一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置

本发明涉及碳酸盐岩地层的地应力测试领域，具体是一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置。

背景技术：

1、地应力是存在于地层中的天然应力，它是造成矿山巷道及其它地下工程变形、破坏的根本作用力，在对碳酸盐岩地层地应力进行检测时，首先通过钻杆对可膨胀的封隔器橡胶加压，两封隔器中间的钻孔形成试验段；推动封隔器上端的转换阀与试验段连通，之后就可以正式开展测试：在试验段中泵入液体，施压直到孔壁破裂，并记录压力随时间的变化；根据压裂过程曲线的压力特征值计算地应力。

2、通过封隔器上的橡胶膨胀对试验段密封完成后，试验段中的空气无法排出，此时在对试验段泵入液体时试验段中的空气便会影响液体注入的量，同时会对孔壁所受的压力造成一定影响，从而影响测试的准确度，同时在将钻杆插入钻孔时为了增加钻杆与封隔器插入的流畅度，会选择初始直径小于钻孔的封隔器进行插入，此时封隔器便会与孔壁之间形成一定的空隙，封隔器在钻孔内移动的过程中极易导致封隔器与钻孔内壁发生一定的摩擦，如此极易造成封隔器上的橡胶发生磨损，从而影响封隔器对钻孔的密封效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决封闭处的试验段内的空气易对实验数据造成影响、在钻杆插入钻孔时封隔器上的橡胶易发生磨损的问题，提供一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，包括钻杆，所述钻杆的底端安装有泄压阀，所述钻杆上设置有位于泄压阀下方的转换阀，所述转换阀的底端安装有第一封隔器，所述第一封隔器的底端连接有压裂段，所述压裂段的底部固定有第二封隔器，所述第二封隔器的外侧开设有排液孔，所述第一封隔器的底部设置有位于压裂段外侧的遮位罩，所述第一封隔器的底部设置有位于遮位罩内侧的托架，所述托架的一端设置有引气件，所述压裂段的外壁设置有与第一封隔器相连的动力件，所述压裂段的外壁设置有位于遮位罩外侧的矫正移位件。

3、作为本发明再进一步的方案：所述第二封隔器的顶部同样设置有遮位罩，所述遮位罩的外径小于第一封隔器处于常规状态下的直径。

4、作为本发明再进一步的方案：所述引气件包括有固定于托架一端的复位弹簧，所述复位弹簧远离托架的一端固定有第二拉板，所述第二拉板的一端固定有锁连架，所述锁连架的两端开设有卡位孔，所述锁连架远离第二拉板一侧固定有第一拉板，所述遮位罩的内壁一端安装有与第一拉板相连的波纹连管，所述遮位罩远离第一封隔器的一端开设有引气孔，所述波纹连管的一端固定有贯穿引气孔且延伸至遮位罩外侧的连杆，所述连杆的一端固定有连位柱。

5、作为本发明再进一步的方案：所述连位柱与引气孔的直径大小相等，所述波纹连管、引气孔、连位柱圆心共轴。

6、作为本发明再进一步的方案：所述复位弹簧的可伸缩距离与波纹连管的可伸展距离相等，所述波纹连管的直径大于引气孔的直径。

7、作为本发明再进一步的方案：所述动力件包括有安装于第一封隔器底部且位于遮位罩内侧的l型连管，所述l型连管的底端插接有导联塞杆，所述压裂段的外壁安装有套管，所述套管的两端插接有插杆，所述插杆底部设置有位于套管内侧的推连弹簧，所述插杆的顶部固定有位于导联塞杆底部的连板，所述连板的一侧安装有推位导板，所述推位导板远离连板的一端插接有锁位销，所述锁位销的底部设置有与推位导板相连的补位弹簧，补位弹簧的顶部延伸至卡位孔内侧。

8、作为本发明再进一步的方案：所述卡位孔与锁位销的直径大小相等，所述插杆的数量设置有两个，且两个插杆沿着连板的竖向中轴线对称设置。

9、作为本发明再进一步的方案：所述矫正移位件包括有固定于压裂段外壁且位于排液孔两侧的导向块，所述导向块的外侧套设有位于排液孔上方的阻流罩，所述阻流罩的顶部通过转轴转动连接有摆位杆，所述摆位杆上开设有导槽，所述连位柱的两侧通过转轴转动连接有l型摆位插块，l型摆位插块通过导槽与摆位杆滑动连接，所述摆位杆的顶部一侧固定有定位卡架，所述定位卡架的一端通过转轴转动连接有斜连杆，所述斜连杆的顶部通过转轴转动连接有安装座，所述安装座的顶部设置有校准转轮。

