一种现场地应力的测试装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种现场地应力的测试装置，其技术方案是：岩心夹持系统上方套用激光扫描系统，实现岩石外表形变的数据测量；扫描多级速度加载系统结合激光扫描系统，实现对岩石外表采集数据的周期性测定；数据采集系统依附于激光扫描系统，实现岩石外表形变的数据测量采集汇总，并传输至计算机后处理系统予以存储并处理。本发明的有益效果是：此种测量装置可测量现场应变地应力，操作简单，结果可靠，并可直观可视化显示结果。
【专利说明】
一种现场地应力的测试装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种石油钻采工程技术，特别涉及一种现场地应力的测试装置。
【背景技术】
[0002] 在石油钻采工程中越来越需要有关原地应力状态的数据，比如钻井过程中井眼的 稳定问题;地层破裂压力预测;压裂工程设计;高压注水中的地层破裂问题;断层的滑动及 复活问题;地下管柱外载计算及其抗挤寿命计算问题等等。现有求地应力大小及方向的诸 方法中，都有一定的局限性，因此各有利弊，一般很难以同时准确地求出地应力的方向和大 小。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种现场地应力的测试装 置，主要是用于测量了解地下某点的水平应力状态，包括主应力的大小与方向。
[0004] 本发明提到的一种现场地应力的测试装置，其技术方案是:包括扫描多级速度加 载系统(A)、激光扫描系统(B)、岩心夹持系统(C)、数据采集系统(D)、计算机后处理系统(E) 和声波测试系统（17)，其中岩心夹持系统(C)上方套有激光扫描系统(B)，实现岩石外表形 变的数据测量;扫描多级速度加载系统(A)结合激光扫描系统(B)，实现对岩石外表采集数 据的周期性测定;声波测试系统（17)依附于岩心加持系统(C)，并固定于试样的中间位置； 数据采集系统(D)依附于激光扫描系统(B)，实现岩石外表形变的数据测量采集汇总，并传 输至计算机后处理系统(E)予以存储;通过计算机后处理系统(E)计算得到岩石地应力试验 过程中岩石的变形程度，绘制出岩石变形、时间、粘弹性间的相互关系曲线，并予以可视化 显示，计算出现场地应力； 所述的扫描多级速度加载系统(A)包括外壳上盖(9)、多级速度适配器(6)、传动臂(5)， 其中，外壳上盖(9)通过侧面外壳(2)固定，多级速度适配器(6)和传动臂（5)固定在外壳上 盖(9)上，多级速度适配器(6)通过数据采集系统(D)中的控制传输线(7)与计算机后处理系 统(E)相连； 所述的激光扫描系统(B)包括激光扫描旋转支架(1)、圆筒(13)、圆环（14)，两个激光扫 描旋转支架（1)的下部固定在圆环（14)和圆筒（13)上，通过圆环（14)和圆筒（13)与底座固 定在一起，多个激光测距器(11)沿竖直方向等间距排列，所述的激光扫描旋转支架（1)的上 方与传动臂(5)连接，用于稳定激光扫描旋转支架，并使其按传动臂(5)控制旋转;激光测距 器(11)与数据采集系统(D)中的数据传输线(8)相连，将激光测距器的数据传输到计算机后 处理系统(E)。
[0005] 优选的，上述的岩心夹持系统(C)包括底座(3)、岩心夹持器(4)和轴向应变测试装 置(18)，底座(3)的上侧设有凸起部（16)，通过纵向卡槽(10)和横向卡槽(15)与激光扫描旋 转支架（1)相配合连接，且岩心夹持器(4)固定在底座(3)上;轴向应变测试系统（18)位于试 件顶端，主要用于测试试件轴向应变的变化。
