的一種現(xiàn)場地應(yīng)力的測試裝置，包括掃描多級(jí)速度加載 系統(tǒng)A、激光掃描系統(tǒng)B、巖心夾持系統(tǒng)C、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D、計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)E，其中巖心夾 持系統(tǒng)C上方套有激光掃描系統(tǒng)B，實(shí)現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量;掃描多級(jí)速度加載系統(tǒng)A 結(jié)合激光掃描系統(tǒng)B，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石外表采集數(shù)據(jù)的周期性測定;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D依附于激光 掃描系統(tǒng)B，實(shí)現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量采集匯總，并傳輸至計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)E予以存 儲(chǔ);通過計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)E計(jì)算得到巖石地應(yīng)力試驗(yàn)過程中巖石的變形程度，繪制出巖石 變形、時(shí)間、粘彈性間的相互關(guān)系曲線，并予以可視化顯示，計(jì)算出現(xiàn)場地應(yīng)力。
[0009] 其中，掃描多級(jí)速度加載系統(tǒng)A包括外殼上蓋9、多級(jí)速度適配器6、傳動(dòng)臂5,其中， 外殼上蓋9通過側(cè)面外殼2固定，多級(jí)速度適配器6和傳動(dòng)臂5固定在外殼上蓋9上，多級(jí)速度 適配器6通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D中的控制傳輸線7與計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)E相連。
[0010] 另外，激光掃描系統(tǒng)B包括激光掃描旋轉(zhuǎn)支架1、圓筒13、圓環(huán)14,兩個(gè)激光掃描旋 轉(zhuǎn)支架1的下部固定在圓環(huán)14和圓筒13上，通過圓環(huán)14和圓筒13與底座固定在一起，多個(gè)激 光測距器11沿豎直方向等間距排列，所述的激光掃描旋轉(zhuǎn)支架1的上方與傳動(dòng)臂5連接，用 于穩(wěn)定激光掃描旋轉(zhuǎn)支架，并使其按傳動(dòng)臂5控制旋轉(zhuǎn);激光測距器11與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D中 的數(shù)據(jù)傳輸線8相連，將激光測距器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)E。
[0011] 另外，巖心夾持系統(tǒng)C包括底座3、巖心夾持器4,底座3的上側(cè)設(shè)有凸起部16,通過 縱向卡槽10和橫向卡槽15與激光掃描旋轉(zhuǎn)支架1相配合連接，且?guī)r心夾持器4固定在底座3 上，所述的巖心夾持器4靠近巖心試樣的位置包裹彈性橡膠。
[0012] 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D包括數(shù)據(jù)傳輸線8和控制傳輸線7,并通過數(shù)據(jù)傳輸線8和控制傳輸 線7分別連接到計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)E，計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)交換口將定時(shí)采集的數(shù)據(jù)予以儲(chǔ)存、 顯示，并基于數(shù)據(jù)處理可視化程序計(jì)算得到試驗(yàn)過程中巖石的外部形變，繪制出巖石形變、 時(shí)間、應(yīng)力和應(yīng)變參數(shù)間的相互關(guān)系曲線，并予以可視化顯示。
[0013 ]參照附圖2，縱向卡槽10設(shè)置在凸起部16的外側(cè)的底座表面上，橫向卡槽15設(shè)置在 凸起部16的上部，通過縱向卡槽10與圓筒13配合固定，通過橫向卡槽與圓環(huán)14配合固定，從 而將激光掃描旋轉(zhuǎn)支架1與底座3固定在一起;上述的激光測距器11設(shè)有五個(gè)激光測距器 11。其中，兩個(gè)激光掃描旋轉(zhuǎn)支架1，一組應(yīng)變值取二者半個(gè)周期內(nèi)掃描的數(shù)據(jù);應(yīng)變值取5 個(gè)激光測距器11和的平均，用于確保試樣測量準(zhǔn)確性;所用的試樣為圓柱形試樣，直徑為 50mm，高度可在90-110mm之間予以調(diào)整，且試樣裝入巖心試樣夾持系統(tǒng)C中； 本發(fā)明提到的一種現(xiàn)場地應(yīng)力的測試裝置的測試方法，包括以下步驟： (1) 將圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試樣放置于巖心夾持系統(tǒng)C內(nèi)，安放、安裝好實(shí)驗(yàn)儀器并對(duì)掃描多級(jí) 速度加載系統(tǒng)A、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D和計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)E的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置;其中巖心夾持系統(tǒng) C上方套有的激光掃描系統(tǒng)B，實(shí)現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量;掃描多級(jí)速度加載系統(tǒng)A結(jié)合 