10、作为本发明再进一步的方案：所述校准转轮距压裂段轴线最远距离大于处于常规状态下第一封隔器、第二封隔器的直径。

11、作为本发明再进一步的方案：所述斜连杆的两端分别与安装座、定位卡架通过转轴转动连接。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1、通过设置引气件、动力件，在当第一封隔器、第二封隔器上的橡胶因泵入液体膨胀后，通过动力件使得锁连架的两侧失去限位，此时复位弹簧在自身弹性复原力的作用下收缩复原，以此来使第二拉板向着远离波纹连管的方向进行移动，此时第一拉板便会对波纹连管进行拉拽，使得波纹连管内部的空间增大，以此来使试验段的空气通过引气孔进入波纹连管内，以此来减少位于试验段的空气，提高测试数据的准确度；

14、2、通过设置动力件，在对第一封隔器、第二封隔器泵入液体时，液体会通过第一封隔器、第二封隔器进入l型连管内，此时l型连管内部的导联塞杆便会受到液体的推动，此时插杆插入套管内，在此过程中推连弹簧受到插杆的挤压而收缩，此时锁位销会随着推位导板下移，以此来使锁位销与卡位孔分离，从而使锁连架失去限位，如此便可使引气件在第一封隔器、第二封隔器对压裂段两端密封完成后对试验段的空气进行抽取，使得动力件与引气件进行有序运作；

15、3、通过设置矫正移位件，在钻杆带动第一封隔器、第二封隔器插入钻孔内时，阻流罩便会对排液孔进行遮挡，以此来防止泥土对排液孔造成阻塞，同时校准转轮与钻孔内壁贴合，使得钻杆的圆心与钻孔圆心共轴，从而防止第一封隔器、第二封隔器在插入钻孔内时与钻孔发生摩擦，当连杆带动连位柱向着推位导板进行移动时，连位柱便会对l型摆位插块的顶部进行拉拽，以此来使l型摆位插块、摆位杆发生倾斜，从而使得阻流罩随着连位柱的移动与排液孔分离，同时斜连杆因连位柱的移动而发生器械，以此来减小校准转轮至排液孔之间的距离，使得校准转轮钻孔内壁分离，以此来防止校准转轮对钻孔中的横向孔洞造成遮挡，之后对压裂段内泵入液体，此时压裂段内的液体通过排液孔排出，在此过程中阻流罩对排液孔中流出的液体进行缓冲、阻挡防止泵入液体的冲击力直接作用在试验段而造成岩石破裂，以此来提高测试数据的准确性。

技术特征：

1.一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，包括钻杆(1)，其特征在于，所述钻杆(1)的底端安装有泄压阀(2)，所述钻杆(1)上设置有位于泄压阀(2)下方的转换阀(3)，所述转换阀(3)的底端安装有第一封隔器(4)，所述第一封隔器(4)的底端连接有压裂段(5)，所述压裂段(5)的底部固定有第二封隔器(6)，所述第二封隔器(6)的外侧开设有排液孔(729)，所述第一封隔器(4)的底部设置有位于压裂段(5)外侧的遮位罩(701)，所述第一封隔器(4)的底部设置有位于遮位罩(701)内侧的托架(704)，所述托架(704)的一端设置有引气件，所述压裂段(5)的外壁设置有与第一封隔器(4)相连的动力件，所述压裂段(5)的外壁设置有位于遮位罩(701)外侧的矫正移位件。

2.根据权利要求1所述的一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，其特征在于，所述第二封隔器(6)的顶部同样设置有遮位罩(701)，所述遮位罩(701)的外径小于第一封隔器(4)处于常规状态下的直径。