[0006] 本发明的有益效果是:本发明粘弹性应变测现场地应力的测量装置的试验结果可 测量现场应变地应力，操作简单，结果可靠，并可直观可视化显示结果;另外，本发明的试验 结果可为地应力的测量提供重要的试验技术支持。
【附图说明】
[0007] 附图1是本发明的整体结构示意图； 附图2是本发明的各部件的解剖说明图； 附图3是本发明的扫描器旋转支架部件结构示意图； 上图中：扫描多级速度加载系统A、激光扫描系统B、岩心夹持系统C、数据采集系统D、计 算机后处理系统E;激光扫描旋转支架1、侧面外壳2、底座3、岩心夹持器4、传动臂5、多级速 度适配器6、控制传输线7、数据传输线8、外壳上盖9、扫描旋转支架卡槽10、激光测距器11、 计算机12、圆筒13、圆环14、横向卡槽15、凸起部16、声波测试系统17,轴向位移计18。
【具体实施方式】
[0008] 参照附图1-3,本发明提到的一种现场地应力的测试装置，包括扫描多级速度加载 系统A、激光扫描系统B、岩心夹持系统C、数据采集系统D、计算机后处理系统E，其中岩心夹 持系统C上方套有激光扫描系统B，实现岩石外表形变的数据测量;扫描多级速度加载系统A 结合激光扫描系统B，实现对岩石外表采集数据的周期性测定;数据采集系统D依附于激光 扫描系统B，实现岩石外表形变的数据测量采集汇总，并传输至计算机后处理系统E予以存 储;通过计算机后处理系统E计算得到岩石地应力试验过程中岩石的变形程度，绘制出岩石 变形、时间、粘弹性间的相互关系曲线，并予以可视化显示，计算出现场地应力。
[0009] 其中，扫描多级速度加载系统A包括外壳上盖9、多级速度适配器6、传动臂5,其中， 外壳上盖9通过侧面外壳2固定，多级速度适配器6和传动臂5固定在外壳上盖9上，多级速度 适配器6通过数据采集系统D中的控制传输线7与计算机后处理系统E相连。
[0010] 另外，激光扫描系统B包括激光扫描旋转支架1、圆筒13、圆环14,两个激光扫描旋 转支架1的下部固定在圆环14和圆筒13上，通过圆环14和圆筒13与底座固定在一起，多个激 光测距器11沿竖直方向等间距排列，所述的激光扫描旋转支架1的上方与传动臂5连接，用 于稳定激光扫描旋转支架，并使其按传动臂5控制旋转;激光测距器11与数据采集系统D中 的数据传输线8相连，将激光测距器的数据传输到计算机后处理系统E。
[0011] 另外，岩心夹持系统C包括底座3、岩心夹持器4,底座3的上侧设有凸起部16,通过 纵向卡槽10和横向卡槽15与激光扫描旋转支架1相配合连接，且岩心夹持器4固定在底座3 上，所述的岩心夹持器4靠近岩心试样的位置包裹弹性橡胶。
[0012] 数据采集系统D包括数据传输线8和控制传输线7,并通过数据传输线8和控制传输 线7分别连接到计算机后处理系统E，计算机通过数据交换口将定时采集的数据予以储存、 显示，并基于数据处理可视化程序计算得到试验过程中岩石的外部形变，绘制出岩石形变、 时间、应力和应变参数间的相互关系曲线，并予以可视化显示。
[0013 ]参照附图2，纵向卡槽10设置在凸起部16的外侧的底座表面上，横向卡槽15设置在 凸起部16的上部，通过纵向卡槽10与圆筒13配合固定，通过横向卡槽与圆环14配合固定，从 而将激光扫描旋转支架1与底座3固定在一起;上述的激光测距器11设有五个激光测距器 11。