激光掃描系統(tǒng)B，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石外表采集數(shù)據(jù)的周期性測定;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D依附于激光掃描 系統(tǒng)B，實(shí)現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量采集匯總，并傳輸至計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)E予以存儲(chǔ);通 過計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)E計(jì)算得到巖石地應(yīng)力試驗(yàn)過程中巖石的變形程度，繪制出巖石變形、 時(shí)間、粘彈性間的相互關(guān)系曲線，并予以可視化顯示； (2) 通過激光掃描系統(tǒng)B配合掃描多級(jí)速度加載系統(tǒng)A對(duì)巖心短時(shí)間形變測量，通過最 小二乘法數(shù)值擬合獲得整個(gè)鉆孔橫截面輪廓的變形； (3) 通過聲波測試系統(tǒng)（圖中17)測試得到振幅隨時(shí)間的衰減系數(shù)，進(jìn)而利用下式計(jì)算 巖石粘性系數(shù)7。
[0014] 式中％為聲波振幅隨時(shí)間的衰減系數(shù)，通過聲學(xué)測試系統(tǒng)獲得;?為聲波頻率;E 為巖石彈性模童;7為巖石粘性系數(shù)。
[0015] (4)利用開爾文粘彈性模型對(duì)步驟1中測得的粘彈性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過下式得 到等效模量。
[0016] (5)利用等效模量根據(jù)虎克定律計(jì)算各地應(yīng)力大小與方向。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種現(xiàn)場地應(yīng)力的測試裝置，其特征是:包括掃描多級(jí)速度加載系統(tǒng)(A)、激光掃描 系統(tǒng)（B)、巖心夾持系統(tǒng)（C)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（D)、計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)（E)和聲波測試系統(tǒng) (17)，其中巖心夾持系統(tǒng)(C)上方套有激光掃描系統(tǒng)(B)，實(shí)現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量;掃 描多級(jí)速度加載系統(tǒng)(A)結(jié)合激光掃描系統(tǒng)(B)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石外表采集數(shù)據(jù)的周期性測定； 聲波測試系統(tǒng)（17)依附于巖心加持系統(tǒng)(C)，并固定于試樣的中間位置;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(D) 依附于激光掃描系統(tǒng)(B)，實(shí)現(xiàn)巖石外表形變的數(shù)據(jù)測量采集匯總，并傳輸至計(jì)算機(jī)后處理 系統(tǒng)(E)予以存儲(chǔ);通過計(jì)算機(jī)后處理系統(tǒng)(E)計(jì)算得到巖石地應(yīng)力試驗(yàn)過程中巖石的變形 程度，繪制出巖石變形、時(shí)間、粘彈性間的相互關(guān)系曲線，并予以可視化顯示，計(jì)算出現(xiàn)場地 應(yīng)力； 所述的掃描多級(jí)速度加載系統(tǒng)(A)包括外殼上蓋(9)、多級(jí)速度適配器(6)、傳動(dòng)臂(5)， 其中，外殼上蓋(9)通過側(cè)面外殼(2)固定，多級(jí)速度適配器(6)和傳動(dòng)臂（5)固定在外殼上 蓋(9)上，多級(jí)速度適配器(6)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(D)中的控制傳輸線(7)與計(jì)算機(jī)后處理系 統(tǒng)(E)相連； 所述的激光掃描系統(tǒng)(B)包括激光掃描旋轉(zhuǎn)支架（1)、圓筒（13)、圓環(huán)（14)，兩個(gè)激光掃 描旋轉(zhuǎn)支架（1)的下部固定在圓環(huán)（14)和圓筒（13)上，通過圓環(huán)（14)和圓筒（13)與底座固 定在一起，多個(gè)激光測距器(11)沿豎直方向等間距排列，所述的激光掃描旋轉(zhuǎn)支架（1)的上 方與傳動(dòng)臂(5)連接，用于穩(wěn)定激光掃描旋轉(zhuǎn)支架，并使其按傳動(dòng)臂(5)控制旋轉(zhuǎn);激光測距 器(11)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(D)中的數(shù)據(jù)傳輸線(8)相連，將激光測距器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)后 處理系統(tǒng)(E); 所述的巖心夾持系統(tǒng)(C)包括底座(3)、巖心夾持器(4)和軸向應(yīng)變測試裝置（18)，底座 (3 )的上側(cè)設(shè)有凸起部（16 )，通過縱向卡槽(10 )和橫向卡槽（15 )與激光掃描旋轉(zhuǎn)支架（1)相 配合連接，且?guī)r心夾持器(4)固定在底座(3)上;軸向應(yīng)變測試系統(tǒng)（18)位于試件頂端，主要 用于測試試件軸向應(yīng)變的變化。
【文檔編號(hào)】G01N29/11GK106017745SQ201610569248
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月19日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請(qǐng)人】魏宇坤