3.根据权利要求1所述的一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，其特征在于，所述引气件包括有固定于托架(704)一端的复位弹簧(706)，所述复位弹簧(706)远离托架(704)的一端固定有第二拉板(727)，所述第二拉板(727)的一端固定有锁连架(705)，所述锁连架(705)的两端开设有卡位孔(717)，所述锁连架(705)远离第二拉板(727)一侧固定有第一拉板(712)，所述遮位罩(701)的内壁一端安装有与第一拉板(712)相连的波纹连管(713)，所述遮位罩(701)远离第一封隔器(4)的一端开设有引气孔(730)，所述波纹连管(713)的一端固定有贯穿引气孔(730)且延伸至遮位罩(701)外侧的连杆(714)，所述连杆(714)的一端固定有连位柱(726)。

4.根据权利要求3所述的一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，其特征在于，所述连位柱(726)与引气孔(730)的直径大小相等，所述波纹连管(713)、引气孔(730)、连位柱(726)圆心共轴。

5.根据权利要求3所述的一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，其特征在于，所述复位弹簧(706)的可伸缩距离与波纹连管(713)的可伸展距离相等，所述波纹连管(713)的直径大于引气孔(730)的直径。

6.根据权利要求3所述的一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，其特征在于，所述动力件包括有安装于第一封隔器(4)底部且位于遮位罩(701)内侧的l型连管(703)，所述l型连管(703)的底端插接有导联塞杆(719)，所述压裂段(5)的外壁安装有套管(709)，所述套管(709)的两端插接有插杆(708)，所述插杆(708)底部设置有位于套管(709)内侧的推连弹簧(718)，所述插杆(708)的顶部固定有位于导联塞杆(719)底部的连板(707)，所述连板(707)的一侧安装有推位导板(710)，所述推位导板(710)远离连板(707)的一端插接有锁位销(715)，所述锁位销(715)的底部设置有与推位导板(710)相连的补位弹簧(716)，补位弹簧(716)的顶部延伸至卡位孔(717)内侧。

7.根据权利要求6所述的一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，其特征在于，所述卡位孔(717)与锁位销(715)的直径大小相等，所述插杆(708)的数量设置有两个，且两个插杆(708)沿着连板(707)的竖向中轴线对称设置。

8.根据权利要求6所述的一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，其特征在于，所述矫正移位件包括有固定于压裂段(5)外壁且位于排液孔(729)两侧的导向块(723)，所述导向块(723)的外侧套设有位于排液孔(729)上方的阻流罩(711)，所述阻流罩(711)的顶部通过转轴转动连接有摆位杆(722)，所述摆位杆(722)上开设有导槽(724)，所述连位柱(726)的两侧通过转轴转动连接有l型摆位插块(725)，l型摆位插块(725)通过导槽(724)与摆位杆(722)滑动连接，所述摆位杆(722)的顶部一侧固定有定位卡架(728)，所述定位卡架(728)的一端通过转轴转动连接有斜连杆(721)，所述斜连杆(721)的顶部通过转轴转动连接有安装座(720)，所述安装座(720)的顶部设置有校准转轮(702)。

9.根据权利要求8所述的一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，其特征在于，所述校准转轮(702)距压裂段(5)轴线最远距离大于处于常规状态下第一封隔器(4)、第二封隔器(6)的直径。

10.根据权利要求8所述的一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，其特征在于，所述斜连杆(721)的两端分别与安装座(720)、定位卡架(728)通过转轴转动连接。

技术总结
本发明公开了一种用于碳酸盐岩地层水力压裂法地应力测试装置，涉及碳酸盐岩地层的地应力测试领域，包括钻杆，所述托架的一端设置有引气件，所述压裂段的外壁设置有与第一封隔器相连的动力件，所述压裂段的外壁设置有位于遮位罩外侧的矫正移位件。本发明通过设置引气件、动力件，在当第一封隔器、第二封隔器上的橡胶因泵入液体膨胀后，通过动力件使得锁连架的两侧失去限位，以此来使第二拉板向着远离波纹连管的方向进行移动，此时第一拉板便会对波纹连管进行拉拽，使得波纹连管内部的空间增大，以此来使试验段的空气通过引气孔进入波纹连管内，以此来减少位于试验段的空气，提高测试数据的准确度。

技术研发人员：闫玲玲,宋跃海,郭沙沙,周晓丽,白彦明,杨海鸥,古力布斯坦·克热木,高洁
受保护的技术使用者：巴音郭楞职业技术学院（巴音郭楞技师培训学院、巴音郭楞技工学校）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21