其中，两个激光扫描旋转支架1，一组应变值取二者半个周期内扫描的数据;应变值取5 个激光测距器11和的平均，用于确保试样测量准确性;所用的试样为圆柱形试样，直径为 50mm，高度可在90-110mm之间予以调整，且试样装入岩心试样夹持系统C中； 本发明提到的一种现场地应力的测试装置的测试方法，包括以下步骤： (1) 将圆柱形标准试样放置于岩心夹持系统C内，安放、安装好实验仪器并对扫描多级 速度加载系统A、数据采集系统D和计算机后处理系统E的参数进行设置;其中岩心夹持系统 C上方套有的激光扫描系统B，实现岩石外表形变的数据测量;扫描多级速度加载系统A结合 激光扫描系统B，实现对岩石外表采集数据的周期性测定;数据采集系统D依附于激光扫描 系统B，实现岩石外表形变的数据测量采集汇总，并传输至计算机后处理系统E予以存储;通 过计算机后处理系统E计算得到岩石地应力试验过程中岩石的变形程度，绘制出岩石变形、 时间、粘弹性间的相互关系曲线，并予以可视化显示； (2) 通过激光扫描系统B配合扫描多级速度加载系统A对岩心短时间形变测量，通过最 小二乘法数值拟合获得整个钻孔横截面轮廓的变形； (3) 通过声波测试系统（图中17)测试得到振幅随时间的衰减系数，进而利用下式计算 岩石粘性系数7。
[0014] 式中％为声波振幅随时间的衰减系数，通过声学测试系统获得;?为声波频率;E 为岩石弹性模童;7为岩石粘性系数。
[0015] (4)利用开尔文粘弹性模型对步骤1中测得的粘弹性数据进行分析，并通过下式得 到等效模量。
[0016] (5)利用等效模量根据虎克定律计算各地应力大小与方向。
【主权项】
1. 一种现场地应力的测试装置，其特征是:包括扫描多级速度加载系统(A)、激光扫描 系统（B)、岩心夹持系统（C)、数据采集系统（D)、计算机后处理系统（E)和声波测试系统 (17)，其中岩心夹持系统(C)上方套有激光扫描系统(B)，实现岩石外表形变的数据测量;扫 描多级速度加载系统(A)结合激光扫描系统(B)，实现对岩石外表采集数据的周期性测定； 声波测试系统（17)依附于岩心加持系统(C)，并固定于试样的中间位置;数据采集系统(D) 依附于激光扫描系统(B)，实现岩石外表形变的数据测量采集汇总，并传输至计算机后处理 系统(E)予以存储;通过计算机后处理系统(E)计算得到岩石地应力试验过程中岩石的变形 程度，绘制出岩石变形、时间、粘弹性间的相互关系曲线，并予以可视化显示，计算出现场地 应力； 所述的扫描多级速度加载系统(A)包括外壳上盖(9)、多级速度适配器(6)、传动臂(5)， 其中，外壳上盖(9)通过侧面外壳(2)固定，多级速度适配器(6)和传动臂（5)固定在外壳上 盖(9)上，多级速度适配器(6)通过数据采集系统(D)中的控制传输线(7)与计算机后处理系 统(E)相连； 所述的激光扫描系统(B)包括激光扫描旋转支架（1)、圆筒（13)、圆环（14)，两个激光扫 描旋转支架（1)的下部固定在圆环（14)和圆筒（13)上，通过圆环（14)和圆筒（13)与底座固 定在一起，多个激光测距器(11)沿竖直方向等间距排列，所述的激光扫描旋转支架（1)的上 方与传动臂(5)连接，用于稳定激光扫描旋转支架，并使其按传动臂(5)控制旋转;激光测距 器(11)与数据采集系统(D)中的数据传输线(8)相连，将激光测距器的数据传输到计算机后 处理系统(E); 所述的岩心夹持系统(C)包括底座(3)、岩心夹持器(4)和轴向应变测试装置（18)，底座 (3 )的上侧设有凸起部（16 )，通过纵向卡槽(10 )和横向卡槽（15 )与激光扫描旋转支架（1)相 配合连接，且岩心夹持器(4)固定在底座(3)上;轴向应变测试系统（18)位于试件顶端，主要 用于测试试件轴向应变的变化。
【文档编号】G01N29/11GK106017745SQ201610569248
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年5月19日
【发明人】不公告发明人
【申请人】魏宇坤